郑州中原西路D2400顶管方案

1、郑州市中原西路雨水系统完善工程顶管工程顶管施工技术方案 二零一四年五月二十二日一工程概况 本工程为郑州市中原西路雨水系统完善工程顶管工程，管道采用顶管施工，工程位于郑州市中原西路，管径为D2400，约1500米，共分为8个顶段，管材采用钢承口F型三级钢筋混凝土管。施工工艺采用泥水平衡机械式顶管，本工程顶管覆土约为7米，土质主要为粘土，适于泥水平衡式顶管。二施工工艺流程顶管施工工艺流程图：设备检测与维修基准校核测量主顶机头机头状态测量地面沉降测量膨润土顶进操作浸泡、搅拌压浆压力压入量下管接泥水管压浆管电缆进水泵泥水压力流量检测排泥泵安装压浆管检验管节沉淀池粘木垫运输抓泥人工出水上胶圈堆放外运土方

2、水储备水箱三顶管机型介绍根据提供的地质报告和多年从事顶管施工经验，本工程公司采取泥水平衡式顶管法施工。泥水平衡式顶管对周围土体影响最小，井外操作，可连续出土，施工时安全、 快速、工程质量高。公司拟组织一台NP2400泥水平衡式顶管机投入本工程使用，NP2400顶管机机身长4.5m,外径为2900，满足本工程D2400砼管的顶管要求（顶管机外径比管材外径大20mm的目的是为了注浆预留间隙，以减少顶管顶进时的摩擦阻力，降低施工风险）。顶管机的各主要组成部分及功能如下：机壳：机身分前后两节，前后壳体通过纠偏油缸连结，纠偏油缸的各种组合动作可使壳体在需要的方向产生折角，再顶进过程中产生纠偏效果。本机有

3、4台150T推力的纠偏用千斤顶，纠偏角上向3O，下向3O，左向3O，右向3O。前后壳体间有橡胶止水圈确保壳外泥水不能进入机体内。刀架：顶管机的前端有带破碎刀盘的刀架，刀架上的刀用来切削土体和强度较低的障碍物，如腐烂木桩和三合土等。刀架和前机壳的另一个作用是用来平衡土压力，本机允许平衡土压力为50T/m2。动力系统：刀盘是由3台电动机通过行星减速器减速后（电机功率30KW，总动力90KW），有行星减速器主轴上的小齿轮带动刀架减速箱中间的大齿轮，再由设在大齿轮中心的主轴驱动刀架转动。刀头由刀架带动。主顶系统：后方顶装置由6只200吨的油缸组成，总额定顶力1200吨，油压31.5Mpa，千斤顶长度为

4、1800mm，推进时的行程为1700mm。相比其它类型顶管机，泥水平衡式顶管机在顶管时，对土质适应性强，对周围土体影响小，又是智能化操作，可连续出土，施工时省时、省力、质量好。它几乎是全土质的掘进机，可以在N值从015的黏土，N值150的砂土以及N值从1050的砾石层等所有土质中使用，而且推进的速度不会有太大的变化，它破碎粒径大，可达口径的40%50%；它施工精度高，施工后的偏差较小；可以进行长距离顶进，也可用于曲率半径比较小的曲线顶进；施工速度快，每分钟可进尺在80mm160mm之间。四中继间设置 本项目不设置中继间。五井内安装为了确保施工的顺利进行，在做井内安装时必须按照以下原则严格执行1

5、井内轨道安装：按照规范要求，保证高程和基准线精度。轨道下排架固定时，除须与井底板相连外，横梁和竖梁加长后撑于井壁。2分配站安装：送水泵和排泥泵机座须与预埋件相连，并确保其牢固。3井内轨道安装：按照规范要求，保证高程和基准线精度。轨道下排架固定时，除须与井底板相连外，横梁和竖梁加长后撑于井壁。4 后靠背安装：应根据顶进轴线找正，并保证竖直精度。然后才能在后背箱和井壁之间加多点型钢支撑，间隙填满素混凝土后方可正式顶管。为减少顶管准备期，后背与沉井壁间打素砼时加早强剂。5油缸支架安装：支腿或底板须与井内预埋件相连，并按顶进轴线找正。油缸就位后，应空载伸出，检查平行度。6激光经纬仪测量架：固定时不能与

