长清路站矩形顶管施工组织设计10.docx

1、长清路站矩形顶管施工组织设计10上海轨道交通13号线长清路站3号出入口矩形顶管工程施工组织设计上海轨道交通13号线长清路站3号出入口矩形顶管工程编制：审核：审定：二零零九年四月1 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（GB5

2、0208-2002）（9）现行有关的行业标准及规范。2 工程概况2.1 工程概述本工程为长清路站3号出入口顶管工程，采用矩形顶管推进，位于长清路车站西侧，长清路下，通道长32.8m，坡度为0%，最大覆土为12.5m，最小覆土为12.2m。长清路东侧北风井为始发井，长清路西侧的3#出入口为接收井。矩形顶管通道长度为32.8米。管节22节，每节长1.5m。管节内径5240mm3360mm，环厚为500mm，每节管节的重量约36吨，掘进理论总净土方量约为892m3。考虑渣土泵送，实际土方约1800 m3。反力固定装置：17t；顶管始发基座：35.7t；顶管接收基座：32t。2.2 工程地质情况经勘察

3、，顶管施工所处深度主要涉及第1层灰色淤泥质粘土，适宜顶进。相关土层详细土性描述见下表：层号土层名称层底标高（m）层厚（m）土 层 描 述1人工填土3.331.041.203.50均有分布。上部为水泥路面，下部主要为杂填土，碎石、杂物等，局部为素填土，以粘性土为主。1褐黄灰黄色粉质粘土1.430.000.002.60局部缺失。可软塑，尚均匀，含氧化铁及铁锰质锈斑，夹薄层粉粒，层底为灰黄色，局部为粉质粘土，中压缩性。灰色淤泥质粉质粘土-2.70-4.082.706.00均有分布。流塑，欠均匀，含云母有机质，夹少量极薄层、团状、粒状粉土，局部夹粘质粉土，高压缩性。1灰色淤泥质粘土-11.87-13.

4、008.3010.30均有分布。稍密流塑，尚均匀，含有机质，夹少量极薄层、团状、粒状粉土，见零星贝壳碎屑，高压缩性。2灰色粘质粉土-13.97-27.901.6015.90均有分布。中密，很湿，欠均匀，含云母有机质，夹少量薄层粘土，局部为砂质粉土，见零星贝壳碎屑，中压缩性。1灰色粉质粘土-25.47-27.870.0012.60局部缺失。软塑，局部流塑，尚均匀，含少量腐植质、有机质，夹少量薄层或点状粉土，局部为粘土及淤泥质粉质粘土，高压缩性。3灰色粉质粘土-41.90-52.3015.5026.80均有分布。软塑，欠均匀，夹薄层或团状粉土，含云母、钙质结核、有机质及腐植质，局部为粘土，部分孔层

5、底呈黑色，中压缩性。4灰褐灰黑色粉质粘土-46.27-52.280.005.50局部缺失。可塑，尚均匀，底部夹少量薄层或点状粉土，含少量有机质斑点，局部呈灰绿色，中压缩性。2青灰灰色粉细砂未穿未穿均有分布。饱和，密实，尚均匀，含云母，夹有粘粒及粉性土，局部为砂质粉土，中偏低压缩性。2.3 水文地质条件本工程场地内潜水水位埋深为0.31.5m，常年平均地下水位埋深为0.50.7m。微承压水分布2粘质粉土层中。2层揭示顶层标高-11.87-13.00m，微承压水水头埋深约为地表下3.08.0m，并呈幅度不等的周期性变化。承压水分布于2青灰灰色粉细砂层中。层为上海地区第一承压含水层，顶层标高为-43

