上海某污水处理厂排海管道顶管施组方案设计书.docx
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上海某污水处理厂排海管道顶管施组方案设计书
第一章工程简况
一、工程简述
本工程共有3个顶程共计1803.9m的顶管施工，管径均为DN3500，三根顶管均穿越围垦新大堤顶入长江入海口。
管材均为DN3500钢承口式钢筋混凝土管，采用“F“型钢承口式钢筋砼管，钢套环接口，楔型＋半圆型两道橡胶圈密封。
二、顶管主要工程内容
（1）1#排海管全长L=853.8m，设置6根DN1300上升管（管内壁7.8cm钢筋混凝土、外壁2.2cm钢管），每根上升管设置喷头，喷头处分二层设置12个DN340喷头。
在扩散段处设置抛石护底，尺寸120.0m×20.0m，厚1m。
（2）2#排海管全长L=746.3m，设置6根DN1300上升管（管内壁7.8cm钢筋混凝土、外壁2.2cm钢管），每根上升管设置喷头，喷头处分二层设置12个DN340喷头。
在扩散段处设置抛石护底，尺寸120.0m×20.0m，厚1m。
（3）应急排放管L=203.8m，设置4根DN1600上升管，每根上升管设置橡胶鸭嘴阀。
在扩散段处设置抛石护底，尺寸50.0m×20.0m，厚1m。
三、地质情况
根据地质资料，顶管施工的主要土层为②3粉性土、③灰色淤泥质粉质粘土、④灰色淤泥质粘土。
详见附图01《1#排海管地质剖面图》、附图02《2#排海管、应急排海管地质剖面图》。
第②3层为粉性土，在动水压力的作用下易产生流砂现象；顶管过程中在软硬界面易使管道产生偏离，对顶管是不利的因素。
第③层灰色淤泥质粉质粘土：
该层分布、层位及厚度变化较小，整体均匀性较差。
其土的物理力学性质较差，以流塑状为主，土质软，高压缩性。
第④层灰色淤泥质粘土：
该层分布、层位及厚度变化较小，整体均匀性较好。
其土的物理力学性质较差，以流塑状为主，土质软，高压缩性。
1#排海管管顶覆土深度为6.3m～10.33m，覆土最浅处位于顶管完成后的工具管位置；
2#排海管管顶覆土深度为6.0m～10.33m，覆土最浅处位于顶管出海后260m的位置；
应急排放管管顶覆土深度为4.84m～10.33m，覆土最浅处位于顶管完成后的工具管位置；
四、编制依据
1）《上海市某城市污水处理厂扩建工程排放系统施工工程招标文件》；
2）《上海市某城市污水处理厂扩建工程排放系统施工工程施工图》；
3）《上海市某城市污水处理厂扩建工程排放系统施工工程补充招标文件》；
3）《上海市某城市污水处理厂扩建工程排放系统施工工程施工组织设计》；
4）《上海市排水管道通用图》PSAR-D-01-92；
5）《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-97；
8）《市政地下工程施工及验收规范》DGJ-236-1999；
9）《市政道路、排水管道成品与半成品施工及验收规程》DGJ-87-2000；
10）《市政排水管道工程施工及验收规程》DBJ-220-96；
11）《市政排水构筑物工程施工及验收规程》DBJ-224-96；
12）《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-96；
13）《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
14）《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》GB50212-1991；
15）《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97
第二章出海顶管施工
一、顶管设备的选择
1.1、选择顶管掘进机
根据本工程地质条件及现场情况，本工程采取大刀盘泥水平衡顶管法施工。
（参见附图03《泥水系统示意图》）
泥水平衡顶管机的工作原理是利用具有一定压力的泥水与土的混合体作用在顶管开挖面上，在开挖面上形成一层泥浆层（泥浆护壁）。
