泥水平衡顶管施工方案.docx
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泥水平衡顶管施工方案
第一章、编制依据
一、《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001；
二、《建筑施工安全检查标准》；
三、《混凝土工程施工规范》；
四、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002；
五、《工程测量规范》GB50026-2007；
六、《给水排水工程顶管技术规程》CECS246：
2008；
七、《给水排水工程施工及验收规范》GB50268-97；
八、设计文件及施工合同；
九、踏勘工地现场所获取的资料。
第二章、工程概况
一、工程名称
津南污水处理厂配套管网工程第三标段
二、工程地点
本工程座落在天津市西青区与津南区交界处，津港快速路沿线；河西区绥江道和解放南路沿线。
三、参建单位
建设单位：
天津市排水公司
设计单位：
天津市市政工程设计研究院
监理单位：
天津华地公用工程建设监理有限公司
施工单位：
中铁六局集团有限公司
四、工程简介
津南污水处理厂配套管网工程第三标段施工内容包括污水管道工程与再生水管道工程两部分。
（一）、污水管道工程自二标段终点WB12井穿越外环线及外环河后，沿津港高速西侧顶管至1#提升泵站前，设计坡度‰，污水管道共铺设米,检查井12座，最大顶程200m，管材为承插式内衬PVC钢筋混凝土顶管管材（非标），管体混凝土强度等级为C55，抗渗等级S8。
下穿外环河和外环路管材为d3200，其余均为d2800。
（二）、再生水管道顶进施工：
1、下穿津港快速路：
并排两处顶管，分别为管径d1650，双排管道和管径d1500，双排管道。
顶程均58m；
2、下穿外环河和外环路：
顶管管径为d1500，双排管道，顶程112m；
3、下穿友谊南路：
顶管管径为d1650，单排管道，顶程56m；
4、下穿解放南路：
顶管管径为d1650，单排管道，顶程75m。
五、施工现场平面布置图
污水管道平面示意图
再生水管下穿津港快速路平面示意图
再生水管下穿外环南路平面示意图
再生水管下穿解放南路平面示意图
再生水管下穿友谊南路平面示意图
六、基坑工程
污水管道工程共12个基坑，再生水管道共8个基坑，基坑支护、土方开挖及基坑降水施工已经经过科委组织的专家论证。
污水管道基坑参数表
编号
顶坑形式
支护桩形式
基坑深度（m）
桩长（m）
止水帷幕长度（m）
基坑尺寸（m）
支撑数量
WC1
方形工作坑
钻孔灌注桩
30
24
10*10
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC2
圆形接收坑
钻孔灌注桩
30
24
d=8
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC3
圆形工作坑
钻孔灌注桩
30
23
d=12
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC4
圆形接收坑
钻孔灌注桩
30
24
d=8
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC5
方形工作坑
钻孔灌注桩
28
23
10*8
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC6
方形接收坑
钻孔灌注桩
23
7*7
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC7
方形工作坑
钻孔灌注桩
26
23
10*8
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC8
方形接收坑
钻孔灌注桩
27
23
7*7
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC9
方形工作坑
钻孔灌注桩
28
23
10*8
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC10
方形接收坑
钻孔灌注桩
27
23
7*7
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC11
方形工作坑
钻孔灌注桩
27
23
