泥水平衡顶管施工专项方案

1顶管施工专项方案1.1编制依据及编制说明1.1.1方案编制依据⑴《东莞市望洪污水处理厂配套截污主干管工程设计施工图》⑵《东莞市望洪污水处理厂配套截污主干管网岩土工程勘察报告》⑶《东莞市望洪污水处理厂配套截污主干管工程施工组织设计》⑷《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-97）参考资料：⑴《顶管施工技术》余彬泉、陈传灿编著人民交通出版社1.1.2方案编制说明本工程有两段过河管道设计采用顶管施工，一段为长洲泵站过河压力管，为DN1200钢管，穿越洪屋涡水道，长度287.1m；另一段为过河倒虹段，位于望牛墩锦涡村内，重力流污水通过段距离河道采取倒虹工艺，倒虹布设两趟DN1000玻璃钢夹砂管道，单管长度52.7m。施工方案重点论述设备的选择和顶管工艺介绍，及施工安全、质量控制。1.2工程概况1.2.1项目概况所属工程名称：东莞市望洪污水处理厂配套截污主干管工程工程地点：东莞市望牛墩镇、洪梅镇、中堂镇建设单位：东莞市环保产业促进中心东莞市望牛墩镇人民政府东莞市洪梅镇人民政府东莞市中堂镇人民政府设计单位：南昌有色冶金设计研究院勘察单位：深圳地质建设工程公司2监理单位：广州万安建设监理有限公司施工单位：北京市政建设集团有限责任公司1.2.2顶管工程概况⑴长洲泵站过河压力钢管长洲泵站出水压力管需穿越洪屋涡水道，压力管采用钢管，钢管尺寸DN1200×16mm，顶管井段FWA1-01'~FWA1-02'，一次顶进长度287.1m，位于顶管井处管道埋深约9.0m，根据设计断面及地勘资料显示管道位于河道内最小覆土厚度为3.5m。管道穿越地层主要为淤泥质粉砂（灰褐色，松散，饱和，局部夹淤泥，中部夹粗砾砂，土质不均匀）和细砂（灰褐色，稍密，饱和，局部含多量粗砾砂），地下水极为充沛。管道沿新建西部干道跨洪屋涡水道大桥西南侧敷设，管道中心距离大桥桥墩最近距离16.0m。⑵锦涡过河倒虹管过河倒虹管位于望牛墩锦涡村一桥东侧，为并排双趟DN1000玻璃钢夹砂管道，倒虹管距离桥墩最近距离15.0m，双管之间中心距离2.4m，管道在顶管井处埋深约8.5m，位于河道内最小覆土厚度为2.5m。根据地勘资料显示管道穿越地层为淤泥层（灰黑色，流塑，饱和，下部含少量粉细砂及贝壳碎片），地下水丰富。1.2.3工程目标本公司确定该两段顶管段施工目标如下：(1)质量目标：工程质量标准为合格；(2)安全管理目标：无死亡事故，无重大职业健康事故，无重大环境影响事故；(3)工期目标：长洲泵站过河压力钢管顶管：开工日期：2009年09月20日完工日期：2009年11月20日；3锦涡过河倒虹管顶管：开工日期：2009年09月30日完工日期：2009年10月20日；(4)文明施工目标：保证文明施工工地，保证不对周围环境造成滋扰。1.3施工前期准备本两段顶管工程均为过河段，其中一段距离较长，地质条件较差，施工难度较大，施工前应做好充分的准备工作。⑴顶管机械设备、管材进场准备及施工人员组织针对地质特点和工程管材选定与之相适应的顶管掘进设备、顶管施工工艺，对顶管配套设备、设施进行检修及调试，使其保持在良好的待用状态；提前做好管材供应计划，将相应的管材技术参数以书面形式向管材生产厂交底；安排具有丰富顶管施工经验的班组进驻现场施工，施工前做好全面的技术交底和安全交底，确保有关劳动安全及施工技术教育，加强工人的劳动安全意识，提高施工技术水平。⑵对顶管沿线地质情况进行核查为确保顶管成功，需对顶管沿线的地质情况核查，进行补堪，加密钻孔密度，通过补堪资料与原地勘报告相比较，出具更详细、准确的河道内管道穿越地层情况说明和河床覆土情况说明用以指导现场施工和方案编制。⑶编制专项方案、组织专项技术交底施工前，在项目技术负责人的带领下集中有关技术人员仔细审阅图纸与相关资料，结合现场情况，编制详细的顶管专项方案用以指导施工，方案报送专家评审；并组织召开专题技术交底会，参加人员设计顶管施工的所有工种，认真做好技术交底工作。⑷测量准备a．井下高程点的设置：施工时地面高程点的导入采用悬挂钢卷尺法。