金山区A4公路DN800钢管顶管方案.docx
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金山区A4公路DN800钢管顶管方案
上海市金山区A4公路地道泵房
DN800钢管顶管施工方案
一、编制依据：
1、本工程设计研究院提供的图纸。
2、招标文件中的工程地质资料。
3、给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-97）。
4、市政工程施工及验收技术规程。
二、工程概况：
1、工程简介：
本工程为污水排放工程，其中穿越公路段的27m的DN800和37m的DN300管线按设计要求将采取钢管顶管施工工艺。
顶管共设1个工作井，接收井采用开挖形式，两条管线平行顶进,覆土层约有6.4m～7m深,顶管不容易冒顶，不容易受地面沉降或隆起影响，对地面沉降或隆起位移要求都很高，施工时必须保证地面沉降（或隆起）和井受力均在规定范围内，不影响周围环境，并按时完工，体现顶管施工的高质量和高效率。
2、工程地质情况：
根据工程地质勘探报告及现场实际施工情况，本段地质含水量较低。
根据特性参数，均为软塑至硬塑，较适合顶管。
三、施工准备：
1、测量放线及测量点的保护：
1）核对业主提供的GPS坐标控制点和一级水准控制点，并对沉井施工采用的二级控制点进行复核，办好交接手续。
2）对上道工序移交的工作井坐标和高程进行复测，办好交接手续。
3）用电子经纬仪和测距仪测量工作井和接收井的顶管洞口坐标，定出顶管轴线；用激光水准仪测量工作井和接收井顶管洞口标高，定出顶管高程。
经监理复核后，办理验收手续。
4）设置好每一段顶管的轴线基准点，并引出施工活动区域，并设置涂红白漆的钢筋支架以保护，以便顶进控制。
2、施工用水、用电及夜间施工照明：
1）本顶管机为泥水平衡式，正常施工时，泥水处理系统的水源由附近河浜（过滤杂质）提供，由于水源离工作井较远，施工时将利用明排管引水或使用消防水。
2）施工用电，主要由主顶液压站、纠偏液压站、注浆泵、搅拌泵、刀盘电机、送水泵、排泥泵和电焊机构成。
施工时可从大临用电线路上接引电力，并按市政要求配置设有两级保护的配电箱。
3）夜间施工照明的主照明采用固定灯架的3KW探照灯一盏，并配活动灯架两只，配500W碘钨灯，以覆盖工作井内和吊车施工区域。
3、施工用场地：
以工作井为中心，进场前由甲方提供平整、压实施工用场地一块（18m*13m详见施工平面布置图）。
沉井一侧铺路基箱或钢板，以便16t汽车吊就近站位。
4、施工道路：
本工程顶管靠近公路，需要铺设少量临时道路连接工作井和接收井，部分路段铺碎石或钢板垫路基，以便大型设备进出。
5、临时设施：
现场设置1只20英尺集装箱，作为操作间（兼现场办公室）和工具室。
6、顶管设备安装：
A、井内轨道安装按照规范要求，保证高程和基准线精度。
轨道下排架固定时，除须与井底板相连外，横梁和竖梁加长后撑于井壁。
B、送水泵和排泥泵机座须安装牢固，防止运转过程中移位。
C、贮浆箱放置时，连接送水泵的贮浆箱应低于连接排泥泵的贮浆箱，保证稀泥浆能及时循环。
D、后靠背（钢板）就位后应根据顶进轴线找正，为了扩散油缸的反力以保护井壁，后靠背采用80mm的厚钢板，立面垂直不倾斜，在顶进时应注意防止后靠背位移。
E、主推油缸采用2只200吨千斤顶。
千斤顶合力中心应在钢管中心偏下直径的1/4～1/5处，主推千斤顶安装于后座型钢支架上。
千斤顶安装要求：
①对称布置，保持受力均匀。
②安装位置允许偏差±3mm，头部偏差小于±3mm，水平偏差小于±2mm，确保顶进时处于受力良好状态。
F、激光经纬仪测量架固定，不能与其它设备相连，必须与井单独连接，以保证其它设备因顶力反作用力而位移时，不影响到测量精度。
