1、頂管施工技術(shù)及重難點(diǎn)分析,工程概況,虹橋商務(wù)核心區(qū)（二期）區(qū)域供能管溝工程包括供能管溝、中繼泵房以及與功能項(xiàng)目一期的聯(lián)通段等.主線管溝長(zhǎng)4462m,接用戶段管溝長(zhǎng)610m,其中頂管段長(zhǎng)4435m,明挖段長(zhǎng)637m；管溝工程設(shè)頂管工作井共30個(gè),另設(shè)中繼泵站兩座.,18座主線工作井及南片區(qū)中繼泵房圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻,工作井基坑平面尺寸以11m*11m為主,最大工作井基坑尺寸為19.2m*11m,基坑開(kāi)挖深度最深達(dá)21.26m；10座用戶井及北片區(qū)中繼泵房圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用SMW工法樁,用戶井基坑平面尺寸7.9m*5.8m,基坑開(kāi)挖深度達(dá)13.5m.,二期供能管溝主要采用頂管的施工方式,共29段

2、,其中4200mm鋼頂管長(zhǎng)2751m,共11段；4000mm砼頂管1024m,共8段；3500mm砼頂管長(zhǎng)343m,共10段；3000mm砼頂管長(zhǎng)66m.主線頂管埋深3.5614.24m,用戶井頂管埋深4.638.96m.,南片區(qū)平面圖 北片區(qū)平面圖,1.1頂管施工原理,頂管施工的基本原理為：從地面開(kāi)挖兩個(gè)基坑井,然后管節(jié)從工作井安放,通過(guò)主頂千斤頂或中繼間的頂推機(jī)械的頂進(jìn),推動(dòng)管節(jié)從工作井預(yù)留口穿出,穿越土層到達(dá)接收井的預(yù)留口邊,然后通過(guò)接收井的預(yù)留口穿出,形成管道的施工. 現(xiàn)在比較常用頂管施工為泥水平衡頂管施工法,其施工原理：通過(guò)導(dǎo)向頭的刀削轉(zhuǎn)動(dòng)功能將泥土、砂、石破碎,由一條鋼管注入水量,

3、拌成漿液,由另一條鋼管吸出漿液,將漿液置于離心器內(nèi)離心脫水,再將干土卸到斗車內(nèi)運(yùn)去棄土的地方,分離出的水又回到儲(chǔ)水箱內(nèi)重復(fù)循環(huán)使用.施工所采用的主要設(shè)備為信息化及全自動(dòng)化泥水平衡頂管機(jī),1、頂管機(jī)： 頂管機(jī)的作用切削土體并攪拌均勻, 控制頂進(jìn)的方向.,泥水平衡頂管機(jī),2、主頂系統(tǒng)： 主頂系統(tǒng)裝置由：后座墊鐵、導(dǎo)軌、千斤頂及千斤頂支架、后座泵站組成,其作用是完成管道的推進(jìn).,千斤頂,主頂泵站,后座頂鐵,U型頂鐵,3、穿墻止水環(huán),穿墻止水環(huán)安裝在工作井預(yù)留洞口,具有防止地下水、泥砂和觸變泥漿從管節(jié)與止水環(huán)之間的間隙流到工作井.地下水豐富、壓力大,或管道埋深較深時(shí),壓板可加工成絞接,防止止水橡膠因地

4、下水壓力往外翻出.,4、泥水系統(tǒng),進(jìn)、排泥漿泵,泥水分離裝置,1、泥水式排泥系統(tǒng)的主要設(shè)備：包括進(jìn)排泥漿泵、泥漿管、泥水處理裝置、泥水箱等. 2、排泥系統(tǒng)有兩個(gè)作用：一排土,二平衡地下水.,循環(huán)管,5、觸變泥漿系統(tǒng),泥漿攪拌桶,觸變泥漿泵,觸變泥漿管,1、主要設(shè)備：由拌漿、注漿和管道三部分組成. 2、作用：減少頂進(jìn)過(guò)程中的管節(jié)與土體的摩阻力.降低地面沉降,6、測(cè)量系統(tǒng),激光經(jīng)緯儀,操作臺(tái),機(jī)頭測(cè)量靶,1、測(cè)量系統(tǒng)的主要設(shè)備： 激光經(jīng)緯儀、測(cè)量靶和監(jiān)示器組成. 2、測(cè)量系統(tǒng)的作用： 監(jiān)示頂管施工過(guò)程中頂管機(jī)推進(jìn)的軸線偏差.,7、糾偏系統(tǒng),糾偏液壓泵,糾偏千斤頂,1、主要設(shè)備：糾偏千斤頂、油泵站、

