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顶管施工难点及解决方案

发布时间:2020-10-09

1. 顶管进出洞口地基加固措施

1.1 地基加固方法

顶管进出洞口措施是施工成败的关键。在进出洞口先进行压密注浆地基加固,以顶管施工时顺利进出洞口(此外在进出洞口过程中还应保留喷射井点降水措施以作备用)。地基加固范围为进、出洞口前 5m 上、下、左、右各 2m。

1.2 注浆浆液配合比

注浆浆液采用42.5普通硅酸盐水泥浆,水灰比为 0.6,外掺 2% 水玻璃及 2% 膨润土。

1.3 压密注浆流程


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对不宜用清水冲洗的场地,可考虑用纯水玻璃或陶土浆灌满阀管内。

1.4 注浆方法

因压密注浆影响半径为 600mm,有效半径为500mm,故确定布孔排距和孔距为1m。

注浆采用先外围、后内部的施工方式,以防止浆液流失。

改进注浆喷头,将常规直喷式改为滤网式喷头。旨在增加注浆压力,扩大有效半径,增加水泥浆的渗透力。

每孔注浆时,自上而下逐段注浆,每次拔管间距不大于0.5m, 注浆压力为0.25?0.35Mpa。

先将注浆管压入土层至设计深度,然后接上压浆机,边向上拔起注浆管边向土层内注浆。通过控制注浆量和注浆压力来达到注浆要求。

2. 顶管注浆、换浆措施

设计要求顶管工程如顶进过程中摩阻力较大超过 0.5T/m2 要求进行注浆减阻。在顶进过程中选择触变性能良好的膨润土制浆材料并设立同步注浆和管道补浆的两种措施,尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动,形成连续的环状浆套。

触变泥浆配合比为:膨润土 12%, 纯碱0.6%,掺加剂CMC适量。触变泥浆由地面液压注浆泵通过 φ50mm管路压送到各注浆孔。在机头处应安装隔膜式压力表,以检验浆液是否到达指定位置,在所有注浆孔内要设置球阀,软管和接头的耐压力为5Mpa,支管直径为φ25mm. 在整个管道中每隔1个管子设1个补浆断面共4个注浆孔(要求在管道制作时预留),补浆应按顺序进行,每班不少于 2次循环,定量注压。注浆压力:大于地下水压力,注浆量为管道周边间隙的 1?2倍。

顶进结束后,必须立即用纯水泥浆或水泥砂浆置换膨润土泥浆。置换完成后拆除注浆管路,并将管道上的注浆孔封闭严密。

3. 管道纠偏措施

3.1 管道产生扭转原因

3.1.1 顶管设备自身原因

顶管设备安装精度是决定顶管施工精度的前提条件,在顶管安装和使用过程中,如果主油缸或工具管刀盘轴线与管道轴线不平行,则在顶管施工过程中很容易使管道产生扭矩,从而在顶进过程中发生管道扭转。

3.1.2 施工原因

在进行顶管施工时,管道内要布置各种施工设备,如果布置位置不对称,就很容易使管道朝着某个方向形成固定扭转。同时由于受地质条件影响,管道也很容易发生偏移。在进行管道纠偏时,工具管纠偏后产生纠偏反力,如果纠偏反力的合力中心不通过管中心, 管道就要扭转。在纠偏过程中,如果纠偏角度小,则实施纠偏时所需的外力就小,根据作用力与反作用力原理,纠偏反力就小,管道发生扭转的速度就慢。反之纠偏角度越大,产生的反力就越大,管道扭转速度也就加快。因此,控制纠偏角是防止和减小管道扭转的重要途径。

3.2 纠偏措施

3.2.1提高顶管设备安装质量

提高顶管设备安装质量,预防管道发生扭转,主要是从提高顶管设备安装工艺精度入手,尽量避免或减少顶管设备的各部分安装偏差,如主油缸固定牢固,尽量与管道轴线平行等。

3.2.2 减小纠偏造成的扭转

严格按照施工程序施工,减小纠偏造成的扭转。首先是管内设备布置重量要对称,尽量避免由施工程序造成的扭转。在纠偏过程中认真执行“增加纠偏次数,减小纠偏角度”原则,减小因纠偏方法不当造成的管道扭转,另外可以通过施加外力进行管道扭转,如采用在扭转方向的反方向施加外力(可以通过配重的方式解决), 使管道产生相反扭转,从而平衡原先存在的扭转力。

4. 管道失稳

4.1 管道失稳原理

管道失稳是顶管施工中特别是长距离管道纠偏过程中容易发生的问题。它是指与工具管的轴线与设计管道轴线偏差逐渐增加,终造成管道失去控制的现象。在未发生偏移时中管道受到的土压力理论上是相等的,即F1=F2,同时顶进推力没有侧向分力,而发生偏移时管道两侧所受土压力发生明显变化。一方面管道所受的侧压力F1与F2不再相等,则顶进推力F3产生侧向分力,当侧向分力增加到一定程度,管道有可能开始失稳。失稳后管道轴线曲率增大,从而造成侧向力进一步增加,这样就形成了管道曲率增加与侧向分力之间的反复循环,如果不及时得到纠正,则管道轴线严重偏移设计方向。