6、其它设备相连，必须与井单独连接，以保证其它设备因顶力反作用力而位移时，不影响到测量精度。7井内积水处理：将排水泵放入井内集水坑或井底较低处，用竹筐及纱网做水泵的隔离网，保证泥浆潜水泵正常工作。8 止水橡胶圈固定：在预留洞口钢圈上焊接18mm膨胀螺栓，环向均布，间距22CM。套上止水橡胶圈，压上钢压板，用螺母轻轻压紧（顶管机通过后再压紧）。六进出洞口措施顶管机顺利进出洞口是顶管得以成功的基础，充分考虑到本工程的土质条件差，管道埋设浅和地下工程的不可预见性和危险性，结合我们长期的顶管施工经验，提出如下措施：1进出洞口采取防渗漏的施工措施，确保顶管进出洞口不发生水土流失，避免工程受损：1)顶管进出洞

7、口处：在顶管覆土较浅， 施工时采取顶管预留洞口井点降水，人工降低地下水位来进行洞口前的土体加固。洞口两侧进行井点降水来加固洞口处土体 。2）在顶管管道覆土较深时，为防止预留洞口砖墙破除后土体塌方和顶管机进洞时下栽，在工作井或接收井预留洞口外侧采用压密注浆进行土体加固，待达到一定强度后再开始顶管施工。3）安装可靠的止水装置。本工程采用的洞口防水装置为双道橡胶法兰形式，具有以下特点：(1)具有良好的水密性能；(2)安装简便易行。为使进出洞口止水装置发挥良好的水密性，必须在安装该装置时满足与设计轴线同轴的要求。这样橡胶法兰便会被四周均匀压缩，达到止水效果。4)为防止顶管机和管材的后退，造成前方的土体

8、发生不规则坍塌，油缸回缩前在轨道上焊接两块钢板卡住顶管机或管材后部，不让其后退。2为防止顶管机发生叩头现象，采取的措施如下：1）机头出洞后，刚开始不急于出泥浆，当土压力达到0.05 KN/cm2时，可以正常出泥浆。在工作井内轨道连接好第一节钢管后，并用直径为42的四根拉杆与机头锁紧，并用两个5吨的葫芦导链捆在轨道上（前20m捆在轨道上）。2）由于工具管较重而进洞时地基承载力有限，很可能产生工具管下沉，从而引起顶管轴线的偏差。因此，应将正面土压力值作适当调高处理并在预留洞内预埋一副短的延伸导轨，除此之外，将工具管后三节管子采用增加拉杆联结的形式与工具管连成一体，以保证工具管在进洞时不会突然下沉。

9、3）机头进入接收井时在接收井内放置一副导轨，以便机头进入井内时，不致由于机身自重致使机头下坠导致与机头连接的管道脱节。 3为防止顶管机出洞发生旋转，在机身上靠近导轨处焊接铁块，不让其旋转。待顶管机进入土层正常运转后方可割除。七施工测量及纠偏控制1 测量方法测量是使顶管机沿设计轴线顶进，保证顶管机顶进方向精确度的全体和基础。为保证本工程的测量精度，施工前首先完成对业主所给测区导线网和水准网及其它控制点的检核。施工时严格贯彻落实三级测量复核制度，从而确保顶管按设计方向顶进。2 主要技术措施1）地面控制测量进场后，立即组织工程测量队根据业主提供的工程定位和测量标志资料，对所给导线点、水准点及其它控制

10、点进行复测；同时测设施工过程中使用的加密控制点，并将测量成果书报请监理工程师及业主审查、批准。2）本工程中采用经纬仪进行简洁有效的地面控制测量，使地面控制测量中的误差趋近1cm，水准点控制网则利用工地附近的国家水准点布设水准网，直接引入工作井内。3 顶管机顶进测量及纠偏措施1）地下导向采用JDB激光经纬仪，由一束红色的激光直指机头尾部的光靶，在顶进的过程中，操作者通过机头内安装的监视器随时可以得到偏差值，保证顶管方向控制的精确度要求。2）在布置工作井后方的测量仪基座时，必须避免由于顶进时沉井受力而使得仪器基座产生移动或变形，如果仪座发生微小位移，应及时对轴线和标高进行调整。3）在机头内，安装有

