上海过江倒虹管泥水平衡顶管施工技术
08-22 13:17:35 浏览次数:762次 栏目：结构设计
标签：组织结构设计,钢结构设计,
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上海过江倒虹管泥水平衡顶管施工技术
1、工程概况
本工程为上海市污水治理二期1.1标黄浦江倒虹管工程，沿线共设有两座竖井，即一座工作井及一座接收井。其中工作井位于浦东耀华支路三渣搅拌站内，西靠黄浦江，东接耀华支路，接收井位于浦西龙华机场附近，西靠丰溪路，东临黄浦江，南北分别与石化公司及电力公司相邻，见图1。
图1 合流二期1.1标倒虹管工程总平面、剖面图
隧道部分为两条长度均为610m的平行顶管隧道，隧道坡度均为i=0.162%，两条隧道中心间距为5m，隧道顶最大覆土约24.8m。顶管机将穿越宽510m的黄浦江，江中段隧道顶最小覆土约7.5m。
圆隧道首次采用隧道股份设计、制造的适用于各种软土地质的φ2660mm泥水平衡式顶管机顶进施工，顶管主顶机械总顶力为10000kN。
圆隧道结构全部采用"F"型预制钢筋混凝土管节，其外径2640mm，内径2200mm，每节长度为3000mm，相邻两管节间由特制接头承插连接，接缝防水采用由氯丁橡胶制成的齿形橡胶圈，衬垫材料为多层胶合板。
本工程范围内的土层及各地层土质物理力学指标，见表1。
地层土质物理力学指标 表1
层号
土层名称
层底标高
含水量W(%)
密度kN/m3
孔隙比e
凝聚力C(kPa)
内摩擦角φ°
地基承载力kPa
①1
填土
3.53
34.6
17.6
1.08
①2
冲填土
-5.47
33.8
17.8
1.03
③
灰色粘质粉土
-10.07
34.
17.9
1.04
8.0
29
90
④1
灰色淤泥质粘土
-10.67
47.7
17.2
1.37
65
④2
灰色淤泥质粉质粘土夹砂
-13.07
35.4
17.8
1.07
10.0
24
80
⑤2
灰色砂质粉土
-25.87
31.7
17.9
0.99
3.0
28
100
⑤3
灰色粉质粘土
-42.67
33.3
17.8
1.04
20.0
19
100
2、泥水平衡顶管系统
泥水加压平衡顶管工法的特征是在机械掘削式顶管前部的刀盘附近安装隔板，形成泥水压力仓，将加压的泥水送入泥水压力仓，使开挖面稳定，刀盘切削下来的土砂以泥水形式被输送到地面。
泥水平衡顶管系统主要由顶管机、泥水输送、泥水处理及顶进管理四个系统组成。
(1) 泥水平衡顶管机
① 泥水加压平衡顶管机主机
·工作原理：
工具管在正常作业前，刀盘与壳体外圈接触，刀排与刀盘盘体接触，泥水仓处于密闭状态，以延缓泥水压力泄漏。同时在泥水旁路切换大循环时，使泥水压力的波动对开挖面的扰动降到最小，待泥水仓中压力稳定后，启动中心轴动力泵站带动中心轴及刀架向前运动，使刀架与刀盘分离，在两者之间形成四条70mm的进土间隙，并由中心轴及刀架的继续伸出带动刀盘盘体的运动，使之与壳体保持一定距离，此时机头即处于待工作状态，启动刀盘驱动电机，通过第一级减速(105k行星齿轮减速机)，其输出轴上的小齿轮带动中心轴上的大齿轮(即第二级减速i=131/17)最终带动刀盘及刀架，以1.5rpm转动(可正反转)切削土体，见图2。
图2 顶管机主机示意图
·主要技术参数：
A.外形尺寸：直径(外径)2660mm，长度4240~4300mm。
B.刀盘：最大扭矩277kNm，转速1.516rpm，驱动电机功率22kW×2，最大移动量40mm。 C.中心轴：最大移动量110mm，油缸最大压力32MPa，最大平衡力2050kN，最大平衡土压范围0-368.9kN/m2。
