气压平衡顶管专项方案

1、顶管隧道工程专项深化方案编 制 人： 日期： 审 核 人： 日期： 审 批 人： 日期： 编制单位：日 期：目录一、设计概况3二、变更原因4三、变更方案41、隧道全断面深孔注浆42、在隧道上方增加大管棚5四、主要施工工艺61、全断面深孔注浆施工工艺62、大管棚施工工艺10五、主要工程数量及造价16一、设计概况XX工程P02P03井间顶管工程，顶管隧道直径3m，长约85m，横穿滨海大道，由P02井向P03井顶进，设计为气压平衡顶管法施工。见图1平面图。图1 P02P03井间顶管隧道平面图隧道埋深75m，穿越地层主要为淤泥、人工填石及淤泥质中砂，见图2地质剖面图。图2 地质剖面图二、变更原因由于P

2、02P03井间顶管隧道穿越淤泥、人工填石及淤泥质中砂等不良地层，顶管在遇人工填石时需经常开仓检查、维护和更换刀具，同时由于人工填石的粒径不确定，可能造成难以出碴，需进仓清碴，而该段隧道埋深小（75m），且处于淤泥、淤泥质中砂等不良地层中，开仓、进仓作业安全风险极大，故必须对隧道周边地层进行加固。该段隧道下穿滨海大道，不具备地表处理条件，故建议利用P02、P03工作井，对隧道周边地层进行管棚和注浆加固措施。三、变更方案针对上述工程风险，先对隧道周边进行注浆加固，再隧道拱部150°范围内打设大管棚防止地面塌陷。1、隧道全断面深孔注浆为确保顶管施工过程中开仓作业的施工安全，在滨海大道无法进

3、行地面加固的条件下，需对隧道开挖范围及隧道周边1.5m范围进行全断面深孔注浆加固。在顶管隧道施工前，由P02、P03两个工作井相对打设注浆孔，每侧打设注浆孔深度44m，中间处搭接3m。钻孔完成后下90PVC管，采用前进式注浆，注浆扩散半径为1m，布孔间距为1.6m，注浆材料为硫铝酸盐水泥。注浆孔布置见图3 注浆孔布置示意图。图3 P02井注浆孔布置图2、在隧道上方增加大管棚由于顶管机在进行人工填石层掘进过程中，极易造成隧道顶部出现空洞，造成道路塌陷，故在隧道拱顶上方增设108管棚，间距0.3m，分别由P02、P03井相对打设，每侧打设管棚长度为43m。见图4 管棚布置图示意图。管棚打设完成后管

4、棚管内注水泥浆填充。图4 管棚布置示意图四、主要施工工艺1、全断面深孔注浆施工工艺1.1 注浆加固参数设计注浆加固参数如表1所示。表1 注浆加固参数表序号参数名称参数值备 注1注浆范围开挖轮廓线外2.5m2浆液扩散半径1m3注浆终压0.8MPa1MPa4注浆孔径90mm5注浆速度10100 L/min6注浆方式前进式分段注浆7注浆分段35m根据情况调整8注浆孔数量42×2个1.2 注浆材料根据地质情况及施工区域周边环境，注浆材料以快硬硫铝酸盐水泥单液浆为主，辅助普通水泥-水玻璃双液浆，快硬硫铝酸盐水泥强度指标如表2、浆液配比如表3所示。表2 快硬硫铝酸盐水泥强度指标序号强度等级项目单

5、位指标备 注142.5抗压强度（1d）MPa2535242.5抗折强度（1d）MPa5.57.5342.5比表面积m2/kg350442.5初凝min25542.5终凝min180表3 浆液配比参数表序号名称浆液配比备 注W:C（水灰比）C:S（体积比）1硫铝酸盐水泥单液浆（11.2）:1-2普通水泥-水玻璃双液浆（0.81）:11: 1现场注浆施工中根据情况进行浆液种类和配比的选择调整，当地层可注性差，可考虑采用超细水泥进行注浆加固。1.3 注浆施工顺序注浆顺序按“由外及内、由上到下、间隔跳孔”的原则进行，以达到控域注浆，挤密加固的目的。1.4 注浆施工工艺超前加固注浆采用前进式分段注浆工艺

