机械顶管方案.docx
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机械顶管方案
管道工程施工组织设计
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第一章工程概况…………………………………………………………………………4
一、工程概况…………………………………………………………………………4
二、地形、地貌情况和水文情况……………………………………………………4
三、施工环境条件……………………………………………………………………4
四、主要工程数量……………………………………………………………………4
五、工程特点及难点及应对措施……………………………………………………5
第二章施工组织及计划…………………………………………………………………5
一、施工总平面图……………………………………………………………………5
二、施工总体规划设想………………………………………………………………5
三、施工水电安排……………………………………………………………………6
四、施工计划…………………………………………………………………………6
五、施工人员、机械、材料安排……………………………………………………6
第三章施工工艺及施工方法……………………………………………………………7
一、施工准备…………………………………………………………………………7
二、总施工工艺流程…………………………………………………………………7
三、工作井、接收井施工……………………………………………………………7
四、水泥平衡法顶管施工……………………………………………………………9
五、检查井施工………………………………………………………………………15
六、明挖段管道施工…………………………………………………………………16
第四章工程质量控制措施………………………………………………………………17
一、质量目标…………………………………………………………………………17
二、质量目标管理网络………………………………………………………………17
三、质量保证体系……………………………………………………………………18
四、施工前的质量控制………………………………………………………………19
五、施工过程中的质量控制…………………………………………………………20
六、材料控制…………………………………………………………………………20
七、质量记录控制……………………………………………………………………20
八、顶管工程质量控制要求…………………………………………………………20
九、顶管质量通病及防治措施………………………………………………………21
第五章职业健康安全措施………………………………………………………………23
一、职业健康安全目标及防范重点…………………………………………………23
二、安全生产保证体系………………………………………………………………23
三、安全管理组织机构………………………………………………………………23
四、土方作业安全措施和要求………………………………………………………24
五、临时用电安全防护………………………………………………………………25
六、施工机械安全防护………………………………………………………………26
七、管材、管件等运输、存放及安装………………………………………………27
八、个人劳动管理及劳动保护………………………………………………………27
第六章环保和文明施工措施……………………………………………………………28
一、文明施工、环境保护目标………………………………………………………28
二、分项目标…………………………………………………………………………28
