DN3600钢管顶管施工方案.docx

1、DN3600钢管顶管施工方案一、工程概况 2二、工程地质条件 2三、顶管方案 21.顶管现场平面布置 22.顶管施工流程图 43.顶管施工工艺及设备配置 54.顶管施工方法及技术质量保证措施 11四、施工计划 181.施工进度计划 182.施工资源计划 18五、环境监测 191.工程情况 192.监测内容 203.测点布设 204.监测频率 20六、安全文明施工保证体系 201. 安全保证管理体系 202. 安全保证措施 213.重点工序的安全措施 214.环境保护 225.现场文明施工措施 22附图一：顶管现场平面布置图 附图二：出洞口增设钢板桩示意图 附图三：顶管顶进系统布置图 附图四：顶

2、管顶进施工图工程概况严桥支线输水管道采用 2根 DN3600钢管， 2根管线平行段中心间距为 8m，管道中 心线距道路红线 2m，管线长度约为 27km。管道绝大部分拟采用顶管施工，仅在五号沟 泵站和严桥泵站附近有一段管道采用开挖方式。 管顶覆土厚度不小于， 对于特殊地段（穿 越建筑物或重要道路） ，视情况适当加大埋设深度。顶管工作井和接收井拟采用沉井、 地下连续墙或者 SMW工法，根据实际地质地形条件确定， 其平面净尺寸分别为约和， 沿顶管方向的长度分别为约和 8m，埋深均约为。 钢管顶进施工采用管径对应的大刀盘土 压平衡式顶管机，配备 46个400t 主顶作为主顶设备，现场配备 120t

3、履带吊。管道 沿线除穿越 A20立交和磁浮快速轨道交通高架外，其它一般位于已有道路绿化带内。二、工程地质条件根据上海岩土工程勘察设计研究院有限公司提供的青草沙水源地原水工程严桥支 线工程岩土工程勘察报告， 拟建输水管道沿线场地深度范围内地基土属第四纪滨海河 口、滨海浅海、滨海、沼泽、溺谷、河口湖泽及河口滨海相沉积物。主要由粘性 土、粉性土及砂土组成，一般呈水平层理分布。根据顶管施工段工程地质剖面图分析， 顶管施工主要涉及第 3层灰色砂质粉土、第 1 层灰色淤泥质粉质粘土、第 1夹层灰色 粘质粉土、第 2层灰色砂质粉土夹淤泥质粉质粘土、第层灰色淤泥质粘土。第 1 层及第层以淤泥质粘性土为主，呈流

4、塑状态，局部夹少量薄层粉砂；而第 3 层、第 1 夹层及第 2 层以粉性土为主，呈松散稍密状态，局部夹少量粘性土。三、顶管方案1、顶管现场平面布置地面布置 在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置以下必要的设施，地面指挥监测中心、 办公室、仓库、配电间等。布局要合理，环境整洁、卫生，并有专职人员进行管理。井 顶布置一台 120t 履带吊车负责钢管及顶铁吊运和井内、地面的吊装工作。现场内另设 临时堆场，供管节及半成品、周转材料等堆放，顶管现场考虑一定管节的贮存量。现场 一侧布置泥浆房、进水排泥系统等。顶进控制室布置工作井内，自动控制台、通讯、中 央控制均在顶进控制室内。顶管出泥排入泥浆池。由于顶管

5、为 24 小时连续作业施工， 在现场四个角上各安装錪钨灯一座， 供夜间现场照明。管道顶进时，现场布置采用 120t 覆带吊，设备进场时，采用 150t 汽车吊车。井内布置工作井内沿顶管轴线方向在临时后座墙上装刚性后座，主顶千斤顶、导轨、刚性顶铁、环形顶铁等顶进设备。工作井边侧设置下井扶梯二座供施工人员上下。管内供电及工作井内电力配电箱均位于工作井内。管内测量起始平台，安装在主顶千斤顶之间轴线上，独立与砼底板连接，与千斤顶支架分离，确保顶进时测量平台的稳定。沿工作井井壁依次安装 2寸压浆管、 4寸供水和出泥管、供电管线井内二侧工作平台布置配电箱、电焊机、泥水旁通装置、后座主顶油泵车和顶铁堆放。沉