G、当工具管进出洞时，防止洞口的泥水流入是影响顶管工程能否顺利进行的重要环节之一。
若洞口止水不好，土体中的水和泥砂将不断涌进工作坑内，对施工造成影响，严重时将造成施工的中断,因此本工程洞口止水措施是采用止水橡胶圈，当工具管进洞时，橡胶圈向内翻起，使土体中的水和泥砂不流进工作坑。
止水圈安装方法：
首先在预留洞的预埋件上根据止水圈上螺栓眼的位置焊上螺栓，把止水圈穿在螺栓上面，外面再安上弧形月亮板，以使止水圈和井壁紧密接触。
注意预埋件法兰底盘应中心正确,端面平整,安装牢固，螺栓的丝口应妥善保护,水泥浆应清除。
四、施工场地布置（施工平面布置图附后）：
五、进场顶管设备简介：
本工程DN800钢管顶管，属于小口径顶管，地质较好首选泥水平衡式顶管机。
此种设备在顶管时，对周围土体影响最小，又是井外操作，可连续出土，施工时质量好、较安全。
本公司准备采用的泥水平衡顶管机，是由日本RASA公司出品的新一代机型，DH-800型。
DH-800型顶管机外径为97mm，全长4200mm，适用于DN800钢管顶管。
日本LASA公司的DH-800型泥水加压平衡式顶管机各主要组成部分及功能如下：
1、机壳：
机身分前后两节，前后壳体通过纠偏油缸联结，纠偏油缸的各种组合动作可使壳体在需要的方向产生折角，在顶进过程中产生纠偏效果。
本机有4台27吨推力的纠偏用千斤顶，纠偏角上向2度，下向2度，左向1.5度，右向1.5度。
前后壳体间有橡胶止水圈确保壳外泥水不渗入机体内。
2、刀架：
顶管机的前端有一只锥形刀架，刀架上的合金刀用来切削土体和强度较低的障碍物，如腐烂木桩和三合土等。
刀架和前机壳的另一个作用是用来平衡土压力，本机允许平衡土压力为50T/m2。
3、动力系统：
刀盘是由二台电动机通过行星减速器减速后，由行星减速器主轴上的小齿轮带动刀架减速箱中间的大齿轮，再由设在大齿轮中心的主轴驱动刀架转动。
刀头由刀架带动。
4、主顶系统：
后方顶装置由2只200吨双行程的油缸组成，总顶力400吨，油压31.5Mpa。
千斤顶最小尺寸1500毫米，千斤顶推进全行程为1000毫米。
5、泥水系统：
主要由位于顶管机下方的二根进排泥管和一套用液压控制的机内旁通系统组成。
其工作过程是由一定压力、流速的水流，通过进水管进入泥水仓稀释，搅拌泥浆，并将泥浆水通过排泥管带到地面的泥浆池，往返循环工作。
六、主要施工方法：
本顶管工程2段顶管，2种直径规格。
结合钢管埋深，地势情况和总工期要求，采用泥水平衡顶管施工工艺。
1、施工工艺流程：
2、施工方法选择：
根据顶管理论，顶管时克服的阻力F为顶管机头迎面阻力F1与管壁四周摩擦阻力F2之和。
即F=F1+F2
F---总推力；
F1---机头的迎面阻力；
F2---机头的顶进阻力；
F1=（л/4×D2）×Pt
D---工具管外径；
Pt---机头底部以上1/3×D处的被动土压力（kN/m2）；
其中Pt=γ×（H+2/3×D）×tg2（45º+Ф/2）；
γ---土体的容重（kN/m3）；
H---管顶土层高度；
Ф---土层的摩擦角；
F2=л×D×f×L
f---采用触变泥浆润滑取钢管在此层土中平均摩阻力为3Kpa;
L---全部的顶进长度（m）；
经计算本工程顶管最大顶力为380吨力，故本公司选用的2只30Mpa主顶油缸，单缸推力200T，总推力400T，能满足顶力要求。
3、进出洞措施：
顶管能否顺利出洞是顶管得以成功的基础，我们充分考虑到本工程的土质条件差，管道埋设深和地下工程的不可预见性和危险性，结合我们的成熟经验，提出以下出洞措施：
为使顶管进出洞口不发生水土流失，导致工程受损，在进出洞口安装可靠的止水装置是十分必要的，本工程采用的洞口防水装置为双道橡胶法兰形式，具有以下特点：