11、倾斜仪传感器，操作者可以随时掌握机头的水平状态并指导纠偏。如果管径较大，另设垂球和坡度板测得机头倾角。4）一般的，轴线方向可以通过激光经纬仪控制，标高的控制则应通过水准测量仪测量。顶进纠偏必须勤测量，多微调，纠偏角度应保持1020，不得大于1。5）顶管开始出洞的方向尤为重要。基坑的道轨尽可能延长到井壁洞口的前端，道轨要有足够刚度，且安装焊接牢固，安装后的道轨轴线高程误差小于2mm。主顶油缸和后座的安装也要满足牢固的要求，水平和垂直误差小于10mm。6）由于在起始推进阶段，机头的方向主要通过主顶油缸进行控制的。所以，一方面要减慢主顶的推进速度，另一方面要不断的调整油缸编组和机头纠偏。7）在每一项

12、工程开始之前，我们必须先进行设备安装调试，并制定坡度计划。该坡度计划可以对设计坡度线加以调整，以方便施工最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。8）通过这些显示在顶管机操作屏上的数据，施工人员可以调整顶管机顶进方向，使顶管机沿设计轴线方向顶进，从而确保了顶管顶进方向的精度要求。4 测量精度控制措施1）严格落实公司测量队、项目部测量人员、监理监测队三级测量复核制度；2）项目部测量队由经验丰富、技术熟练、责任心强、持证上岗的测量人员组成，并配准数量足够及复核精度要求的测量仪器；3）测量仪器定期到国家认可的鉴定部门进行校验；4）测量放样的有关数据，要记录完整、清晰，并报监理工程师核对；5）项目部测量队

13、每周及时向监理工程师提交测量报告。八顶管施工减阻措施及相应的置换措施顶力的控制关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力有效的方法是注浆、打蜡。本工程中采用对管道外壁注浆的方法来降低顶进压力。我们设想在管外壁与土层形成一条完整的环状的泥浆润滑套，改变原来的干摩擦状态，就可以大大减轻顶进阻力。要达到这一目的：选择优质的触变泥浆材料，膨润土取样测试，其主要指标为造浆率、失水率和动态塑性指数比，这些指标必须满足设计要求。在管子上预埋压浆孔，压浆孔的位置要有利于浆液形成环状。浆液的配置、搅拌、膨胀时间，都必须按照规范要求执行。压浆方法要以与顶进同步注浆为主，补浆为辅，在顶进过程中，要经常检查各推进段

14、的浆液形成情况，还可以通过主顶装置的油压值推算出各段的注浆减阻效果，从而及时加以改进。注浆设备和管路要可靠，具有足够的压力和良好的密封性能。注浆工艺必须由专职人员进行操作，质检员定期检查。压注触变泥浆又分为三类，分别控制：同步压浆，以形成原始浆套，填充固有间隙和纠偏间隙。沿线（及洞口）压浆，以补充管道不成直线形成的沿线浆套缺损。定点压浆，根据沉降测量反馈数据，对沉降过大处补偿性压浆，以支撑地表。在顶管施工中，要做好压浆量、点的记录，以确保压浆工作到点，以降低管外壁摩擦阻力，提高顶管质量。地面沿线有专人巡视，防止压浆打穿地层造成浆套损坏。触变泥浆的配比选料中，对膨润土应选择膨胀倍率较大、杂质小、

15、颗粒在150目以上的优质膨润土较好。石膏具有使泥浆保持其减摩擦效果持久的功能，同时有提高浆液的胶凝强度。从机头后每三节节砼管设置一个注浆环，顶进一定距离后，可每隔20米设置一个注浆环，每个压浆孔上安装一只1寸的球阀，由橡胶管和压浆总管连接，压浆总管是一根1.5寸白铁管，连接压浆泵，压浆泵选用螺杆泵。以上压浆系统上设有流量、压力调节阀，触变泥浆选用标准的浆料，在搅拌筒内按一定的比例兑水充分搅拌后，储放24小时方可使用。配置的触变泥浆要求粘滞度高、失水量小、稳定性好、还要求静切力低以满足长距离输送需要，理论要求：比重为1.061.10，黏度为2030S静切力80130mg/cm2,含砂率9095%

