泥水法-东风北路施工方案.doc

泰州市东风北路污水管顶管工程施工组织设计日期：二00六年五月十八日目 录1、工程概况- 2 -1.1工程概述- 3 -1.2现场条件- 3 -1.3地质- 3 -1.4地下水情况- 3 -2、施工总体布置- 3 -2.1项目组织- 3 -2.2现场施工总体布置- 3 -2.3各施工阶段的工作重点，工作内容及形象进度- 4 -3、施工总平面布置及临时设施- 5 -3.1、生活、办公、生产区布置及说明- 5 -3.2沉井施工平面布置及说明- 5 -3.3顶管工作井平面布置及说明- 5 -3.4施工便道布置及说明- 5 -4、沉井施工- 6 -4.1施工方法概述- 6 -4.2施工工艺流程- 6 -4.3沉井下沉系数与下沉稳定系数计算- 7 -4.4沉井定位与垫层施工- 8 -4.5沉井制作- 9 -4.6沉井下沉- 13 -4.7沉井封底- 15 -4.8沉井底板施工- 15 -4.91250检查井施工- 15 -4.10开挖施工- 16 -5、顶管施工- 16 -5.1顶管工艺选择- 16 -5.2顶管施工- 17 -5.3管道闭水试验- 27 -5.4 顶管施工技术质量保证措施- 28 -6施工工期部署- 31 -6.1施工进度计划编制说明- 31 -6.2施工进度计划- 31 -6.3确保工程工期的措施- 31 -7劳动力计划及劳动力部署327.1项目经理部人员327.2沉井施工人员337.3顶管施工人员337.4检查井、连接管施工人员按三个作业面348拟投入本工程的主要施工机械设备359 材料、半成品计划3710 项目组织机构网络图3810.1项目经理部组织机构3811 质量目标、质量保证体系3911.1质量目标达标措施3911.2质量保证体系4011.3工程技术质量控制制度4011.4质量检验程序4112施工安全管理和安全生产保证措施4412.1施工安全管理4412.2安全生产保证措施4612.3防火安全管理4912.4突发事件应急措施4913文明施工及环境保护措施5113.1文明施工保证措施511、工程概况1.1工程概述本工程为东风路与济川路污水管接通工程，管道北起原东风北路中心W1污水检查井，至南边东风路与济川路交汇处W2原济川路污水检查井，管道横穿老通扬河，全长约620m。其中砼顶管573m，HDPE缠绕塑料管埋管55m。采用DN800管材，管线坡度I=0.8，污水采用无压自流式输送。沿线共设2座顶管工作井，3座接收井，7座检查井。工期为115日历天，工程质量标准为合格。1.2现场条件连接污水管道建在东风路东风大桥东侧9m紧贴道路红线，即该段管线西侧为东风大桥引道，东侧有部分民居，地面大部分为农田，局部有建筑物未拆除，管道埋深68 m。1.3地质该场地地貌为长江中下游冲积平原，地表相对高差大。初步地质资料得知地基土有如下几层：第层亚粘土：灰黄色渐转灰色，流塑，该层土粉粒含量较高。 第层粉质粘土：灰色，可塑为主，局部软塑。第层粘土，深灰色渐转灰黄色，可硬塑。亚粘土，灰黄色，可塑。污水管道埋深在标高-1.0 -2.00 m，埋深度在5.08.0 m,位于第层亚粘土底部和第层粉质粘土中；过河段顶管管道标高-2.59，位于第层粉质粘土和第层粘土中。该层土可塑性好，分部稳定。1.4地下水情况据地质资料反应；地下水为孔隙潜水，地下水位埋深1.0-1.4m左右，水位变化呈冬季与夏季渐变高的趋势。常年最高地下水位埋深0.8m，地基基础设计水位按埋深0.3m考虑。2、施工总体布置2.1项目组织本工程按项目法管理。现场成立项目经理部，直接指挥管理施工生产。2.2现场施工总体布置根据本工程的工程量及总工期，节点控制工期，根据关键设备（顶管机）的工作效率及人员组织，本工程拟设沉井工段，顶管工段，开挖施工工段，等三个工段，每个工段的工作内容及作业面数量如下：2.2.1沉井工段工作内容：2个顶管工作井，3个接收井的制作、下沉，以及沉井封底。拟开3个作业班组其中工作井1个作业班组,接收井2个作业班组，施工时间约3个月。