6、：（1）标定孔位，采用130mm钻头低速水平钻进至1.5m，安孔口管；（2）考虑到盾构掘进需要，孔口管采用110mm*5mm的PVC管制作(外径110mm)，管长1.3m，采用锚固剂锚固，以保证孔口管安设牢固、不漏浆；（3）注浆采用孔口安设水囊式止浆塞注浆。（4）通过孔口管钻设90mm注浆孔，原则每次钻深35m后，退钻进行注浆施工，注浆达到设计结束标准后，再钻进35m，并进行注浆，如此循环直到钻注到设计深度。施工中可根据地质涌水情况适当调整钻注分段长。前进式分段注浆工艺流程图如图5所示。图5 前进式分段注浆施工工艺1.5 注浆结束标准(1)单孔注浆结束标准注浆结束标准采用定压定量相结合，以定压

7、为主的原则。定压标准：注浆终压暂定为1MPa（注浆过程根据浆液扩散情况并结合注浆量大小对注浆压力终值进行验证，确定合适的注浆终压力）。注浆单孔注浆压力达到设计终压并维持10min以上可结束该孔。定量标准：单孔每米设计注浆量控制在54m3，当单孔注浆量达到设计注浆量的1.5倍，压力仍然不上升，可采取调整浆液配比缩短凝胶时间或进行间歇注浆等工艺使注浆压力达到设计终压，结束该孔注浆。注浆过程中及时分析，如有薄弱部位，应进行补充注浆。(2)全段结束标准设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象。按总注浆孔的10%设计检查孔，检查孔满足设计要求。1.6 过程控制措施（1）注浆过程中对滨海大道进行地表

8、的检测，根据检测情况，进行注浆参数的动态调整。（2）根据注浆过程压力变化情况，必要时采取循环注浆措施，进行恒压注浆。（3）注浆过程严格按照设计参数控制施工，并对掌子面及附近围护结构变化进行检查、观察，详细记录注浆压力、地层吸浆量等参数及变化情况，并根据地质条件变化不断调整参数。(4)为进一步提高地层的稳定性，建议在上断面注浆孔注浆完成后，在注浆孔内下入50Pvc管对地层进行支护。（5）为防止注浆引起的1号线变形过大，现场采取多孔、低压、分段式注浆，实时根据注浆压力变化及监测数据调整注浆参数。1.7 注浆效果检查标准（1）分析法。整理分析注浆记录资料，分析注浆施工过程中的P-Q-t曲线，定性地评

9、价注浆效果，并根据注浆量及地层孔隙率反算浆液的充填率，充填率需达80%以上。（2）检查孔法。在注浆薄弱区域，钻设检查孔，检查孔需满足不坍孔，不涌砂，出水量不大于0.2Lmin·m。1.8 机械设备及劳动力配置机械设备的配套见表4、施工人员配置见表5表4 机械设备的配套序号名称单位规格型号数量备注1进口地质钻机台MZ-20012双液注浆泵台KBY-90/15021备1用3单液注浆泵台3SNS14搅拌桶个300L25灌浆自动记录仪套G316电锤把17电焊机台18对讲机个29高压注浆管M100m10防震压力表个5个11水囊式止浆塞个5个12混合器个4个表5 施工人员配置序号分工每班数量小计

10、工作安排1项目负责人1负责项目管理2技术管理1负责现场组织生产3现场管理13现场技术员12负责现场施工技术4现场队长12负责劳动力组织安排5司钻24负责钻机操作6机修12现场机械维修与保养7注浆工510其他杂活8司机11合计242、大管棚施工工艺设备安装仪器调试钻进跟进108钢套管注浆、端头联结配制水泥浆验收设备撤场施工准备图7 大管棚施工工艺2.1 施工方案及施工方法单台HTG-100型水平定向钻机水平钻头有线可视导向带管水平钻进，跳35个孔钻一孔注浆完成一孔，再开钻另一孔，单孔采取带管钻进一段注浆一段，每带管钻进6米（一根钢管）孔口封压注浆一次；管棚钢管采用丝扣连接，扣长60mm，为了避免

11、相邻钢管搭接头在同一里程，长管棚前端第一根可以采用两种长度规格，单号第一根打设3m钢管，双号第一根打设6m钢管，其它钢管均按标准段6米为一段打设，随钻随注，注浆采取注浆机压注；钻进采取通道通长独头钻进，终孔后需要注浆封填管壁与孔壁间环状缝隙，拟从管棚钢管口注入，从钻头端由里向外反出水泥浆封填缝隙至孔口。2.2 设计施工参数管棚材料选用108热轧无缝钢管，壁厚8mm，P02、P03井各21根，单根管棚水平净长度约43m，管棚环向定位沿开挖轮廓线外放500mm，横向间距0.3m，以外插角0.3-0.5度打设，注浆加固土体及管棚内注浆浆液采用水泥粘土粉混合浆液，管外壁与孔壁间注浆填充水泥浆液，水灰比