4.2 管道失稳原因分析

4.2.1 地质条件影响

从失稳原理分析可以看出,管道周围土体承载力和土压力对于管道施工至关重要,因为顶进过程中难免发生轴线偏移现象。如果管道周围的土体能够提供较大的作用反力,则管道不易发生较大偏移和失稳;如果周围土体属于软弱土质或不均匀土质,则管道很容易因周围平衡侧向分力的承载能力不足造成失稳。同时,管道上方的覆盖层过薄也很容易因管顶土压力不足造成失稳, 常见的是管道轴线向上弯曲和管道中间鼓肚现象。

4.2.2 施工质量影响

根据管道曲率与侧向分力之间的恶性循环关系很容易知道,如果因为顶管施工纠偏或纠扭不及时和不到位造成偏移量增大,将导致管道失稳。

4.2.3顶管设备原因

顶管设备在顶进过程中如果出现与管道联结不稳固或者刚度不足,都有可能造成管道失稳。

4.3 管道失稳预防和纠正措施

4.3.1 改善地质条件,为顶管施工创造有利条件

在顶管施工中的基底处理常采取的措施包括:采用超前钻孔或超前地质预报确定前方地质情况,对于不良地质地段采取预加固措施,其中承载力过低地段、土体软硬不均匀地段、覆盖层过薄地段或地面有建筑物对管道施工造成压力的地段,可以采用预注浆、锚杆、管棚等加固,为顶管施工创造稳定、均匀的地质条件。

4.3.2 严格控制施工质量,提高管道纠偏效果

管道轴线偏移是造成管道失稳的重要原因之一,因此在施工中应把控制管道轴线偏移作为顶管技术的核心内容,要尽量减少轴线偏差。同时,在管道轴线发生偏离时,认真执行管道纠偏的有关原则,及早纠偏。同时注意对顶管设备的检查,加强管道联结刚度。

5. 深覆土顶进时可能出现倒退与推力过大

(1) 出现的现象

a、出洞不顺利

b、管子容易产生倒退

c、初始推力增大

(2) 原因分析

a、出洞不顺利的主要原因是因为在深覆土的条件下 ,土压力和地下水位均含有较大的增加,在制订施工方案时对此认识不足,所以会产生诸如洞口喷水,洞口止水圈翻边和冒泥等

b、出洞不顺利的主要原因是因为在深覆土的条件下 ,土压力和地下水位均含有较大的增加,在制订施工方案时对此认识不足,所以会产生诸如洞口喷水,洞口止水圈翻边和冒泥等。

c、初始推力增大的主要原因是洞口外土体进行过注浆加固,或虽障碍物,尤其是在采用沉井法施工的工作井含有散落物,脚手架钢管,未拔去的井管,地面上落下的块石等障碍物,挡在顶管机前也是使初始顶力增加的原因之一。

(3) 防治措施

a、首先从制订施工方案开始,对深覆土条件下的各种情况应有所见,并可采用两套止水圈,以此增加洞口止水圈的可靠性,还可利用盾尾密封成熟泾将钢止刷密封用在此处, 还应考虑到洞口止水装置容易损坏。做到随时更换的措施。