2.2.2顶管工段 工作内容：DN800砼管，顶管573m，顶管采用一套设备，开一个作业面，顶管作业在1#工作井下沉到位后进行，时间约2个月。2.2.3开挖施工段工作内容：7座检查井施工。两段埋管施工。工作井、接收井在顶管结束后施工井内结构及沉井顶盖。地面或路面恢复。其他临时性工作。该工段是最后结束工段，因大多都是常规施工，施工人员，设备也较好组织故作业面数量可根据人员、设备数量及工作面情况灵活掌握。2.3各施工阶段的工作重点，工作内容及形象进度2.3.1第一阶段施工准备及开始阶段，时间35天。工作重点：顶管机的维护、运输、安装、调试。同时进行的工作有：施工人员及设备进场。整个工程测量控制网的布设，沉井施工，预制厂进行800管节预制.地面开挖施工开始.至第一阶段未的工程进度是1#工作井、1#接收井下沉到位,封底并提交顶管工段安装设备,开始顶管.2.3.2 第二阶段施工高潮阶段, 时间65天。工作重点:紧紧抓住施工进度网络图上关键路线顶管施工,大量完成顶管任务,同时进行工作有:沉井正常施工,管节大量预制,检查井、沉井内部结构施工及地面恢复,有条不紊的进行，第二阶段未的工程形象进度是：沉井全部结束，顶管、埋管、检查井、沉井内部结构施工大部分完成。2.3.3 第三阶段施工收尾阶段 时间15天。 工作重点:少量沉井内部结构施工和地面(路面)恢复,同时进行有检查井的收尾、竣工验收前的清理，整理工作和顶管设备保养。第三阶段未的形象进度是工程竣工验收。3、施工总平面布置及临时设施3.1、生活、办公、生产区布置及说明 生活及办公用房拟在顶管沿线附近租用成套的现有民房，配备固定电话。为了方便施工，在工地附近租用一块场地建设后方生产区，用于钢筋及零星模板加工、钢结构加工、设备存放及维修、堆场、劳工居住等。后方生产区长60m宽40m，占地2400m2，(见图3-1)，场区用电从变压器接入380V及220V电源，用水从附近供水管接入。3.2沉井施工平面布置及说明沉井施工现场，范围长45米、宽20米占地900m2，用水泥隔离墩及彩钢瓦隔离，场地内包括现场办公室、工具房、堆场、通道等设施。(见图3-2)。3.3顶管工作井平面布置及说明沉井施工现场，范围长45米、宽20米占地900m2，用水泥隔离墩及彩钢瓦隔离，场地内包括现场办公室、工具房、管节堆场、泥浆池、各种设备等，(见图3-3)。现场设备120KW电源，供各种设备用电，施工用水接用附近自来水管，或设置水箱，从通扬河中引入。3.4施工便道布置及说明施工现场是农田，需修筑临时通道到现场，以便施工机械、车辆通行。4、沉井施工4.1施工方法概述沉井总数5座，两种规格，其中：顶管工作井2座，内径内6500，壁厚700mm。顶管接收井3座，内径内4500，壁厚500mm。检查井7座，内径1250。工作井与接收井均采用砂垫层与砼垫层基础，现场分节制作，每节现浇高度均为4m，沉井下沉采用井内不排水法施工，一次下沉，沉井下沉到位后，进行水下混凝土封底施工，最后浇筑底板垫层，底板混凝土。4.2施工工艺流程施工准备测量放线基坑开挖砖砌刃脚底模并粉饰内外脚手架搭设刃脚钢筋绑扎模板、钢筋安装绑扎砼拌制与运输砼拌制运输刃脚钢筋加工刃脚模板加工浇上一节沉井砼(井接高)高)刃脚砼浇筑刃脚模板支立（2.0m）井内及上部施工地面恢复顶管封底、底板浇筑井点降水沉井下沉钢筋安装绑扎砼拌制与运输图4-1沉井施工工艺流程图4.3沉井下沉系数与下沉稳定系数计算 根据设计总说明，采用不排水法施工，计算结果列表如下井位项目1#工作井3#接收井备注井体自重G（T）427.8186刃脚端承力R(T)395213按20T/1M考虑地下水对沉井浮力B(T)17174井周摩阻力Tf(T)223.2T159T按2.5/m2计算下沉系数K11.150.7K1=G-B/T稳定系数K20.690.5K2=G/（R+Tf）由计算知工作井K1均大于1.05，因此能顺利下沉，井到位后井体稳定。接收井K2均小于1，需要采取压载或膨润土泥浆套助沉。