5、位移傳感器和傾斜儀組成. 2、作用：控制頂管施工中的頂管機(jī)推進(jìn)方向.,頂管施工的工藝流程圖：,1.2主要頂管施工技術(shù),1、出洞,洞口止水,洞口土體加固,2、正常頂進(jìn),3、泥水循環(huán),泥水壓力表,進(jìn)、排泥漿管,4、測(cè)量,5、糾偏、數(shù)據(jù)傳輸,4組糾編千斤頂,糾偏千斤頂設(shè)在頂管機(jī)前后段之間,共4組千斤頂.通過(guò)組合動(dòng)作,控制頂管機(jī)的頂進(jìn)方向.,當(dāng)激光點(diǎn)偏移測(cè)量靶中心,表明頂管機(jī)偏移軸線推進(jìn),就要啟動(dòng)糾偏動(dòng)作.（如激光點(diǎn)往上移動(dòng),說(shuō)明機(jī)頭是往下偏移,必須伸出下面的2組千斤頂）.,角度 傾斜儀,位移傳感器,糾偏動(dòng)作控制在地面操作室的操作臺(tái)遠(yuǎn)程控制,如何確認(rèn)操作的正確性是通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn). 1、糾偏量的

6、控制是通過(guò)安放在糾偏千斤頂上的位移傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn). 2、頂管機(jī)的狀態(tài)（水平傾斜、扭轉(zhuǎn)）由安放在機(jī)頭的角度傾斜儀來(lái)體現(xiàn).,數(shù)據(jù)顯示表,6、觸變泥漿,在頂進(jìn)過(guò)程中,隨著距離的增長(zhǎng),管道的摩阻力也隨之增大.為了提高頂進(jìn)施工的效率,在施工過(guò)程中盡可能地降低管道外側(cè)的阻力,通常情況下往管外側(cè)噴謝觸變泥漿,降低頂進(jìn)的阻力.,觸變泥漿管,膨潤(rùn)土分散在水中,其片狀顆粒表面帶負(fù)電荷,端頭帶正電荷.如膨潤(rùn)土的含量足夠多,則顆粒之間的電鍵使分散系形成一種機(jī)械結(jié)構(gòu),膨潤(rùn)土水溶液呈固體狀態(tài),一經(jīng)觸動(dòng)（搖晃、攪拌、振動(dòng)或通過(guò)超聲波、電流）、顆粒之間的電鍵即遭到破壞,膨潤(rùn)土水溶液就隨之變?yōu)榱黧w狀態(tài).如果外界因素停止作用,水溶

7、液又變作固體狀態(tài).該特性稱作觸變性,這種水溶液稱為觸變泥漿.,注漿孔的形狀及布置：在每節(jié)管的前端布置一道觸變泥漿注漿孔,數(shù)量為6個(gè),孔的布置均勻.經(jīng)過(guò)不斷壓漿,在管外壁形成一個(gè)泥漿套.,8、穿墻進(jìn)洞,接收井進(jìn)洞處理與工作井相同,當(dāng)頂管頂?shù)綁w位置時(shí),鑿穿實(shí)際工具頭進(jìn)洞位置的混凝土,迅速頂出工具頭.,9、管內(nèi)通風(fēng),1、施工人員需進(jìn)入管道內(nèi)作業(yè)或檢查維修設(shè)備時(shí),施工前須對(duì)管道內(nèi)進(jìn)行通風(fēng),施工過(guò)程中應(yīng)連續(xù)對(duì)管道內(nèi)通風(fēng)； 2、臨時(shí)進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有對(duì)管道內(nèi)通風(fēng)的管道作業(yè)時(shí),須對(duì)管道內(nèi)通風(fēng)30min后,并對(duì)管道內(nèi)進(jìn)行毒氣監(jiān)測(cè),明確安全后才能進(jìn)入管道內(nèi)作業(yè)； 3、管道鋼管頂進(jìn)施工時(shí),焊接過(guò)程中應(yīng)對(duì)管道內(nèi)進(jìn)行通