6、.55-52.30m，承压水水头埋深约为地表下5.010.0m，并呈幅度不等的周期性变化。根据地质详勘报告结论，本工程基坑开挖约至9.0米以下时，2层微承压水对基坑底部会产生突涌作用；2层承压水水对基坑底部不会产生突涌作用。本工程地质勘探中未发现暗浜、沼气等不良地质存在，但2粘质粉土层及层中的粉土夹层在动水压力的作用下易产生流砂。 2.4 管线情况根据业主提供的地下综合管线成果图，现状施工用地范围长青公园内主要为原长清公园的雨水、给水及电力排管，埋深约在0.5m1m。 现状长清路下排有一条电力隧道，管涵结构段面为22004100 底深4.0m，及2000合流污水管。昌里路下排有众多连接周边小区

7、的市政管线，包括雨水、上水、电话、煤气、电力管线，埋深约1m左右。根据上述的管线情况，我们需在施工过程中加以监测和保护。具体施工周边管线情况参见下表：序 号管 线材 质管顶埋深（m）管径或根数（mm）长清路上（由东向西）1电力隧道砼1.81根4100宽)*2200（高）2电力电缆0.81根3河流污水砼7.41根20004污水砼1.71根3005雨水砼1.81根8006通信电缆1.09孔7上水铁1.21根5002.5 关键工序和特殊过程根据本工程施工特点，确定矩形顶管推进过程中轴线控制以及地表沉降（前期、施工过程、后期沉降）、作为关键工序，过22004100 电力隧道，及2000合流污水管为特殊

8、过程。2.5.1 施工轴线控制要点2.5.1.1 矩形顶管施工测量所使用的仪器、附件须及时送质检单位做全面鉴定，并在使用过程中经常进行检查。2.5.1.2 为确保矩形顶管通道贯通，在两工作井附近埋设地面导线点，利用空导点和地面导线点,以导线测量形式，将平面控制成果引测到施工现场。2.5.1.3 利用空导点和地面导线点建立平面控制网。2.5.1.4 利用施工区域附近的已知高级水准点，布设三等水准路线，将高程引测至工作井附近，并设立施工高程控制点。2.5.1.5 为保证矩形顶管严格按设计轴线推进，必须按矩形顶管动态数据，从而调整施工参数，指导正确、安全推进。2.5.2 地表沉降控制要点2.5.2.

9、1 地表沉降观测在顶管施工过程中每天进行，沉降量控制在+10mm -30mm之间。2.5.2.2 地面沉降观测点在路面用道钉埋设，特殊要求的构筑物用红三角标记。2.5.2.3 施工时必须严格控制注浆压力及保证足够的注浆量，以减少对周围环境的影响。2.5.3 过22004100 电力隧道，及2000合流污水管控制要点本工程管线情况复杂，在出洞加固外有22004100 电力隧道距离顶管净距7.8米，在通道中部有一路2000河流污水管距离顶管净距2米，考虑长清路区间隧道盾构施工，始发井基坑开挖，以及出洞加固施工对电力隧道势必造成一定影响，在矩形顶管进洞阶段也会造成一定沉降，施工中需要重点保护该两路管

10、线。在细致调查22004100 电力隧道，及2000合流污水管的前提下，制定详细的施工措施，在矩形顶管穿越22004100 电力隧道，及2000合流污水管的过程中，必须严格矩形顶管掘进的各项参数，使矩形顶管均衡匀速施工，以减少矩形顶管施工对土体的扰动和地层损失，在矩形顶管穿越过程中利用同步注浆系统及时充填矩形顶管推进留下的空隙，减少地层损失，从而避免对22004100 电力隧道，及2000合流污水管造成破坏。合理组织安排施工流水，矩形顶管进洞要迅速，进洞后立即用钢板封堵管节与洞圈之间的空隙，随即开始双液注浆。同时进行信息化施工，要求监测单位适当加强监测的频率，在22004100 电力隧道，及2