4.4沉井定位与垫层施工4.4.1施工程序与施工方法测量放出井位，然后开挖基槽，开挖深度与断面尺寸经计算确定。基坑底部沿四周设置2%坡度的排水沟，四角设置水坑排水。基槽开挖并修整成形后，立即分层回填中粗砂，并分层夯（振）实。过干的砂可辅以洒水密实。砂垫层继续回填至砼垫层底标高，浇注砼垫层。4.4.2砼垫层厚计算与确定砼垫层厚度计算公式为： (4)式中:砼垫层厚度（m） 沉井下沉前单位长度重量（t/m） 砂垫层的允许承载力（t/m） b刃脚踏面宽度（m）经计算砼垫层厚度可取0.1m,为便于安装模板,其宽度可每侧伸出踏面5 - 10cm。4.4.3砂垫层厚度计算中心与确定计算公式: (5)式中:砂垫层厚度(m) 地基承载力 砂垫层压力扩散角经计算砂垫层厚度可取0.75m.4.4.4基坑开挖尺寸确定基槽开挖深度h不少于基槽底宽度B不少于 4.5沉井制作4.5.1模板(1) 模板设计:由于沉井有二种规格,每种规格的沉井多座,故沉井模板周转使用的次数多,利用率高.据此,模板设计成定型的、刚度大、拆装方便灵活的专用工具式模板，用钢板和型钢制作。内模由多片弧形模板组成，片数根据运输及安装条件确定，如图4-4，其中一片做成楔形，以便拆模。模板上有活动牛腿，安装模板时将牛腿放下，支撑模板及砼侧压力的专用围囹分层吊放到牛腿上。在围囹与内模竖梁间楔入钢楔并用插销定位，调整钢楔直到内模尺寸与位置符合要求。外模也根据运输与装拆条件,由多片弧形模板组成,如图4-4.模板间用卡具或螺栓连成园模.外模从上到下高强钢丝绳或钢筋,借助紧张器层层打箍,钢丝箍的间距根据砼性质(侧压力等)经计算确定,箍紧后的外模内尺寸即为设计尺寸6.5m。图44模板断面图上述模板结构简单,受力明确,装拆方便,效率极高。每套内模和外模均由4环组成,高度分别为2、1.5m、0.5m、0.5m。第一次安模板只安3环，从下到上，高度分别为2m+1.5m+0.5m=4m。浇完砼后仅拆下面2环，最上面0.5m高的一环模板不拆,作为下次安装模板时的搁置面.从第二次起,每次接高沉井均用完全部的4环模板,其中,上面三环是新安装的用来浇砼,最下一环(0.5m高)是上次浇砼时安装好未拆的,用来支撑上面的模板.工作井与接收井刃脚处模板、其原理和方法与上述内外模设计加工相同。（2）模板安拆:模板安拆均用吊车。散片的弧形模板可在沉井现场拼接成大片模板再吊上沉井。为避免吊装复形，可在大片弧形模板的弦长方向用螺栓固定一根型钢，可保证起吊过程中模板弧度不变。沉井接高时的内模板安装，可在上次未拆的内模上装一环围囹，形成井内的操作平台，人微言轻安装内模时工人的操作场地。外模板安装可在地面搭脚手架，外挂安全网。4.5.2 钢筋沉井钢筋集中在钢筋加工车间下料、加工。加工好的成品钢筋用汽车运至现场绑扎。钢筋绑扎借用模板安装时的井内操作平台和井外脚手架，为保证钢筋绑扎质量，可在脚手架上画出竖向和环向的钢筋的位置，绑扎时钢筋对准所画标志。钢筋接头的位置、焊接等要符合标书规定。4.5.3 砼浇注及接缝处理沉井砼分三次浇筑。砼由专业的砼搅拌站按要求的标准拌制，用砼搅拌运输车运输到现场，由砼输送泵泵入模板。砼入模板必须均匀、对称，以保证下部沉井所受荷载分布均匀而不至于倾斜，同时有利于模扳受力。砼入模必须分层振实，分层高度以30cm 50cm为宜,混凝土应保持同步均匀上升。用插入式振捣器对称振捣，每次砼浇注完后顶面一定要水平，以使两面次浇注的砼接缝水平美观。砼顶面需按标书规定处理接头。如：采用钢板止水带，钢扳尺寸为3003缝上下两侧各150，它设置在壁板厚度中点处，以保证污水或地下水不从接头处渗出或渗入；上次浇注的接头砼面一定要凿毛处理，凿除砂浆，露出石子，浇砼前清洗干净，并铺一层1-2CM厚的同标号水泥浆，以保证接头处砼强度及连接质量等等。砼终凝后立即开始浇水潮湿养护，以防干缩裂缝和影响砼强度。4.5.4沉井接高时的注意事项及相应措施沉井接高前，需实测井内泥面标高，分析所挖出的土的性质及承载力，进行较为准确的下沉稳定系数计算，并密切注意观察沉降若发现均匀下沉，应及时调整严防井壁断裂。