顶管施工组织设计.docx
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顶管施工组织设计
上海虹桥商务核心区（一期）区域供能
顶管工程
顶
管
工
程
施
工
组
织
设
计
上海机械施工有限公司
二○一一年九月
上海虹桥商务核心区（一期）区域供能
顶管工程施工组织设计
编制：
审核：
审定：
二○一一年九月
编制依据
（1）本工程施工图资料；
（2）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；
（3）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）；
（4）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；
（5）《建筑工地施工现场供电安全规范》（GB50194-93）；
（6）《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）；
（7）《钢筋焊接及验收规范》（JGJ18-2003）；
（8）《地下防水工程施工及验收规范》（GB50208-2002）；
（9）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）；
（10）《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002；J218-2002）；
（11）《顶管施工法钢筋混凝土排水管》（JC/T640）；
（12）《顶管工程施工规程》（上海市工程建设规范）（DG/TJ02-2004-2008）
一、工程概述
本工程位于上海市虹桥机场北虹桥商务区，我公司承建虹桥商务区核心区（一期）区域供能管沟工程，该工程构筑拟采用明挖法和暗挖法（顶管工艺）施工，穿越虹桥商务区申滨路、舟虹路、绍虹路等7条路。
顶管工艺选用钢和砼两种材质实施，本工程砼顶管为3根砼顶管，管径内径为4000mm、外径为4640mm，壁厚为320mm、节长2.5m。
钢顶管为5根，管径内径为4200mm、外径为4280mm，壁厚为40mm、节长6m。
洞口处在第④层淤泥质粉质粘土和⑤1a层粘土，洞口底标高约-4.18m~-7.54m，地面标高+4.60m。
顶管分布如下表所示。
类型
位置
顶进长度（m）
砼顶管
南区
申滨路舟虹路
39
申滨路绍虹路
71
北区
申虹路锡虹路
129.7
钢顶管
南区
申滨路甬虹路
31
过新角浦河段
98.6
北区
申滨路锡虹路
96.3
进北能源站段
148.2
过新角浦河段
102
本工程各工作井或始发井围护结构大都采用钻孔灌注桩或SMW工法桩，后靠墙及进出洞加固采用水泥搅拌桩，具体详见下表：
编号
工作井/接收井位置
围护结构
形式
后靠加固形式
进出洞加固情况
备注
1
申滨路甬虹路工作井1（兼作接收井）
Φ1000@1150
钻孔灌注桩
Φ850水泥搅拌桩，加固长度3250
Φ850水泥搅拌桩，加固长度3250
申滨路西侧
2
申滨路甬虹路工作井2
Φ1000SMW工法桩
Φ850水泥搅拌桩，加固长度3250
Φ850水泥搅拌桩，加固长度3250
申滨路东侧
3
申滨路绍虹路工作井
Φ850SMW工法桩
Φ850水泥搅拌桩，加固长度4000
Φ850水泥搅拌桩，加固长度3000
4
申滨路绍虹路接收井
Φ850SMW工法桩
Φ850水泥搅拌桩，加固长度3000
5
申滨路舟虹路工作井
Φ850SMW工法桩
Φ850水泥搅拌桩，加固长度4000
高压旋喷加固，加固长度3000
6
申滨路舟虹路接收井
Φ850SMW工法桩
Φ850水泥搅拌桩，加固长度3000
7
注：
以上为南区部分，北区因设计图纸尚未收到，具体以今后设计蓝图为准。