8、風(fēng),減少煙霧進(jìn)入管道內(nèi),減少煙霧對(duì)測(cè)量激光束的影響；,10、管內(nèi)照明,1 管內(nèi)照明電源應(yīng)與動(dòng)力電源分開(kāi),設(shè)置獨(dú)立電源控制； 2 管內(nèi)照明電壓應(yīng)采用低壓,電壓一般采用36V、24V、12V、6V,管道內(nèi)氣體嚴(yán)重潮濕時(shí)宜采用6V電源； 3 管道內(nèi)照明應(yīng)能清淅地看清管道內(nèi)的環(huán)境.,頂管施工擾動(dòng)分區(qū),并將受頂管施工擾動(dòng)的土體分為7個(gè)擾動(dòng)區(qū),二、頂管施工重難點(diǎn)分析,2.1機(jī)頭及管節(jié)旋轉(zhuǎn): (1)原因分析： 1）頂管機(jī)出洞時(shí),由于機(jī)頭與導(dǎo)軌之間摩擦力較小,難以平衡刀盤(pán)切入土體時(shí)的反力矩,機(jī)頭產(chǎn)生偏轉(zhuǎn).出洞后,雖然機(jī)頭后有管節(jié),但是還不能平衡反力矩,還會(huì)帶著管節(jié)一起偏轉(zhuǎn). 2）糾偏量過(guò)大,糾偏頻繁,往往也使

9、管節(jié)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩,引起管節(jié)偏轉(zhuǎn). 3）主頂油缸安裝不平行同樣會(huì)使管節(jié)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn). （2）應(yīng)對(duì)措施 1）頂進(jìn)中盡量避免過(guò)大及頻繁的糾偏. 2）主頂油缸安裝要平行于軸線,控制油路要使油缸動(dòng)作同步. 3）頂進(jìn)中可利用刀盤(pán)反力矩糾正偏轉(zhuǎn),適當(dāng)加大刀盤(pán)切土深度,然后將刀盤(pán)回轉(zhuǎn)方向切換到與機(jī)頭偏轉(zhuǎn)方向一致. 4）在機(jī)頭一側(cè)加配重,調(diào)整機(jī)頭偏轉(zhuǎn).,2.2頂管方向失控: (1)原因分析： a、工作井出洞口無(wú)土體加固措施. b、掘進(jìn)機(jī)糾偏液壓系統(tǒng)遇故障. c、掘進(jìn)機(jī)糾偏行程小,糾偏力不夠. d、測(cè)量數(shù)據(jù)有誤. e、糾偏不及時(shí),糾偏幅度過(guò)大. f、遇到土質(zhì)變化,開(kāi)挖面失穩(wěn). （2）應(yīng)對(duì)措施 a、采用可靠的進(jìn)出洞口地

10、基加固措施. b、施工前,掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行維修、保養(yǎng)、調(diào)試和驗(yàn)收,施工過(guò)程加強(qiáng)檢查,遇故障立即停止頂進(jìn)修理. e、實(shí)行三級(jí)測(cè)量復(fù)核制度. d、采取勤測(cè)、微糾原則. f、遇到突發(fā)情況,逐級(jí)匯報(bào),確定偏差報(bào)警值,杜絕方向失控. .,3.3頂力急劇增大: (1)原因分析： a、觸變泥漿選材質(zhì)量不好. b、觸變泥漿材料配方不合理. c、現(xiàn)場(chǎng)攪拌不充分,水化時(shí)間短. d、注漿孔布置不合理. e、注漿泵耐壓低. f、注漿量沒(méi)有控制好. （2）應(yīng)對(duì)措施 a、選材應(yīng)進(jìn)行測(cè)試和論證. b、配方應(yīng)進(jìn)行篩分和優(yōu)化. c、科學(xué)合理的按設(shè)計(jì)的管路進(jìn)行布置. d、采用液壓注漿泵,并維修好,確保耐壓大于2bPa以上. e、注漿量