沉井接高时下节混凝土必须达到设计强度75%以上方可浇筑，上节且一次到位。此外，如前所述，沉井接高时砼均匀、对称，分层上料，模板上避免不均匀的施工流动荷载等，亦是沉井接高、砼浇筑必须注意与采取的措施。4.5.5沉井软眼的设计与施工工作井中的顶管出洞口、接收井中的顶管进洞口的软眼，均采用在井壁上预留孔洞，并用钢封门临时封堵的办法。具体做法见标书。浇注洞口段井壁砼时，将加工好的钢环安装在洞口位置，并用测量定位，用钢支架焊牢，周围的钢筋也可与预埋钢环焊接。井壁砼浇注并拆模后在井外侧密封焊上园形钢封门及加劲槽钢，挡住井外的泥水并承受泥水压力。沉井下沉就位，进出洞口也就自然随之就位。4.5.6其他沉井浇注完钢筋砼底板后,提交给顶管施工,该井顶管施工结束后,再按标书要求作井内设施、顶板，人孔及防腐处理、地面恢复等，均属常规施工。4.6沉井下沉4.6.1砼垫层与砂垫层拆除刃脚砼达到规定强度(设计强度的75100%)后,方可拆除垫层。砼垫层可用风镐凿除刃脚踏面以外的部分，保留踏面以下的分部。砼垫层凿除后即挖除砂垫层，完成沉井搁置于垫层基础上和搁置于原土壤上的转换过程。凿除砼垫层与挖砂垫层时，一定要注意对称、同步、均匀。因为此时沉井重心较高，井周围没有土体对井约束定位，且砂下即为软弱土层，沉井处于最不稳定、最容易倾斜的最危险状态。此时的操作哪怕是稍有失衡，使沉井刃脚下所受的反力不均匀，沉井随时可能倾斜和移位。故垫层拆除是沉井下沉的第一步，也是最重要、最易出问题的一步，必须精心操作。4.6.2挖土方法及设备配备沉井采用不排水施工,一次下沉。井内取土先挖锅底，后掏刃脚。必须对称取土，均匀下沉，在下沉过程中要及时测量观察，若发现偏移，应采取措施，进行纠正，井内取土不得堆放在基坑周围。当沉井下沉至设计标高以上1.0m时,应适当减慢下沉速度,每天不大于0.5m,锅底开挖深度应减少,刃脚掏土应慎重,防止突沉和超沉事故发生。4.6.3沉井下沉时测量控制要求及质量标准沉井拆除垫层前,先在互相垂直的两个方向上放出井的竖直中心线,以控制井的垂直度;以刃脚底面为0标高,在中心线旁画出标高刻度,以随时显示沉井下沉深度。拆除垫层与初沉时，井的垂直度应跟踪测量，随时报告沉井倾斜数据，以指导挖土与沉井纠偏。当井下沉一定深度，嵌入土中开始正常下沉后，垂直度与下沉量监测每班应进行两次，并作好原始记录和及时通报给现场。沉井下沉误差要控制在垂直度1/100以内,刃脚标高差10cm以内,井身旋转及位移在10cm以内。4.6.4沉井下沉过程中的关键措施及注意事项（1）均匀对称开挖，使刃脚所受反力基本均匀，以保证井垂直下沉。初沉人工开挖时，可由井中心开始，由中心向四周对称挖；沉井周围地面附加荷载不得大于10Kpa,及时排除沉井及基坑中的明水。（2）对周围建筑物设立沉降观测点，在沉井过程中，应对其进行监控和观测，同时制定相应技术措施和安全措施，如水泥搅拌桩，拉森钢板桩围护等措施，确保周围建筑物的使用。（3）连续作业，一气呵成，沉井下沉宜连续作业。因中途停顿容易使下沉中挠动的土体结构恢复而发生井周土“抱紧”井壁，使下沉阻力增加的可能。下次重新挖土下沉时出现开始挖而不沉，继而突然下沉的不利情况。4.6.5下沉过程中可能出现的问题及相应措施（1）倾斜，这是沉井下沉中出现频率最高的问题。纠偏方法就是倾斜的相反方向井壁多挖土或在井壁外侧射水冲刷予以纠正，但在纠编过程中，要加强监测。另一方面，挖土下沉要对称、均匀开挖，尽量避免倾斜发生严格控制倾斜度1/150之内。（2）旋转，园沉井因土质不够均匀或受到切向力作用（如在切线方向安装梯子等）而发生旋转的情况时有发生，而沉井上的顶管进出洞口是事先留的，过多的旋转将直接影响顶管进出口的方向，故应避免。沉井旋转的处理方法是在下沉过程中施加一个与旋转方向相反的扭矩，如切向的牵引力。该力不需要很大就足以使已旋转的沉井转回来。（3）不沉，沉井内泥土已挖到刃脚以下而沉井不沉，则可能是地质情况的变化或刃脚遇到了障碍，应采取井顶压载增加下沉重量，井外壁注入膨润土泥浆或压缩空气减小下沉摩阻力等措施。