4导入标高之前，首先在工作井的适当位置埋设高程点，待稳定后进行高程导入。工作井的同一高程点进行三次独立导入标高，其互差必须在规定值以内（精度指标不大于3mm），然后将其作为顶管施工中高程控制的绝对高程点。工作井内的高程点必须大于2个，并在施工中要定期互相校对。顶进过程中高程测量可依靠工作井内的任一水准点作为后视高程点，校核激光束高程和已顶进管道高程。b.中心测量控制直线顶管施工，首先将管道中心桩用经纬仪（精度2″）引入工作井两侧井壁上或支架上，作为顶管中心的测量基线，然后将其投入工作井内，将激光经纬仪安装在工作井靠近后背并在两侧顶镐架子中间稳定的位置，（固定有独立的特制安装支架）通过调整使仪器强制对中点位于中线位置，对出竖盘角度值使激光束符合设计坡度值。这样通过调整激光斑点与机头内测量靶中心重合，顶进过程中测量靶中心和激光斑点的偏离值即为顶管中心和高程的偏差值。此偏差值可通过顶管机内摄像头直接反映到地面操作台，作为顶管中心和高程控制的依据。定期校核激光束的位置，使管子始终沿着设计轴线前进。1.4顶管工作井与接收井本工程顶管工作井与接收井均采用沉井结构，长洲泵站过河压力管顶管工作井为FWA1-02’,位于河西岸，井内净空尺寸为8.0×4.0m，接收井为FWA1-01’，位于河东岸，井内净空4.0×4.0m；锦涡过河倒虹管顶管工作井为WC1-222倒虹井，位于河东岸，井内净空尺寸为6.4×6.4m，接收井为WC1-221倒虹井，位于河西岸，井内净空尺寸为6.4×4.4m，倒虹井内隔墙待顶管完成后施工。顶管工作井与接收井沉井施工方法详见本工程沉井施工专项方案，此处不再详述。1.5顶管工艺与设备选型针对本工程顶管段水文、地质条件特点，该两段顶管均采用封闭式顶管工艺，目前封闭式顶管工艺主要有三种：网格气压水冲式、土压平衡式和泥水平5衡式，此三种顶管工艺主要区别在于开挖掘进面的平衡形式与泥土运输方式上，本工程顶管管径较小（≤D1200mm），采用泥水平衡顶管工艺较为适宜。1.5.1泥水平衡顶管工艺基本原理泥水平衡顶管工艺基本原理是将已调成一定浓度和比重的泥水，通过送泥水系统送至顶管机头前挖掘面处，泥水在挖掘面上形成一层不透水的泥膜，可阻止泥水向挖掘面里面渗透，同时调节泥水压力来平衡地下水压力和土压力，达到稳定挖掘面的目的；顶管机头前进的同时刀盘切削土体，被切削下来的残土与泥水充分拌和后，由排泥系统输送至地面泥水分离设备进行处理，分离出的残土被运走，泥水再送入送水系统循环使用。1.5.2泥水平衡顶管施工特点①适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下也可适用；②可有效的保持挖掘面的稳定，对所顶管周围的土体扰动比较小，因此施工引起的地面沉降很小；③与其他类型顶管相比，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土、砂土层表现得更为突出，适宜较长距离顶管；④工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。由于它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；可在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。⑤泥水输送弃土的作业连续不断地进行，其施工进度快，能有效的保证工期。1.5.3泥水平衡顶进系统泥水平衡顶进系统主要由以下几部份组成：①NPD泥水平衡顶管机；②机内控制柜；③洞口止水圈；④环形护口铁；⑤马蹄形顶铁；⑥主顶油缸；⑦主顶油泵；⑧激光经纬仪；⑨后背板；⑩基坑导轨；⑾油缸架子。61.5.4泥水平衡进排泥系统它主要由以下几大部份构成：①泥水分离设备（沉淀箱及分离器等）；②进水泵；③排泥管；④进水管；⑤基坑旁通；⑥流量计；⑦排泥泵；⑧进排泥泵控制柜；⑨进排泥软管；⑩流量调节器。泥水平衡进排泥系统图71.5.5顶管掘进机选型针对地质特点，本工程两段顶管均选用目前较为先进的NPD型泥水加压平衡顶管掘进机施工，该型顶管机采用日本伊势机公司技术制造，配备进口刀具和减速机，可满足长距离顶管需要。