泥水平衡顶管施工方案.doc

目录一、编制说明11.1编制依据11.2编制原则11.3编制范围1二、工程概况32.1项目概况32.2施工条件42.3主要工程量142.4顶管技术标准152.5施工目标16三、施工准备183.1组织准备183.2技术准备183.3材料准备183.4施工机械准备193.5施工队伍的准备19四、主要资源配置计划204.1施工机械、设备使用计划204.2施工设备、机具表204.3材料用量表204.4劳动力计划214.5材料、成品、半成品采购计划21五、人工顶管施工225.1施工方法确定225.2人工顶管施工介绍225.3施工准备235.4工艺流程235.5工作坑及其布置255.6设备进场安装255.7顶力计算265.9开挖与顶进325.10顶管接口345.11测量及校正355.12顶管注浆365.13顶管施工中顶管进出洞的措施365.14沉降观测375.15质量控制37六、常见问题及处理办法416.1关节旋转、偏移416.2管节接头漏浆416.3洞口止水圈撕裂或外翻416.4导轨偏移426.5后靠背严重位移或损坏426.6顶铁外蹦426.7管节破裂426.8顶管施工中遇下列情况，采取紧急措施。43七、顶管施工对地面构筑物的影响及防护措施447.1地面沉降或隆起447.2地表隆起447.3地面沉降44八、施工质量保证措施468.1质量目标468.2质量保证制度468.3实现质量目标的技术措施48九、施工安全保证措施509.1安全保证体系509.2安全保证措施509.3施工安全控制要点52十、安全应急预案5410.1预防措施5410.2应急救援专业小组5410.3责任和分工5410.4物体打击事故的预防及其应急预案5510.5触电事故的预防及其应急预案5610.6发生坍塌事故应急预案59十一、环境保护措施、文明施工6211.1文明施工、环境保护目标6211.2文明施工措施6211.3环境保护措施6261 / 63一、编制说明1.1编制依据1、 给水排水管道工程施工及验收规范（GB 50268-2008）；2、 给水排水构筑物工程施工及验收规范（GB 50141-2008）；3、 天津市市政工程施工技术规范(排水工程部分)（DB29-76-2004）；4、 建筑工程施工现场供用电安全规范（GBJGJ46-2005）；5、xx（xxxx）提升工程施工图纸；6、工程测量规范（GB50026-2007）；7、xx（xxxx）提升工程实施性施工组织设计；1.2编制原则1、认真贯彻党和国家对工程建设的各项方针和政策，严格执行建设程序。2、全面规划，统筹安排，确保工期。3、积极采用新材料、新设备、新工艺和新技术。4、充分利用现有机械设备，扩大机械化施工范围，提高机械化程度，改善劳动条件，提高机械效率。5、采用网络技术及流水施工方法、科学安排施工进度计划，保证施工能连续、均衡、有节奏地进行。6、施工方案、方法及工艺先进、科学、合理、可靠，确保文明环保。1.3编制范围xx（xxxx）改造工程起点为xx，桩号为K2+220.933，终点为规划xx（现状振国南道），桩号为K3+097.936，全长877.003m。雨污水主干管道（管径d800mm），挖深大于6.0m，拟采用顶管施工方案。1、 雨水管道：xx西侧(xxxx)：雨水管道管径为d1800d2200mm，采用顶管施工；xx东侧(xx闸薇北道)：雨水管道管径为d1200mm，采用顶管施工；xx东侧(闸薇南道xx)：雨水管道管径为d2000mm，采用顶管施工。2、 污水管道：xx西侧(xxxx)：污水管道管径为d1200mm，采用顶管施工；xx东侧(闸薇南道xx)：污水管道管径为d800mm，采用顶管施工。二、工程概况2.1项目概况xx（xxxx）提升工程全长877.003m，城市主干路标准，双向六车道，平面、纵断面以及横断面设计均按规划实施，由现状约17m-24m车行道加宽到50m红线宽度。在现状车行道两侧各新建2.5m侧分带+6.5m辅道+4m人行道。xx（xxxx）施工共分为六个部分，即道路工程、基坑工程、排水工程、景观工程、照明工程、交通工程。 现场施工环境比较复杂，交通量繁重，无法完全阻断交通，人流穿梭也无法控制，施工安全方面隐患较大，同时影响施工进度。基坑施工时，基坑开挖较深，地下水位较高，不得不进行深井或者井点降水，在地下水位下降到适宜高度后方可施工作业，这在一定程度上给施工质量控制带来困难。排水工程施工时，采用顶管施工，因地下管线种类繁多，互相交叉，且很多实际管线与图纸所示位置并不相符，这就需要设计院给出所有管线的确切位置，否则施工过程中难以对既有管线进行保护，同时长距离的顶管，管线位置精度难以控制。