11、000合流污水管上布设深层监测点，并及时提交监测成果，以便及时对施工参数进行优化。考虑到矩形顶管掘进后续沉降可能对22004100 电力隧道，及2000合流污水管造成的影响，在矩形顶管通道贯通后，根据实际监测情况，对22004100 电力隧道，及2000合流污水管区域进行注浆加固。另考虑管线保护，尽量减小矩形顶管进、出洞施工产生的水土流失，根据现场实际情况拟采用油溶性聚氨酯进行封闭环施工。3 施工总平面布置图3.1 平面总体布置始发井场地为了确保大型车辆进出，施工道路硬地坪化，且保证通行宽度。场地内布置照明镝灯（3.5Kw）两只，供夜间施工照明。场地内分别布置：1) 布置150t履带吊在井口侧

12、，负责管节的吊运、井内吊装、垂直运输工作，部分设备的安装、材料的就位等。考虑管节吊运40t的起重量，回转半径考虑14米，选择27米主臂长度，则起吊高度最大20米，满足施工要求。吊车下垫300t履带吊路基箱4块。2) 自动控制室控制顶管的掘进、纠偏。布置在始发井侧的地面。3) 管节堆放场地（贴片）布置在始发井侧，保证现场有12环余量，部分贴片材料就近布置。管节运输采用夜间运输。 4) 拌浆棚及拌浆材料堆放场地布置在井口侧，拌浆棚搭设考虑风向，注意防尘。5) 注水系统布置在地面上，水管沿围护边线布设。6) 选用一集装箱作为矩形顶管专用配件仓库，布置在地面上，堆放各类施工用具、辅助材料，7) 集土坑

13、设置在北侧坡道围护结构内。集土坑底板采用150mm厚素砼，集土坑内包尺寸为长20米、宽6米，深3米。容积约360立方，可以容纳9节土方量。出土采用夜间出土。8) 顶管施工的高压箱变，需布置在始发井附近。具体布置见施工平面布置图3.2 顶管工作井内布置 始发工作井内沿顶管轴线方向安装顶管机、始发架、钢性后座、主顶千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下。管内供电及工作井内电力配电箱均位于工作井口，工作井一侧的井壁上依次安装压浆管、水管及供电线路。井内具体布置见附图安装发射架，反力架，出洞装置，将千斤顶，动力柜藏于车站主体内，安装机头，调试机头。机头顶进至加固土，组装调试后顶

14、，安装前顶铁。正常顶进。4 工程量一览表本工程矩形顶管通道始发井内衬至接收井内衬净距32.8米。因为顶管井接头施工需要凿除凸出部分管节，管节数量为22节。5 施工工艺和施工方法5.1 矩形顶管机5.1.1 机械性能 1）本矩形土压平衡式顶管掘进机按上海及江浙周边地区的不同地质条件设计。 2）有较好的防水性能，可在15米地下地层施工。 3）机器切口环部位，具有独立模块单元和分解功能。 4）正常施工时能将地面沉降控制在+1cm-3cm之间（目标控制值）。 5）正常施工时平均速度为3米/天。 6）正常施工时，具备防止产生背土的功能。 7）正常施工时，具备防止掘进机侧向滚动的功能。 8）采用泵送渣土的

15、施工方法。 9）顶管机尺寸： 6270mm（宽）4390mm（高）5200mm（长） 10）设备总推力3200T。 11）刀盘扭矩：224KN.m6（max） 12）刀盘转速：2.4r.p.m（max） 13）螺旋输送机（50829862）扭矩：21.1KN.m（max） 14）螺旋输送机转速：16.5 r.p.m（max） 15）螺旋输送机排土量69.7m3/h（max） 16）铰接油缸：150tf16 P=31.5Mpa L=250mm 17）螺旋机油缸：6.2tf4 P=31.5Mpa L=375mm 18）平衡器油缸：16.5tf8 P=21Mpa L=240mm 19）刀盘驱动减速器