12、为1：1,注浆压力0.4-0.8Mpa。2.3 钻头有线可视导向原理说明采用带管钻进法，钢管安装和钻机进尺是同一里程。钻头采用与钻管等径的楔型钻头，楔板回转半径略大于钻管半径，钻头前端有1215mm的水眼，当钻头正常回转钻进时钻管沿直线前进。当钻头由于某种原因偏离预定轨迹偏向某一方向时，就进行纠偏，纠偏方法是把钻头楔面调至已经偏斜的方向，钻机停止回转加力顶进，钻头由于斜面的作用就会向相反的方向偏斜，以此调整钻进的方向。面向角的朝向和钻头的偏斜方位都是由装在钻头后部的导向探头监测的，通过穿过钻管的导线连接到位于钻机操作台的显示屏，机手就可以方便的调整钻进方向。这样终孔偏差可以控制在5以内。钻头导

13、向示意图如下：图8 右线导向钻头示意图如图所示：钻头内装有特制的传感器，传感器直接由15V直流供电。显示屏显示钻头的倾角(水平角度)、面向角(导向板的方向：导向板朝上即为12点，如同钟面)。打设角度如果偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大。受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的。所以导向钻头是上下纠偏的关键。至于左右偏差根据传感器尾端的发光装置来定，通过仪器测量参数来纠偏。2.4 施工流程三通一平人员设备进场管线探测仪探测管

14、线测量放线铺设"H"钢轨道设备组装调试埋设孔口管调试钻机（方位、倾角）钻具组装进孔冲洗液循环导向钻进回次加尺（接线、接口补焊）孔斜测量导向钻进直至设计深度终孔回取探头盒管内及管外环状间隙注浆移至下一孔位。2.5 施工工艺说明及技术措施2.5.1 管线探测施钻前采用管线探测仪探测出长管棚钻进长度范围内的地下管线情况，并根据现有的管线资料，结合现场管线调查情况，绘出管线平面、横、纵断面布置图，并注明管线名称、规格和埋深，再确定管棚的钻孔位置和钻孔角度。2.5.2 设备组装前的准备工作(1) 施工现场必须保证水通、电通、路通，水电距施工现场不超过30m。施工工作面先将竖井预留口封

15、闭再搭设钢管架钻进平台。(2) 设备检查。检查是否有缺件及好坏程度；电机、钻机、泵等测试，运转是否正常，所有部件是否完好；液压系统是否通畅，密封完好度，液压油泄漏状况；(3) 检查所有焊接部位是否有开焊，有则补焊；(4) 各种部件是否有变形，有则进行校正。2.5.3 测量放线初步定为在设计开挖轮廓线外50cm处按设计间距放样出方位线、水平点、孔位点，根据管线探测情况开钻进再作调整。2.5.4 钻机设备安装(1) 钢垫板规格：长×宽=250mm×250mm；胀管螺栓直径：16mm；钢垫板与基础固定要牢，强度要高；(2) H型钢轨找平误差<3mm；(3) 底盘对角线找方误

16、差±3mm；(4) 斜拉筋需绷紧，交叉拉力基本相等； (5) 四柱对角误差±5mm；(6) 升降系统：卡瓦等上紧，加强整体性；(7) 所有螺母必须拧紧，发现溢扣者必须换掉；(8) 丝杠、顶杠要顶紧、有效，安装要牢固，确保不因震动而松动或脱落。2.5.5 调试钻机（方位、倾角）(1) 钻机入孔的方位角及倾角，由测量组提供的可靠的测量数据上进行；(2) 孔位确需移动时，须设计与监理同意，并且计算回归角度；(3) 根据试验检验导向钻头的纠偏能力，在施工经验积累的基础上，确定开孔方位和倾角是否增加纠偏角，并以书面形式通知机台；(4) 计算倾角时应将隧道坡度考虑在内，钢管打设时原则上

17、不允许向内偏斜。2.5.6 钻具组装(1) 钻头楔掌板旋转直径115mm，楔型面与钻具（钻杆）交角20°；(2) 水眼直径为8-10mm；(3) 钻具前部的导向钻头，探棒必须经检验，保证质量合格，性能可靠，安装齐全；(4) 探头盒后部加装灯光以备随时测斜之用。2.5.7 冲洗液流通系统(1) 冲洗液具体配比由专业泥浆工程师根据具体地层情况确定。泥浆需经充分搅拌，均匀配制而成。配制时，必须严格执行配比；(2) 冲冼液必须先配制好后使用，严禁使用中同时加清水、加料；(3) 冲洗液流通系统：冲洗液制备储浆池泥浆泵送水器钻具管外环状间隙孔口回水阀门高吊管回浆管（沟）。钻进过程中必须保持上述各