11、和注漿壓力按設(shè)計(jì)要求控制. f、所有壓漿接頭用生料帶包扎,確保無(wú)滲漏現(xiàn)象.,2.3頂進(jìn)過(guò)程中蛇行和滾動(dòng)控制: (1)原因分析： 1）由于在頂進(jìn)過(guò)程中對(duì)土體的擾動(dòng),使土體和頂管機(jī)的周邊握裹力減弱,糾偏過(guò)大,產(chǎn)生蛇行. 2）由于壓注潤(rùn)滑泥漿方法欠佳或局部注漿過(guò)量時(shí),使?jié){液不能形成箍套,而在管道底部不斷積聚漿液造成鋼管上漂. （2）應(yīng)對(duì)措施 1）加強(qiáng)潤(rùn)滑泥漿壓注的科學(xué)管理,確保注漿和頂進(jìn)的同步性,使?jié){液能及時(shí)填充到頂進(jìn)出現(xiàn)的空隙. 2）補(bǔ)壓漿要遵守“全線、平均、及時(shí)”的原則,使管節(jié)周圍能均勻形成泥漿套,盡量避免局部超量超壓. 3）在特別嚴(yán)重區(qū)域,采用上注下放和壓重的補(bǔ)救措施,減少出現(xiàn)曲線駝峰.,3、

12、頂管施工事故案例,一、事故經(jīng)過(guò)（N08N07砼頂管倒退事故）,N08N07區(qū)間東線頂管為DN4000砼頂管（內(nèi)徑4000mm,外徑4640mm）,頂進(jìn)距離20米,穿越土層主要為1粘土層,覆土深度約10.58米.頂管設(shè)備采用泥水平衡頂管機(jī). 2014年10月19日凌晨4點(diǎn),3N2-1（N08-N07）東線第八節(jié)管道頂進(jìn)完成；5點(diǎn),東線開(kāi)始下管道,準(zhǔn)備開(kāi)頂；當(dāng)管道下放距導(dǎo)軌5米處,東線管道整體后退,后退長(zhǎng)度約2.9米. 頂管后退影響范圍：潤(rùn)虹路北側(cè)半幅,靠近申虹路；路面塌陷呈漏斗型,影響2幅機(jī)動(dòng)車道及1幅非機(jī)動(dòng)車道,塌陷最深約1.2m,東西向長(zhǎng)10.7米,南北向10.1-12.9米,面積約117平

13、方.,二、應(yīng)急搶險(xiǎn),路面塌陷事故發(fā)生后,施工單位現(xiàn)場(chǎng)第一時(shí)間通知各參建單位、各相關(guān)管線單位、道路管理單位及交警. 施工單位立即啟動(dòng)緊急搶險(xiǎn)預(yù)案；對(duì)潤(rùn)虹路進(jìn)行交通引導(dǎo)、車輛繞道,并對(duì)N08工作井內(nèi)頂管管道進(jìn)行加固,防止再次后退. 收集現(xiàn)場(chǎng)路面相關(guān)數(shù)據(jù),判斷塌陷路面范圍管線分布及破壞情況；結(jié)合頂管相關(guān)數(shù)據(jù)；分析后,確定現(xiàn)場(chǎng)搶修方案并執(zhí)行. 1、針對(duì)頂管整體后退2.9米,路面塌陷；分兩步同時(shí)實(shí)施： 2、路面：將塌陷路面鑿開(kāi),主要管線完全暴露,確認(rèn)管線破損情況,對(duì)管線進(jìn)行修復(fù)（在相對(duì)應(yīng)管線單位指導(dǎo)下實(shí)施）；管線修復(fù)完成后,將路面進(jìn)行回填恢復(fù).經(jīng)與道路管理單位洽商后,道路結(jié)構(gòu)層如下：黃砂（回填至管線頂以