（4）突沉，突沉是指沉井在瞬间突然下沉，如在几秒或几十秒下沉数十公分或更多。突沉往往发生在下沉中断后又重新开始挖土下沉或刃脚下遇到障碍物时，预防措施一是连续挖土下沉，二是刃脚遇到障碍物时，挖土要更强调均匀，且放慢挖土速度。采用井顶压载、井壁外注膨润土泥浆等措施时，要逐步实施，不可一次加载、注浆过多过猛。 4.7沉井封底沉井下沉就位后，需向外侧井壁周围灌注水泥砂浆，以使井壁与周围土体紧密结合，增加沉井稳定性，不至于在以后的施工中因井顶可能出现的负荷增加而下沉。4.7.1封底砼施工沉井沉至设计标高后应立即进行污水下混凝土封底施工，并在封底混凝土顶面预留。按标书要求布置。封底混凝土浇筑时应对称均匀。在封底混凝土达到设计强度前应保持井内外水位相等；以免封底混凝土承受水压，影响封底处理。封底砼达到设计强度后，才可进行井内抽水。4.7.2封底砼施工注意事项和技术措施（1）水下砼浇注过程中，以防水进入导管或导管因埋得过深而拔不动。（2）水下砼浇注必须连续作业，一气呵成，一次浇至设计标高，中途不得停顿。（3）水下砼配合比需精心配制，强度、塌落度及塌落度保持时间均需满足标书与规范规定。4.8沉井底板施工4.8.1有封底砼的沉井底板施工封底砼有一定强度后，抽干井内的水，应先将井壁与底板之间预留槽口以及底板与底部井字梁之间接触面凿毛。清除砼顶面的浮渣，凿除砼面受到泥水影响的砼，直至良好的、符合要求的砼面，凿出的封底砼顶面必须低于底板底标高。清洗干净后用贫灰砼按底板标高找平，再在其上绑扎钢筋、底板钢筋与底梁和井壁钢筋焊接牢固，浇注底板砼。4.8.2沉井底板施工注意事项：（1）与底板连接的井内壁处应留预埋钢筋，绑扎底板钢筋时将其凿出并与底板钢筋焊接。（2）与底板连接处的井内壁应凿毛处理，浇底板砼前应冲洗干净。4.91250检查井施工采用钢板桩围护,二级井点降水.开挖至管道后,凿除DN800管道,浇筑1250检查井。4.9.1基坑开挖现场先测量定出井位再开挖基坑，基坑底部应沿四周设置2%坡度排水沟凿除原路面（地面），挖除表层硬土，直至软土层顶面。4.9.2打设钢板桩围护打设钢板桩，同时沿钢板桩采用井点降水，考虑深度达10米左右，采用二级降水，降水时间到检查井达到设计强度为止。4.9.3检查井、底板施工边开挖，边架设钢板桩围令，到管道后凿除管道，根据设计要求，制作检查井。4.9.4检查井、施工注意事项和技术措施井点降水效果要好，确保开挖施工，井点尽量避免间歇和反复抽水，以减少地面沉降。钢板桩支护，结构要合理、牢固，确保安全。检查井施工过程中可能出现问题与处理方法与工作井接收井。4.10开挖施工顶管接收井与旧管道之间连接施工,采用二级井点降水大开挖进行埋管施工。5、顶管施工5.1顶管工艺选择本工程顶管管径为内径0.8m，单根最长度约188m，属小口径中长距离顶管，埋深较深地下水压力较高，顶管穿越的地层是软性粘土，顶管阻力较大，需考虑合适的切削方式和减阻措施，同时增加中继站，以减少阻力。针对本工程的特点，本工程顶管控制方式均采用遥控式，正常情况下管内不考虑施工人员进入，所有设备控制和操作均在后台中央控制室内操作，顶管掘进采用大刀盘切削的泥水平衡式顶管掘进机。由于本工程顶管穿越旧河道，顶进距离较长，洞门穿墙止水采用水密封圈的穿墙止水装置，设计止水装置最高能承爱0.5Mpa压力。顶管施工工艺及设备布置5.2顶管施工顶管准备顶管掘进机就位泥浆房吊机进场顶进设备进场导轨拼装后座顶板安装后座千斤顶安装井内其它设备安装机头调试拆除闷板后座顶进工具头进行试运转安装出泥系统测 量压 浆出 泥管段顶进钢管焊接中继千斤顶安装顶管掘进机穿墙顶管掘进机推进钢管段拼装轴线高程控制网拌 浆配电间供 电钢管验收中继泵站安装管道导入接收井吊出掘进机加入中继间管内设备转移泥水系统接收井封墙拆除临时止水接收简易导轨辅设竣工测量清理接收井穿墙止水安装5.2.1顶管施工流程图设备转移 5.2.2顶管现场平面布置及工作井布置1、顶管现场平面布置沿工作井边侧设8m宽临时道路，现场布置16t汽车吊一辆负责管材及顶铁吊运和井内、地面的吊装工作，现场内另设临时堆场，供砼管及半成品、周转材料等堆放，顶管现场考虑一定砼管的贮存量。