16、，失水率14ml/30min配置时膨润土、CMC须水浸12小时以上。注浆压力基本保持在管顶上覆土压力的2.5倍，即P=2rh。顶进时还需根据地面变形，地下水位等因素适当调整压力和注浆量，每天的注浆量应做记录，作为分析地层损失的依据之一。九意外情况的处理措施1地质发生很大变化，突然间变硬或变软，这可以通过管道的泥水压力表读数和刀盘转矩来判断，如果突然变硬了，减慢顶进速度，让刀盘充分对土质进行切削；如果地质太软，加快顶进，减小送水量，以此来保证泥水压力平衡。2地层中如果发生承压水时，可加快推进速度，减少送水量，快速通过滞水层。 以上情况对于泥水平衡机头，比较容易处理。3机具损坏必须及时修理，止水圈

17、损坏可更换。机头内除刀盘损坏修理比较麻烦外，其余的都可更换。4施工中若出现异常的偏差或发生纠偏失败，必须在允许偏差标准以内就停下来，这必须作为一条制度制定下来，并且如实汇报情况，分析原因，找准对策再顶进，切不可盲目行动。5 顶管机碰到不明地下障碍物时，从安全考虑，首先须对机头前土体进行注浆加固，然后可采取人工、机械和静态爆破等施工方法进行处理。6处理有关沼气、有害气体及缺氧等的施工方法和措施：在长距离顶管中，通风是一个不容忽视的问题，人员在管子中要消耗大量的氧气，久而久之，管子内就会出现缺氧，影响作业人员的健康，另外，管子内的涂料会散发一些有害气体，也必须用大量的新鲜空气来稀释，再有可能在掘进

18、过程中遇到一些有害气体逸出，也会影响作业人员的身体健康，这方面的安全问题，要特别予以重视，具体可采取以下方法和措施进行处理：1）施工人员进入顶管内时携带PGM-50型复合式气体检测仪，了解管子内是否存在有害气体，如氧气、硫化氢及甲烷等。如出现超标，可通过顶管机内的话筒向地面操作台报告，以便采取措施。2）根据顶管长度和具体条件，通风形式可选择鼓风形式、抽风形式和鼓风抽风组合形式。通过通风设备，把地面上的新鲜空气不断的补充到管内，同时把管内的浑浊空气排除管外，在机头内配备防毒面具和氧气面具，在有害气体喷发或缺氧时供施工人员抢救时使用。十沉降、位移监测及控制：顶管法修建排水管道多是在道路下面，旁邻各

19、种地下管线的条件下进行顶管施工，有时顶管还穿越防洪墙、铁路、江堤、建筑物等。因此对顶管施工提出较高的地面沉降要求。为此需进行以下方面的工作：A、作好地质和环境调查工作：作好地质和环境调查工作，提出详细准确的顶管线路上的地质纵剖面图，特别要注意表面暗浜或地下障碍物；并提出顶管沿线施工范围内的各种建筑物和公用设施的功能、构造形式、以及其与顶管管线在水平和深度上的相对位置。B、合理选择工具管形式及施工方法：根据上述地质和环境资料，合理选择工具管形式及施工方法。C、采取减少地层移动的施工技术措施：采用泥水平衡式工具管进行顶管，施工中，要在开始顶进段中对地面沉降和移动进行监测，根据测量反馈资料，调整和选

20、定某段顶进中密封土压舱中的土压力值，一般土压力宜为正面土体静止土压力的1.01.1倍。此土压力选定得当，可使正面土体处于良好的平衡状态而减少工具管正面地层移动。为顶进中稳定地保持住正面土体的平衡状态，要采取自动控制和人工控制的手段，以保持最合适的刀盘转速、顶进速度、顶管顶推力等施工参数。D、向顶管外周空隙中精心注浆：由于顶管工具管与管道外径相差而形成的管道外周空隙以及工具管纠偏而形成的管道外周空隙，或工具管及管道外周附着一层粘土而形成的管道外周空隙，必须精心压注触变泥浆有效的予以填充。压浆一定要及时、适量，并在适当压力下由适当的点位和正确的方法向管外压注，以使全部外周空隙在整个顶进过程中始终充

21、满着有一定压力的触变泥浆，它既是防止管道外周地层坍落以控制地层移动的支撑介质，又是减少管道外周摩擦的润滑介质。因此管道外周触变泥浆的配制和压注工艺的优劣对控制地层移动减少地面变形是至关重要的施工措施。E、控制顶管顶力的偏心度：顶进中应使顶推合力尽可能与管道的轴线相接近，这对减少地面沉降有三个好处：1）减少管道由于局部挠曲而增加对管周地层的扰动；2）可使管节之间接缝紧密结合，避免由于接缝张开引起管外周泥浆套和土体流失。从而减少地面沉降；3）可使管口端面均匀地承受压力，既不会使接头因集中压应力而被压损，也不会使管节中间产生拉应力而引起环向裂缝，这就能保证管节不会因开裂引起水土流失和地表沉降。F、操