14、上30cm）、素土摻7%水泥（作土路基）、礫石砂、混凝土（夾鋼筋網(wǎng)）、瀝青（面層）. 3、頂管：因管道后退2.9米,機(jī)頭刀盤(pán)直徑4.665米,空隙空間為：49.54立方.必須要求將后退的2.9米管道重新頂至后退前；避免塌陷進(jìn)一步擴(kuò)大. 從19日早上5點(diǎn)開(kāi)始交通組織開(kāi)始,至20日凌晨1點(diǎn)左右,管線、路面修復(fù)完成,路面瀝青因混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間限制,經(jīng)交警、道路管理單位同意,待混凝土養(yǎng)護(hù)至強(qiáng)度85%,進(jìn)行路面瀝青攤鋪. 從19日早上9點(diǎn)開(kāi)始焊接管道止退措施,至20日凌晨2點(diǎn)左右,N08-N07東線第八節(jié)管道頂進(jìn)至原位. 至20日凌晨5點(diǎn),搶修施工結(jié)束.,三、事故原因,該事故,從收集的相關(guān)數(shù)據(jù)、分析,與各

15、參建單位人員多次探討后,認(rèn)為如下： 1、總包及分包夜班管理人員未盡到管理職責(zé),分包單位現(xiàn)場(chǎng)操作人員未按規(guī)定流程操作. 2、通過(guò)前6節(jié)管節(jié)頂進(jìn)及處理,第7節(jié)管節(jié)頂進(jìn)時(shí)未設(shè)置有效的止退防退措施,僅憑類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)控制. 3、在1粘土層中,頂管頂進(jìn)里程近20米、頂力不大的情況下,注入觸變泥漿,導(dǎo)致頂管管道管身與土層接觸摩阻力驟減,迎面土壓力遠(yuǎn)大于摩阻力；從而造成頂管后退.,四、吸取教訓(xùn)積累經(jīng)驗(yàn),1、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理,項(xiàng)目部及分包施工管理人員管理到位,止退裝置專人管理,嚴(yán)格按要求執(zhí)行,且做好過(guò)程記錄. 2、根據(jù)頂力情況適時(shí)壓注減摩泥漿.單節(jié)管道頂進(jìn)至最后50cm時(shí),放慢頂進(jìn)速度,適當(dāng)降低前倉(cāng)泥水壓力.

16、 3、止退采用管節(jié)與基座焊接固定. 4、頂進(jìn)到位后,油缸先不要完全縮回；縮回3cm,密切觀察管道后退趨勢(shì)后再進(jìn)行完全縮回,油缸縮回后,及時(shí)拼裝管節(jié).,一、事故經(jīng)過(guò)（N08NY04地表沉陷事故）,N08-NY04區(qū)間頂管為DN3500砼頂管（內(nèi)徑3500mm,外徑4140mm）,頂進(jìn)距離39.92米,穿越土層主要為灰色淤泥質(zhì)粘土,上部部分穿越灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,覆土深度約7.18米.頂管設(shè)備采用泥水平衡頂管機(jī). 本次頂進(jìn)從2015年3月25日開(kāi)始,截止至29日上午頂進(jìn)里程為27.5米,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化較小,最大累計(jì)沉降點(diǎn)NY04-7為6.5mm,在可控范圍內(nèi). 29日下午,頂進(jìn)里程達(dá)到30米,管線監(jiān)

17、測(cè)點(diǎn)RQ12、RQ13、RQ14、SS6、SS11、SS12、SSX11、SSX12、SSX13、TX6、TX16、TX17、WS8-2、WS8-3、YS8、YS18、YS19、YS20、YS21,地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)NY04-1、NY04-2、NY04-3、NY04-4、NY04-5、NY04-6、NY04-7、NY04-8日變化量均已達(dá)到或超過(guò)警值,TX11被破壞,其中單次變化最大值;-43.7mm(NY04-5),最大累計(jì)值：-47.2mm（NY04-6）.地面沉降趨勢(shì)稍有減緩,但地面沉降還在繼續(xù),造成N08井圍檔外側(cè)人行道局部塌陷,并未對(duì)管線造成大的影響.,二、應(yīng)急措施（N08NY04地表沉陷事