加固参数要求详见设计蓝图。
管沟工程总平面图
二、工程目标
1、工期目标
顶管施工计划
序
工区
顶管长度（m）
顶管计划
4000砼管
1
南区
39
2012.3.6-2012.3.27
2
南区
71
2012.2.1-2012.3.1
3
北区
129.7
2012.5.8-2012.6.21
4200钢管
1
南区
98.6
2011.10.16-2011.11.27
2
南区
31
2012.2.1-2012.2.22
3
北区
96.3
2012.4.28-2012.6.3
4
北区
148.2
2012.6.5-2012.7.26
5
北区
102
2012.3.16-2012.4.22
2、质量目标
以ISO9002质量管理体系为纲，实行全面质量管理，强化过程控制管理特别是针对顶管顶进的通病：
渗漏，地面沉降控制、顶进轴线控制等制定详细方案。
工程质量确保达到合格，争创上海市优质工程。
3、安全管理目标、文明施工目标
安全管理目标：
通过上海市标准DBJ08—903—2003《施工现场安全生产保证体系标准》安全贯标的认证。
重大事故为零，争创安全质量标准化优良工地。
文明施工目标：
本管沟工程创市级文明工地、市标准化管理合格工地；安全第一、预防为主，从严强化安全生产,确保无工程事故、管线事故、火灾事故和重大人身安全事故。
三、工程特点
1、工程沿线地面情况
管沟工程为核心区（一期）区域提供能项目的配套工程。
管沟从南北能源站接出需穿越已建高架桩基础桥墩以及新角浦河。
区域内申滨路、申长路以及申虹路及东侧的锡虹路为已建道路。
管沟涉及到的其他地段为规划道路的空旷场地。
根据能源中心选址、区域已建重大市政设施布局、区域规划情况，将供能管路布置在规划绿带（申滨路西侧规划绿带）及尚未实施的市政道路（锡虹路、申武路、苏虹路、绍虹路、舟虹路、涌虹路等的人行道下，尽量减少对已建道路和绿化的影响。
2、工程沿线管线情况
本管沟工程范围内，管线情况主要为信号灯、路灯、电力、雨水、上水、煤气、污水、信息等管线。
但根据目前资料，顶管工程穿越地段尚未发现重要管线。
3、工程水文地质情况
本工程所在地为第四纪全新世和上更新世的海相、冲海相、河湖相等松散堆积层，根据其地质时代、成因类型、埋藏深度、空间分布发育规律及工程地质特征，影响本工程施工的地基土层，自上而下各地基土层的特征分述如下：
地基土层
特征说明
备注
①1杂填土
杂色，湿～饱和，松散
厚度1.01m
①2素填土
灰黄～灰色，湿～饱和，可塑偏软～软塑，土质不均匀，
厚度1.2m
②褐色-灰黄色粉质粘土粘土
褐黄～灰黄色，饱和，可塑
厚度1.6m
③淤泥质粉质粘土
灰色，饱和，流塑～软塑
厚度2.02m
④灰色淤泥质粘土
灰色，饱和，流塑
厚度10.6m
⑤1a灰色粘土
灰色，饱和，软塑～可塑
厚度2.6m
⑤1b灰色粉质粘土粉砂
灰色，饱和，软塑～可塑
厚度7.68m
管道穿行的地层主要为④和⑤1a层。
由于在不同土层中顶进，注意地层特性的差异对顶管施工的影响。
以接入南能源段钢顶管为例，地质剖面图如下：
四、施工现场总平面布置
根据本工程的地理位置、交通条件，结合工程规模及材料来源等实际情况，本着因地制宜、便于施工、少占用地、节约用地的原则，综合考虑经济性、合理性进行施工总体平面布置。
本工程共有8只始发井，因场布基本类似，故本施组仅对接入南能源站始发井作场布。
详见《接入南能源站始发井施工平面布置图》
五、施工工程量及机械、劳动力准备
1、施工工程量
序号
施工名称
口径
长度
工程量
1
砼顶管
Ф4000
239.7
96节
2
钢顶管
Ф4200
476.1
80节
备注：
根据施工图纸进行相应调整。
2、主要施工设备机械
序号
施工名称
主要施工设备
1
Ф4000砼顶管
150T履带吊、Ф4680工具头设备一套、电焊机若干台、泥浆系统、泥浆设备