1）具有良好的水密性能；2）安装简便易行。
为使进出洞口止水装置发挥良好的水密性，必须在安装该装置时满足与设计轴线同轴的要求。
这样橡胶法兰便会被四周均匀压缩，达到止水效果。
4、后靠背的设置：
根据顶管工艺，顶力的反作用力将由工作井和土壤承受。
为保证作为工程主体的工作井不受破坏，将在主顶和井壁之间设置8cm钢板，让主顶油缸的反力将通过钢板均匀地传递到工作井井壁。
5、主顶系统的设置：
根据顶力计算，每段顶管均选用2只主顶油缸，30Mpa下，单缸推力200t，总推力400t，来满足顶力要求。
为把主顶油缸推力均匀地传递到顶管上，系统设置时采用以下方法：
主顶液压站采用多路阀控制，保证两油缸通过受力实现基本同步。
制作环形顶铁，保证端面平整度和整体刚度。
6、触变泥浆减阻：
顶力的控制关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是注浆。
我们设想在管外壁与土层形成一条完整的环状的泥浆润滑套，改变原来的干摩擦状态，就可以大大减轻顶进阻力。
在顶管施工中，要做好压浆量、点的记录，以确保压浆工作到点，以降低管外壁摩擦阻力，提高顶管质量。
地面沿线有专人巡视，防止压浆打穿地层造成浆套损坏。
触变泥浆的配比选料中，对膨润土应选择膨胀倍率较大、杂质小、颗粒在150目以上的优质膨润土较好。
从机头后第3节砼管均设置注浆孔，以后每隔20米设置一圈压浆孔，每个压浆孔上安装一只1英寸的单向阀，由橡胶管和压浆总管连接，压浆总管是一根1.5英寸镀锌钢管，连接压浆泵，压浆泵选用螺杆泵。
以上压浆系统上设有流量、压力调节阀，触变泥浆选用标准的浆料，在搅拌筒内按一定的比例兑水充分搅拌后，储放24小时方可使用。
配置的触变泥浆要求粘滞度高、失水量小、稳定性好、还要求静切力低以满足长距离输送需要。
配置时膨润土、CMC须水浸12小时以上。
注浆压力基本保持在管顶上覆土压力的2.5倍，即P=2rh。
顶进时还需根据地面变形，地下水位等因素适当调整压力和注浆量，每天的注浆量应做记录，作为分析地层损失的依据之一。
注浆设备为螺杆泵，输出无脉动的高压浆液。
通过井内主管路和每个注浆断面的3个支管，浆液进入注浆孔。
由于单向阀，高压浆液能流畅地填入管外的间隙，流砂和地下水不能倒灌，并保证触变泥浆的压力。
7、纠偏测量及控制：
工程中常采用经纬仪进行简洁有效的地面控制测量，使地面控制测量中的误差趋进1cm，水准点控制网则利用工地附近的国家水准点布设水准网，直接引入工作井内。
本工程的地下导向采用JDB激光经纬仪，由一束红色的激光直指机头尾部的光靶，在顶进的过程中，通过机头内摄像头，操作者随时可以得到标靶上显示的偏差值，保证顶管方向控制的精确度要求。
在布置工作井后方的测量仪基座时，必须避免由于顶进时沉井受力而使得仪器基座产生移动或变形，如果仪座发生微小位移，应及时对轴线和标高进行调整。
在机头内，安装有倾斜仪传感器，操作者可以随时掌握机头的水平状态并指导纠偏。
如果斜度较大，另设垂球和坡度板测得机头倾角。
一般的，轴线方向可以通过激光经纬仪控制，标高的控制则应通过水准测量仪测量。
顶进纠偏必须勤测量，多微调，纠偏角度应保持10′——20′，不得大于1°。
顶管开始出洞的方向尤为重要。
基坑的道轨尽可能延长到井壁洞口的前端，道轨要有足够刚度，且安装焊接牢固，安装后的道轨轴线高程误差小于2mm。
主顶油缸和后座的安装也要满足牢固的要求，水平和垂直误差小于5mm。
由于在起始推进阶段，机头的方向主要通过主顶油缸进行控制的。
所以，一方面要减慢主顶的推进速度，另一方面要不断的调整油缸编组和机头纠偏。
在每一项工程开始之前，我们必须先进行设备安装调试，并制定坡度计划。