xx技术标准序 号项 目主 线1道路等级城市主干路，主线双向6车道2路线长度877.003m3设计速度50km/h（主线），30km/h（辅道）4红线宽度50m5行车道宽度233.5m7荷载等级路面设计荷载标准：BZZ1008路面类型沥青混凝土路面9沥青路面设计使用年限15年2.2施工条件2.2.1区域地形施工场地现状为既有道路和两侧土路，场地地势总体较平坦，局部有轻微起伏。2.2.2地质情况根据勘察资料本工程范围内地质条件如下：人工填土层（Qml）全场地均有分布，厚度1.20m3.6m，底板标高为1.70m0.70m，该层从上而下可分为2个亚层。1杂填土：厚度一般为0.30ml.40m，呈褐色，松散状态，含碎砖石子生活垃圾，及少量黏性土组成。2素填土：厚度一般为0.80m3.30m，呈褐色，软塑状态，以黏性土为主，含碎砖石子，属中压缩性土。全新统上组陆相冲积层（Q43al）厚度0.90m1.00m，顶板标高为l.70ml.52m，主要由黏土组成，呈灰黄黄灰色，软塑可塑状态，含铁质，属高压缩性土。本层土水平方向上土质较均匀，分布稳定。全新统中组海相沉积层（Q42m）厚度l6.90m18.80m，顶板标高为1.60-0.70m，该层从上而下可分为5个亚层。1粉质黏土：厚度般为1.40m6.40m，呈灰色，软塑状态，土质不均，夹粉土薄层，属中压缩性土。2淤泥质黏土；厚度一般为1.80m8.40m，呈灰色，流塑软塑状态，土质不均，夹粉质黏土，属高压缩性土。3粉质黏土：厚度一般为2.10m6.60m，呈灰色，流塑软塑状态，土质不均，含有机质，含贝壳碎片，属高压缩性土。4粉土：厚度一般为0.70m4.40m，呈灰色，中密状态，土质不均，含贝壳碎片，局部为粉质黏土，属中压缩性土。5粉质黏土：厚度一般为2.50m3.70m，呈灰色，可塑状态，土质不均，含有机质，夹粉土薄层，属中压缩性土。本层土水平方向上土质较均匀，分布尚稳定。全新统下组沼泽相沉积层（Q4lh）厚度0.80ml.60m，顶板标高为-l7.20-18.20m，主要由粉质黏土，粉土组成，呈浅灰色，粉质黏土为可塑状态，粉土为中密状态，土质不均，含有机质，姜石，属中压缩性土。本层土水平方向上土质较均匀，分布较稳定。全新统下组陆湖相冲积层（Q4lh+a1）本次勘察钻至最低标高-22.25m，末穿透此层，揭露最大厚度3.70m，顶板标高为-18.10m-19.30m，该层从上而下可分为2个亚层。1粉质黏土：厚度一般为l.60m3.50m，呈褐黄色，可塑状态，土质不均，夹粉土薄层，含锈染，属中压缩性土。2粉土：本次勘察未穿透此层，揭露最大厚度3.70m，呈褐黄色，密实状态，土质不均，属中（偏低）压缩性土。本层土水平方向上土质较均匀，分布稳定。表2.2.2-1 地质情况统计表种类厚度（m）状态主要成份人工填土层杂填土0.30l.40褐色、松散状态碎砖石子、生活垃圾、少量黏性土素填土0.803.30褐色，软塑状态以黏性土为主，含碎砖石子全新统上组陆相冲积层0.901.00呈灰黄黄灰色、软塑可塑状态以黏土为主，含铁质全新统中组海相沉积层粉质黏土1.406.40呈灰色，软塑状态土质不均，夹粉土薄层淤泥质黏土1.808.40呈灰色，流塑软塑状态土质不均，夹粉质黏土粉质黏土2.106.60呈灰色，流塑软塑状态土质不均，含有机质，含贝壳碎片粉土0.704.40呈灰色，中密状态土质不均，含贝壳碎片，局部为粉质黏土粉质黏土2.503.70呈灰色，可塑状态土质不均，含有机质，夹粉土薄层全新统下组沼泽相沉积层0.80l.60呈浅灰色，粉质黏土为可塑状态主要由粉质黏土，粉土组成全新统下组陆湖相冲积层粉质黏土l.603.50呈褐黄色，可塑状态土质不均，夹粉土薄层，含锈染粉土未穿透此层，最大厚度3.70m呈褐黄色，密实状态土质不均按层位及标高提供地基土承载力特征值如下表：表2.2.2-2 地基土承载力特征值表地层编号岩性fak (kPa)黏 土901粉质黏土1002淤泥质黏土703粉质黏土704粉 土1205粉质黏土110粉质黏土，粉土1202.2.3水文地质条件勘察期间测得场地地下潜水水位如下：静止水位埋深0.7m-1.0m，相当于标高2.12m-1.8m。表层地下水属潜水类型，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位随季节有所变化。一般变幅在0.5-1.0m左右。本场区标准冻结深度0.60m。