2
Ф4200钢顶管
150T履带吊、Ф4320工具头设备一套、电焊机若干台、泥浆系统、泥浆设备
注：
①工具头吊放至工作井内需450T汽车吊（接收井工具头吊出使用450T汽车吊）。
3、顶管管节安排情况
本工程共有顶管通道8条，其中钢顶管5条，混凝土顶管3条。
根据不同规格顶管情况，我司拟投入二台顶管机实施本工程，一台Ф4320工具头施工钢顶管，一台Ф4680工具头施工混凝土顶管，施工时砼管与钢管由南区往北区顶进。
4、施工人员
砼顶管人员：
二班，每班12名，共计24名。
钢顶管人员：
一班，22名。
现场施工管理人员：
12名。
六、顶管施工技术方案
1、土压平衡顶管机
1.1顶管机的选型
根据本工程地质特点，我们认为选用土压平衡顶管机为好，理由如下：
1）因为土压平衡顶管机的适应性强，适用的土质范围广。
2）土压平衡顶管机适用于各类粘土、粉土和砂性土及砾径≤100mm的各类土质。
3）土压平衡顶管机的施工控制要比泥水平衡顶管机容易许多。
4）土压平衡顶管机最大的特点就是能较好地控制地表沉降。
根据实地情况事先设定好土压力，推进时按照土压传感器的数值改变螺旋机的出土量，从而始终使刀盘正面土压一直处于正常状态，这样可以最有效的控制地面沉降的问题。
1.2顶管机的结构组成
土压平衡顶管机是由多刀盘（6+1）、前后壳体、螺旋机、周边支承齿轮箱、中心回转装置、纠偏系统、密封系统、注油系统、液压系统、电器动力系统、电器控制系统等大部件组成。
顶管机构造结构详见附图。
1.3土压平衡顶管机性能和技术参数
序号
项目
参数
附注
1
刀盘转速
5.25r/min
2
刀盘扭矩
68kN·m
3
截割功率
7×37KW
4
纠偏推力
1200×8=9600KN
5
纠偏角度
2.5°
6
刀盘形式
多刀盘
7
螺旋机转速
0~12r/min
8
螺旋机功率
30KW
9
出土量
0~45m3/h
1.4主顶力配置
本工程后座设置6只4000KN千斤顶，其中中间两只为备用油缸。
由于后座墙设计允许值为16000KN，主顶考虑4只4000KN千斤顶，4000×4=16000KN可对油缸采取限压控制原则16000×0.8=12800KN来满足设计，同时也考虑采用后背墙，布设80mm钢板，扩大后背墙扩散面积等方式加以解决。
4只千斤顶合力中心考虑为管中心轴下470mm。
后顶油缸布置示意图
2、钢砼顶管施工
2.1顶管施工工艺
测量放样
安装机架、后靠、主顶装置
设备调试
出洞
顶管机顶进，吊放第一节管节
顶进
顶完一节管节，吊放下一节管节
管节拼装（焊接），测量
吊放中继顶
继续顶进直至完成
顶进至终点，管道清理，接头处理，拆除管内设备等
2.2施工准备
2.2.1概况
本工程有两种不同材质的管道，分别为钢管道和砼管道。
具体见下表：
管道类型
数量
内径（mm）
外径（mm）
壁厚（mm）
节长（mm）
南区总长（m）
北区总长（m）
工具头尺寸
（mm）
砼
管道
3
Ф4000
Ф4640
320
2500
110.0
129.7
Ф4680*5430
钢
管道
5
Ф4200
Ф4280
40
4000
129.6
346.5
Ф4680×5430
2.2.2顶管出洞前准备工作
①出洞口及后靠土体加固
顶管出洞前必须对洞口及后靠土体进行加固，加固土体强度等满足设计要求。
②工具头应满足以下条件
1）环形止水试验合格，试验压力为2kg/cm2。
2）纠偏液压系统试验无误，不漏油，液压锁紧锁，试验压力为250kg/cm2（不允许超压试验）。
3）确保千斤顶管路不泄露，管路完好。
4）工具头测角表，调零无误。
5）触变泥浆系统试验合格，试验压力为4kg/cm2。
6）压缩空气管路接通，并经空运转无误，管路密闭试验压力为2kg/cm2。
7）工作井顶进系统安装，顶进轨道，千斤顶架子，后座扩散板布置。