18、故）,塌陷事故發(fā)生后,施工單位現(xiàn)場(chǎng)第一時(shí)間通知各參建單位、各相關(guān)管線單位、道路管理單位. 施工單位立即停止頂進(jìn)施工,即時(shí)封索塌陷區(qū)域,收集現(xiàn)場(chǎng)塌陷的相關(guān)數(shù)據(jù),判斷塌陷范圍管線分布及破壞情況；結(jié)合頂管相關(guān)數(shù)據(jù)；分析后,確定現(xiàn)場(chǎng)搶修方案并執(zhí)行. 1、將塌陷區(qū)域鑿開(kāi),相關(guān)管線完全暴露,確認(rèn)管線破損情況,對(duì)管線進(jìn)行修復(fù)（在相對(duì)應(yīng)管線單位指導(dǎo)下實(shí)施）；管線修復(fù)完成后,將塌陷區(qū)域進(jìn)行回填恢復(fù).經(jīng)與道路管理單位洽商后,進(jìn)行人行道修復(fù) 2、對(duì)頂管軸線范圍內(nèi)圍檔進(jìn)行加固,防止出現(xiàn)倒塌情況. 3、放緩頂進(jìn)速率,防止地面沉降影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大；減少出土量,在機(jī)頭前部重新建立起泥水平衡狀態(tài),采取同步注漿的方式增加頂管

19、自持力,保持頂管上部土體的承載力；,三、事故原因（N08NY04地表沉陷事故）,該事故,從收集的相關(guān)數(shù)據(jù)、分析,與各參建單位人員多次探討后,認(rèn)為如下： 1、總包及分包夜班管理人員未盡到管理職責(zé),分包單位現(xiàn)場(chǎng)操作人員未按規(guī)定流程操作. 2、在頂管進(jìn)加固區(qū)時(shí),未對(duì)頂管系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,且補(bǔ)漿量不足,未能達(dá)到足夠的泥水壓力,造成地層損失率超出控制范圍,從而引起地面塌陷； 3、從地質(zhì)報(bào)告上來(lái)看,頂管穿越土層含有第層灰色淤泥質(zhì)粉粘土,呈流塑狀,高壓縮性,高靈敏度,分布較穩(wěn)定,厚度約0.77.8m,局部夾粉（砂）性土較多.,四、吸取教訓(xùn)（N08NY04地表沉陷事故）,1、根據(jù)施工方案及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),應(yīng)適

20、當(dāng)調(diào)整注漿量,控制好泥水壓力,特別是對(duì)于頂管管節(jié)進(jìn)出加固區(qū)時(shí)應(yīng)及時(shí)對(duì)頂進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整； 2、總包及專業(yè)分包單位應(yīng)加強(qiáng)安全和技術(shù)交底工作,交底工作必須到班組并留有記錄.特別對(duì)于頂管下穿道路的技術(shù)交底,施工班組應(yīng)嚴(yán)格按照交底內(nèi)容實(shí)施； 3、分包單位應(yīng)引起足夠重視,提高現(xiàn)場(chǎng)管理人員責(zé)任心,舉一反三,加強(qiáng)自身管理； 4、現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中,應(yīng)按照方案的內(nèi)容做好施工記錄,特別是對(duì)于前艙壓力、進(jìn)排泥量等推進(jìn)參數(shù)做好施工記錄；,4、頂管施工安全分析,4.1危險(xiǎn)有害因素辨識(shí),根據(jù)事故發(fā)生的可能性和暴露于危險(xiǎn)環(huán)境的頻繁程度,對(duì)事故可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),確定各種事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別,從上表評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出,頂管施工中,中毒和窒息為極其危險(xiǎn)事件,觸電、突泥、突水為高度危險(xiǎn)極其危險(xiǎn)、高度危險(xiǎn)事件應(yīng)制事件,物體打擊、起重傷害、坍塌、火災(zāi)為顯著危險(xiǎn)事件.,物體打擊