6、井内照明采用高压水银灯。管内布置管内进、排泥管、压浆管、供电、通风管分别安装于钢管左右偏下侧管内照明采用 36伏低压照明灯，每 8m布置 1 只。施工期间在工作井内及管道内应配置足量的排水设备。2、顶管施工流程图顶管出洞口加固起重设备就位顶进设备进场本工程由于地段复杂一次顶进距离较长导，轨为拼确装保工程质量万无一失，确保绝对工程安全，为适应本工程顶管的特点，根据顶进后座沿顶线板的安装地质情况并结合以往的施工经验，在经过全面分析比较之后，顶管顶进施工选用大刀盘土压平衡式顶管机，水力出土顶管掘进机就位 后座千斤顶安装后座千斤顶安装 顶管机的：大刀盘电机驱动土压平衡顶管机主要由大刀盘、大刀盘驱动装置

7、、前后 井内其它设备安装 纠偏油缸组和铰接密封装置、出土螺旋输送机、纠偏油壳体、止转装置、联接两壳体的机头调试缸液压动力站和液压管路、润滑油脂泵和油脂输送管路、加柜及顶管操纵台等组成。顶管掘进机穿墙大刀盘土压平衡式顶管机的工作原理台等组工具头进行试运转封门拆除进，同时大刀盘旋转切形成具有一定泥 （ 水 ） 装置、驱动电机电器先除由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前切削下的土体后座进顶入进密封土仓与螺旋输送机中，并被挤压 经过削土体，土压的压缩土体；经过螺旋输安装送出机泥的系统旋转，输送出切削的土体。密封土仓内的土压力值可通过螺旋输送机的出土量或顶测 管机量的前进速度来控制， 轴线高使程此控土制网

8、压力与切削面前方的静止顶土管掘压进力机推和进地下水压力保持平衡压，从浆而保证开挖面的稳定，防拌止地面浆的沉出土供气螺旋输送机通风装置降或隆起。 由于大刀盘无面板， 其开口率接近 100%，所以设在隔仓板上的土压计所测得 的土压力值就近似于掘削面的土压力。根据顶管机开挖面不同的特性，通过向刀盘正面和土仓内加入清水、粘土浆（或膨 润土浆）、各种配比与浓度的泥浆或发泡剂等添加材料，使一般难以施工的硬粘土、砂 土、含水砂土和砂砾土改变成具有塑性、流动性和止水性的泥状土，不仅能被螺旋输送 机顺利排出，还能顶住开挖面前的土压力和地下水压力，保持刀盘前面的土体稳定。本顶管机的技术特点：A、 适应土质范围广，

9、不仅适用于各种土质，而且适用于中粗砂、强风化、中风化 砂岩。B、 施工后地面沉降小，可在覆土层仅为管径倍的浅土层中施工。C、 有完善的土体改良系统，可对土体进行改良，从而扩大它的使用范围。D、 开口率达 100%，土压力更切合实际。E、 采用中心支承式刀盘，结构紧凑、重量轻、寿命长、维修保养方便。F、 采用无轴式螺杆，端面出土螺旋输送机，从而提高了出土口的高度及增大了排 除障碍物的粒径。G、 配有先进的控制仪表，纠偏油缸行程及机头的俯、仰和偏转均可数字显示。H、 操作简单、动作灵活、直观可靠。I 、 具有可靠的主轴密封装置。顶进系统工作井主顶装置共有四只千斤顶，分两列布置。主顶千斤顶为单冲程千