8）安装后座时，必须保证使其平面与顶管轴线垂直，倾斜允许误差±5mm。
9）千斤顶应安装在有一定刚度的钢支架上，其支架应与底板固定，防止位移，千斤顶后盖必须与后座平行，并贴紧。
10）应用仪器校验千斤顶安装标高及位置，使其轴线与顶进管道轴线平行。
11）导轨安装前，首先用经纬仪在井内放出管道中心线的延长线，并在工作井两端适当位置设置标记，作为导轨安装中心线和管道顶进时测量基线。
12）按照管道两端高差放出轨道坡度，轨道固定在底板预埋的钢板上。
③顶进设备安装
1）设备安装前，工作井结构必须通过验收，结构强度达到100%。
2）把地面上的测量控制网络引放至工作井内，并建立相应的地面控制点，便于顶进施工时进行复测。
工作井内测量放样，精确测放出顶进轴线。
3）安装顶进后靠，顶进后靠的平面应垂直于顶进轴线，后靠与井壁结构砼之间的空隙要用碎石砼充填密实。
4）安装主顶装置和导轨。
先将它们大致固定，然后在测量人员的监视下，精确调整它们的位置，直至满足要求为止，随即将它们固定牢靠。
5）工作井内的平面布置。
搭建井内工作平台、安装配电箱、主顶动力箱，控制台等，敷设各种电缆、管线、油路等。
井内平面布置要求布局合理，保证安全。
6）地面辅助设备的安装及平面布置。
辅助设备主要有拌浆系统、供电系统、通风设施等安装及调试，此外还有管节堆场、堆土场、履带吊停机位置以及安全护栏等的布置。
7）地面辅助工作及井内安装结束后，吊放顶管机，接通电气、监控、液压等系统，进行出洞前的总调试。
2.3顶管施工测量
2.3.1顶管控制测量
为了确保工程的测量成果完全符合设计和施工规范要求，顶进前有诸多工作需要认真准备，包括发射架的定位，地面控制网的建立，竖井联系测量和顶进中测量控制等测量工作．
（1）顶进前控制测量
顶进前测量控制包括地面平面和高程控制网的布设和测量。
1）地面控制网的布设和测量
由于顶管工作井较小，所以测量时只能用短边控制长距离，随着距离的加长，平面贯通误差不断扩大，所以对测量起始边的精度要求比较高。
而测量起始边的精度主要取决于地面控制网的精度，根据业主提供的平面控制点在工作井和接收井间布设一条附合导线，附合导线方位角闭合差为:
fβ=α终-α起+∑β左-180°*n
（上式中fβ为方位角闭合差，α终终点边方位角，α起为起始边方位角，β左为推算路线前进方向左传递角；n为传递角个数）
地面高程控制依据业主提供的精密高程控制点在工作井和接收井间布设一条二等水准路线，水准测量闭合差M高=±4√L（L为闭合水准路线长度公里数），在工作井和接收井附近各布设两个高程控制点，以便相互校核。
2）竖井联系测量
竖井联系测量既把地面测量和地下测量相联系，是整个测量过程中比较关键的环节，也是测量的重点。
3）竖井平面联系测量：
竖井联系测量有铅垂仪投点法、导线直接传递法和吊钢丝联系三角形法多种，根据我公司多年的施工经验，导线直接传递法不但精度能够保证，而且简便、快捷。
根据业主提供的地面平面控制点直接用全站仪投测到洞口，用导线法传递坐标（垂直角≤30°）和方位角。
在井口和井下适当位置砌造固定观测墩，直接测出其坐标，作为顶管掘进的起始导线边。
4）竖井高程联系测量
根据业主提供的地面高程控制点引测到工作井边，为提高检核高程传递精度，在由地面向井下水准点传递时，采用两次仪器测量进行观测，由不同的仪器高度所求得的井下水准点高程的不符值不超过±5mm时取平均值．高程传递采用悬挂钢尺法，即在井中悬挂一把50m钢尺，钢尺零段放人井中，并在该段挂一个15kg重锤．在地面和井下各安置一台水准仪和水准尺观测3次，为了减少误差提高精度每次在同一时刻在钢尺上读数，同时量取地面及井下的温度对其进行温度改正。
井下必须埋设二个以上的高程控制点，以便相互检核。
（2）顶进中测量控制
为了使顶进轴线和设计轴线相吻合，在顶进过程中，要经常对顶进轴线进行测量，在穿越新角浦河及高架承台桩基时，加强地面监测。