2.2.4周边环境表2.2.4-1 周边环境调查表名称图片高度结构形式备注东沽加油站一层框架渤海石油公司停车场围墙砖砌海晶集团厂房围墙砖砌军事用地围栏铁丝网需要联系军方金泰隆磅房一层砖混车辆维修商铺一层集装箱轮胎商铺一层集装箱洗车商铺一层集装箱大型运输车临时停放2.2.5地上地下管线依据本工程地下管线资料，在机动车道外现状管线较多，情况复杂，xx西侧（xx-xx）：拟建雨污水管道附近埋设2-DN500mm热力管道、6孔通信、电力等现状管线；xx东侧（xx-xx）拟建雨污水管道附近埋设6孔通信、D300mm天然气、DN800中水等现状管线。图2.2.5-1 xx现状管线图（横向）图2.2.5-2 xx现状管线图（纵向）图2.2.5-3 xx现状管线（纵向）1图2.2.5-4 xx现状管线（纵向）2图2.2.5-5 xx现状管线（纵向）3图2.2.5-6 xx现状管线（纵向）4图2.2.5-7 xx现状管线（纵向）52.2.6顶管工作坑xx道路提升工程顶管工作基坑共19处，其中工作井9处，接收井10处，开挖深度为5.492m8.421m，采用明挖法施工，围护结构采用工字钢桩或850SMW工法桩。工作基坑支护方案汇总表井号基坑尺寸坑深支护方式W1、Y1平面异形面积127m27.918卸载2m，SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长21m，设一道混凝土冠梁+混凝土支撑和一道钢腰梁+钢支撑。W3、Y39mx9m7.99卸载2m，SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长21m，设一道混凝土冠梁和一道钢腰梁+钢支撑。W6、Y59mx9m8.132卸载2m，SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长21m，设一道混凝土冠梁和一道钢腰梁+钢支撑。W9、Y79mx9m8.258卸载2m，SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长21m，设一道混凝土冠梁和一道钢腰梁+钢支撑。W11、Y99mx9m8.366卸载2m，SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长21m，设一道混凝土冠梁和一道钢腰梁+钢支撑。Y29mx5m5.492卸载2m，工字型钢I40b300，型钢长18m，设两道钢腰梁+钢支撑。Y旧29mx5m6.681卸载2m，工字型钢I40b200，型钢长18m，设两道钢腰梁+钢支撑。W旧29mx5m6.234卸载2m，工字型钢I40b200，型钢长18m，设两道钢腰梁+钢支撑。W3、Y59mx9m6.748卸载2m，工字型钢I40b200，型钢长18m，设两道钢腰梁+钢支撑。接收基坑支护方案汇总表井号基坑尺寸坑深支护方式W0、YO6.5mx7.5m7.88SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长22m，设一道混凝土冠梁和一道钢腰梁+钢支撑。W2、Y2平面异形面积76m27.929卸载2m，SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长21m，设一道混凝土冠梁和一道钢腰梁+钢支撑。W5、Y49mx9m8.072卸载2m，SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长21m，设一道混凝土冠梁和一道钢腰梁+钢支撑。W7、Y69mx9m8.192卸载2m，SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长21m，设一道混凝土冠梁和一道钢腰梁+钢支撑。W10、Y89mx9m8.312卸载2m，SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长21m，设一道混凝土冠梁和一道钢腰梁+钢支撑。W12、Y106mx8m8.421卸载2m，SMW工法桩850600内插HN700x300型钢密插，型钢长21m，设一道混凝土冠梁+混凝土支撑和一道钢腰梁+钢支撑。Y16mx5m5.439工字型钢I40b200，型钢长18m，设两道钢腰梁+钢支撑。Y旧16mx5m5.544卸载2m，工字型钢I40b300，型钢长18m，设两道钢腰梁+钢支撑。W2、Y48mx10.5m6.708卸载2m，工字型钢I40b200，型钢长18m，设两道钢腰梁+钢支撑。