D.纠偏装置：千斤顶数量8台，最大工作压力32MPa，单台最大推力900kW，纠偏行程60mm，纠偏角度±1.8°。 ②顶进装置
顶进装置分主顶进装置及中继顶进装置两部分。主顶进装置的主要功能是完成管节的顶进，其由底座、油缸组、顶进头、V形顶块、钢后靠及液压动力泵站等组成；中继顶进装置主要是为中继接力顶进所用。
(2) 泥水处理
泥水处理系统主要由粘土溶解槽、调整槽、剩余槽、清水槽、泥水分离旋流器和沉砂池等组成，起处理泥水(由盾构开挖面排出)和制造新鲜泥水的作用。
泥水处理采用一次沉淀的方法，沉淀后的泥水送入调整槽，调整粘度、密度后重新利用。
江中设置一台潜水泵引水入清水槽，清水槽内设潜水泵一台，用于向调整槽内加注清水，调整槽内设搅拌装置，调整后泥水通过P1(PH)泵送入顶管机内使用，粘土溶解槽内搅拌浓泥浆，加入调整粘度、密度。粘度控制在25S左右，密度在1.2g/mm3左右，并且根据实际情况再作调整,见图3。
图3 泥水处理简图
(3) 泥水输送
泥浆输送系统是由一根6″送泥管、一根6″排泥管、送泥泵和排泥泵等部分组成。经处理后的泥水由调整槽通过P1-1泵或PH泵由地面送至井下，顶管内排出的高密度泥水，经安装在地面和隧道内的接力泵送回至地面泥浆沉淀池，见图4。
图4 泥水输送系统流程图
泥水输送系统启动时，先开启VP阀，启动PI泵，开启V3、V5阀，再逐个启动P2、P3、PE泵。系统启动数分钟后，当送排泥水压力和流量趋于稳定，送泥水压力和切口压力基本相同时，才可操作到"顶进状态"。
进入"顶进状态"时，开启机头阀，开启V1、V2阀，关闭V3阀。泥水输送系统可逐渐达到泥水平衡，调整送泥水压和排泥流量，使推进过程中一直保持泥水平衡，若在推进过程中，切口水压值偏高设定值，操作人员应采取措施，使之恢复正常。若切口水压继续偏差达限值，应立即切换到"旁路状态"。
如果切口水压的偏离原因是泥水管道堵塞引起的，就应操作至"逆洗状态"，对堵塞管道进行冲洗。管道畅通后，应先转换到"旁路状态"，最后才转换到"顶进状态"。
顶进结束后，应将"顶进状态"切换到"旁路状态"，待泥水平衡后，再切换到"停止状态"。
，上海过江倒虹管泥水平衡顶管施工技术
上海过江倒虹管泥水平衡顶管施工技术
1、工程概况
本工程为上海市污水治理二期1.1标黄浦江倒虹管工程，沿线共设有两座竖井，即一座工作井及一座接收井。其中工作井位于浦东耀华支路三渣搅拌站内，西靠黄浦江，东接耀华支路，接收井位于浦西龙华机场附近，西靠丰溪路，东临黄浦江，南北分别与石化公司及电力公司相邻，见图1。
图1 合流二期1.1标倒虹管工程总平面、剖面图
隧道部分为两条长度均为610m的平行顶管隧道，隧道坡度均为i=0.162%，两条隧道中心间距为5m，隧道顶最大覆土约24.8m。顶管机将穿越宽510m的黄浦江，江中段隧道顶最小覆土约7.5m。
圆隧道首次采用隧道股份设计、制造的适用于各种软土地质的φ2660mm泥水平衡式顶管机顶进施工，顶管主顶机械总顶力为10000kN。
圆隧道结构全部采用"F"型预制钢筋混凝土管节，其外径2640mm，内径2200mm，每节长度为3000mm，相邻两管节间由特制接头承插连接，接缝防水采用由氯丁橡胶制成的齿形橡胶圈，衬垫材料为多层胶合板。
本工程范围内的土层及各地层土质物理力学指标，见表1。
地层土质物理力学指标 表1
层号
土层名称
层底标高
含水量W(%)
密度kN/m3
孔隙比e
凝聚力C(kPa)
内摩擦角φ°
地基承载力kPa
①1
填土
3.53
34.6
17.6
1.08
①2
冲填土
-5.47
33.8
17.8
1.03
③
灰色粘质粉土
-10.07
34.