在正常情况下，每顶进一定距离（不大于1m），在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。
施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。
顶管出洞后，利用激光经纬仪置于顶进轴线上，跟踪顶管机内光靶测尺，顶进时，施工人员随即可以直观地看出顶管机偏差情况及趋势方向。
随着顶进距离不断增长，管道内的可视度减弱，可利用全站仪进行测量，并根据施工实际情况设置若干个接站测量。
高程偏差测量采用水准接站测量，测得顶管机中心标高，再与设计高程比较，即可算出高程偏差值。
另外，指示轴线在顶进工程中，必须定期进行复测，以保证整个顶进轴线的一致性。
（3）测量方法和测量技术指标的规定
1）地面精密导线测量
测角中误差要求≤2.5″方位角闭合差要求≤5″
测距相对中误差≤1/80000,全长相对闭合差≤1/35000，采用LeicaTCA2003（0.5″，±1mm+1ppm），测角4测回，其中左、右角各两测回，测距往返测各两次，并设定温度、气压进行改正。
为减小视差，每方向读数三次。
2）地面二等水准测量
每公里高差全中误差±2mm，附合水准闭合限差≤4
mm（L以公里为单位），采用LeicaNA2配平板测微器、铟瓦水准尺，往返观测。
3）地下施工控制导线测量精度要求同地上精密导线的测量要求，随着顶管的顶进，要定期从地面平面控制点全面复测。
4）地下施工水准点的测量采用S3水准仪配合经鉴定合格的水准尺，往返测高差闭合差≤±20mm（L以Km为单位）。
2.3.2顶进轴线及方向控制
（1）顶进中顶管机前进趋势的测定
为了能较好地解决测量用时问题，一方面通过尽可能减少接站数，转站处利用特殊发光源作为目标，在利用放大倍率较大的经纬仪观测；另一方面测定顶管机前进趋势，同样能达到减少测量时间的目的。
顶进中施工人员对顶管机的纠偏，需要及时了解顶管机走势，如果轴线偏差较小，且走势较好（沿设计方位），有时就可省去不必要的轴线偏差测量，提供更多的顶进时间，如轴线偏差较小但顶管机前进趋势背离设计轴线方向，施工人员也能够及时进行有效的纠偏，使顶管机不致偏离较大。
可见掌握了顶管机的走势好处是显而易见，为此我们设置了顶管机前进趋势测量及计算方法。
通过观察顶管机的行进趋势来指导纠偏。
管道顶进方向控制（纠偏），采用勤测勤纠原则进行精心施工。
纠偏原则:
1）勤测勤纠：
每顶进一定距离（不大于1m），测量一次工具头轴线及标高偏差情况。
用电话通知工具头纠偏人员。
纠偏人员依据工具头存在的偏差角度，前几个冲程的偏差数据等资料可输入微机，由微机进行综合分析后，由纠偏程序给出各油缸纠偏力大小，进行纠偏。
2）角度纠偏：
每次纠偏角度要小，一般情况每次纠偏角度宜为10’-20’，不得大于0.50度。
3）纠偏操作中不能大起大落。
如果在某处已经出现了较大的偏差，这时也要保持管道以适当的曲率半径回到轴线上来。
避免管道产生过大的弯曲应力。
必要时可就地采取措施，将工具头纠正后再行顶进。
4）方向初期控制：
工具头出洞时偏差大小直接影响到顶管的质量，所以工具头出洞时应特别注意，防止工具头下磕。
开始顶进时要加强观测，防止出土过多或者产生流沙，确保顶进方向精确。
工具头在出洞时，有意识地将工具头头部略抬高0.5cm左右。
（2）实用纠偏技术
在施工过程中，要根据测量报表，直接反映顶进轴线的偏差情况，使操作人员及时了解纠偏的方向，保证顶管机处于良好的工作状态。
在实际顶进中，顶进轴线和设计轴线经常发生偏差，因此要采取纠偏措施，减小顶进轴线和设计轴线间的偏差值，使之尽量趋于一致。
在施工过程中，应贯彻“勤测、勤纠、缓纠”的原则，不能剧烈纠偏，以免对管节和顶进施工造成不利影响。
本工程测量所用的仪器有全站仪、激光经纬仪和高精度的水准仪。