10*10
一道混凝土冠梁，三道支撑
WC12
方形工作坑
钻孔灌注桩
27
23
10*10
一道混凝土冠梁，三道支撑
再生水管道基坑参数表
编号
顶坑形式
支护桩形式
基坑深度（m）
桩长（m）
止水帷幕长（m）
基坑尺寸（m）
支撑数量
1-主
方形工作坑
工字钢
9*8
一道支撑
1-副
方形接收坑
工字钢
9*6
一道支撑
①-主
方形工作坑
工字钢
9*8
一道支撑
①-副
方形接收坑
工字钢
9*6
一道支撑
2-主
方形工作坑
钻孔灌注桩
10*8
二道支撑
2-副
方形接收坑
钻孔灌注桩
10*6
二道支撑
3-主
方形工作坑
钻孔灌注桩
8*5
环梁
3-副
方形接收坑
钻孔灌注桩
6*5
环梁
4-主
方形工作坑
钻孔灌注桩
8*5
环梁
4-副
方形接收坑
钻孔灌注桩
6*5
环梁
七、顶管概况
污水管道各顶进部位一览表
序号
部位
管径（mm）
顶程（m）
覆土厚度（m）
穿越土层
备注
1
WB12~WC1
3200
112
粉质粘土
穿越外环河和外环路
2
WC1~WC2
2800
160
粉质粘土
3
WC2~WC3
2800
110
粉质粘土
4
WC3~WC4
2800
粉质粘土
5
WC4~WC5
2800
200
粉质粘土
6
WC5~WC6
2800
200
粉质粘土
7
WC6~WC7
2800
200
粉质粘土
8
WC7~WC8
2800
200
粉质粘土
9
WC8~WC9
2800
200
粉质粘土
10
WC9~WC10
2800
200
粉质粘土
11
WC10~WC11
2800
200
粉质粘土
12
WC11~WC12
2800
粉质粘土
再生水管道各顶进部位一览表
序号
部位
管径（mm）
顶程（m）
覆土厚度（m）
穿越土层
备注
1
津港快速路
1500
58
粉质粘土
双排，管中距离4m，净距
1650
58
粉质粘土
双排，管中距离4m，净距
2
外环路和外环河
1500
160
粉质粘土
双排，管中距离4m，净距
3
解放南路
1650
75
粉质粘土
单管
4
友谊南路
1650
56
粉质粘土
单管
第三章、地质水文
本工程属暖温带亚湿润大陆性季风气候，主要特点是：
四季分明。
降水量多集中在七八月份，约占全年的80%以上，大风多发生在四五月份，大雾天气则多发生在冬季。
当地土壤最大冻结深度为。
一、地质条件
各土层的岩性特征表
年代及成因
地层名称
顶板标高（米）
层厚（米）
岩性特征描述
Qml
1杂填土
～m
～m
由砖渣、石子、废土、生活垃圾等组成
2素填土
～m
呈褐色，软塑～可塑状态，粉质黏土质，属中压缩性土
Q43al
1粉质黏土、黏土
～m
～m
可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土，局部夹粉土淤泥质土透镜体。
Q42m
⑥1粉质粘土
～m
～m
呈灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土，局部夹粉土透镜体。
⑥2淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土
～m
呈灰色，流塑状态，无层理，含贝壳，属高压缩性土。
3粉土
～m
呈灰色，中密状态，无层理，含贝壳，属中（偏低）压缩性土。
4粉质黏土
~
呈灰色，软塑状态，有层理，含贝壳，属中压缩性土。
Q41h
粉质黏土、黏土
～m
～m
呈黑灰～浅灰色，可塑状态，无层理，含有机质、腐植物，属中压缩性土。
Q41al
1粉质黏土、黏土
～m
～m
呈灰黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。
局部夹粉土透镜体。
2粉土
～m
呈灰黄色，密实状态，无层理，含铁质，属中（偏低）压缩性土。
局部夹粉质黏土透镜体。
Q3eal
1粉质黏土、黏土
～m
～m
呈灰黄～褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。
局部夹粉土透镜体。
2粉土
～m
呈灰黄～褐黄色，密实状态，无层理，含铁质，属中（偏低）压缩性土。
局部夹粉质黏土透镜体。
Q3cal
?
1粉质粘土
～m
～m
呈褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。
局部夹粉土透镜体。
?
2粉土
～m
呈褐黄色，密实状态，无层理，含铁质，低压缩性土。
局部夹粉质粘土透镜体。
?