W4、Y66mx8m6.788卸载2m，工字型钢I40b200，型钢长18m，设两道钢腰梁+钢支撑。2.2.7顶进区间长度汇总（1）xx西侧基坑管道类型管道直径（mm）顶进距离（m）W0、YOW1、Y1雨水管180061污水管120064W1、Y1W2、Y2雨水管180019污水管120018W2、Y2W3、Y3雨水管1800105污水管1200100W3、Y3W5、Y4雨水管1800125污水管1200132W5、Y4W6、Y5雨水管1800107污水管1200100W6、Y5W7、Y6雨水管2000102污水管1200100W7、Y6W9、Y7雨水管2000108污水管1200110W9、Y7W10、Y8雨水管220092污水管120090W10、Y8W11、Y9雨水管220090污水管120090W11、Y9W12、Y10雨水管220090污水管120092（2）xx东侧基坑区间管道类型管道直径（mm）顶进距离（m）Y1Y2雨水管120076Y2Y旧1雨水管120076Y旧2W2、Y4雨水管200055W旧2W2、Y4污水管80019W2、Y4W3、Y5雨水管200080污水管80080W3、Y5W4、Y6雨水管200080污水管800802.3主要工程量雨水管道工程数量序号类型管径（mm）数量（m）1钢承口钢筋混凝土管1200198218004173200042842200275污水管道工程数量序号类型管径（mm）数量（m）1钢承口钢筋混凝土管800184212009012.4顶管技术标准1、本工程雨水主干管道管径d1200mm，污水管道管径d800mm，挖深大于6m，管材采用钢承口钢筋混凝土顶管专用管材（级）。2、地面沉降应满足下列规定：（1）顶管造成的地面沉降不应该造成道路开裂，大堤及地下设施损坏或渗水。（2）顶管造成的地面沉降量不应超过下列规定：1）土堤小于或等于30mm；2）公路小于或等于20mm；3）顶管穿越铁路、地铁及其他对沉降敏感的地下设施时，累计沉降量尚应符合国家相关的规定。（3）当检测数据达到沉降值70%时，应及时报警并启动应急事故处理预案。3、本工程承插口钢筋混凝土管道、d2000mm柔性企口钢筋混凝土管道及钢承口钢筋混凝土管道均采用氯丁橡胶圈（楔型）接口，滑动安装；胶圈的外观应光滑平整，不得有气孔、裂缝、卷褶、破损、重皮等缺陷；安装过程中胶圈不得翻转、扭曲，并应满足满足下表相关规定：橡胶圈性能指标项目单位级别3040506070公称硬度IRHD3043645465556656675拉伸强度（）MPa99999扯断伸长率（）%400400375300200压缩永久变形（）2372h7024h（-10）72h%122040122040122040122050152050压缩应力松弛（）237d%1313141516耐水性（蒸馏水）707d体积变化%-1+8接头结合强度（拉伸度100%）拼接区无分离现象热空气老化707d硬度变化拉伸强度变化（）拉断伸长率变化IRHD%-5+8-20-30+10耐酸碱系数（20%浓度）2024h0.8耐臭氧试样无裂纹橡胶垫性能指标项目单位级别657585硬度及公差IRHD655755855拉伸强度（）MP0141312拉断伸长率（）%225175125压缩永久变形（）（常温70小时）%353535热空气老化（100下老化24h）硬度变化IRHD+100+100+80拉伸强度变化（）%-15-15-15拉断伸长率变化（）%-40-40-40低温脆性-25试样不断裂2.5施工目标1、本工程的质量目标为：全部分项工程质量达到该工程施工验收标准的合格标准。我单位将坚决贯彻执行国家发布的建设工程质量管理条例和天津市关于建筑工程的各项技术标准、规程和要求，按照各项要求组织施工生产，全面提升管理水平和工程质量，百分之百达到合同文件要求的质量标准。2、在施工中，始终贯彻“安全第一、预防为主，综合治理”的安全生产工作方针，保证职工在生产过程中安全与健康，严防各类事故发生，以安全促生产。强化安全生产管理，通过组织落实、责任到人、定期检查、认真整改，实现零死亡事故目标，严格控制重伤事故及轻伤事故频率，做到“五无”工程，即“无死亡、无重伤、无火灾、无中毒、无倒塌”。3、严格按照施工组织设计及有关文明施工要求组织施工，创建文明安全工地标准。4、采取一切合理措施，保护现场内外环境，避免由施工作业引起的粉尘、有害气体、噪音等环境污染，或其他由于环境污染的原因造成的人身伤害和财产损失，确保气体排放、地面排水及排污不超过规定数值，同时满足国家及工程所在地方政府主管部门颁布的法律规定的数值。