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镇江宏宇机电设备有限公司

顶管施工技术及验收规范(三)顶管机选型

发表时间:2018-11-27 08:44作者:马保松

4 顶管机选型

4.0.1顶管施工应主要根据土质情况、地下水位、施工要求等,在保证工程质量、施工安全等的前提下,合理选用顶管机型。

4.0.2 为合理选择顶管机型,应首先获得和分析如下相关技术资料:

   根据所提供的工程地质钻孔柱状图和地质纵剖面图,了解顶管机所要穿过的有代表性的地层条件,同时研究特殊的地层条件和可能遇到的施工问题。

   详细分析顶管机所要穿越的各类地层的土壤参数(见表4.0.2),然后依据下列几条进行顶管机的选型:

顶管机头选型的主要土层参数     4.0.2

参数性质

地层参数

符号

单位

说明

表示土的

固有特征

1.颗粒组成


%


2.限位粒径

d60

mm


3.有效粒径

d10

mm


4.不均匀系数

Cu


Cu= d60/d10[1]

5.液限

WL

%


6.塑限

WP

%


7.塑性指数

IP

%

IP = WL - WP

表示土的

状态特征

1.含水量

w

%


2.饱和度

Sr

%

[2]

3.液性质数

IL


IL=( w- WP)/ IP[3]

4.孔隙比

e



5.渗透系数

K

m/s


6.土的天然重度

γ

kN/m3


土的力学

性质特征

1.不排水抗剪强度

Su

kPa


2.内聚力

C

kPa


3.内摩擦角

Ф



4.标准贯入指数

N



5.原状土无侧限抗压强度

qu

kPa


6.重塑土无侧限抗压强度

qo

kPa


7.灵敏度

St


St= qu/qo       [4]

8.压缩系数

a



9.压缩模量

Es

kPa

Es=(1+e1)/a  

注:

[1] Cu >10为级配不均匀土,Cu<5为级配均匀土。

[2] Sr值将砂性土分为三种状态:Sr≤50%,稍湿的;50< Sr≤80%,很湿的;Sr>80%,饱和土。

[3] IL值将粘性土分为5种状态:IL≤0,坚硬状态;IL≤0.25,硬塑状态;IL≤0.75,可塑状态;IL≤1,软塑状态;IL>1,流塑状态。

[4] 粘性土的灵敏度分为三种:St =2-4,低灵敏度;St =4-6,中灵敏度;St >8,高灵敏度。

4.0.2.1 按土颗粒组成和土的塑性指数,可确定顶管机穿越最具代表性的地层及其最基本的地质依据。

4.0.2.2 根据土的有效粒径d10和土的渗透系数K等,可确定是否采用人工降水的方法疏干地层。

4.0.2.3 在环境保护要求很高的砂性土层中进行顶管施工,当地下水压力>98kPa,粘粒含量<10%,渗透系数>10cm/s,并有严重流砂时,宜采用泥水平衡或开挖面加高浓度泥浆的土压平衡的顶管掘进机施工。

4.0.2.4 按土的稳定系数Nt的计算和对地面沉降的控制要求选择顶管机的结构形式以及地面沉降控制技术措施,其计算公式见公式4.0.2.4.

图片1.png   公式  4.0.2.4

图片2.png——土的重度

h ——地面至机头中心的高度

q ——地面超载

n ——折减系数,一般取1

图片3.png——土的不排水抗剪强度

   Nt≥6时,且地面沉降控制要求很高时,因正面土体流动性很大,需采用封闭式顶管机头。

4<Nt<6, 地面沉降控制要求不很高时,可考虑采用挤压式或网格式顶管机。

Nt≤4,地面沉降控制要求不高时,可考虑采用手掘式顶管机。

4.0.3 在饱和含水地层中,特别是在含水砂层、复杂困难地层或临近水体,需充分掌握水文地质资料。为防止开挖面涌水或塌方,应采取防范和应急措施。

4.0.4 综上所述,可参照表4.0.4选择顶管机和相应施工方法。

顶管机和相应施工方法选择参照表     4.0.4

编号

顶管机形式

适用管道内径D/mm

管顶覆土厚度H/m

地层稳定措施

适用地层

适用环境

1

手掘式

D: 900-4200

H: ≥3m≥1.5D

1. 遇砂性土用降水法疏干地下水;