三、文明施工、环境保护机构………………………………………………………28
四、文明施工、环境保护责任制……………………………………………………28
五、文明施工及环境保护措施………………………………………………………28
第七章管线、建筑物、高压线保护措施………………………………………………30
一、公用管线保护措施………………………………………………………………30
二、地上建（构）筑物保护措施……………………………………………………31
三、高压线及高压电塔保护措施……………………………………………………31
第一章工程概况
一、工程概况
科韵路北起云溪路，南至仑头立交，全长11.18km，规划道路为城市主干道，它的建成为广州东部提供自北向南的通道，是广州东进南拓的主要交通要道，它南接广州市南部地区快速路往大学城、生物岛，可直达番禺、广州新城，南沙经济技术开发区、南沙港区，它的建设使广州市中心与国际会展中心、大学城、南沙经济技术开发区的交通联系更加紧密和快捷。
本标段为黄埔大道立交（K5+240~K6+280）污水管道工程。
主管线为Ф1685mm玻璃夹砂管，全长约508m。
地面标高7.80~9.20m，流水位标高1.407m~2.078m，管顶覆土6米；支管线为Ф300mmPVC-U管，全长约66m，流水位标高5.25m~5.80m。
二、地形、地貌情况和水文情况
本工程原始地貌单元属珠江三角洲冲积平原，随着广州市城市建设的发展，本路段已改建为城市市政道路，场地地面主要为混凝土或沥青路面、人行道及绿化带，地势起伏较平缓，地面标高一般为7.94~12.68m。
本工程场地位于珠江三角洲断陷区，均被第四系土层所覆盖，下伏基岩为白垩系泥质粉砂岩或砾岩。
沿线埋藏地层为第四系覆盖层及白垩系沉积岩，其中第四系按成因类型分为冲积层和残积层，表层为填筑土和种植土。
白垩系三水组西濠段为一套陆相碎屑岩，主要为紫红色泥质粉砂岩，局部夹杂色砾岩。
本工程地处珠江三角洲冲积平原，地下水类型以孔隙潜水为主，受大气降水及地表水补给，水位变化因气候、季节而异：
丰水季节，地下水位上升，第四系各地层多处于饱水状态。
此外在砂岩各风化带裂隙中尚赋存少量的基岩裂隙水，受大气降水和上层地下水补给。
勘察期间地下水稳定水位埋藏深度介于0~6m之间，水位标高介于6.28~12.84m。
勘察试验表明，该地段土层地下水对混凝土不具腐蚀性。
根据该工程的设计图纸管道纵剖面图揭示，场地内地层自上而下依次为：
杂填土、素填土、淤泥、粉质粘土、粘土，顶管主要在粉质粘土、粘土地层中穿过。
三、施工环境条件
本工程所处场区地势平坦，沿线为高压线走廊，有5趟高压线，其中1趟220KV、4趟110KV，占地宽度约130m，高压线铁塔较多，净空高度在11.5~16m，高压走廊已被绿化。
污水管道所在位置大部分在现有科韵路路面以下。
黄埔大道及科韵路现状车流量较大，在高峰时间会出现堵车现象
四、主要工程数量
详见表1
表1：
污水管道主要工程数量表
序号
名称
材料
基础
单位
数量
1
污水管道
DN300
碎石砂
m
600
2
玻璃钢夹砂管
DN1685
顶管
m
507.9
3
马路甲式检查井
D500
个
7
4
顶管工作井
个
1
5
顶管接收井
个
2
6
改造检查井
个
1
注：
本表数量仅供参考
五、工程特点及难点及应对措施
1、技术含量高
玻璃钢夹砂管用于顶管工程尚不长时间，技术含量比较高。
我部将组织专业顶管队伍进场施工，选择具有多年顶管工程施工经验、质量意识强的精英力量负责本工程的施工管理。
2、地质情况比较复杂，顶管易发生偏位现象
顶进断面为粘土，由于粘土层中顶进，粘土极易粘结成团，堵塞管路，因此必须严格控制好泥水流量与流速，解决顶进泥水循环出土环节；另外该地层较难形成纠偏需要的导向力，造成纠偏困难，所以要求“勤测勤纠”，将偏位控制到较小，实现“微偏微纠”，满足规范的要求，特别在进洞15m范围环节，严格控制好顶管机的走向，形成有利的初始轨迹。