三、施工准备3.1组织准备1、建立项目指挥系统和项目经理部，组建项目管理团队，完善项目管理网络，为项目的开展打好基础。2、制订总体施工进度计划、总平面布置计划，对施工现场进行规划和使用，对项目各阶段施工进行安排。3、针对工程实施中的重点和难点进行分析，提出相应的技术改进措施。3.2技术准备1、由项目技术负责人组织有关人员认真学习、研究图纸等工作，以便熟练、准确地施工。2、通过学习，熟悉图纸内容，了解设计上要求施工达到的技术标准，明确工艺流程。3、进行自审，组织施工管理人员对有关图纸进行审查，掌握和了解图纸中的细节。4、组织图纸会审，由设计方进行交底，理解设计意图及施工质量标准，准确掌握设计要求。5、组织施工人员认真学习施工技术文件，了解施工范围，管道沿线的地形、地貌、地址水文条件及各种原有设施。6、掌握施工工期，顶管施工技术规范，质量标准及要求，安全措施等，并向施工队伍进行顶管施工技术交底。3.3材料准备根据施工组织设计中的施工进度计划和施工预算中的工料分析，编制工程所需的材料用量计划，作好备料、供料工作和确定仓库、堆场面积及组织运输的依据。根据材料需用量计划，做好材料的申请、订货和采购工作，使计划得到落实。组织材料按计划进场，按规定地点和方式存放或堆放，并做好组织和保护措施。主要施工材料如下：1、管材：管材由具有相应资质的生产厂家提供，进场时应具有出厂合格证及出厂检验报告；管材外表面应该平整，无蜂窝麻面，回弹检测强度应不小于该管道混凝土设计要求，承插口处不得有棱角缺失。2、工字钢：进场工字钢型号必须与施工方案中要求的型号相同。3、水泥：应采用合格厂家的符合设计要求的水泥，进场后应对水泥进行取样试验，合格后方可使用。3.4施工机械准备根据施工组织设计中确定施工机械、设备的要求以及施工进度的安排，编制施工机械设备需用量计划，落实施工机械设备需用量计划，确保按期进场，准时开工。按施工平面布置图的要求，组织施工机械设备进场，机械设备进场后按规定地点和方式布置，并进行相应的保养和试运转等工作。主要机具：千斤顶，油泵，顶铁，与管材相应直径护口铁，导轨，枕木，卷扬机，水泥浆搅拌机，压浆机。3.5施工队伍的准备根据确定的现场管理机构建立项目经理部，选择高素质的施工作业队伍进行该工程的施工。根据该工程的特点和施工进度计划的要求，确定劳动力需用量计划。对工人进行技术、质量、安全交底和思想、法制教育，教育工人树立“质量第一、安全第一”的正确思想；遵守有关施工和安全的技术法规；遵守地方治安法规。生活后勤保障工作：在大批施工人员进场前，做好后勤工作的安排，对职工的衣、食、住、行、医等予以全面考虑，充分调动职工的生产积极性。为了保证施工进度，在施工过程中我项目采用两个高素质的顶管施工队伍分四个工作面，同时施工。四、主要资源配置计划4.1施工机械、设备使用计划本工程顶管出土的土石方量不大，根据实际情况安排一台铲机，两台自卸汽车就可以满足顶管出土外运要求，下面所列为顶管专用机械。本工程所列施工机械的数量仅为计划，可随时根据施工进度情况进行调整。4.2施工设备、机具表序号名称规格单位数量用途1铲车920小铲车装载机台1装土2自卸汽车罗曼QR10台2运土3液压千斤顶320t台4顶管穿越4液压泵站11KW台1动力5柴油发电机20KW台3动力源6动力配电箱台1配电7离心鼓风机7000L/min台2送风用8电动吊葫芦3t个1出土用9手动吊葫芦5t个1出土用10手动液态千斤顶2t个2纠偏用11水泵3KW台2抽水用4.3材料用量表序号名称规格单位数量用途1吊管带根2吊装砼管2道木250*250*20000根若干支撑3电子水准仪Leica DNA03套1测量4全站仪Leica/ TCA2003套1测量5电缆三芯m500电源线6小推车台2推土7安全灯盏15照明8靠背板2m*2m付2止推9制作轨道6m付1运行导轨10顶铁付若干推进11自制护帽付2保护套管12尼龙绳20m200牵引13救生梯个1下沟14铁锹把4除土15出土斗副1出口4.4劳动力计划根据本工程的设计情况、现场情况及工程量情况，拟对劳动力计划作如下安排：顶管专业队劳动力安排计划表序号工种名称一队人数进场时间备注1管理人员4开工进场根据实际情况调整2普工8开工进场按工程量可调整3电工1开工进场按工程量可调整4机械工3开工进场按工程量可调整5司机2开工进场按工程量可调整6砼工3开工进场按工程量可调整总计21顶管施工前期准备完毕后，开始正常顶进作业，3个班组24h不间断施工作业。4.5材料、成品、半成品采购计划1、 所有进场材料均需要有合格证或产品检验合格证书，材料的外观检查合格，有明确的出场名称、生产日期等。