该坡度计划可以对设计坡度线加以调整，以方便施工最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。
8、沉降、位移监测及控制：
本工程顶管穿越主干道，对顶管施工提出较高的地面沉降要求。
为此需进行以下方面的工作：
A、作好地质和环境调查工作：
作好地质和环境调查工作，提出详细准确的顶管线路上的地质纵剖面图，特别要注意地下障碍物；并提出顶管沿线施工范围内的各种建筑物和公用设施的功能、构造形式、以及其与顶管管线在水平和深度上的相对位置。
B、合理选择工具管形式及施工方法：
根据上述地质和环境资料，已合理选择工具管形式及施工方法。
C、采取减少地层移动的施工技术措施：
采用泥水平衡式工具管进行顶管，施工中，要在开始顶进段中对地面沉降和移动进行监测，根据测量反馈资料，调整和选定某段顶进中密封土压舱中的土压力值，一般土压力宜为正面土体静止土压力的1.0—1.1倍。
此土压力选定得当，可使正面土体处于良好的平衡状态而减少工具管正面地层移动。
为顶进中稳定地保持住正面土体的平衡状态，要采取自动控制和人工控制的手段，以保持最合适的刀盘转速、顶进速度、顶管顶推力等施工参数。
D、向顶管外周空隙中精心注浆：
由于顶管工具管与管道外径相差而形成的管道外周空隙以及工具管纠偏而形成的管道外周空隙，或工具管及管道外周附着一层粘土而形成的管道外周空隙，必须精心压注触变泥浆有效的予以填充。
压浆一定要及时、适量，并在适当压力下由适当的点位和正确的方法向管外压注，以使全部外周空隙在整个顶进过程中始终充满着有一定压力的触变泥浆，它既是防止管道外周地层坍落以控制地层移动的支撑介质，又是减少管道外周摩擦的润滑介质。
因此管道外周触变泥浆的配制和压注工艺的优劣对控制地层移动减少地面变形是至关重要的施工措施。
E、控制顶管顶力的偏心度：
顶进中应使顶推合力尽可能与管道的轴线相接近，这对减少地面沉降有三个好处：
1）减少管道由于局部挠曲而增加对管周地层的扰动；2）可使管节之间接缝紧密结合，避免由于接缝张开引起管外周泥浆套和土体流失。
从而减少地面沉降；3）可使管口端面均匀地承受压力，既不会使接头因集中压应力而被压损，也不会使管节中间产生拉应力而引起环向裂缝，这就能保证管节不会因开裂引起水土流失和地表沉降。
F、操作者应注意观察控制台上压力表变动情况，合理地调整好推进速度和刀盘前部压力表变动之间的关系，使之处于良好的平衡状态，切忌盲目的快速顶进。
对泥水平衡式顶管，起始推进一定范围内，在地面布置沉降控制桩，以此得各断面的地表隆沉量，再与相应的掘进机参数进行比较，从而对推进时机头土压力值，出土速度，推进速度进行优化，用以指导以后的操作和控制。
9、意外情况的处理措施：
A、地质发生很大变化，突然间变硬或变软，这可以通过管道的泥水流量和压力表读数来判断，如果突然变硬了，减慢顶进速度，加大泥水流速；如果地质太软，加快顶进，减小排泥流量，以此来保证正面土压力平衡。
B、地层中如果发生承压水时，可加快推进速度，减少送水量，快速通过滞水层。
以上情况对于泥水平衡机头，比较容易处理。
C、机具损坏必须及时修理，止水圈损坏均可更换。
机头内除刀盘损坏修理比较麻烦外，其余的都可更换。
D、施工中若出现异常的偏差或发生纠偏失败，必须在允许偏差标准以内就停下来，这必须作为一条制度制定下来，并且如实汇报情况，分析原因，找准对策再顶进，切不可盲目行动。
10、泥浆外运：
泥水处理系统输出的浓泥浆，直接通过泥浆管输到甲方指定的地方。
七、施工计划：
1、施工进度计划：
计划工期为15日历天。
DN800顶管设备一套上场。
实际上场时间将由井交付情况决定。
初步计划见附表。
（施工进度表）
2、机械设备配备和选择：
