漳州市顶管施工方案.doc

顶管施工方案
一、工程概况
本工程位于漳州市光元北路上，南北走向，需穿越一座桥梁。
1、 顶管简况
本工程顶管口径D800，顶距总长66.95M。
序号
顶段
顶距（M）
管径
地面标高（M）
沟底标高（M）
1
W34#~W33#
46.95
D800
6.64—6.46
4.12—4.16
2
W34#~W35#
20
D800
6.64—6.7
-0.7
2、 工作井、接收井简况
本工程共设一座工作井、二座接收井。均为沉井结构，基坑开挖深度为2M，采用C30混凝土浇注。
井号
类别
内径
尺寸（M）
井壁厚
（M）
地面
标高（M）
沟底
标高（M）
W33#
接收井
3.5×4.5
0.5
6.46
4.16
W34#
工作井
3.5×6
0.6
6.64
4.12—-0.7
W35#
接收井
3.5×4.5
0.5
6.7
-0.7

二、工程地质情况介绍和分析
1、 工程地质情况
本工程地质情况从上而下分别为：
a、 杂填土：杂色，0~0.4M为水泥板，0.4~0.7M为块石，3.05~4.80M主要为条石及混凝土，其余主要为粘性土，含砖石瓦块，硬杂质约15%，压实较差，堆填时间五年以上。本层层厚4.8M，层底标高1.7。
b、 粗砂：浅黄色，稍密，饱和，砂成分以石英、长石为主，级配较差，泥含量约10%。本层层厚2.55M，层底标高-0.85。
c、 残积粘性土：褐黄、灰白色，硬塑、饱和，原岩结构不清，原岩矿物大部分已风化成土状。
2、 工程地质情况分析
a、 由地质资料可看出二段管道，46.95M一段位于粘性土中，还有少量的杂质，在顶管施工时要注意管道纠偏的可靠性。而倒虹管位于粗砂层中，砂层透水性好，管道又需穿越河道，故而在顶管施工中，要注意管道的整体稳定性和顶进的速度。

b、 根据地质资料反映，本段顶管施工时可能会碰到块石等障碍物；倒虹管施工更需穿越桥梁，因此在顶管施工前，必须详细地调查顶管沿线和桥梁基础情况，要做好排除障碍物的准备。
三、顶管施工
根据地质资料显示，本工程顶管所处土层为粘性土和粗砂层，透水性较高，地基强度较弱。因此，在此次施工中，我们将选择一种较先进的顶管掘进机——泥水平衡式掘进机。该机是从日本引进的产品，在以往的类似施工中已经积累了丰富的施工经验。该掘进机在大量的施工中证明对稳定开挖面土体，控制地表隆沉量是相当有效的。

1、成品管的接口形式（见下图）

本工程采用T型接口形式，Telemole成品管。在制造和施工中应严格把关，确保成品管强度，在选材尺寸和密封等方面均应符合质量要求。
加强对钢套环制作质量的检查，焊缝连接处应平整、光滑、无折边、焊缝强度不小于母材强度。
在钢套环涂刷防腐层以后，应保持内表面平整光滑。
成品管在制作后，为减少在顶管时与土体的摩阻力，应在管外壁涂一层水沥青。
3、 主顶进系统
主顶进系统为等推力油缸，行程3000，总推力4000KN，油缸组装在油缸架内，安装后的4只油缸中心位置必须与设计图一致，安装后的油缸中心误差应小于10mm。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，油缸可以单动，亦可联动。主顶系统由PLC可编程序计算器控制，并采用变频调速器实现流量的无级调速。主顶系统操作台设在地面控制室内。

后座千斤顶顶进
4、顶管工艺流程图 掘进机井内就位
砼管进场验收
轴线控制
出泥准备
掘进机试运行
洞口止水装置安装
后座千斤顶安装
测量放样
轨道安放
后座顶板安装
砼管顶进结束
施工准备
砼管拼装

接口检验
管道顶进

顶进纠偏
泥水出土
偏差测量
掘进机穿墙
施工准备
顶进设备安装

5、顶管工作坑设施(见上图)
基坑导轨应具有足够的强度和刚度。本工程基坑导轨由型钢和钢板焊接而成。在工作井底板基础上应事先预埋钢板，预埋钢板的位置要与基坑导轨相吻合，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。
主顶油缸架是拼装式结构，主顶油缸架的安装也要定位准确。保证油缸受力点的正确位置。其高程和平面安装误差小于5mm。
承压壁是承受和传递全部顶力的后座墙，更应具有足够的强度和刚度，并有足够安全度。本工程的承压壁设计先用混凝土浇平，后靠钢板用δ＝70钢板，在钢板和混凝土平面之间衬满堂50mm松木板，承压壁的面积H×B＝4.2×3m。
6、洞口止水装置（见下图）