16、：29.3KN.m 18.5KW20）螺旋机油马达：扭矩2.3KN.m 转速75.7r.p.m P=26 Mpa5.1.2 顶管机头根据本工程特点及我司以往类似工程的经验，由于工况条件复杂，特别是需穿越长清路主干道及众多地下管线，对地面沉降控制要求较高。本工程机头采用我司自行研究设计的切削式刀盘（6个），通过6组驱动马达驱动刀盘进行切削，并配备两个螺旋出土机进行取土，通过控制顶进速度及取土量来平衡正面土压，减少对地面的影响。6个刀盘可设定成同一方向旋转，也可单独设置转向，刀盘的转速分为3档，在加固区域内刀盘转速设置为高速，在软弱土质中设置为低速，正常掘进时设置为中速，推进前进行空载调试。5.1

17、.3 推进系统工作井内主顶装置采用主千斤顶16只，行程2500mm，顶力2000KN/只，后座总顶力可达32000KN，16只千斤顶有独立的油路控制系统，初始推进阶段，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。本顶管机还配备了16只铰接油缸，行程250mm，顶力1500KN/只，工作油压31.5Mpa，具有纠偏及中续间双用功能。铰接油缸的最大纠偏角度为0.50。5.1.4 矩形顶管机下井、安装方案矩形顶管下井以及吊出需要采用大型起重设备。为确保吊装安全，施工前，需对起重设备停机位置进行地耐力检测。5.1.4.1 各主要部件尺寸、重量参数序号名 称外形尺寸宽高长（mm）重量（t）数

18、量1刀盘及驱动段6270439031929512后部纠偏铰接段6250437029007633螺旋机508 4800624后顶油缸架200012752180645U型顶铁30005005000825.1.4.2 主要起重运输和安置设备起重机械：450吨汽车吊1台。运输车辆：1） 100吨平板车二辆2） 30吨、20吨、10吨运输车若干5.1.4.3 设备下井步骤1) 发射架、后顶装置下井安装调试。2) 刀盘及驱动段下井放置在发射架上正确的位置上。3) 后部纠偏铰接段整体下井，放置在发射架后与刀盘及驱动段用螺栓连接、紧固。4) 2只螺旋机先后下井，并安装到位。5) U型顶铁下井安装到位。6) 电

19、器柜安放在妥当的位置。7) 连接水、电、气、油管路，并仔细检查。8) 检查液压油、齿轮油油位。9) 接通供水、供电。10) 按标准逐项调试。11) 验收5.2 顶管机进、出洞土体加固本工程矩形顶管进、出洞土体加固由总包实施。进出洞加固需满足自立性及止水性。5.3 出洞方案由于本工程始发井较为狭小，施工步骤为测量定线，安装发射架，反力架，将后顶系统和电力柜吊入车站主体、安装止水装置、设备下井安装、设备调试、凿除洞门、顶进机头至洞圈内、拉出后顶系统、后顶调试、安装前顶铁。切削加固土、机头切削进原状土、提高正面土压力至理论计算值、正常顶进。5.3.1 洞门止水装置安装为防止顶管机进出预留洞导致泥水流

20、失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井与接收预留洞上安装洞口止水装置。该装置安装在洞口设计预留法兰上，由橡胶止水圈与翻板组成，需与设计管位保持同心，误差小于2mm。安装前须对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，确保其与洞圈上预留螺孔位置一致。安装顺序自上而下进行。压板螺栓应可靠拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止矩形顶管出洞后浆液泄漏。5.3.2 出洞防磕头措施根据顶管机出洞高程，洞圈内安装铁枕，并将始发架延伸至洞口，使得顶管机在出洞阶段不会产生“磕头”现象。同时，顶管机就位时，可稍微将机头垫高5mm左右，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，出洞时加