b、采用止退装置:可以用钢管或型钢做成支撑,支撑在管子与后座之间,也可以用吨位手拉葫芦撑在洞口墙上,并用钩子钩住欲后退的管子,还可以在基坑导轨上设止退卡等。

c、如果是土体加固变硬所固,那能减缓推进速度,如果是障碍物,则必须设法将其排除。


我们经常会发现在居住的城市里马路经常被挖开,不管是新修的还是使用一段时间的马路,总觉得居住地周边的马路就没有完整过,天天都在开挖维修,让出行一点都不方便,还会造成环境的污染,这种将完整的马路挖掉一部分的现象还被人们称为“拉链路”。造成这种拉链路的主要原因除了马路破损外,还有就是修建马路时没有规划好,而随着城市的快速发展,已有的地下管线跟不上城市的需求,另外就是一些新的管线也需要经过马路。前几天就看到一个新闻,某地就规定新修的城市马路交付使用后5年内禁挖,这将有效杜绝城市马路经常被挖的现象,还能避免反复出现“拉链路”造成的经济损失。但同时也对城市马路地下管网建设提出了的要求,不能对马路“开膛破肚”就需要进的地下管网铺设机械设备来完成。你是否经常在城市的绿化带,或者人行道上看到一种机械在作业,它将旋转的铁管插入到地下打孔,而在不远处正在往机器打好的孔内塞入电缆和管道,这种机械就是水平定向钻机。水平定向钻机就是在不需要开挖地面的情况下,铺设地下管线的机械设备,它能在地下一定半径内成功避开障碍物,能在地下为粘土,沙土等地层中作业,广泛使用于电力,通讯,石油以及天然气等领域的柔性管线铺设。水平定向钻施工的特点与对整条马路进行封路大挖大修不同,就像我们经常看到的那样,水平定向钻机只需要在马路边上就可以完成施工,并不会影响交通和人们的正常出行。通过先进的设备计算和定位,能让整个钻头的穿越过程绕开障碍物到达预定的位置,施工精度。与传统的施工方法比较,水平定向钻这种新型施工方法还有着施工效率高,成本低,不影响环境等诸多的优点。但同时水平定向钻施工,在地下所开的孔在铺设好管线后,并不能像在地面直接开挖那样回填夯实,会留下一定的间隙,所以有时地面也会造成部分区域的塌陷。水平定向钻机发展水平定向钻这种技术,是将普通的管线铺设技术,与石油开采过程中使用到的钻井技术结合在一起的新型施工方法。在还没有发明水平定向钻机的时候,要铺设管线穿过河道或者障碍物时,就需要采用挖坑,沉管等方式来完成,不但效率低而且成本还很高。水平定向钻早出现在美国,在20世纪60年代美国一位工程师将油田所使用的定向钻井技术用于管道铺设中。后来又发明了再扩孔技术,这也让大直径的管道铺设成为可能,从此也形成了一种新的水平定向钻技术。中国在上世纪80年代引进了这项水平定向钻技术,近几十年来随着原油管道和城市管线的快速建设,水平定向钻在我国得到了快速的发展,不管是穿越长度还是管线直径都创造了很多纪录。水平定向钻机是怎么工作的水平定向钻机在施工前首先就是要根据施工图纸,确认好水平定向钻机开钻的位置以及出钻口的位置,通常这两个点都是在一条直线上,并记录好相关的坐标数据。还要将泥土,水以及添加剂等原料制成泥浆,通过机械中的泥浆泵送入到钻头喷嘴中,泥浆的功能主要是冷却钻头和降低钻头的摩擦力,避免钻头卡阻现象的发生,泥浆是可以通过回收过滤后重复使用的。将水平定向钻机固定在钻口位置后,选择合适的钻头,按照预定的位置和角度,让发动机为钻机提供动力,并驱动旋转的钻杆带动钻头前进,钻头工作时泥浆马达也会持续喷射泥浆,钻头穿过地面障碍物,终穿出地面形成导向孔。其实水平定向钻也需要在地下按一定的弧度转弯,所以水平定向钻的钻杆实际上是弯曲的,这样的设计不仅是让钻头能在地下轻松活动,更主要的就是为了让钻头在地下好控制转弯。之所以水平定向钻能在地下按设计要求精准的开孔,首先在钻头上安装了导向系统,其次在每节钻杆末端也安装有转向检测系统,这些导向和检测系统,能够实时将数据传递给地面操作人员,如果发现数据异常就需要操作人员控制钻头及时修正方向。当钻头带着的钻杆穿出地面后,就会卸掉钻头,将扩孔工具与钻杆安装固定,扩孔工具直径要根据所铺设的管线尺寸决定,开始回拖扩孔作业,在回拖的过程中钻杆反方向旋转,钻机带动钻杆和扩孔头后退,进行回拖扩孔,终扩大地下管道的直径尺寸。在扩孔回拖的同时,还要将需要铺设的管线固定在扩孔工具后面,钻机拖动钻杆,就会带着扩孔工具和管线同时进行回拖,后就将管线绕开地面障碍物拖出地面,完成整个管线的铺设施工。扩孔过程中还要根据不同的土层选用扩孔工具,松软土层只需要选用挤扩式扩孔器,如软岩或者硬土层就需要带牙轮或者滚刀的扩孔器,如有岩石层就需要使用具有切削和排屑功能的扩孔器。横向钻机技术我们都知道开采石油需要很高的技术,这是因为它们都埋藏在看不见的地下,想要得到它就需要我们进行高难度的开采。在开采的时候首先需要进行非常重要的打井工作,还要根据不同的地质而采用不同的方法来打井,这样才能获得石油资源。传统的打井方法一般都是垂直打井,但是很多时候还需要采用在地下横向打井寻找石油,这种技术是在钻头上安装了先进的声波和伽马射线功能,在开采的时候通过钻头采集地层中的各项数据传递给地面操作人员,就可以实时采取更理想的钻井方案,能控制钻头在地下随意弯曲前进,这就相当于给地下钻头安装了千里眼,终找到石油。这种横向进行的定向钻机技术自从出现后,让人类的钻井技术又提高了一个台阶,提高了开采效率还降低了工程风险。随着人们对节能环保的要求越来越高,水平定向钻机这种非开挖的管线铺设设备,将会得到越来越广泛的应用。 定向钻多管施工 施工视频 球墨管拖管施工 球墨管托管施工 定向钻下钻施工 160吨机器进场施工 非开挖管道钻孔施工 施工视频 定向钻下管施工 定向钻托管施工