3粉质粘土
～m
呈褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。
局部夹粉土透镜体。
地基土承载力特征值一览表
地层编号
岩性
fd（kPa）
④1
粉质黏土
100
⑥1
粉质黏土
100
⑥1
淤泥质土
80
⑥3
粉土
130
⑥4
粉质黏土
110
⑦
粉质黏土
130
⑧1
粉质黏土
150
⑧2
粉土
180
触变泥浆减阻管壁与土的平均摩擦阻力
地层编号
土性
触变泥浆减阻管壁与土的平均摩阻力（KN/m2）
⑥1
粉质黏土
⑥2
淤泥质黏土
⑥3
粉土
⑥4
粉质黏土
注：
上表参数仅适用于混凝土管道。
本工程顶管穿越土层均为粉质粘土，具体剖面图如下图：
二、水文条件
地下水主要受大气降水补给，勘探资料显示，勘探期间地下水静止水位埋深～，相当于标高～。
表层地下水属潜水类型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化。
一般年变幅在～左右。
设计已经对承压水进行了稳定性验算，均稳定。
地基土渗透系数及渗透性表
地层
编号
岩性
垂直渗透系数
KV（cm/s）
水平渗透系数
KH（cm/s）
渗透性
④1
粉质黏土、黏土
×10-7
×10-7
不透水
⑥2
粉质黏土
×10-6
×10-6
微透水
⑥3
粉土
×10-5
×10-5
弱透水
⑥4
粉质黏土
×10-6
×10-6
微透水
⑦
粉质黏土
×10-6
×10-6
微透水
⑧1
粉质黏土
×10-7
×10-7
不透水
⑧1
粉土
×10-6
×10-6
弱透水
⑨1
粉质黏土
×10-6
×10-6
微透水
⑨2
粉土
×10-5
×10-5
弱透水
?
1
粉质黏土
×10-6
×10-6
微透水
?
2
粉土
×10-5
×10-5
弱透水
第四章、施工方案
一、组织机构
二、施工进度计划
工程名称
施工时间计划
污水管道顶进施工
2012年11月17日至2013年3月15日
再生水下穿津港快速路顶进施工
2012年11月25日至2012年12月10日
再生水下穿外环路和外环河顶进施工
2012年12月25日至2013年1月10日
再生水下穿解放南路顶进施工
2012年12月26日至2012年12月31日
再生水下穿外友谊南路顶进施工
2012年12月1日至2012年12月4日
三、主要施工机械设备
主要施工机械设备表
序号
机械设备名称
型号
数量
施工项目
1
变压器
400KVA
2
施工用电
2
发电机
150KVA
2
施工用电
3
泥水平衡顶管机
DN3200
1
污水顶管
4
泥水平衡顶管机
DN2800
2
污水顶管
5
泥水平衡顶管机
DN2400
1
污水顶管
6
泥水平衡顶管机
DN1650
2
再生水顶管
7
泥水平衡顶管机
DN1500
2
再生水顶管
8
起重机
NK-150
2
吊装机头
9
起重机
NK-100
2
吊装管节
10
起重机
NK-25
2
其他吊装
11
主顶油缸
JPT220T
24
顶进
12
注浆泵
柱塞式电机4KW
4
注浆
四、试验段
根据目前实际情况及施工进度安排，项目部计划试验段部位为WC5~WC6。
长度200m。
在试验段施工时，及时掌握顶进过程中的各项数据（如土体摩擦力、顶力、触变泥浆的配比、合理的顶进速度等）。
然后通过分析论证，最终确定其他部位顶管的各项施工数据。
五、顶管设备选型
选择好顶管掘进机对顶管施工是至关重要的。
为此我公司根据本工程顶管口径、施工条件和土质情况，加上本公司掌握的类似条件下的施工经验，顶管决定采用浮动刀盘泥水平衡顶管机施工。