10、斤顶，总行 程为，主顶千斤顶每只最大顶力为 4000KN，主顶最大总顶力可达 16000KN。实际施工时 应控制油压在 8000KN。四只油缸有其独立的油路控制系统， 可根据施工需要通过调整主 顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。出泥系统 大刀盘土压平衡式顶管的出土采用工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进，同时大刀盘旋转切削土体，切削下的土体进入密封土仓与螺旋输送机中，并被挤压形成具有一定土压的压缩土体；经过螺旋输送机的旋转，输送出切削的土体。在大刀盘土压平衡顶管机后第一节钢管内， 装置一只配有高压水枪和水力机械的土 体处置箱，顶管机输送出切削的土体直接置入箱内，然后采用 TSWA150 9 级高压

11、水泵 抽水用 4 寸进水管输送高压水，将土体破碎稀释形成泥浆，由水力机械结合排泥不堵泵 将泥浆吸出并水平通过 4 寸排泥管输送排放到泥水池或直接排入泥罐车按文明施工要求 和泥浆处理办法，运到永久排放点，不污染沿途道路环境。长距离顶进时，为增强高压 输水的能力，拟在土体处置箱处串联增压水泵一台；长距离顶管时，排泥也采用串联接 力形式，排泥泵每隔 200m 设置一台。排泥时，可先将泥浆排入工作井泥浆箱中，然后 再启动渣浆泵或备用水力机械进行二级提升。泥浆系统泥浆减阻用泥浆减阻是顶管减少摩阻力的重要环节之一。 如果注入的润滑泥浆能在管子的外 围形成一个比较完整的浆套，在长距离顶管施工过程中其减摩效果

12、将是十分令人满意 的，一般情况摩阻力可由 1220KN/m2减至 36KN/ m2。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。补浆管一般布置于中继环后面第二节管段及中断环与工具头及后座中间位置， 补浆 孔按 90 设置。每道补浆环有独立的阀门控制。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 3040S，泥皮厚 35mm。施工时按土质具体 情况调整合适参数。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住。压浆体凝结后（一般为 24 小时）拆除管路换上封盖， 再将

13、孔口封堵。注浆设备符合物理性能要求的润滑泥浆用 BW-200压浆泵通过总管、 支管、球阀、管节上的预 留注浆孔压到管子与外管土体之间，包住钢管。管道内的压浆系统布置如图所示。组合密封中继间与自动控制系统组合密封中继间本工程中继间采用我司自行研制并获得专利技术的组合式密封中继间， 其主要特点 是密封装置可调节、可组合、可在常压下对磨损的密封圈进行调换，从而攻克了在高水 头、复杂地质条件下由于中继间密封圈的磨损而造成中继间的磨损而造成中继间渗漏的 技术难题，满足了各种复杂地质条件下和高水头压力下的超长距离顶管的工艺要求。中继环结构布置图中继间布置本工程顶管长度拟以 640m作为基准，顶管共布置 3

14、道中继间，中继间拟安装 40 只 250KN油缸，合计最大顶力 10000KN，中继间设计允许转角 1，中继间可通过径向调节 螺旋丝自由调节，在圆角方向可以根据需要局部或整体调节，具有良好止水性能，每道 中继环安装一套行程传感器及限位开关与 DK-20自动控制台相连。中继间布置计算1掘进机正面阻力 N 根据我公司在该地区相关工程施工经验，正面阻力按 500KN/m2估算。经计算：迎面阻力 N=4863kN2每米管壁摩阻力： F= DfF管壁每延长米摩阻力（ KN）D管壁外径（ m），D=f 管壁单位摩阻力，取 4KN/m2经计算： F=Df=m3中继间布置L=（KP-N）/FP中继环设计顶力（

15、 KN）N机头迎面阻力（ KN）F每米管壁摩阻力（ KN/m）K顶力系数L=（ 10000-4863）/=70m，考虑到第一道中继环的纠偏作用，布置在距工具头 80 米处。第一道中继环布置于距头部 32m处4第二道以后中继环布置 L=（K P） /F=177m取间隔 184m布置一道中继环5主顶千斤顶推进长度计算L=16000/=354m经计算 640m顶管共需要 3 套中继环。 由于地质资料不完整，实际中继环安放数量及距离根据现场顶进顶力作相应调整，保证顶管有足够的顶力自动控制台中继环自动控制采用我公司自行设计的 ZD-20 中继控制台进行程序控制， 在顶管过 程中按摩擦力的大小，由控制台自