我部选择施工经验丰富的技术力量和施工人员负责施工，严格控制顶进的工艺，采用激光即时监控，并真正实现泥水平衡的状态，在平衡状态下对机头即时微纠，确保顶管成功。
3、顶管施工影响到科韵路的交通，做好交通疏导、确保将影响降至最小。
由于顶管工作井、接收井均在现有的科韵路上，而进行顶管施工必须占用道路，造成道路被压缩，影响交通，因此在施工前必须于交通主管部门协商占道问题，同时工作井、接收井附进的道路拓宽满足交通要求。
施工区域做好围蔽和警示工作，确保安全。
第二章施工组织及计划
一、施工总平面图
在工作井和接收井位置进行围蔽，围蔽范围为半幅车行道，围蔽内设管材存放区，泥浆渣土临时存放区，现场休息间等。
施工总平面图附件一，顶管工作区布置平面图见图二。
二、施工总体规划设想
1、选择专业顶管队伍施工，玻璃钢夹砂管由专业厂家按设计要求生产。
2、由于顶管施工与黄埔大道立交工程相互影响较小，因此顶管施工相对独立。
在玻璃钢夹砂管生产过程中进行工作井和接收井的施工，工作井完成后立即进入顶管阶段，在顶管施工后期施工接户管。
三、施工水电安排
由市政供电系统接入，同时现场配备发电机作为备用。
管道施工用水管路供水相结合的方式。
四、施工计划：
考虑到玻璃钢夹砂管生产厂家需要制作模具，更改生产工艺，因此安排玻璃钢夹砂管的时间较长。
顶管施工方面，由于交通等因素的影响，顶管作业安排得时间比较充裕。
施工计划详见附件三
五、施工人员、机械、材料安排
（一）劳动力组织计划：
见表2
表2：
劳动力计划一览表
序号
工种
人数
1
管理人员
3
2
顶进操作工（机工）
2
3
修理工
2
4
测量工
2
5
泥桨工
3
6
起重工
2
7
电工
2
8
司机
4
11
钢筋工（电焊工）
5
12
木工
4
13
杂工
10
14
共计
39
（二）机械计划：
见表3
表3：
主要机械设备计划一览表
序号
机具名称
规格、性能
单位
数量
用途
1
泥水平衡式工具头
台
1
顶管
2
吊机
40T
辆
1
起重工具头、其他设备
3
吊机
16T
辆
1
起重管道
4
整体式顶进系统
800T
座
1
顶进设备
5
PLC全自动操控台
台
1
顶进控制
6
中继环
套
1
顶进设备
7
渣浆泵
台
2
泥浆系统
8
泥浆泵
台
1
泥浆系统
10
泥浆车
辆
1
运泥浆
11
水泵
QS32×25－4
台
4
基坑排水
12
发电机
200KW
台
1
供电
13
钢筋调直机
GJ4－14/4
台
2
钢筋调直
14
钢筋切断机
GJ5－40～1
台
1
钢筋切断
15
钢筋弯曲机
台
1
钢筋弯曲
16
电焊机
BX－330
台
5
焊接
17
油压千斤顶
200t
台
4
顶管
18
组合式油泵站
座
2
顶管
19
蛙式打夯机
H－201型
台
3
回填土
（三）材料计划：
见表4
表4：
主要材料计划一览表
序号
材料名称
规格型号
单位
数量
1
水
T
5000
2
玻璃钢夹砂管
DN1685
M
515
3
塑料管
PVC-U
M
70
4
垫层材料
碎石砂
M3
100
5
水泥
P032.5
T
3
6
混凝土
C25
M3
300
7
钢筋
T
5
7
灰砂砖
块
20000
第三章施工工艺及施工方法
一、
图1：
顶管段施工工艺流程
施工准备
1、技术准备
在管道施工前，充分熟悉图纸，对发现的问题及时与设计联系，认真作好图纸会审工作。
组织施工人员学习有关规范标准，进行方案及技术交底，掌握施工工艺、控制方法及检查手段，并制订质量通病的防治方法。
2、材料准备
选择有实力的材料厂家，报验审查并签定协议后进行玻璃钢管生产。