顶管机内设有坡度板和光靶，坡度板用于读取顶管机的坡度和转角，光靶用于激光经纬仪进行轴线的跟踪测量。
（3）止转措施
由于采用多刀盘土压平衡顶管机施工，不可避免会引起顶管机旋转，继而带动管节旋转，影响施工，在顶进工程中通过刀盘的反向旋转以及在特殊管两侧配置平衡块克服管节的旋转。
（4）工具管纠扭
工具管尾部上口设置扭转指示标志。
当工具管出现扭转后会给施工操作造成困难。
顶管施工中必须保持原有方位，一般应控制扭转角±1.5度以下，为达到此目的，用压重法来纠正。
纠扭办法：
在靠近工具管尾部的管段内两侧，焊接安装用角铁制成的架子。
如工具管往左扭、则在管段右侧的架子上堆上一定数量的铁块，反之亦然。
2.4施工参数控制措施
1）初始顶进
a、土压力设定
实际上压力的设定值介于上限值与下限值之间，为了有效地控制轴线，初出洞时，宜将土压力值适当提高，同时加强动态管理，及时调整。
b、顶进速度
初始顶进速度不宜过快，一般控制在10mm/min左右。
C、出土量
加固区一般控制在105%左右，非加固区一般控制在95%左右。
2）正常顶进
a、土压力设定
结合实际施工经验，实际土压力的设定值应介于上限值与下限值之间。
b、顶进速度
一般情况下，顶进速度控制在20~30mm/min，如遇正面障碍物，应控制在10mm/min以内。
C、出土量
严格控制出土量，防止超挖及欠挖，正常情况下出土量控制在理论出土量的98%~100%。
2.5顶进施工技术
2.5.1钢、砼顶管顶力计算
例1：
北区148.2m过河段钢顶管段
F=F1+F2
F1=π/4×D2×R×H
=0.785×4.322×15.8×12
=2777.637KN
F2=π×D×P×L
=3.14×4.28×4×148.2
=7966.75776KN
F=2777.637+7966.75776=10744.3947KN
例2：
北区129.7m砼顶管段
F=F1+F2
F1=π/4×D2×R×H
=0.785×4.682×15.8×10
=2716.5547KN
F2=π×D×P×L
=3.14×4.64×5×129.7
=9448.39KN
F=2716.5547+9448.39=12164.9447KN
注：
F1为工具头正面阻力；F2为管外面阻力；F为总阻力
2.5.2减阻泥浆的运用
顶进施工中，减阻泥浆的应用是减小顶进阻力的重要措施。
顶进时通过顶管机铰接处及管节上预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道四周外围形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力，避免发生背土（带土）现象。
泥浆套形成的好坏，直接关系到顶力大小及地表沉降。
2.5.3压浆及补浆
采用工具头压浆和中继环后面管段补浆两种方式。
压浆时间应是边顶进边压浆为宜。
为了做好压浆工作，在顶管机尾部环向均匀地布置了4只压浆孔，顶进时及时进行跟踪注浆。
顶管机后面的三节砼管节上都设有4只压浆孔（钢管节为每6M设置4只压浆孔），呈90度环向交叉布置，其后每隔一节设置一节有压浆孔的管节。
压浆总管用2”白铁管，除顶管机及随后的第一节管节外，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，顶管机尾部的压浆孔要及时有效地跟踪压浆，确保形成完整有效的泥浆套。
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。
顶进施工前要做泥浆配合比试验，找出适合于施工的最佳泥浆配合比。
减阻泥浆的拌制要严格按操作规程进行。
催化剂、化学添
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