16、动发出信号自动控制中继环，中继环控制台通过控制 电缆、中继箱、远程传感器及限位装置与中继环油泵自控箱连接。按顶进程序自动控制 中继环工作。中继环自动控制台具有如下功能： 可以控制各中继环按程序要求自动 / 手动进行顶管。可以按要求改变顶进程序。 可以按受力情况调整每环顶进距离。计算机可以从自动控制台自动取样，设置中继环自动 / 手动工作，并适时打印各 类数据，供技术人员分析。通风系统 在顶管中，通风是一个不容忽视的问题，它直接影响至管内工作人员的健康。为获 得理想的通风效果， 本工程采用长鼓短抽组合式通风， 通风系统安装在距掘进机 1215m 处，抽风风筒与鼓风风筒分别安装于管内左右两侧， 两

17、风筒必须重叠 510m，抽风机的 吸入口在前，鼓风机的排风口在后，并在管道中间配置若干外轴流风扇，向井内排出浑 浊空气。通讯与工业电视监视系统1）管内通讯与工作面现场通讯采用 HE系列自动电话总机，用机械拨盘式电话机互 相联系。电话设置在水泵房、压浆棚、各工种间、中控室、办公室、掘进机、每道中继 环、工作井内。2）配备 2 只低照度摄像头，一只安装于顶管机操作台处，监测操作台各项数据； 一只安装于工作井内，监测主千斤顶的动作，监视器安装中央控制室，以利技术人员正 确指挥。供电系统 工作井现场由变压器供电，为适应供电要求配置电容补偿柜。输出端电缆分三路， 分别供工作井上供电系统、井下顶管机头、及

18、井内主千斤顶。第一路：泥浆间： 215KW，各工种间： 10KW，现场照明： 20KW 第二路：后座油泵： 220KW=40K，W电焊机： 4 20KW=80KW 第三路：工具头：大刀盘土压平衡 200kw （含出泥系统），中继间： 20KW 管内照明： 10KW36v管内供电系统配备可靠的触电、漏电保护措施。井上井下与管内照明用电采用 的低压行灯。现场配电间为适应上述要求，安装 600A主受电柜一只，分别输入 3 只配 电屏，经 3 路分送至各用电部门。测量系统平面控制网的建立地面上按业主、设计院提供的井位轴线控制桩定位。采用 T2 经纬仪测量。工作井施工结束后，按工作井穿墙孔实际坐标与设计

19、终点的坐标测量放线，定出管 道顶进轴线并将轴线投放到工作井测量平台上和井壁上。在沉井四周建立测量控制网， 并定期进行复核各控制点。工作井上下点的投放采用索佳 PD-3 天底仪（精度 1/200000）。投放顶管测量始测点和 2 个后视点，始测点设在顶管后座专用测量平台上，后视点 设于穿墙孔上部的井壁上，定期互相校核。管道轴向测量 施工管道轴向测量采用高精度激光经纬仪进行测量，测量主要用导线测量法，测量 平台设在顶管后座处。测量光靶安装在顶管机尾部，测量时激光经纬仪直接测量机头尾 部的测量光靶的位置，并根据机头内的倾斜仪计算机头实际状态。顶管水准测量水准仪测量精度由于顶进距离长而略有降低，传统方

20、法用联通管测量，由于水经过 一定时间沉淀会分解出气体引起测量误差，为进一步提高管道水准测量精度，本工程水 准测量采用硅油微压差计测量系统。在工作井地面设置硅油箱和标准压力传感器， 根据测定硅油标准箱和顶管机头部前 端装置内的硅油压力差，通过数据电缆与中央控制室内 PC 联接，计算出在水准方向上 偏离顶进基线的偏差量。为了确保顶进轴线无较大偏差，在顶进到最后 3050m时，用人工测量的方式，对 管道进行全线复核，确保测量工作做到万无一失。4、顶管施工方法及技术质量保证措施测量以及设备安装测量的方法1通视条件下的测量： 使用交汇法引工作井及接收井预留洞口中心至各自的井壁。置经纬仪至 A点，后视 B