对各种管材及管件，严格执行物资进场报验程序，按规范要求进行实验、检测，经检验合格后的材料方可使用，保证进场材料的质量。
3、测量准备
根据现场的实际情况，在管线附近布设平面控制点及高程控制点，建立管线开挖的控制网。
4、现场准备
现场进行围蔽，布置施工场地，施工水电接入。
二、总施工工艺流程
见图1
三、工作井、接收井施工
（一）施工工艺流程：
本工程的工作井及接收井采用逆作拱墙法施工，施工顺序先施工水泥搅拌桩，待强度达到95%再施工拱墙。
施工工艺流程见图2
（二）搅拌桩止水帷幕施工
1、施工工艺流程图，见图3
2、施工方法
图2：
工作井、接收井施工工艺流程
（1）测量放线
按设计要求标高平整施工场地，测放出道路的里程控制线，布桩控制线，软基处理边线。
并根据设计图纸及布桩图，进行桩位施工放样，在场地上使用木桩、竹桩做好标记，并在边线外设置行、列控制桩。
（2）钻机就位：
将钻机移到孔位置，调平并使钻杆垂直，钻头对准桩位，试运转。
（3）预拌下沉
将输浆胶管与注浆泵同钻杆接通，冷却水循环正常，启动搅拌机电机，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度由电机的电流表监测，一般为0.8m/min。
密切注意电流变化，与地质资料互相对照
（4）水泥浆制备
在下沉过程中进行泥浆配制，采用搅拌桶制备泥浆，制备时按1：
1水灰比配制，水泥标号PO.32.5，浆液经过筛网过滤，存储至储浆池内，并不停搅拌。
（5）喷浆搅拌提升
深层搅拌机到达设计深度后（保证进入持力层要求深度），启动注浆泵，将水泥浆从搅拌机中心管不断压入地基中，边喷浆边搅拌，以0.5m/min匀速提升。
直至提出地面完成一次搅拌过程。
（6）重复搅拌下沉
当搅拌机钻头提升至设计深度的顶面标高后，再次将搅拌机边旋转边沉入土中。
至设计加固深度再次喷浆搅拌提升至设计顶面标高。
（三）逆作法拱墙施工
在水泥搅拌桩完成后强度满足要求后进行。
拱墙土方需分段逐层开挖，拱墙水平方向按1-4次施工完成，竖直方向控制为1.2m，施工时先开挖拱墙位置的土方，施工拱墙，待拱墙完成闭合后且砼强度达到80%以上强度后才能大面积开挖拱墙内的土方。
1、测量放样，场地平整、地面设施布置
首先测放出井中心线及井边线。
清除地表杂物，凿除路面，挖除基层。
井口四周设排水沟、集水井，防止地表水进入井内。
井口顶部设置遮雨棚，井口四周制作围栏，围栏高度1.2m，下部设底横杆和隔水台比地面高30cm，防止土、石、杂物滚入孔内伤人，围栏设密目安全网。
主要出入口设置警示标志和警示灯，并安门，专人看管。
2、开挖
采用分节挖土法，人工手持风镐、十字镐、挖锹从上到下逐层挖掘，铁锹铲土装入活底吊桶，简易电动提升架提升，至地面后用手推车运至临时弃土场。
分节开挖，每节开挖深度为1.2m。
挖土次序为施工时先开挖拱墙位置的土方，施工拱墙，待拱墙完成闭合后且砼强度达到80%以上强度后才能大面积开挖拱墙内的土方。
图3：
搅拌桩施工工艺流程图
3、拱墙（井壁）施工
每一节段土方开挖完成后，安装护壁钢筋和模板，井壁外侧使用搅拌桩形成的孔壁，按图纸要求进行钢筋加工和安装，内壁模板使用组合钢模板（或定型木模板），每块长度1~2m，在模板内部加设内撑钢筋，外部使设木方斜撑于土壁上。
护壁砼采用现场拌合的方法，并掺加早强剂，用吊车吊斗入模，插入式振捣棒捣实。
每层拱墙连续作业，控制在24小时之内施工完成。
遇到止水帷幕缺陷流砂流泥时，采取以下方法进行处理：
A、缩短每节的掘进深度，一般采用节高500mm；
B、在孔壁外斜插φ20钢筋，并镶嵌稻草或竹片作过滤隔泥层；
C、在孔壁上预埋透水管，以缓解拱墙水压力。
4、井内排水与通风
当井内出现地下水时，及时抽排，可在井内中部挖一深度为30～50cm的集水坑，超前进行排水。
地面做好沉淀池及排水沟、集水井等排水设施。
井内的二氧化碳含量超过要求指标时，采用机械通风。