22、作者应注意观察控制台上压力表变动情况，合理地调整好推进速度和刀盘前部压力表变动之间的关系，使之处于良好的平衡状态，切忌盲目的快速顶进。对泥水平衡式顶管，在起始推进的50m范围内，在地面布置沉降控制桩，以此得各断面的地表隆沉量，再与相应的掘进机参数进行比较，从而对推进时机头土压力值，出土速度，推进速度进行优化，用以指导以后的操作和控制。当某一项工程确定后，可以从理论上对沉降进行预测。根据大量的工程实例，地表沉降值对泥水平衡顶管可控制在30mm。十一顶管机的管、用、保、修1建立完善的顶管机管理组织机构对于大型施工机械设备的管理必须制动详细的、规范的、科学的组织管理体系，实行系统化管理。借鉴我公司已

23、有顶管机的管、用、养、修成功经验，实施以机电工程师为主的设备管理体系，对各系统实行工程师负责制，机械工程师、电器工程师、刀具工程师、状态检测工程师共同组成顶管设备管理体系，并成立主机组、电气组、液压组、后续设备组、刀具组和状态检测组负责顶管机的管、用、养、修工作。2建立顶管机顶进技术支持系统 1）制造厂专家培训小组； 2）公司顶管设备科研开发小组； 3）公司顶管施工技术组； 4）施工现场组成以设备工程师为主的技术攻关小组。3制定详细的顶管机的管、用、养、修制度 1）根据顶管施工的特点，制定如下制度： （1）顶管机综合管理制度；（2）顶管机使用安全操作规程；（3）顶管机维修保养制度；（4）顶管机

24、油水管理制度；（5）顶管机状态检测制度；（6）顶管机配件管理制度。2）对顶管机的使用及维修保养人员进行培训，经考试合格后持证上岗，实行岗位责任制，实行“二定三包”，即：定人、定岗；包保管、包使用、包维修保养。3）建立顶管机履历薄、运行记录、状态监测记录，实行顶管机的表格化管理。4）对顶管机进行成本管理，详细记录和考核油料消耗、配件消耗、电力消耗、设备完好率考核、设备利用率考核等工作，总结和积累顶管机的施工成本分析。4对人员进行技术培训 1）派顶管机管理、操作人员赴顶管机制造厂进行理论和技术培训； 2）对顶管机操作、维修、保养人员进行培训，使其做到“三懂四会”（懂构造、懂原理、懂性能；会使用、会

25、保养、会检查、会排除故障）。 3）对顶管机操作司机，使用具有资格技术人员担任。5采用顶管顶进机状态监测技术 1）运用已有的顶管掘进机设备检测结果，推广和运用“顶管机状态监测和故障预报专家系统”。 2）完善状态检测体系，配合指导维修保养工作。6顶管掘进机的维修保养 1）除施工特别原因外，每日都有一定时间对顶管掘进机进行维修保养工作，主要是检查、清洁、润滑。2）实行日常保养及定期保养相结合的维修保养体系。十二. 顶管管道里通风、通讯和照明通风由地面的11kW送风机经35管道送风至掘进机处。地面和井内的水平、垂直和弯头处的管道均采用硬管（1mm白铁皮）。管内的管道选用镇江煤矿专用设备厂的折叠式通风管。通讯采用一台程控交换机，在机内和地面操作台上设置电话，以便信息及时传递。在机头后方设置一台摄像机，通过监控系统传递到操作台的电视机屏幕上，以便顶管的施工情况能在操作台上反映出来。管内照明采用36v的安全电压每隔6m设置一盏灯，保证管道内有足够的亮度，每个井下作业的工人配一个矿灯，保证井下作业的安全,以及提高管内各项工作的效率。现场和井内的照明都要有足够的亮度，所有照明均符合安全用电规范。顶管质量要求项目允许偏差(mm)轴线位置50管道内底高程D1500+30 -40D1500+40 -50关键过程和特殊过程的控制1井内轨道安装按照规范要求，保证高程和基准线精度，轨道下排架固定时，