同时该机对挖掘面的土压平衡控制精确，操作简易，施工过后的地面沉降很小，我公司已采用此机型成功的在珠海、东莞和广州等地的截污主干管工程中施工了数十公里，工程实际监测结果表明，施工过后的地面沉降量控制在-10mm~5mm范围内，效果较好。NPD型泥水平衡顶管机采用一种新颖的多边形偏心结构，顶管机的刀盘和泥土仓均采用多边形棱体、且刀盘轴线与主轴之间有一个偏心距，本顶管机具有结构简单、轧碎卵石效率高、主轴、减速机泥水密封性能好，泥土仓内的高塑性粘土不易堵塞等优点。本顶管机是一种土压平衡和泥水平衡的双重平衡顶管机，切削下来的泥土在泥土仓内形成土压的塑性体，以平衡土压力；另外，在泥水仓内建立高于地下水压力10~20Kpa的泥水压力，以平衡地下水压力；同时，把进水添加粘土等成分的比重调整到一定范围内，可以在挖掘面是砂的土质中形成一层结实的不透水泥膜，此时的泥水压力又可以同时平衡地下水压力和土压力，所以该型顶管机施工过后的地面沉降很小。该机型还具有以下优点:①采用进口减速机，噪声低、寿命长；②纠偏油缸有行程仪指示其伸出长度，机头俯仰有倾斜仪，机偏转（滚动）有偏转仪，对机头的行进状态可一目了然，便于控制。从而也确保了顶进质量，即可精确控制其高程及左右偏差；③具有破碎120粒径、单轴极限抗压强度≤20Mpa卵石的能力；④由于隔栅板是跟随刀盘一起旋转的，所以，粘附在隔栅板中的粘土会被泥土仓壳体的每一个边刮掉，再当其转到进水管附近时相嵌在隔栅板中的粘土又可被进水冲洗掉。因此，NPD多边形偏心破碎泥水平衡顶管机能适应各种土8质，尤其是一般泥水平衡顶管机不能适应的粘土；⑤地面操作式，用电视摄像系统监视顶管机内状况，各类参数的表示和操作通过电气控制系统实现，使操作员远离机头；⑥采用计算机表示和记录所有数据并作分析。计算机系统为独立系统，以防止万一故障时不影响正常顶进作业。NPD型顶管机图片顶管掘进机主要性能参数表序号名称NPD1000玻璃钢夹砂管NPD1200钢管1顶管机外径φ1100mmφ1260mm2顶管机总长3500mm3800mm3刀盘切削外径φ1120mmφ1280mm4刀盘转矩52kN-m68kN-m5刀盘转速4.0r/min4.0r/min6刀盘电机功率11KW×215KW×27纠偏能力30ton×4根行程50mm30ton×4根行程50mm8纠偏角度30309推进速度50~100mm/min50~100mm/min10进排泥管通径100mm100mm11顶管机装机容量30KW47KW12整机重量3t3.8t91.5.6泥水平衡顶管工艺流程图施工放样、复核工作井、接收井施工止水洞口、后背及基坑导轨安装搭建平台、吊架顶进设备安装基坑内进排水系统安装顶管机井上组装、试转下井就位安装开洞、顶进吊放首节管与机头连接初始顶进正常顶进机头进入接收井吊机头、拆设备检查井施工施工测量泥水池、控制间通水、联动运行管道顶进前检查1.设备全部试运转；2.设备在轨道坡度高程；3.洞口密封情况；4.制定开封堵措施。泥水控制测量与纠偏量测与监控确定施工参数安装中继间101.6顶管配套设施、设备⑴基坑导轨基坑导轨是由两根平行的钢结构焊接在轨枕上制成的，其作用主要有两点：一是使推进管在工作坑中有一个稳定的导向，并使推进管沿该导向进入土中；二是让环形、弧形顶铁工作时能有一个可靠的托架。本工程基坑导轨选用I30b工字钢，为了提高导轨的耐磨性和强度，在导轨的上加筋板。两导轨平行、等高，与混凝土基础中预埋钢板焊接。⑵钢后背为增大后背强度和抗力，在工作井后背方向加设一块3.0m×3.0m的钢后背，钢后背采用厚20mm和厚30mm的钢板焊接加工而成，钢后背必须保证垂直，钢后背厚300mm。⑶主顶油镐、油泵及油镐架为确保管道受力均匀并提供足够的主推力，主顶配备4台二级等推力液压油镐，行程3500mm，单缸推力为200t，总推力为4×200=800t。最大主顶动力系统采用2台CY14-1B型（额定容量25L、额定压力31.5MPa）的柱塞式高压