5、井底处理
挖井达到设计深度后，把井底的松渣、浮土、护壁污泥、淤泥、沉淀等扰动过的软层全部清理掉，并迅速封底，井底垫层采用C15砼，底板采用Ф20~25II级钢筋，间距为200mm的单层双向钢筋网，浇筑C25商品砼。
四、泥水平衡法顶管施工
顶管测量监控方案另报
（一）工作坑设备、地面设备安装
工作井施工期间，进行工作井上的设备安装准备工作，包括砌筑工具头系统的泥浆池砖墙及触变泥浆系统的泥浆池砖墙、安装泥水处理系统、安装进泥浆的渣浆泵及管道系统、压触变泥浆的螺杆式泥浆泵及管道系统、安装地面操作系统及操作系统的防雨棚、接好水电等工作。
工作井施工完毕后，可进行工作井下的设备安装准备，包括穿墙位置止水密封橡胶的安装、整体式顶进系统的安装（千斤顶、导轨等）、出泥浆的渣浆泵及管道系统的安装、测量系统的安装。
1、安装导轨：
先复核管道中心位置，计算导轨轨距。
采用装配式轻型导轨，按轨距安放在砼基础面上。
二根轨道必须互相平行、等高，导轨面的中心标高按设计沟底标高设置，坡度与设计管道坡度相一致，工作坑的砼基础面标高为沟底标高减去导轨的构造高度和10mm以下调整的薄铁板厚度。
导轨定位后必须稳固、正确，在顶进中承受各种负载时不位移、不变形、不沉降。
2、安装主顶设备：
①将主顶千斤顶对称布置为4只，固定在组合千斤顶架上作整体吊装。
每台千斤顶规格一致，行程同步，油路并联，共同作用，均备有独立的控制阀，伸出的最大行程小于油缸行程10cm左右。
②油泵设备设在距离主顶千斤顶的近处，并设置防雨棚，油路安装顺直，减小转角，接头不漏油，油泵的最大工作压力不大于32kpa，装有限压阀、溢流阀和压力表等指标保护装置，安装完毕后必须进行试车，在顶进中定时检修维护，及时排除故障。
③选择符合要求刚度的马蹄形顶铁，受力后无变形，相邻面垂直，排列不扭曲，单块放置稳定性好，连续部位不脱焊、不凸面，与导轨的接触面平整，顶进前滑动部分抹牛油润滑。
④环形顶铁与管口相吻合，中间用软木板衬垫。
3、安装前墙止水圈
为了防止顶管机头进出工作坑洞口流入泥水，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不致流失，事先安装好前墙止水圈，其组成部分为预埋法兰底盘、橡胶板、钢压板、垫圈与螺栓。
法兰底盘予先埋设在砼井内，中心正确，端面平整，安装牢固，螺栓的丝口妥善保护，水泥浆予先清除。
4、安放顶管机头
顶管机头的尺寸和结构要符合要求，在吊入顶进坑前要作详细检查。
起重机卸机头时，要平稳、缓慢、避免冲击、碰撞，并由专人指挥，确保安全可靠。
机头安放在导轨上后，测定前后端的中心的方向偏差和相对高差，并做好记录，机头与导轨的接触面必须平稳、吻合。
工具管和掘进机要按设计要求，准确定位，两边对称。
机头必须对电路、油路、水路、泥浆管路和操纵系统等设备进行逐一连接，各部件连接牢固，不得渗漏，安装正确，并对各分系统进行认真检查和试运行。
5、安置起重机械
顶进工作坑配备一台汽车吊进行垂直运输作业。
其起重能力满足顶管工具管和顶进设备的装拆、吊管和顶铁装拆、其他材料的垂直运输。
正式作业前要先试吊，离地面约10cm检查重物捆扎情况和制动性能，确认安全可靠，方可使用。
6、安置土方运输设备
采用泥水平衡顶管进机，以水力机械方式将泥浆通过与管路连接的吸泥泵输出并与排泥旁通装置直接输送到地面泥浆沉淀池。
（二）管道顶进
施工工艺流程详见图4
1、
图4管道顶进施工工艺流程图
出坑
出洞前对所有设备进行全面检查，液压、电气、压浆、气压、水压、照明、通讯、通风等操作系统是否能正常进行工作，各种电表、压力表、换向阀、传感器、流量计等是否能正确显示其进入工作状态，然后进行联动调试，确认没有故障后，方可准备出洞，如存在问题要及时调整、维修或更换。