2. 管道外周注浆形成泥浆套。

粘性或砂性土,在软塑和流塑粘土中慎用。

允许管道周围地层和地面有较大变形,正常施工条件下变形量10-20cm.

2

挤压式

D: 900-4200

H: ≥3m≥1.5D

1. 适当调整推进速度和进土量;

2. 管道外周注浆形成泥浆套。

软塑和流塑性粘土,软塑和流塑的粘性土夹薄层粉砂。

允许管道周围地层和地面有较大变形,正常施工条件下变形量10-20cm.

3

网格式(水冲)

D: 1000-2400

H: ≥3m≥1.5D

适当调整开口面积,调整推进速度和进土量,管道外周注浆形成浆套。

软塑和流塑性粘土,软塑和流塑的粘性土夹薄层粉砂。

允许管道周围地层和地面有较大变形,精心施工条件下地面变形量可小于15cm

4

斗铲式

D: 1800-2400

H: ≥3m≥1.5D

气压平衡工作面土压力,管道周围注浆形成泥浆套。

地下水位以下的砂性土和粘性土,但粘性土的渗透系数应不大于10-4cm/s.

允许管道周围地层和地面有中等变形,精心施工条件下地面变形量可小于10cm

5

多刀盘土压平衡式

D: 900-2400

H: ≥3m≥1.5D

胸板前密封舱内土压平衡地层和地下水压力,管道周围注浆形成泥浆套。

软塑和流塑性粘土,软塑和流塑的粘性土夹薄层粉砂。粘质粉土中慎用。

允许管道周围地层和地面有中等变形,精心施工条件下地面变形量可小于10cm

6

刀盘全断面切削土压平衡式

D: 900-2400

H: ≥3m≥1.5D

胸板前密封舱内土压平衡地层和地下水压力,以土压平衡装置自动控制,管道周围注浆形成泥浆套。

软塑和流塑性粘土,软塑和流塑的粘性土夹薄层粉砂。粘质粉土中慎用。

允许管道周围地层和地面有较小变形,精心施工条件下地面变形量可小于5cm

7

加泥式机械土压平衡式

D: 600-4200

H: ≥3m≥1.5D

胸板前密封舱内混有粘土浆液的塑性土压力平衡地层和地下水压力,以土压平衡装置自动控制,管道周围注浆形成泥浆套。

地下水位以下的粘性土、砂质粉土、粉砂。地下水压力>200kPa, 渗透系数≥10-3cm/s时慎用。

允许管道周围地层和地面有较小变形,精心施工条件下地面变形量可小于5cm

8

泥水平衡式

D: 250-4200

H: ≥3m≥1.5D

胸板前密封舱内的泥浆压力平衡地层和地下水压力,以泥浆平衡装置自动控制,管道周围注浆形成泥浆套。

地下水位以下的粘性土、砂性土。渗透系数>10-1cm/s,地下水流速较大时,严防护壁泥浆被冲走。

允许管道周围地层和地面有很小变形,精心施工条件下地面变形量可小于3cm

9

混合式顶管机

D: 250-4200

H: ≥3m≥1.5D

上述方法中两种工艺的结合

根据组合工艺而定

根据组合工艺而定

10

挤密式顶管机

D: 150-400

H: ≥3m≥1.5D

将泥土挤入周围土层而成孔,无需排土。

松软可挤密地层

允许管道周围地层和地面有较大变形

注:表中的DH值可根据具体情况进行适当调整。

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