2、 地方材料的采购中砂、碎石、砖、石粉砂、木材、编织袋等消耗品根据现场需要，就近采购直接送至现场指定地点。3、 安全围护设施用作安全围护的彩钢板、围栏铁架、路锥、警示灯、安全彩带在正式施工前现场准备并设置完毕，保证施工安全。五、泥水平衡顶管施工顶管施工是以顶管工作井为起始点，在工作井内安装主顶千斤顶系统提供水平推力，先将安装在导轨上的顶管机头从前墙预留的出洞口破封门推入土中，由入顶口导向，然后将钢筋混凝土管跟随前端一节一节地向前顶进。与此同时，切削下的泥土经过泥水系统输送至沉淀池,沉淀后沉渣由运输车运至指定弃土场。采用24h连续施工，直至机头进入接受井回收，完成该次顶管管道铺设。5.1施工方法确定顶管有泥水平衡法、手掘式顶管法等多种施工工艺，是由顶管工具管（机头）的功能分类而定的。应根据机头穿越的土层性质和地下水情况等因素，选择合适的顶管机头。1、泥水平衡法：施工穿越土质为胶泥、硬土、黄沙土等含土量较大的稳定土质，同时泥水平衡法要求地面有排大量泥水的环境条件。2、人工掘进式顶管施工法：该技术适用于任何土质，对施工现场条件要求不高，主要采用人工手掘式将管头土石运送至管外。我工程所在地水位较高,顶进土层多为粉质粘土层,施工工期较短,综合考虑,选择施工效率高的泥水平衡法顶进施工。5.2泥水平衡顶管施工介绍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。其施工示意图如下：顶管施工示意图5.3施工准备做好施工场地的“四通一平”即水、电、路、通讯要通，并做好场地平整，做好对施工人员进行技术、安全、质量方面的交底。放样施工桩位及护桩，对原地面标高进行复核。测量放线基坑制作设备安装顶进测量下管接口顶进结束拆除设备全线测量取出机头进入接收坑出泥浆注浆减阻纠偏5.4工艺流程图顶管流程图5.5 施工流程5.5.1 机头选择泥水平衡顶管掘进机其基本原理是主轴偏心回转运动的泥水平衡顶管机，其刀盘的正面开口比较大，便于大块的卵石等能进入顶管机内，刀盘正面上下两个泥土和石块的进口，其开口的面积约占顶管机全断面的15%20%。刀盘由设在主轴左右两侧的电动机驱动。电动机是通过行星减速器带动小齿轮，然后再带动设在中心的大齿轮。大齿轮与主轴及轧辊联接成一体。主轴的左端安装有刀盘。这样，只要电机转动，刀盘也就转动，同时轧辊也转动。在掘进机工作时，刀盘在一边旋转切削土砂的同时还一边作偏心运动把石块轧碎。被轧碎的石块只有比泥土仓内与泥水仓联接的间隙小才能进入掘进机的泥水仓，然后从排泥管中被排出。另外，由于刀盘运动过程中，泥土仓和泥水仓中的间隙也不断地由最小变到最大这样循环变化着，因此，它除了有轧碎小块石头的功能以外还始终能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达泥土仓中，从而保证了掘进机不仅在砂土中，即使在粘土中也能正常工作。泥水平衡顶管掘进机示意图如下所示：图5.5-1 泥水平衡顶管掘进机本掘进机的优点是： 1、顶管机、主千斤顶、泥水循环系统和泥水分离装置成套化。2、该机能适用各种土壤条件，如粘质土、砂土、砂砾混合卵石土和软岩土。3、使用安装在轨道上的主顶油缸。一次顶进长度超过100m。4、该机由一人在地面遥控操纵即可。5、可在控制台上进行电视监测及方向控制，精度高。带有ISEKI专利的RSG双光靶方向控制系统，有经验的操作人员可以将方向误差控制在10mm之内。6、使用主千斤顶不间断便可单独顶进一节管子。7、泥水分离装置DESANDMAN是一种密封性好，操作灵活的分离系统，且能节省安装空间。5.5.2 平面布置、井内布置及管内布置1、在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置以下必要的设施，地面指挥监测中心、办公室、仓库、配电间、冷作间等。布局要合理，环境整洁、卫生，并有专职人员进行管理。2、现场布置采用25t汽车吊。3、管道顶进时，现场管材吊放设备仍采用25t汽车吊进行吊放下管。4、井内布置工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站、钢制扶梯等。5.5.3 出土方案泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速排土。在沉井上部砌2座泥浆池（循环池、沉淀池）。沉淀的余土外运需按文明施工要求和渣土处理办法，运到永久堆土点，不得污染沿途道路环境。