17.9
1.04
8.0
29
90
④1
灰色淤泥质粘土
-10.67
47.7
17.2
1.37
65
④2
灰色淤泥质粉质粘土夹砂
-13.07
35.4
17.8
1.07
10.0
24
80
⑤2
灰色砂质粉土
-25.87
31.7
17.9
0.99
3.0
28
100
⑤3
灰色粉质粘土
-42.67
33.3
17.8
1.04
20.0
19
100
2、泥水平衡顶管系统
泥水加压平衡顶管工法的特征是在机械掘削式顶管前部的刀盘附近安装隔板，形成泥水压力仓，将加压的泥水送入泥水压力仓，使开挖面稳定，刀盘切削下来的土砂以泥水形式被输送到地面。
泥水平衡顶管系统主要由顶管机、泥水输送、泥水处理及顶进管理四个系统组成。
(1) 泥水平衡顶管机
① 泥水加压平衡顶管机主机
·工作原理：
工具管在正常作业前，刀盘与壳体外圈接触，刀排与刀盘盘体接触，泥水仓处于密闭状态，以延缓泥水压力泄漏。同时在泥水旁路切换大循环时，使泥水压力的波动对开挖面的扰动降到最小，待泥水仓中压力稳定后，启动中心轴动力泵站带动中心轴及刀架向前运动，使刀架与刀盘分离，在两者之间形成四条70mm的进土间隙，并由中心轴及刀架的继续伸出带动刀盘盘体的运动，使之与壳体保持一定距离，此时机头即处于待工作状态，启动刀盘驱动电机，通过第一级减速(105k行星齿轮减速机)，其输出轴上的小齿轮带动中心轴上的大齿轮(即第二级减速i=131/17)最终带动刀盘及刀架，以1.5rpm转动(可正反转)切削土体，见图2。
图2 顶管机主机示意图
·主要技术参数：
A.外形尺寸：直径(外径)2660mm，长度4240~4300mm。
B.刀盘：最大扭矩277kNm，转速1.516rpm，驱动电机功率22kW×2，最大移动量40mm。 C.中心轴：最大移动量110mm，油缸最大压力32MPa，最大平衡力2050kN，最大平衡土压范围0-368.9kN/m2。
D.纠偏装置：千斤顶数量8台，最大工作压力32MPa，单台最大推力900kW，纠偏行程60mm，纠偏角度±1.8°。 ②顶进装置
顶进装置分主顶进装置及中继顶进装置两部分。主顶进装置的主要功能是完成管节的顶进，其由底座、油缸组、顶进头、V形顶块、钢后靠及液压动力泵站等组成；中继顶进装置主要是为中继接力顶进所用。
(2) 泥水处理
泥水处理系统主要由粘土溶解槽、调整槽、剩余槽、清水槽、泥水分离旋流器和沉砂池等组成，起处理泥水(由盾构开挖面排出)和制造新鲜泥水的作用。
泥水处理采用一次沉淀的方法，沉淀后的泥水送入调整槽，调整粘度、密度后重新利用。
江中设置一台潜水泵引水入清水槽，清水槽内设潜水泵一台，用于向调整槽内加注清水，调整槽内设搅拌装置，调整后泥水通过P1(PH)泵送入顶管机内使用，粘土溶解槽内搅拌浓泥浆，加入调整粘度、密度。粘度控制在25S左右，密度在1.2g/mm3左右，并且根据实际情况再作调整,见图3。
图3 泥水处理简图
(3) 泥水输送
泥浆输送系统是由一根6″送泥管、一根6″排泥管、送泥泵和排泥泵等部分组成。经处理后的泥水由调整槽通过P1-1泵或PH泵由地面送至井下，顶管内排出的高密度泥水，经安装在地面和隧道内的接力泵送回至地面泥浆沉淀池，见图4。
图4 泥水输送系统流程图
泥水输送系统启动时，先开启VP阀，启动PI泵，开启V3、V5阀，再逐个启动P2、P3、PE泵。系统启动数分钟后，当送排泥水压力和流量趋于稳定，送泥水压力和切口压力基本相同时，才可操作到"顶进状态"。
进入"顶进状态"时，开启机头阀，开启V1、V2阀，关闭V3阀。泥水输送系统可逐渐达到泥水平衡，调整送泥水压和排泥流量，使推进过程中一直保持泥水平衡，若在推进过程中，切口水压值偏高设定值，操作人员应采取措施，使之恢复正常。若切口水压继续偏差达限值，应立即切换到"旁路状态"。
如果切口水压的偏离原因是泥水管道堵塞引起的，就应操作至"逆洗状态"，对堵塞管道进行冲洗。管道畅通后，应先转换到"旁路状态"，最后才转换到"顶进状态"。
顶进结束后，应将"顶进状态"切换到"旁路状态"，待泥水平衡后，再切换到"停止状态"。
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