21、点，作BA直线的延长线，并在工作井后部定出一点 C。保证 C、A、B 在一条轴线上，置经纬仪在 C点上，后视 A点，在工作井井壁上定出一点 A，置 激光经纬仪基座于井下 D点，并抄平固定激光经纬仪架，置经纬仪于 A点，后视 B 点， 在激光经纬仪器架上定出 D点，D点同 A，A，B 点在竖直方向上成一直线，安装激光经 纬仪于仪器架上，对中 D点，后视 A，点，依设计轴线打好角度，既可定出轴线。2不通视条件下的测量： 引出 A、B 两点后可根据导线法以及平移法定出 C、D、A， 其余步骤同通视条件下测量定位。后靠背导轨及千斤顶的安装 轴线确定后先安放后靠背， 后靠背后部距离井壁 100200mm

22、，调整后靠背前后以及 左右方向，应尽量保证后靠背的中心与轴线相重合，调整方法见图：在轴线定好后即可安装导轨以及千斤顶，先根据导轨本身的尺寸计算出导轨顶面 至轴线的高差 h，至水平仪于井下，在井四周作出 46 个临水点，保证轴线标高 - 临水 点高程 = h ，安放导轨时可用线绳在相对的两个临水点拉出一条直线，使导轨顶轻触于 线绳既可，然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线重合，导 轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程，最后支撑导轨至井壁上。引轴线至井底前后两侧 A、B 两点，分中后靠背，在后靠背上作一分中点 C，开始放 置后靠背时尽量使 C 点在 AB的延长线上，此值可肉眼鉴

23、定，误差不应大于 10cm，在后 靠背边缘定出任意等高两点 D、D ，测量 AD和 AD的距离，只需保证 AD的距离约等于 AD的距离即可， 误差不应大于 3cm，后靠背左右方向确定后即固定下面两侧各一点， 后使用线坠调整前后方向即可， 最后根据实际情况填塞 C15-C30的混凝土至井壁到后靠背 的间隙。千斤顶的安装在后靠背的安装完毕后进行，抄平千斤顶后只要保证所用千斤顶 后平面贴实后靠背既可固定。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：对称布置，保持受力均匀。 安装位置允许偏差 3mm，头部偏差小于 3mm，水平偏差小于 2mm

24、，确保顶进 时处于受力良好状态。导轨安装完毕后需在预留洞口内安装副导轨， 副导轨的轴线以及高程均要与主导轨 保持一至，此副导轨用于防止机头进洞后磕头，见下图：增高装置增高装置可根据顶管机的重量以及增高量选择钢支架或砼垫层。出泥系统的安装泥浆池或泥罐车应尽量靠近工作井边，可采用串联法，见图：泥浆池或泥罐车尽量靠近工作井边，可以减少排泥管路过长而且产生的管路摩阻 力。注浆系统应尽量使用螺杆泵以减少脉动现象，浆液应保证搅拌均匀，系统应配置减 压系统，在泵出口处 1 米外以及顶管机头部注浆处各安装一只隔膜式压力表。顶管出洞方案出洞前所有顶进设备及顶 管掘进机必须全部安装就位， 设备需试运试。从工作井中

25、出 洞开始顶进是整个施工过程中 的关键环节之一。为确保顶管 机顺利出洞，防止土体塌涌入 工作井，出洞前先在工作井穿 墙管外边侧前打设一排钢板 桩，钢板桩入土深度达到工作井底板以下 1m 左右。为确保出洞时的绝对安全，如果穿 墙管内没有进行加固，通过闷板上的注浆孔进行压密注浆加固，以起到挡水隔泥作用。 确保出洞安全后，才能拆除闷板。闷板拆除后，随即马上安装穿墙止水装置。这种穿墙 止水装置的特点是用复合橡胶止水，根据水头压力可以用一层三层来选择，而且止水 橡胶预先装入穿墙管装置系统，既能平面止水（闷板与法兰间） ，又能轴向止水（管段 与穿墙管间）。当顶管机出洞时，先把穿墙管清理内垃圾，这时由于钢板