通过水位观测孔检查洞口外段的降水效果是否达到要求；洞口止水圈与机头外壳的环形间隙均匀，密封、无泥浆流入；洞外地面无明显沉陷后，方可拆除封门。
先拆除砖墙，而后拆除井外的组合钢封门。
拆除封门后，在确保人身安全的前提下，立即清除洞口外可能存在的金属物件或较大的硬块等障碍物，而后将机头随即切入土层中，避免前方土体松动坍落。
2、顶进
（1）工具头刀盘转动、开进出渣浆泵
交班和例行检查完毕后，接通电源，将工具头的刀盘转动，当设备的参数稳定后，开进出渣浆泵，开始泥浆循环。
（2）顶进、调整进出渣浆泵流量达到平衡
工具头的操作全部采用在管道外控制台控制，1个机手操作，控制台实现对工具头刀具的转动、纠偏控制、压力显示、实时监控（工具头安装了摄像头、控制台上安装了电视机）。
顶进千斤顶，观察工作仓的土压力表，调节渣浆泵的流量达到工作仓的泥水平衡，其平衡的原理是：
当进泥和吸泥泵稳定工作时，调节进泥和吸泥的泵量，使工作仓内应保持一定压力，仓内泥水压力应与地下水压力相平衡，泥水压力过大，则出现地面隆起；泥水压力过小，则地面沉陷，控制顶进与出泥的速度相当关键。
（3）泥水处理系统处理，废渣外运
采用泥水平衡式工具头出土，需要在工具头中注入含有一定泥量的泥浆，通过大刀盘切削工具头前方的原状土，与注入的泥水搅拌，泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理，泥浆可以反复循环使用，处理好的泥沙用泥浆车外运。
（4）测量工具头的偏位、记录、纠偏
测量方法，在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过望远镜读出工具头的偏差。
每隔0.5m记录一次。
（辅以人工测量校对）。
纠偏办法，顶进中发现管位偏差5mm左右，即应进行校正。
纠偏校正缓缓进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调。
校正方法采用工具头自身纠偏法：
控制工具头的状态（向下、向上、向左、向右），每次纠偏的幅度以5mm为一个单元，再顶进1m时，如果根据激光经纬仪测量偏位趋势没有减少时，增大纠偏力度（以5mm为一个单元），如果根据激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时，保持该纠偏力度，继续顶进，当偏位趋势相反时，则需要将纠偏力度逐渐减少。
（5）1个行程顶完后，整体式顶进系统调节顶块
当顶完1个行程后（1m），停止顶进，调节整体式顶进系统顶块，可继续顶进下一个行程。
（6）触变泥浆系统
压注触变泥浆填充管道的外周空隙以减少地层损失控制地面沉降和减少顶进阻力。
顶管机头尾端的压浆要紧随管道顶进同步压浆，并在管道的适当位置进行跟踪补浆以补充在顶进中的泥浆损失量。
①试压：
压浆设备安装完毕后，由专人进行检查，然后作压水试验。
②压浆数量和压力：
一般压浆量为管道外周环形空隙1.5～2.0倍，压注压力根据埋设深度和土的天然重度而定，为2～3rH（r：
土的重度，H：
土的复土深度）。
在顶进过程中要按地面变形的测试资料适当调整压浆量及压力。
③浆液配制：
对顶管机头尾端的同步压浆材料要求粘滞度高失水量小稳定性好；对补充管道外周泥浆损失的补浆材料要求粘滞度较小，流动性较大。
本顶管中触变泥浆采用单液注浆，其施工现场配制的组成材料为膨润土、纯碱、CNC、水。
配制比例为：
膨润土：
水：
纯碱：
CMC=400：
850：
6：
2.5，稠度12~14。
④孔的布置：
每个注浆断面设置4个压浆孔以采用多点压浆，相邻注浆断面的孔位平行布置。
⑤压浆方法：
在每次顶进中必须对顶管机头后的第一个注浆断面上压注足量的泥浆，以使其形成完整的泥套，其它断面则按依次顺序作定压
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