泥水压力透过泥浆层与开挖面上的水、土压力相平衡，保持开挖面不会发生坍塌与沉降。
作用在开挖面上的泥浆压力一般设定为：
泥浆压力=土压+水压+附加压（0.2kgf/cm2）
泥浆压力一般根据渗透系数，开挖面松驰状况、渗水量决定。
如果加压过大而顶管机顶力及泥浆对开挖面的渗透量会加大，加快泥浆流失；相反会造成开挖面坍塌、失稳。
泥浆是通过设置在地面上的调整槽将泥浆调整到适合地层状态后，用泥浆输送泵加压后经输送管道送至开挖面和土压力舱，调整泥水压力，使泥水压力与开挖面上的水、土压力与开挖面上的水、土压力保持平衡，达到稳定开挖面的目的。
在管道系统中设置了旁通回路，当管道被堵塞或后续设备发生故障，需要排堵及维修，长时间停机时，由于泥浆的渗漏，开挖面的泥浆压力将下降，此时打开旁通回路，通过送泥泵（P1泵）向开挖面补充输送泥浆，这样可以确保开挖面的泥浆压力与水、土压力保持平衡。
顶管机顶进时为了确保开挖面的稳定，对以下方面进行严格管理：
送泥浆、开挖面土压力、顶管机推进速度、送泥泵的转速、掘削土量、钢顶管背后注触变泥浆。
1.2、主顶进系统
主顶进系统共有8只2000kN双冲程（或单冲程）等推力油缸，总推力16000kN，根据设计沉井结构，最大顶力控制在1200KN，8只双冲程（或单冲程）油缸组装在油缸架内，安装后的8只油缸中心位置必须与设计图一致，以使顶进受力点和后座受力都保持良好状态。
安装后的油缸中心误差应小于5mm。
主顶液压动力机组由二台大流量斜轴式轴向柱塞泵供油，采用大通径的电磁阀和系统管路，减小系统阻尼，8只油缸可以单动，亦可联动。
参见附图04《工作井设施示意图》
1.3、注浆系统（参见附图05《注浆系统示意图》）
顶进施工中，减阻泥浆的运用是减少顶进阻力的主要措施，顶进时通过管节上的压浆孔，向管道外壁注入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆环套，减小管节外壁和土层间的摩擦力，从而减小顶进时的顶力，泥浆套的好坏，直接关系到减阻的效果。
为了做好压浆工作，顶进施工时采用我公司特制配方的优质膨润土进行减摩注浆施工。
该优质膨润土在其它类似工程和类似土质条件下取得了很好的效果。
在工具管尾部环向均匀地布置了四只压浆孔，用于顶进时跟踪注浆。
混凝土管节上布置有四只压浆孔，其后每两节到三节管节里有一节管节上有压浆孔，压浆总管用2"耐压橡胶管，除工具管及随后的三节混凝土管节外，压浆总管上每隔6M装一只三通，再用压浆软管接至压浆孔处，顶进时，工具管尾部的压浆孔要及时有效地跟踪压浆，确保能形成完整有效的泥浆环套，混凝土管节上的压浆孔是供补压浆用的，补压浆的次数及压浆量根据施工时的具体情况确定。
减阻泥浆的性能要稳定，施工期间要求泥浆不失水，不沉淀，不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。
减阻泥浆的拌浆制度要严格按操作规程进行，催化剂，化学添加剂等要搅拌均匀，使之均匀化开，膨润土加入后要充分搅拌，使其充分水化。
泥浆拌好后，放置一定的时间才能使用，压浆是通过储蓄池处的压浆泵将泥浆压至管道内的压浆总管，然后经由压浆孔压至管壁外，施工中，在压浆泵，工具管尾部等处装有压力表，便于观察，控制和调整压浆压力。
在压浆支管处的浆液压力一般应控制略高于土体静止土压力。
顶进施工中，减阻泥浆的用量主要取决于管道周围空隙的大小及周围土层的特征，一般按管壁空隙的5CM计算理论压浆量，由于泥浆的流失及地下水的作用，泥浆的实际用量要比理论用量大得多，一般可达理论值的3-5倍，但在施工中根据土质情况、顶进情况而定。
顶管注浆系统分为机头同步注浆和管道补浆。
机头同步注浆由地面液压注浆泵通过Φ50管路压送到机头处储箱内，再由螺杆泵定量压入机头壳体外，在机头处应安装隔膜式压力表，以检验液是否到达指定位置，在所有注浆孔内要设置单向阀和球阀，软管和接头的耐压力5MPa，支管通径为Φ25。
在整个管道中每间隔2个管子设1个补浆断面共4个注浆孔，补浆由总管（Φ50）压送至各补浆断面上的注浆孔。
补浆应按顺序依次进行，每班不少于2次循环，定量压注。