26、桩挡住，土体 不会涌入。等到顶管机推进到距钢板桩 50100mm时，洞口止水圈已能发挥作用了，然 后再按出洞口一侧向另一侧依次拔除钢板桩。 为减少钢板桩拔除过程中对顶管机正面土 体的扰动及可能出现的建筑间隙，钢板桩全部拔除后应立即顶进，缩短停顿时间。在出洞施工初期， 由于顶管机正面主动土压力远大于顶管机及顶进管节的周边摩阻 力和与导轨间摩阻力的总和，因此当主顶油缸回缩时极易产生管节后退，引起顶管机前 方土体不规则坍塌，使顶管机再次推进时方向失控和洞口止水装置受损危险。为此，采 取在管节后部的发射架上增加一个限位设置，控制后退，直至钢管外壁摩阻力大于掘进 机正面水土压力后取消限位。顶管机出洞防磕

27、头措施顶管机出洞时由于工作井下沉时周围土体被破坏或在出洞时洞外泥水流失过多， 造 成出洞时顶管机因自重太重而下磕，为防止这一现场产生，采取以下措施：顶管机就位后，将机头垫高 mm，保持出洞时顶管机有一向上的趋势。调整后座主推千斤顶的合力中心，出洞时观察顶管机的状态，一旦发现下磕趋势， 立即用后座千斤顶进行纠偏。由于距离较短。这一方法效果会非常明显。由于洞中外侧进行了加固措施，也进一步防止了磕头现象的产生。施工参数控制措施（1）初始顶进a、顶进速度初始顶进速度不宜过快，一般控制在 10mm/min左右。b、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

28、压力设定结合实际施工经验，设定值应介于土压力的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 2030mm/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%。管道抗扭转措施顶进过程中由于周围土质的变化、设备安装、纠偏的影响及管内设备的不均匀性等 会造成推进时管道发生不同程度的扭转， 直接影响到施工质量。 因此主要采用以下措施：1在管内设备及管道安装时，根据重量平衡原理，在安装设备及管材的另一侧配以 相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡。消除人为造成管道扭转的因素。2顶进

29、时在掘进机及每个中继环处设有管道扭转指示针。 一旦发现微小的扭转即用 单侧加压配重的方法进行纠扭。因此配备了 30t 压铁。单块重量为 25kg。3严格控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求。4工具管设置测力装置，以便测定平衡力的大小指导纠偏。5刀盘不能单方向旋转，视顶管机旋转趋势，要经常变换方向。6顶进前应逐台调试千斤顶，应采用同种规格，并使液压泵到千斤顶之间的距离相 等、管径一致。7管内设备布置重量要对称，主油缸安装要平稳，并且与管轴线平行。顶管轴线控制措施由于本工程顶管施工穿越的土层土性很不均匀，顶进施工中极易产生向轴线偏差， 因此，在顶进施工中应采取必要控制措施，确保施

30、工质量。施工控制：在施工前应掌握施工区域较详细地质情况，施工中应及时观测前舱土压 力变化情况，及时调整出土量与顶进速度的关系。并及时调整顶管机头部姿态及后座纠 偏油缸推力的大小来及时纠偏。在顶管同时穿越不同土层时，可采取工具头向下保持一 定倾角顶进。施工中应利用中继环进行辅助纠偏。顶管要按设计要求的轴线进行，主要是顶管机头部测量与纠偏的相互配合。纠偏是 完成管道线型的主要手段。纠偏原则如下：勤测勤纠：即每顶进一段距离，测量一次顶管机头部轴线及标高偏差情况。用电话 通知顶管机头部纠偏人员，纠偏人员再将顶管机头部现在纠偏角度、各方向上千斤顶的 油压值、轴线的偏差等报给中控室，输入微机。微机将显示出纠偏方法、数据，再按此 进行纠偏。小角度