5.5.4 顶力计算1、顶进阻力计算根据GB50268-2008给水排水管道工程施工及验收规范中6.3.4式计算。总顶进阻力：Fp=D0Lfk+Nf 式中Fp-顶进阻力（KN）；D0-管道外径（m）；L-管道设计顶进长度；fk-管道外壁与土的单位面积平均摩阻力（KN/m2），本工程顶进土层为粉质粘土层，所用管材为钢筋混凝土管，取值5.0 KN/m2。Nf 顶管机的迎面阻力（KN）；Nf =Dg2P/4Dg 顶管机外径（mm），其值取管道外径；P-控制土压力（KN/m2）；P=K0*H0式中K0-静止土压力系数，一般取0.55；H0-地面至挖掘机中心的厚度，取最大值8.421m-土的湿重度，取19KN/m3带入数据得：P=88 KN/m2本工程施工过程中，最大顶进力出现在下表对应的区间中。区间管道内经（mm）壁厚（mm）管道外经（mm）顶进长度（m）W9、Y7W10、Y82200220264092W9、Y7W7、Y620002002400108W3、Y3W5、Y412001201440132将以上三段区间对应的数据分别代入上式，得：Fp1=429.5t，Fp2=446.7t，Fp3=312.8t，其中Fp=Fp2=446.7t为施工过程中的最大顶力。考虑到突发事件，取1.3的安全系数，Fp=446.7t1.3=581t。根据计算及顶进时管受力均匀，选用3台QYL200Db型的千斤顶，其顶推力每台为200t，能提供600t的顶进力。2、后座墙允许承载力计算工作坑中后座墙结构形式及尺寸相同，均为钢筋混凝土结构，高4m，宽5m，厚度0.5m，混凝土为C30，通过查阅公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004），C30标准抗压强度为20.1N/mm2，顶管过程中后背墙按受力均匀计，其承载力为F=bh其中：-混凝土标准抗压强度；b-后背墙宽度；h-后背墙高度。带入数据得：F=20.1N/mm2*4000mm*5000mm=40200t。3、钢筋混凝土管允许承载力计算F=Ec*D*t其中：F-管的允许承载力；Ec-混凝土的弹性模量，混凝土级别不能低于C40，按C40计，通过查阅公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）可知C40的弹性模量为3.25*104MPa；D-钢筋混凝土管的外径，取最小的顶管外径800+2*80=960mm=0.96m；t-钢筋混凝土管的壁厚，取80mm=0.08m。带入数据得：F=783744t。4、后座反力计算忽略钢制后座的影响，假定主顶千斤顶施加的顶进力是通过后座墙均匀地作用在工作坑后的土体上，为确保后座在顶进过程中的安全，后座的反力或土抗力R应为的总顶进力P的1.21.6倍，反力R采用下式计算： 式中：R总推力之反力，kN； 系数，取=1.52.5，计算中取2。B后座墙的宽度，取5m； 土的容重，kN/m3； H后座墙的高度，取4m； Kp被动土压系数，；c土的内聚力，kPa；h地面到后座墙顶部土体的高度，见表1。表1 各基坑h取值表井号基坑尺寸坑深（m）后背墙高（m）墙顶到地面的高h（m）W1、Y1平面异形面积127m27.91843.918W3、Y39mx9m7.993.99W6、Y59mx9m8.1324.132W9、Y79mx9m8.2584.258W11、Y99mx9m8.3664.366Y29mx5m5.4921.492Y旧29mx5m6.6812.681W旧29mx5m6.2342.234W3、Y59mx9m6.7482.748（1）工作基坑W1、Y1的后背墙反力计算管道所在的土层为粉质粘土层，C=9.15kPa，=19.1 kN/m3，=15.07，h=3.918m。将数据代入公式：R=8637.9KN（2）工作基坑W3、Y3的后背墙反力计算管道所在的土层为粉质粘土层，C=9.15kPa，=19.1 kN/m3，=15.07，h=3.99m。将数据代入公式：R=8744.4KN（3）工作基坑W6、Y5的后背墙反力计算管道所在的土层为粉质粘土层，C=9.15kPa，=19.1 kN/m3，=15.07，h=4.132m。将数据代入公式：R=8913.2KN（4）工作基坑W9、Y7的后背墙反力计算管道所在的土层为淤泥质粘土层，C=10.14kPa，=17.9kN/m3，=4.18，h=4.258m。将数据代入公式：R=6048.5KN。（5）工作基坑W11、Y9的后背墙反力计算管道所在的土层为淤泥质粘土层，C=7.68kPa，=17.9kN/m3，=3.74，h=4.366m。