该机型有一个可以前后浮动的刀盘，一次设定工作土压力后刀盘即可根据顶进速度以及前方土体土压力的变化而自动浮动，并通过进、排泥系统进行循环作业，从而保证一个恒定的压力平衡值，达到最小的地表沉降，确保顶进轴线上方的构筑物不受影响。
泥水平衡顶管机包括：
主机、纠偏系统、进排泥系统、主顶系统和压浆系统组成。
如下图所示：
（一）、其特点有：
1、采取全封闭式顶进，可有效的保持挖掘面的稳定，对管道周围的土体扰动小，能很好的控制地面沉降；
2、与其它类型顶管相比，泥水平衡顶管施工的总推力较小，适宜较长距离顶管；
3、工作井内的作业环境好，顶管自动控制，管内不用人员作业，安全性高；
4、由于采用泥水管道输送弃土，不存在吊土，搬运土方等容易发生危险的作业；
5、由于泥水输送弃土的作业连续进行，故其施工速度快，能有效保证工期；
6、污染小，噪音小，环保。
采用泥水管道输送弃土;
7、施工工艺简单,标准化、程序化，便于施工控制和管理;
8、泥水加压平衡工具管与其他工具管相比，具有平衡效果好，结构紧凑，技术先进，由于出土方式是用水力机械化连续出土，所以顶进速度快，对土质的适应性强。
无论是粘性土还是砂性土，均能收到良好的效果。
（二）、泥水系统
1、泥浆系统的作用
（1）送走被挖掘机的渣土和平衡地下水。
泥浆系统是由密封的管道组成，通过机头循环，形成泥浆混合物，由排泥管送走，最后沉淀在地面上的泥浆池内，泥浆通过众多的排泥泵被排出。
再由进水泵进水送入机头，排泥由变速的排泥泵进行控制。
机坑旁通装置可控制进排泥浆的速度、方向，以防止泥渣堵塞管道，淤积现场。
当挖粘土时，可能使普通粘土，有一定的粘合度，可以直接将泥浆排入泥浆池内，但是当挖沙土时，泥浆中必须添加一定的粘合剂（诸如膨润土等）以增加泥浆粘度，以达到排渣的最终目的。
夹带泥砂的泥浆，可通过振动筛、循环沉淀器、干燥器等，处理分离渣质，泥浆被再用，渣质被积累后处理。
处理渣土用翻斗车，泥浆用罐车运出场区，堆置于郊外，处理时注意不得污染路面等环境。
（2）在有地下水存在的地方，掘进机表面的压力可以降低到小于水中的压力。
这样避免了抽地下水的需要。
进排泥水系统中的压力感应器可测出地下水的压力。
机内泥水循环系统，电磁阀，旁通装置及载水阀可以起到调节水压的作用。
机内电磁阀和旁通系统，可以阻止水压的变化，保持水压，在加管道时，不至于减小机头的水压，保证内部压力平衡。
2、在泥水处理中，必须注意以下几点:
（1）渣浆泵应采用同一型号的泵，以便必要时对调使用。
（2）必须控制好进排泥泵的流速，以确保泥水仓应有的压力，挖掘面上的泥水压力应比地下水压力高10~20kPa。
并且，过慢的流速容易导致泥渣沉淀而阻塞管路。
泥水流速应大于临界流速。
临界流速按下式计算:
式中:
YL—临界流速;
FL—由粒径与泥水浓度决定的系数，查表确定;
g—重力加速度;
d—排泥管内径;
Gs—固体颗粒的容重;
δ—泥水相对密度。
（3）对管径为50~250mm的排泥管来说，临界速度在1.6m/s~3.8m/s之间。
（4）要根据不周的土质采用相对密度不同的泥水，以保证挖掘面稳定。
（5）基坑旁通装置在管路安装完毕或停止掘进时必须进行内循环，在正常掘进时进行正向流动循环，在管路堵塞时进行逆向流动循环。
3、机头参数：
本工程顶管直径分别为d3200、d2800、d1650、d1500。
以管径d2800说明。
（1）顶管机外径：
Ф3300mm
（2）顶管机总长：
（3）刀盘切削外径：
Ф3140mm
（4）刀盘扭矩：
（5）刀盘转速：