在洞口外侧，要设置钢封门，钢封门采用20＃槽钢，密排布置，在洞内侧，根据设计要求，先制作钢筋混凝土墙，再砌砖墙，顶进开门时，用风镐破除钢筋混凝土墙和砖墙，不留隐患。在预留洞底部，还应设置延长导轨，以免机头出洞时嗑头。
我们将在预留孔上预留法兰，在法兰上安装工作井洞口止水装置。该装置必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于2mm。工作井洞口止水密封装置为橡胶止水法兰。在布置橡胶止水法兰之前应预埋注浆孔，以便压注膨润土泥浆。
在机头将要到达接收井时，应精确测出机头姿态位置，尽量满足橡胶法兰与机头同心的要求。
7、注浆系统
注浆为机头同步注浆和管道补浆二部分。采用同一根总管和同一种浆液配方。（见下图）

触变泥浆由地面液压注浆泵通过2”管路压送到管道各注浆孔。在机头处应安装隔膜式压力表，以检验浆液是否到达指定位置，在所有注浆孔处均要设置球阀，软管和接头的耐压力为5MPa，支管通径为G1"。
在工作井洞口止水装置前的井壁空隙处设置3个注浆孔，当管道外壁进入洞内，未与土体磨擦之前就先形成触变浆液套。
在整个管道中每间隔3个管子设一补浆断面，补浆应按管道顺序依次进行，每班不少于2次循环，定量压注。
触变泥浆的配方和性能指标

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
A浆
12％
6‰
CMC
适量
36”
30.5
9
130
1.073
注浆压力：大于地下水压力，注浆量为管壁与土体空隙的6～8倍。

8、工作井平面布置（见下图）

本工程采用25T汽车吊。工作井实行全封闭隔离，并修建必要的生产临时设施。为使顶管设备布置合理，井位围护的最小尺寸为工作井占地范围30m×20m，接收井占地范围20m×20m，施工期间应保持施工现场的文明、安全和卫生整洁。

9、 顶管进出洞口措施

顶管进出洞口的技术措施是本次工程成败的关键，由于本工程所处土层为粘土、粗砂层，土体软弱、强度低、含水量高，因此在进出洞口前需先进行压密注浆地基加固，（工作井加固范围为L×B×H＝2×2×2m=8m3，接收井加固范围为L×B×H＝2×2×2m=8m3，强度为0.15MPa）地基加固采用压密注浆法。注浆浆液采用425”普通硅酸盐水泥浆，水灰比0.6，外加2%水玻璃，2%膨润土，水泥掺量8%。

10、压密注浆施工工艺流程图
钻机与灌浆设备就位

钻 孔

插注浆芯管

注 浆

冲洗塑料阀管

对于不宜用清水冲洗的场地，可考虑用纯水玻璃或陶土浆灌满阀管内。
a. 施工方案
布孔原则(因压密注浆影响半径600，有效半径500)：孔距均为lm。
注浆时采用先从外围，后内部的注浆施工方式，以防止浆液流失。
改进压浆喷头，将常规直喷式改为滤网式喷头。改进压浆喷头，旨在增加压浆压力，扩大有效半径，增加水泥浆的渗透力。
每孔注浆时，自下而上逐段注浆，每次拨管间距不大于0.5m，注浆压力为0．25—0．35Mpa。
先将注浆管压入土层至设计深度，然后接上压浆机，边向上拨起注浆管边向土层内注浆。通过控制注浆量和注浆压力来达到设计要求。