21、密测量顶管机的偏差，一旦发现有磕头趋势，立即用后座千斤顶进行纠偏。5.3.3 矩形顶管机井内顶进就位在矩形顶管机组装完毕、洞门止水装置安装完毕、围护凿除完毕后，确定后顶装置及矩形顶管机轴线准确无误后即开始矩形顶管机的井内初始顶进。顶进以机头靠近加固土为准。该阶段注意实时测量矩形顶管机轴线，并且在刀头完全进入止水装置前切忌转动刀头。施工时需要实地量测顶管刀头与围护之间的距离，计算千斤顶行程，在顶管机头作好标志线。此阶段可以安装首节管节，首节管节下井后，按照推进实际轴线及顶管机的相对位置，安装管节。为了保证管节与顶管机的相对位置，首节管节内壁埋设钢板，并且用电焊将首节管节与顶管机尾部紧密连接。焊接

22、前要对顶管机和首节管节的轴线进行测量调整，确保轴线准确。5.3.4 洞门填充为避免工法加固土体坍塌造成的不利影响以及初始顶进加固土体向洞门流失产生的地面沉降，在机头刀盘进入出洞装置后需要对洞门空隙进行填充，填充材料采用泡沫板以及刀头注浆。具体施工顺序为泡沫板安装、机头顶进至洞圈内、刀头注浆填充。5.3.5 聚氨酯封闭环施工考虑出洞加固外有电力隧道，出洞阶段水土流失势必造成电力隧道沉降，若在出洞装置帘布橡胶板出现水土流失情况，可从管节注浆孔注入聚氨酯，形成聚氨酯封闭环。5.3.6 矩形顶管出洞由于正面为全断面的水泥土，为保护刀盘和防形刀，顶进速度应尽量放慢，使刀盘和周边刀能对水泥土进行彻底的切削

23、；另外由于土体过硬，螺旋机出土可能有一定困难，必要时可加入适量清水来软化和润滑土体。在水泥土被基本排出，螺旋机内出来全断面原状土后，为控制好地面沉降、顶进轴线，防止顶管机突然“磕头”，宜适当提高顶进速度，把正面土压力建立到稍大于理论计算值，以减小对正面土体的扰动及出现的地面沉降。顶管机彻底进入洞门后，需检查洞口止水装置是否有损坏，如有损坏应立即整修，确保泥水、浆液的不外漏。5.3.7 止退装置安装由于在初始顶进阶段正面水土压力远大于管节周边的摩擦阻力，拼装管节时主推千斤顶在缩回前，必须对已顶进的部分进行临时的固定，否则管节后退会导致洞口止水装置受损，导致水土流失或及前舱土压下降。对地面交通和管

24、线安全构成威胁。所以我司考虑在千斤顶收缩之前采取止退措施以避免前部土体流失。祥见5.7管节防止后退措施。5.4 进洞方案5.4.1 接收井准备进洞前，先对洞门位置进行测量确认，根据实际标高安装顶管机接收基座（接收架），配备封洞门钢板、补充注浆等材料。5.4.2 顶管机位置姿态的复核测量当顶管机头逐渐靠近接收井时，应适当加强测量的频率和精度，减小轴线偏差，以确保顶管能正确进洞。顶管贯通前的测量是复核顶管所处的方位、确认顶管状态、评估顶管进洞时的姿态和拟订顶管进洞的施工轴线及施工方案等的重要依据，能保证顶管机在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的姿态进洞，准确无误地座落到接收井的基座上。5

25、.4.3 各施工参数的调整在顶管机距接收井6m后，开始停止机头的压浆，并在以后顶进中压浆位置逐渐后移，保证顶管在进洞前有6m左右的完好土体，避免在进洞过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升，以致出现工程难点。在顶管机切口进入接收井加固区后应适当减慢顶进速度，加大出土量，逐渐减小顶进时机头正面土压力，以保证顶管机设备完好和洞口处结构稳定。 5.4.4 顶管进洞当顶管机刀盘切口距接收井地下连续墙10cm左右时，顶管停止顶进，开始凿除洞门。顶管应迅速、连续顶进管节，尽快缩短顶管机进洞时间。进洞后，马上用钢板将管节与洞圈焊成一个整体，并用水硬性浆液填充管节和洞圈的间隙，减少水土流失。5.