（6）刀盘电机功率：
4*22KW*4极
（7）纠偏油泵电机功率：
3kw*4极
（8）纠偏油泵最高工作压力：
（9）纠偏油缸行程：
100mm
（10）最大纠偏角度：
2度
（11）纠偏油缸（最大推力*数量）：
100T*8台
（12）顶管机装机容量：
（13）整机重:
38T
（14）进排泥水管口径4寸
六、设备安装：
（一）、导轨安装
本工程导轨选用复合型导轨。
在每一根导轨上都有两个工作面：
水平工作面是供顶铁在其上滑动，倾斜的工作面则是与管子接触。
复合型导轨的寿命要比普通型有较大提高，并且导轨对管材的摩擦损伤减小。
导轨示意图
在工作井底板基础上埋钢板，预埋钢板的位置与基坑导轨相吻合，以便导轨与之焊接。
预埋钢板上的锚固钢筋要焊牢并有足够的锚固强度，导轨安放后，还应在二侧用型钢支撑好，必要时再浇筑混凝土，确保导轨在受撞击的条件下，不走动，不变形。
用水准仪控制导轨的标高，轨道顶面坡度应与顶管设计坡度一致。
采用重型导轨2根，安放时，前端应尽量靠近洞口，导轨可按水平状态安装，导轨安装允许偏差轴线位置3mm,两轨内距±2mm，顶面高程：
0~+3mm。
以d2800顶管计算
A=2
=。
式中：
A=两导轨内距
D=管外径，D=
h=导轨高，取
e=混凝土管外皮距离钢轨地面高，取30mm
（二）、安装机头
机头采用吊车下放到顶管工作井内，在下到工作坑之前，要先进行调试，要保证各种机具、仪器、仪表、电器元件处在良好状态。
施工时机头外皮下部与导轨接触要实，不能有翘起或偏斜，以确保顶进质量。
（三）、千斤顶布置
本工程污水顶管管道顶管为大管径、长距离顶管，顶管主千斤顶选用8个220t千斤顶，千斤顶行程为。
布置如下图：
中水管道顶管为短距离、小口径顶管，主千斤顶选用4个220t千斤顶。
布置如下图：
千斤顶固定在千斤顶支架上，油路安装应顺直，减少转角，接头不漏油。
顶铁采用型钢焊接成U型，安装后顶铁轴线与管道轴线平行、对称。
更换顶铁时先使用长度大的顶铁，顶铁拼装后有锁定装置。
七、出洞
（一）、洞口止水
顶管掘进机出洞口处进行止水圈施工，以防漏水。
首先做好龙门口，安装好止水圈后，破龙门口。
用人工按管径尺寸把灌注桩剔凿成圆形孔洞。
破除灌注桩开凿洞口。
开镐将稳好在导轨上的机头顶到洞口，使机头正面和洞外的土体紧密顶严；匀速顶进机头入土。
另外，洞口止水圈与管外皮的间隙也应用硬粘土填充。
（二）、做出洞止水封门
在顶进方向出洞口处增加止水封门，止水帷幕不能提前凿除。
将洞口破除并清理干净，形状为内圆外方，内圆直径为管外皮直径加100mm，外方横向尺寸为以内圆直径加600mm，高度为管材直径；露出水泥搅拌桩支模，厚度为300mm，浇筑混凝土。
在与水泥桩的接触缝隙处一定要灌满砼，并用振捣棒细致振捣，在距内圆5—100mm的位置上予埋ф16螺栓，长350mm，埋入混凝土200mm，外露150mm。
螺栓间距150mm，分内外两排，梅花桩交错布置，待混凝土强度达到50%后，先对封门迎面进行找平，凸起处用錾子剔掉，凹处补高标号水泥砂浆整体找平后，安装环形橡胶板，厚20mm，内环直径要比管外皮直径小200mm，外环直径同封门外边尺寸，在环形橡胶板上和螺栓对应的位置挖孔，将环形橡胶板紧紧贴住封门的迎面，并使螺栓从与其对应的孔中露出，再在橡胶板外面压上同厚度同形状的环形钢板（但钢板内环直径为管外皮加60mm，这一点与环形橡胶板不同，其余都同），将环形钢板和环形橡胶板与封门紧紧顶严，保证破洞后坑外的泥水不会顺着封门与管外皮的缝隙处流进坑内，在封门内与管外皮的缝隙处缠草袋子，并用铅丝固定。