11、 管节连接
为防止顶管机头进出洞时由于正面应力的突降而造成前几节管节之间的管节松脱，故必须将顶管工具管及第一节管节，第一至第五节管节相邻管节连接牢固。
12、 顶管注浆工艺
顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效方法是注浆。我们设想在管外壁与土层之间形成一条完整的环状的泥浆润滑套，变原来的干摩擦状态为液体摩擦状态。这样就可以大大地减少顶进阻力。要达到这一目的，就必须严格执行顶管注浆操作规程，由专人操作，质量员检查严格把好质量关。
13、 施工收尾
在顶管结束后，顶管首节及尾节与井壁浇筑防水砼作密封处理。
四、顶进过程中的线形控制和量测设备
1、测量仪器配备与检验
顶管施工需进行三维动态测量，其精度要求特别高，故必须采用精度高，性能优良的测量仪器。为此，我们此次特别配备了Leica TC2002型全站仪（测角+1”，量距1+1ppm），Leica T2经纬仪，Leica 铅垂仪（精度1/40000），NA2 水准仪等一系列精密高档仪器。顶管施工测量所使用的仪器、附件需及时送质检单位检验，做全面鉴定，并在使用过程中操作人员需经常对其进行检查。
2、控制测量
a. 平面控制
为确保两井间管道能顺利贯通，其横向、竖向误差需小于100mm，在两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。
利用空导点和地面导线点建立平面控制网。导线测量采用TC2002全站仪，方向观测6测回，测角精度+1”,测距6测回，双向观测，测距相对误差<1/80000，对观测结果进行平差。
井上座标点向井下传递采用联系三角形方式，点位由Leica铅垂仪垂直投设。
井下控制顶进方向的基准点用钢架埋设成固定点，采用全站仪跟踪观测机头平面偏差方向。
b. 高程控制
利用施工区域附近的已知高级水准点，布设二等水准路线，将高程引测到工作井附近，并设立施工高程控制点。水准测量采用NA2型带平行玻璃板测微器水准仪配合铟钢尺进行，往返观测。

地面高程传递到井下时，可用钢尺垂直悬挂，下系线锤至标准拉力，然后地面、井下两台水准仪同时观测。钢尺应进行尺长、温度两项改正。井下布设2～3个地下起始高程控制点。
顶管机头高程控制水准仪和连通管两种方式，连通管测量为从掘进机到管尾挂一根10mm透明塑料管，管内充满水，根据连通原理，读出二端液面差，再计算出掘进机头水平偏差。每顶进20cm测量一次偏差值，做到及时掌握机头姿态和发展趋势，以便及时纠偏
c.地面沉降观测
地面沉降点在路面用道钉埋设，特殊要求的构筑物用红三角标记。
地面沉降观测在顶管施工过程中应每天进行，沉降量控制在+10mm、-30mm之间。
d.顶管姿态测量
为保证顶管机严格按设计轴线推进，必须及时观测顶管动态数据，从而调整顶管各施工参数，指导顶管正确、安全推进。
在顶管机头部纵向设一对水平横尺，利用布设的三维坐标控制点，测量各尺读数，经精确计算得顶管转角、顶管中心方向偏差值、顶管坡度、顶管中心高程等数据，从而相应调整顶管机的各个施工参数。
顶管推进轴线应控制在允许偏差范围内，如有微小偏差，可按比例分段纠偏。
五、 顶管过程中的特殊保护措施
我公司采用的TLM泥水平衡顶进掘进机是一种较为先进的掘进机，对地面沉降的影响较小。但仍需加强监控，确保顶管穿越建筑物时的安全。
1、地面监测，优化掘进机参数
在掘进机初始推进时，要精心组织地表监测，在横截面沉降槽宽度为10m上布点，间距为2.5 m。在轴线方向每隔5m布一个沉降槽断面。通过地表监测得到的隆沉量与同一时刻的掘进机主参数（包括推进速度、设置刀盘土压力值，出土率等）进行比较，从而优化掘进机参数以指导以后的顶管推进。
2、 注浆稳定措施
除了在初始推进阶段，优化推进参数以外，在顶进过程中加强同步注浆也是有效手段之一，要选择触变性能良好的膨润土制浆材料。在顶进过程中必须尽可能地将膨润土泥浆套随机头向前移动，形成连续的环状浆套。

3、管道穿桥措施
由于机头需桥梁，我们预备在穿越的桥梁上设置沉降观察点，并设置二根跟踪注浆管，根据地面沉降情况加注泥浆。且管道顶至桥梁附近时应放慢顶进速度，并加大膨润土泥浆注浆量，以控制地面沉降。
4、顶管穿越含砂层时措施
根据业主提供的地质资料，本工程顶管之一需穿越的土质为粗砂层。由于砂土比重较大容易在泥水管路中沉淀下来，使管道堵塞，因此在含砂层中，必须对循环泥水进行处理，根据实际情况每立方的泥水中加入粘土150～350KG，膨润土50～100KG，CMC 1～1.5KG，使其比重在1.10～1.20之间，以次提高流动性，防止堵塞管道。
6、置换泥浆措施
在顶进结束后，为防止管节出现沉降、脱节，必须立即用纯水泥浆置换膨润土泥浆，置换水泥浆的水灰比为0.45，P=0.2～0.5Mpa，Q=0.3m3/m。

上海市第二市政工程有限公司
2002.6