同步注浆和补浆分别选用A浆和B浆二种不同配方的浆液。
浆液配置技术指标参数表
配方
膨润土
纯碱
掺加剂
漏斗粘度
（秒）
视粘度
CP
失水量
ml
终切力
（达因/mm3）
比重
稳定性
A浆
12％
6‰
CMC
适量
塞流
30.5
9
130
1.073
0
B浆
8％
4‰
CMC
适量
36”
21
12.6
80
1.048
0~0.001
注浆压力：
大于地下水压力，注浆量为建筑空隙的3～5倍。
1.4、供电系统
地面以及工作井内设备供电分别采用75mm2电缆，380V常压输电，且分别用一只250A电箱控制；管道内动力电采用120mm2电缆，380V常压输电。
详细供电方方案请参见《用电施工组织设计》。
考虑到1#、2#排海顶管顶程长，动力线路的降压较大，顶管工具管前设置升压器一台。
1.5、通讯系统、监控系统
长距离顶进必须保证信息交换渠道的畅通，同时对施工操作人员要进行监护，防止发生安全事故，因此需要设置通讯、监控系统。
通讯采用数字程控交换机，各联络点之间可以通过电话联系，由于管道内空气潮湿，现场配备移动便携式烘干设备，随时能够处理交换机遇潮故障，以保证通话安全畅通。
监控采用了一台监视器，对工具管仪表盘、光靶进行监控。
这样地面人员能及时了解施工情况，发生问题可以及时解决。
为了解决传输信号长距离输送衰减的问题，将信号通过放大器放大后再送上地面，保证图像清晰。
1.6、照明系统
照明采用36V安全电压，用16mm2电缆供电解决照明供电。
管道内每6M安装一个6W行灯，每200M放设一个变压器提供36V电源升压，每只变压器连接33只行灯进行照明。
工作井及龙门吊位置设置三盏1000W卤素灯供晚上顶管及管材吊放时照明。
1.7、通风系统（参见附图06《通风系统示意图》）
为了改善管道内的工作环境，施工时对管道进行强制通风，由地面空压机提供的经过滤清、除湿、降温的新鲜空气利用大功率鼓风机通过Φ300mm进气管送到顶管机头，并在通风管道上100M、250M、500M三处开设排风孔，管道内一氧化碳、二氧化碳、沼气等有害浑浊气体及微粒由轴流鼓风机排放出管道外。
。
管道内放置有害气体检测仪，派专人巡视检测有害气体，一旦有害气体超标，当即命令管道内所有人员撤离。
二、工作井平面布置
（详见附图07《顶管工作井平面布置图》）。
三、顶管的施工工艺流程
四、土压力值设定、总推力估算及中继间设置
1#排海管全长L=853.6m，2#排海管全长L=746.3m，应急排管全长L=203.8m，1#、2#排海管埋设深度为管中心标高为-8.00～-18.00m，应急排管埋设深度为管中心标高-8.00～-10.00m。
4.1、泥水压力设定泥水压力设定、总推力估算
4.1.1、1#排海管
泥水压力设定：
本工程地下水位为浅部土层潜水水位，随着季节、气候等影响而变化，根据地质资料反映，设计时地下水水位埋深可按0m考虑。
泥水舱内压力大于地下水压力，泥水舱泥水向地层空隙渗透，在泥水舱、泥水于土层之间形成泥膜，且泥水舱压力托住土层，使切削面稳定不塌陷。
P≥PW+ΔP
式中：
P-----表示泥水舱管道基准面泥浆压力；
PW----表示相对于管道基准面地下水压力；
ΔP---表示泥水舱建立高于地下水压力，一般设为20Kpa；
管中心最大埋深标高：
-18m；
地下水位设计考虑标高水位：
0m；
地下水位相对管底基准面水头:
HW=18m。
地下水位相对管底压力：
PW＝HW*γ水=180Kpa；
泥水舱压力：
P≥PW+ΔP＝180Kpa＋20Kpa＝200Kpa
泥水舱压设定暂按P≥200Kpa，施工时要随时测地下水位，当地下水位提高时，要按上式公式及时调整泥水舱泥水压力。
对泥水舱压力控制在顶管机泥舱设有压力传感器。
顶管总推力值估算如下：
掘进机迎面阻力F0
F1=
D2Pmax
=
×4.142×200=2652.3KN
管道的综合阻力F1
F2=μπDL
=3×π×4.14×853.8=33297.18KN
总
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