（三）、洞口止水圈的设计
在洞口密封设计中，采用主橡胶圈密封加可充气应急密封圈的双层密封结构。
止水圈部件由三个部分组成：
橡胶圈、压环、压板。
首先以膨胀螺丝圆打好膨胀螺丝，然后将橡胶圈套在膨胀螺丝上，再将压环压在橡胶圈上，最后再将压板压在压环上，并上紧螺丝，可以沿着径向方向在50mm的范围内移动，从而控制橡胶圈的压紧程度。
压板可以保证压紧止水橡胶圈，并在地下水压力太大时，防止橡胶圈翻出
出洞口密封示意图
l-前止水墙；2-预埋螺栓；3-止水圈；4-压板
洞口止水圈的构造
八、开机头
当机头就位后，首先接通机头刀盘旋转电源，开动刀盘，使其向左或向右旋转，再接通进泥泵和排泥泵电源，使循环泥浆由进泥管进到泥水平衡仓，充满泥水平衡仓，由出泥管回到泥浆池，形成循环泥浆管路。
再接通机头刀盘顶进电源，使刀盘主轴向前行进，同时开动基坑内顶镐，推动机头向前行进，当顶进1节管的长度后，关闭机头进泥阀门和出泥阀门，并用排泥泵将管路中的泥浆抽空。
卸掉基坑内各种接头软管和电缆管路，使主顶镐回缩，移走顶铁，用吊车将混凝土管下到位，重新快速连接各种接头软管和电缆管路，使顶管就位，重复以上操作步骤循环顶进。
在顶进过程中预先在确定的管道点位向管壁外侧同步注入泥浆，以减少侧壁顶进时的阻力，并支撑周围的土层。
九、触变泥浆减阻
（一）、泥浆减阻
带有注浆口的2800管材的排列，第1节、第2节、第3节，以后每隔2节设置一节带注浆口的顶管。
注浆压力为，注浆量控制在理论计算值的倍左右。
如果压浆量超过理论压浆量数倍，则应改变泥浆配方，增加泥浆的粘度和稳定性。
注浆孔设置在环形套筒的下面，套筒向后开口，环向连通。
同一断面上设置4个，环向均匀布置。
注浆时要遵循“先压后顶，随顶随压”的程序。
顶进时要及时有效地进行同步跟踪注浆，确保形成完整的泥浆套，同时在管道四周定时补压浆，确保泥浆套不流失破坏。
触变泥浆配合：
（重量比）膨润土：
水：
碱
25：
：
注浆干管采用DN100钢管，用法兰盘连接，在中继间及注浆支管位置采用高压胶管连接。
本工程采用顶管掘进机尾部同步注浆和中继环后面管段补浆两种方式进行减阻。
补浆孔按90°设置四只。
每道补浆环有独立的单向阀门。
注浆按管节顺序依次进行，每班不少于2次循环，定量压注。
顶进过程中保持第一节注浆管打开注浆，有利于环形浆套的形成，防止因注浆不及时导致细砂充填管道外壁的环形空隙，致使注浆无法注入或浆套形成不好。
注浆流程：
地面拌浆总管阀门打开——管节阀门打开——启动压浆泵送浆（顶进开始）——管节阀门关闭（顶进停止）——总管阀门关闭——井内快速接头拆开——下管节——接总管——循环复始
润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土，纯碱、CMC、物理性能指标：
比重～cm3，粘度30～40s，泥皮厚3～5mm。
泥浆拌制好后应静止24小时方可使用，压浆时随时观察出浆情况。
在顶进过程中遵守同步注浆原则，重新顶进前应先出浆后顶进，以防土体塌方，破坏泥浆护套的整体连续性，并做好压浆记录。
注入到管材与土壤内的浆液压力要略高于地下水压力。
由于注浆泵输入压力远高于注浆压力，因此在注浆泵上附加一调压装置用来控制注浆压力。
（二）、泥浆置换
顶进结束，对已形成的泥浆套的浆液进行置换，置换浆液为水泥砂浆并掺入适量的粉煤灰，在管内用单螺杆泵压注。
压浆体凝结后（一般为24小时）拆除管路封闭注浆孔，将孔口用环氧水泥堵抹平。
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