26、5 矩形顶管施工工艺流程5.6 顶管正常段施工5.6.1 顶推力计算本顶管推进顶力计算：根据日本下水道协会的经验公式：P=Sqr+（RF+Wf）L式中P顶力（t）S刃刀的外周长（m）qr顶进端的阻力（t/m）R土和管的摩擦力（t/m2）F管的外周长（m）W管的单位重量（t/m）f管自重的摩擦系数L顶进长度（m）其中部分计算参数如下表土质qr（t/m）R（t/m2）f软弱土3100.41.00.2普通土5150.81.40.3硬质土10301.22.50.4S=（4.39+6.27）2=21.32mF=（4.36+6.24）2=21.2mW=36/1.5=24t/mL=32.8mP=21.32（

27、310）+（0.41.0）21.2+240.232.8=500t1066t施工中，考虑一些外加的不利因素，实际顶进的最大推力在2000t以下。5.6.2 正面土压力的设定本工程采用土压平衡式顶管机，利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体，达到对顶管正前方开挖面土体支护的目的，并控制好地面沉降。因此平衡土压力的设定是顶进施工的关键。土压力采用Rankine压力理论进行计算：P上k0rz+P10.718KN/m312.5m+20 KN/m2177.5KN/m2P下k0rz+P10.718KN/m316.9m+20 KN/m2232.9KN/m2P上：管道顶部的侧向土压力P下：管道底部的侧向土压力k

28、0：软粘土的侧向系数（参考基坑开挖手册）r：土的容重z：覆土深度P1：超载系数（20 KN/m2）以上数据为理论计算值，只能作为土压力的最初设定值，随着顶进的不断进行，土压力值应根据其它实际顶进参数、地面沉降监测数据作相应的调整。5.6.3 顶进速度初始阶段不宜过快，一般控制在510mm/min左右，正常施工阶段可控制在1020mm/min左右。5.6.4 出土量严格控制出土量，防止超挖或欠挖，正常情况下出土量控制在理论出土量的98%100%，一节管节的理论出土量为41m3。出土采用泵送至地面的集土坑内。考虑泵送加水因素，实际一节管节出土量在50m3左右。顶管工程中，管内的出泥量要与顶进的取泥

29、量相一致，出泥量大于顶进取泥量，地面会沉降，出泥量小于顶进取泥量，地面会隆起这都会造成管道周围的土体扰动，只有控制出泥量与顶进取泥量相一致，才不会影响管道周围的土体，从而才能维护地面不受影响，而要作到出泥量与取泥量一致的关键是严格控制土体切削掌握的尺度，防止超量出泥5.6.5 管节减摩为减少土体与管壁间的摩阻力，提高工程质量和施工进度，在顶管顶进的同时，向管道外壁压注一定量的润滑泥浆，变固固摩擦为固液摩擦，以达到减小总顶力的效果。加强润滑泥浆的压注管理，一方面要保证一定的压注量，另一方面还应保证所注泥浆要有质的要求。为保证压浆效果，现制订以下几点技术措施：1) 对泥浆原材料进行验收，保证其质量；制定合理的泥浆配比，保证润滑泥浆的稳定；经常对拌好的泥浆进行测试，确保润滑泥浆的质量。2) 制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行。为使顶进时形成的建筑间隙及时用润滑泥浆所填补，形成泥浆套，达到减少摩阻力及地面沉降。压浆时必须坚持“随顶随压、逐孔压浆、全线补浆、浆量均匀”的原则，注浆压力控制在0.5MPa左右。3) 加强压浆管理，保证压浆工作的正确落实。5.6.6 管节安装每节管节安装前，需先粘贴止水圈及木衬垫，管节与管节的接口部分按设计要求进行嵌填，同时，尽量保证管节与机体处于同心同轴状态。管节相连后，应在同一轴线，不应有夹角、