将数据代入公式：R=5841KN。（6）工作基坑Y2的后背墙反力计算管道所在的土层为粉质粘土层，C=9.15kPa，=19.1kN/m3，=15.07，h=1.492m。将数据代入公式：R=5488.1KN。（7）工作基坑Y旧2的后背墙反力计算管道所在的土层为淤泥质粘土层，C=7.68kPa，=17.9kN/m3，=3.74，h=2.681m。将数据代入公式：R=4468.3KN。（8）工作基坑W旧2的后背墙反力计算管道所在的土层为淤泥质粘土层，C=7.68kPa，=17.9kN/m3，=3.74，h=2.234m。将数据代入公式：R=4104.2KN。（9）工作基坑W3、Y5的后背墙反力计算管道所在的土层为淤泥质粘土层，C=7.68kPa，=17.9kN/m3，=3.74，h=2.748m。将数据代入公式：R=4522.9KN。通过计算得知：工作基坑Y2，Y旧2，W旧2，W3、Y5的后背墙土抗力小于顶管全过程中最大顶进阻力446.7t1.3=581tt，现分别对这四个工作基坑对应区间的最大顶进阻力进行计算。总顶进阻力：Fp=D0Lfk+Nf 式中各符号的含义见1、顶进阻力计算。四个工作基坑对应的顶进区间的相关数据见下表。类别管道内经（mm）壁厚（mm）管道外径D0（mm）顶进长度（m）Y2Y11200120144076Y2Y旧11200120144076W旧2W2、Y48008096019Y旧2W2、Y42000200240055W3、Y5W2、Y42000200240080W3、Y5W4、Y62000200240080对于Y2Y1与Y2Y旧1段，因为管径、管长均相同，故只需计算一个即可。Fp=D0Lfk+Nf =3.14*1.44*76*5+3.14*88*1.442/4=1861.5KN=186.2t对于W旧2W2、Y4与Y旧2W2、Y4段，取管径、管长均大的后者计算。Fp=D0Lfk+Nf =3.14*2.4*55*5+3.14*88*2.42/4=2470.3KN=247t对于W3、Y5W2、Y4与W3、Y5W4、Y6段，因为管径、管长均相同，故只需计算一个即可。Fp=D0Lfk+Nf =3.14*2.4*80*5+3.14*88*2.42/4=3412.3KN=341.2t顶管阻力与各承载力对比表顶进区间最大顶进力（t）后背墙允许承载力（t）管道允许承载力（t）墙后土抗力允许值（t）W1、Y1W0、Y0本工程段顶管施工最大顶力为446.7t1.3=581t40200783744863.79W1、Y1W2、Y2W3、Y3W2、Y2874.44W3、Y3W5、Y4W6、Y5W5、Y4891.32W6、Y5W7、Y6W9、Y7W7、Y6604.85W9、Y7W10、Y8W11、Y9W10、Y8584.1W11、Y9W12、Y10Y2Y1二者较大值为186.21.3=242.1548.8Y2Y旧1W旧2W2、Y4二者较大值为2471.3=321.1两个工作坑的较小值为410.4Y旧2W2、Y4W3、Y5W2、Y4341.21.3=443.6452.3W3、Y5W4、Y6通过计算可得：对于任意顶管区间，后背墙允许承载力、墙后土抗力允许值、管道允许承载力中的最小值均大于顶管时的最大阻力，所以本工程顶管施工不需要增设中继间。5.5.5 基坑中的通风计算1、按洞内同时工作的最多人数计算：Q=kmq式中：Q所需风量，m3/min;k风量备用常用系数，常取k=1.11.2m洞内同时工作的最多人数q洞内每人每分钟需要新鲜空气量，根据给水排水工程顶管技术规程CECS 246：2008-8，配置通风设施的顶管工程每人所需通风量不应小于30m3/h。即0.5m3/min计算。现管内有两人工作，取k=1.2,m=2, 则有Q=kmq=1.220.5=1.2m3/min2、漏风计算Q供PQ式中：Q计算风量P漏风系数采用200PVC管，每百米漏风率一般可控制在2以下。取P1.02，则Q供PQ1.21.021.23m3/min取风量大于1230L/min离心鼓风机（或高压空气压缩机）作为通风设备则可以满足要求。5.5.6 出洞方案为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装一个单法兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈及止水封板。由于顶进距离长，造成管材表面及F型钢套环、砂等对橡胶止水圈不可避免的磨损，需经常更换橡胶止水圈。因此，我们在洞口里侧增加一道橡胶止水圈，当需更换外部橡胶止水法兰时，洞口内部