DN800顶管采用泥水平衡顶头（日本RASA公司进口或仿制）。
各配备主顶设备、触变泥浆系统一套，由16t汽车吊一台进行施工吊装。
施工机具设备表如下：
序号
机械（具）名称
单位
数量
施工部位及用途
备注
1
DH-800泥水平衡顶管机
套
1
Ф800砼管顶进
日本RASA
2
主顶系统
套
1
主顶动力
新购
3
触变泥浆系统
套
1
顶进时减阻
自行研制
4
监测系统
套
1
控制顶管偏移及沉降
日本进口
5
电焊机
台
2
机具安装、钢管焊接
国产
7
16t汽车吊
台
1
钢管、设备吊装
国产
7
载重汽车
台
4
设备转场、泥浆外运
国产
3、计量器具表：
序号
名称
型号
数量
备注
1
激光经纬仪
J2-JDB
1
顶管纠偏
2
激光水准仪
S3-J
1
高程控制
3
钢卷尺
30m
1
4
钢卷尺
5m
4
5
塔尺
5m
1
八、劳动力组织：
1、顶管开始后，采用两班制，24小时施工。
2、为保证工程质量和进度，每班均配置足够的管理人员和监测人员。
施工人员配备表如下：
序号
工种职能
数量
备注
姓名
一
现场管理人员
6
职称
1
项目经理
1
工程师
2
技术负责人
1
工程师
3
施工员
1
助理工程师
4
质量员
1
助理工程师
5
安全员
1
助理工程师
6
资料员
1
助理工程师
二
操作人员
24
等级
1
吊车司机
2
2
电焊工
6
3
测量工
1
4
电工
1
5
钳工
2
6
机工
2
7
普工
10
九、质量要求和措施：
1、顶进质量控制标准：
1）管道轴线允许偏差≤50mm。
2）管道内底高程允许偏差-40mm，+30mm之间。
3）钢管相邻管节间错口小于2mm。
4）钢管焊接饱满无渗漏。
5）地面沉降控制在+20mm，-40mm之间。
2、质量目标：
a）合同履约率100%
b）分项工程质量合格率100%
c）分部工程质量优良率达到100%
d）综合管理创文明工地
3、质量保证措施：
1）施工前，认真做好质量技术交底。
2）学习质量计划，明确各岗位职责。
3）施工及现场管理人员务必做好交接班工作，填写交接班记录。
4）按业主要求，每天提交顶进记录和监测记录给业主或指定的监理。
5）按要求进行沉降和位移监测，定期进行轴线复测，并做好相应记录。
6）施工人员严格遵守勤控、勤顶、勤测和勤纠偏制度，做好施工记录。
7）临时堆放的管材，做好成品保护；在核实质保资料和实体外观检查后，方可使用。
不合格的，在管外表进行不合格标识后，另处堆放。
8）顶管时，管内如出现异常现象，立即停工并报项目部，采取相应措施后方可继续施工。
9）建立质量奖惩制度。
10）各岗位人员持证上岗，计量仪器校验登记，机械设备报审。
十、安全要求和措施：
1、现场作业时，遵守总包单位制定的各项规章制度。
2、建立安全岗位责任制，按工种岗位进行安全交底，每周开安全会。
3、工作井较深，设置钢制安全楼梯一副，井四周设置安全栏杆。
4、设置充足的夜间照明。
5、定期检查施工器具的安全设施。
6、顶进中，压力突然增大时，应立即停工,待查出原因后方可继续施工。
7、坑口一米内严禁堆物。
8、施工现场和工作坑四周设置安全围栏和安全宣传标志。
9、工作井内及顶管内严禁吸烟。
附表：
金山区A4公路污水排放工程DN800、DN300钢管顶管项目施工进度计划表
序号
日期
施工内容
总工期：
15日历天
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
一
第一顶（DN800）
1
准备工作
2
设备安装
3
钢管顶进
4
管道清理
5
设备拆除
二
第二顶（DN300）
1
设备安装
2
钢管顶进
3
管道清理
4
完工验收
5
设备拆除撤场
升级会员 