工作井后侧布置顶进控制室，自动控制台、通讯中央控制均在顶进控制室内。场内布置单层砖砌房屋一幢，供现场办公、工具间、修理间。顶管头部泥水经排泥管道提升至地面泥浆池沉淀排放，泥浆池设在工作井边侧，容量500m3，考虑周转使用，由于顶管为三班连续作业施工，在现场四个角上安装碘钨灯各一座，供夜间照明。（1）供水现场供水采用低压泵取自旧通扬河，现场设10m3储水箱一只，供泥浆制备及顶管备用。（2）供电现场用电量约需120KVA，由现场配电间供电。（3）每个工作井设泥浆房1座，内布置拌浆设备1套，供顶管时压注减阻泥浆用。（4）泥浆池设置总容量为500m3的泥浆池1座，以满足顶管泥水之需，另设相同容量的废浆处理池1座，处理池内泥水经二次沉淀后，其中一部分经改良后重复采用，其余沉淀土砂挖掘运至弃土场。2、顶管工作井内布置工作井内沿顶管轴线方向安装刚性后座、主顶千斤顶、导轨、刚性顶铁、环形顶铁等设备，工作井周边设置下井扶梯一座供施工人员上下。井内二侧工作平台布置配电箱、电焊机、泥水旁通装置、后座主顶油泵车和顶铁堆放。管内测量起始平台，安装在主顶千斤顶之间的轴线上，独立与砼底板连接，与千斤顶支架分离，确保顶进时测量平台的稳定。工作井后面一侧沿井壁依次安装进泥、排泥管、压浆管、供电等管线。管内进、排泥管、压浆管、供电分别安装于钢管左右偏下侧，采用5050角钢支架固定。管内照明采用36伏低压照明灯，每8m布置1只。工作井内照明采用高压水银灯。施工期间在工作井内及管道内应配置足量的排水设备，以保证施工期间的管道安全。5.2.3 顶管机的机型及工作原理根据本工程特点顶管机采用遥控式泥水平衡顶管机，工具为外径1020mm，内径980mm，壁厚20mm。1、工作原理该机型为泥水输送顶管机，用泥水平衡的技术手段来稳定开挖面的土体，它适合本工程，具有控制精度高、强度低、施工效率高、施工安全和经济效益好的实用前景。所谓泥水输送顶管机是以在机械切削式顶管机前部的刀盘附近安装隔板，形成泥水压力室，将加压的泥水送入泥水压力室，以谋求开挖面的稳定，同时将旋转刀盘切削下来的土砂以泥水形式用流体输送方式输送到地面为特征的顶管工法。在地面调整槽中，将泥水调整到合适地层地质状态后有泥水输送泵经管路送到开挖面泥水压力室，泥水在稳定开挖面的同时，将刀盘切削下来的土砂作成浓泥浆，再由排泥泵经管路送到地面。被输送到地面的泥水，根据土砂颗粒的直径，通过一次分离和二次沉淀分离设备将土砂分离。分离后的水，经调整槽进行再处理后，使其成为优质泥水，再次经泥水流量计、管道循环到开挖面。排出的土砂量由排泥流量计测定装置进行测定，由此来推测开挖面情况。对于顶管设备以及一系列系统装置必须进行综合管理。泥水输送顶管工法是最适宜于用在开挖面难以稳定，滞水砂层，含水量高的松软粘土层,泥岩以及带小颗粒砾石隧道及上方有水体的场合。其优点如下：优点：在不稳定的地层中当开挖面受阻时，由于采用泥水平衡，能使开挖面保持土体稳定，确保工程施工安全。在水位以下的管道，能够在正常大气压下施工（无需气压）。不会发生类似气压顶管那样的跑气喷发危险。对于气压顶管无法施工的滞水砂层、含水量高的粘土层,泥岩及含小颗粒砾石，泥水输送顶管都能进行施工，其适应范围较广。因用管路排泥，故井下作业环境较好，作业人员安全性较高。可以分离出适合弃土场地和运输方式的含水率土砂。泥水输送顶管工法适合在下列场合掘进管道：在江、河、海、湖泊及运河等水体下的地层中建造管道。滞水砂、 滞水砾石层、泥岩及其它松散地层。高水压层和高承压水层。泥水输送顶管工法的最大特点之一，是该工法在稳定开挖面的同时，把顶管顶进，土体切削，土砂输送，分离砂土，处理砾石，顶管设备运输状况及开挖面状态等各方面的作业情况作为一体进行综合管理，为了便于说明现将其分成以下几个系统加以简单论述：顶进系统（机头、中继顶、主顶进）、综合管理系统、泥水加压、循环系统、泥水分离处理系统、砾石处理系统。