18、流通环节的畅通；(4) 在施工过程中，应根据不同地层，合理调节泵压、泵量，以免因冲洗液不足引起通道堵塞或因过大导致过量泥沙外排。此工程中，一般宜取中低压、中小水量。2.5.8 导向钻进(1) 导向钻进前应对钻机定位情况、方位、倾角情况，孔口管对中情况，冲洗液流通以及导向仪显示情况进行全面复检，确认正常后进行试钻；(2) 钻进前须先开泵，待冲洗液流通正常后，方可钻进；(3) 钻进时，泵压应控制在0.4-0.8MPa，泵量为20-50L/min为宜。保持中低压力，匀速中速钻进；(4) 为防止水土流失，控制沉降，必要时需采用孔内保压措施。要始终保持回水量小于或等于进水量；(5) 导向技术人员随着不断

19、钻进，必须时刻观察探头角度变化情况，角度偏差大于0.3°时，应及时纠偏。当纠偏无效、偏差大于0.6°时，应停止钻进，及时报告监理，研究对策后再施工。现场须及时进行导向数据记录和钻具前端长度及每次加管长度详细记录；(6) 钻孔出现涌水时，应尽量保持泵压，泵量不能变小，以平衡孔内压力；(7) 冲洗液不正常时，严禁继续钻进。泵工应注意观察冲洗液变化情况，及时上报监理；2.5.9 回次加尺、接线(1) 每根管在下坑前必须进行质量检查。管材不得有弯曲，丝扣四周壁厚均匀，丝扣完好合格。管材内的铁屑、赃物及锈皮等必须清除干净。下坑时避免与硬物相碰，以免损伤管扣；(2) 连接的电线应选用导

20、电性能好，外壳绝缘性能好且耐磨的电线。接头处要用两层热缩套管套好，用热吹风机吹烤贴牢；2.5.10 探头盒回取及终孔注浆(1) 用8mm的钢丝绳将探头盒取出，取出时应每10米测量一次孔斜情况；(2) 单孔打设验收合格后，通过管内压注水泥浆，对管内及管外环状间隙进行充填；(3) 单孔验收合格后，在现场立即办理验收合格签证，再转入下一孔位施工。2.6 施工机具及劳动力配备2.6.1 主要施工设备表6 主要施工设备配备表序 号设备名称型 号数 量备 注1水平定向钻机HTG-100 1台2水平导向系统SE11台3移动式钻机工作台架H31套4泥浆泵BW2501台5电焊机BX15001台1.6.2 施工人

21、员表7 施工人员配备表序 号类型人数备 注1现场管理2白、夜班2机手2白、夜班3泵工2白、夜班4焊工2白、夜班5钻工4白、夜班6电工1白、夜班合计132.7 质量保证措施本工程地质条件复杂，施工精度高，钻孔间距小，施工难度大。为了保证质量、保工期、顺利完成，必须严把质量关，技术质量保障体系的总体要求是：现场各工序均由专人负责，严格实施岗位责任制，力求做到分工明确，责任到人。具体措施包括如下：(1)工程开工前，认真做好技术交底，做到人人明白技术要求，个个分担技术责任；(2)上岗人员必须经过技术培训，特殊工种必须持证上岗；(3)施工人员严格执行当地的有关规定；(4)严格按照管棚打设施工的总体要求和

22、设计技术交底的具体要求进行每一工序的施工；(5)主要工序均由本工序的负责人进行自检，合格后上报工程技术负责人，会同监理检验合格后方可进行下一工序施工；(6)认真执行有关施工规范及施工方案规定的质量标准；A、单孔开孔间距为300mm。开孔孔位偏差±50mm，若须移位，应调整开孔角度进行回归；B、开孔孔位距隧道开挖线设计为300mm，不允许向内偏斜。设计向外偏角（放射角）在0.20.3°范围内；C、管棚的偏斜应控制在5以内，终端最大控制间距为300mm；D、为了保证钢管连接的同轴性，每根钢管都必须加车4mm丝扣，采用丝扣连接。丝扣连接一定要拧紧、到位；E、终孔后，管棚的注浆压力