以上所作的这些系统划分，只是相对的，由于各个系统都有着密切的关联，所以可能在以后各部分的叙述中会有许多重复。 顶进系统包括泥水输送顶管机工具管（包括使其运转的动力设 备），中继顶进装置及主顶进装置。在具有旋转刀盘的机械掘削式顶管机前段内安装隔仓板，将循环的泥水充填前部泥水压力室。旋转刀盘的形式有两大方式：即周边支承方式和中心支承方式。本次采用周边支承方式，工具管为二段一铰式，刀盘支护开挖面，电动机通过行星减速机驱动小齿轮带动周边支承刀盘及刀架，隔仓板前的部分为泥水压力室。所有设备按0.7Mpa设计计算，适应深覆土顶管隧道施工。采用集散控制原理，体现指挥权集中，控制权分散的原则。2、主要性能和技术参数（1）主要性能适用地层：含水量高的满足在软弱粘性土、硬质粘性土、松散砂质土、密实砂质土、泥岩中施工。覆土深度：40m 顶进速度：060mm/min轴向顶力：800kN 开挖方式：大刀盘切削出土方式：水力输送 工具管机头总功率：N32Kw工具管外形尺寸：10203300mm （2）主要技术参数工具管刀盘额定扭矩：60kN-m 转速2.2r/min 驱动电机功率：11kw2纠偏装置 千斤顶数量：4台 最大压力：32Mpa 最大推力：500kN 纠偏行程：60mm 最大纠偏角度：2中继顶进装置电机 型号：Y160M-4 功率：10kW 转速： n=1450r/min油泵 型号：25SCY14-1B 工作压力：31.5Mpa 流量：25L/min主顶油缸 形式：双行程等推力 数量：2台 行程：4000mm 最大推力（单台）：2000kN 顶进速度：60mm/min 额定推力：8000kN最大油压：25MPa 3、泥水平衡顶管机总体构造本机的整套设备主要由顶管机工具管（又称主机）、中继顶装置、主顶装置、泥水平衡系统和泥水处理系统等五大部分组成。工具管（主机）工具管为二段一铰的钢筋结构圆筒，圆筒分为前段壳体和后段壳体两节，工具管分别由前段壳体、后段壳体、滑动部位密封、纠偏装置及千斤顶、大刀盘、刀架、泥水压力室、刀盘驱动装置（中心轴、齿轮减速装置、驱动电机等）、刀盘密封、以及泥水管路、液压系统、刀盘润滑系统等主要构件和配套件组合而成。工具壳体：由前段壳体和后段壳体等主要焊接件连接而成。首先，工具管前段壳体是泥水压力室、刀盘驱动装置、纠偏装置的支承体；其次，前段壳体和刀盘间有很高的密封要求，同时要承受0.7Mpa以上的泥水压力，因此该部件的焊接及金属加工的要求很高，焊缝均需有探伤等严格检验措施。刀盘驱动装置：由刀盘、刀架、泥水压力室、刀盘轴承、土砂密封装置、小齿轮、大齿轮、动力装置等主要部件组成。刀盘与刀架刀盘由面板、周边切削刀、进土槽、刀盘盘体、副刀组成，刀架由刀架体、剪块、主刀等组成。机械切削式顶管机中的面板，在通过泥水加压的同时，支护开挖面是它的重要机能，因此面板开口的宽度、形状及大小等至少能满足除掉砾石和障碍物，并要有良好的耐磨性和耐腐蚀性，面板上采用耐磨焊材作网状堆焊。刀盘上采用二钟刀齿，其中撕裂刀是采用专门用于对付泥岩的，另一种是割刀，刀齿在母材上焊接超硬合金钢的材料，要求母材耐磨性能高，焊接性能好，刀齿材料为进口的硬质合金，为让刀头能左右旋转时同时使用，刀头安装成左右对称型，即安装在刀架的两侧，以满足使用。泥水压力室：泥水压力室的设计按0.5Mpa计算，可承受高水压层和高承压水层，并且在中间开有可进行清理的气密门，以处理在施工中可能碰到的突发事故。刀盘轴承：采用叁排滚柱推力轴承，可承受很大的径向和轴向力。刀盘密封：采用土砂密封，在齿间注入油脂，以防止泥水的渗漏，并可承受高达0.5Mpa压力。动力装置：采用两台11kW的电动机带动行星减速机，通过小齿轮直接驱动刀盘，减少油马达驱动时需要的动力泵站，降低了能量损耗，提高功效。纠偏装置：采用4台油缸分成4组，成45度布置，达到对称轴线进行纠偏的目的。中间顶进装置：中间顶进装置在顶管施工过程中，主要是为中间接力所用。中间顶装置分外壳、内壳两部分，顶进油缸沿圆周均匀分布在钢壳的内壁上。自备液压动力泵站供中间接力油缸的伸缩油缸推出的行程设有行程检测仪，电信号反馈到控制中心。油缸顶到头和缩到底都有行程限位开关显示并与下一节中间环或后顶进顺序动作。中间环推进机头向前挺进中间环收缩后顶进推进，这样往复完成一各顶程。底座设有两付轨道：外侧轨道作为顶进行驶使用，内侧轨道作为顶管机主机、中继顶进装置、管节的承载及导向之用。底座分别设有10只垂直支撑和12只水平支撑，通过旋转螺杆，垂直支撑可以调整底座高度，调整后需在底座下面垫实型钢或浇注混凝土；水平支撑调整底座平面位置，水平支撑与井壁撑实后，可防止底座的水平位移。垂直支撑和水平支撑分别安装在各自的支撑座上。为了便于运输，支撑座做成拆卸式，只要打入定位销和紧固螺栓之后，支撑座便可安装于底座上。主顶油缸由2只油缸组成，呈对称分布，采用分体式结构，支座固定。工作行程为2000mm。钢后靠主要承受顶进时的反力，并通过后靠上的木板，将反力均匀地传递井壁。后靠底部装有一副活络底脚，运输时可拆卸，到现场再装配。后靠的受力区域设有加强筋，安装时尽可能对准油缸尾部。泥水系统：泥水系统包括泥水输送（平衡）系统和泥水处理系统两大部分。泥水输送（平衡）系统：该系统具有两大功能：一是通过加压的泥水来平衡开挖面的土体，二是将刀盘切削下来的土体在泥水压力室中混合通过泵经泥水管路输送到地面。该系统采用一台送泥泵，二台渣浆泵（其中一台接力），控制顶管机在顶进、停止及旁路时泥水排放，泥浆的输送，其调节由土压传感器通过变频自动控制渣浆泵完成。同时还设有手动操纵控制。泥水处理系统：该系统的主要功能是通过泥水处理设备，将多余的泥水进行分离、排渣。并将泥水的比重和粘度等指标调整到比较合适的值，通过送泥泵将其送回到顶管机中重复使用。该处理系统主要采用泥水分离装置、泥水沉淀池和水处理再生池。电气系统：电器系统分为控制系统和监控系统系统控制：整个系统由顶管机电气系统（包括机头、中继顶、主顶进）、泥水输送电气系统、泥水处理电气系统三大部分组成。顶管机电气系统的控制包括机头控制、顶进控制、泥水压力平衡控制和姿态控制（纠偏）。机头控制和姿态控制为单动控制，有联锁功能，顶进控制分单动和连动两个状态；连动控制时，又可分为顺序控制和编组顺序控制。监控系统：系统监控体现指挥权集中，控制权分散对顶管机和泥水输送系统进行监控，并通过一台数据采集管理计算机组成一个完整的监控系统。主要由一台主PLC控制器和一台图象操作终端机组成主机，并分若干监控的远程终端。管理计算机有多个画面供选择，能系统反映全部施工参数；管理、计算机具有全汉字处理功能，所有画面、报表能实现汉字显示；有数据显示功能、数据保存功能、数据采集、数据处理功能和数据设定功能。整个系统采用图象操作终端机（触摸屏）操作，操作方便、直观。5.2.4顶进系统工作井主顶装置采用西德生产的动作油缸两只，该油缸行程2000mm，顶力2000KN/只，油压25MPa，后座千斤顶总顶力可达4000KN，两只油缸有其独立的油路控制系统，可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。5.2.5组合密封中继间与自动控制系统（1）组合密封中继间本工程中继间采用我司自行研制并获得专利技术的组合式密封中继间，其主要特点是密封装置可调节、可组合、可在常压下对磨损的密封圈进行调换，从而攻克了在高水头、复杂地质条件下由于中继间密封圈的磨损而造成中继间的磨损而造成中继间渗漏的技术难题，满足了各种复杂地质条件下和高水头压力下的超长距离顶管的工艺要求。（2）中继间布置本工程中顶管较长管道共布置1道中继间，每道中继间安装12只250KN油缸，合计顶力3000KN，中继间设计允许转角1，中继间可通过经向调节螺旋丝自由调节，在圆角方向可以根据需要局部或整体调节，具有良好止水性能，每道中继环安装一套行程传感器及限位开关与DK-20自动控制台相连。由于本工程第一道中继间布置于离头部50m。 中继间布置计算掘进机正面阻力NN=N机头的迎面阻力D1顶管掘进机外径Pt机头底部以上1/3D1处的被动土压力（KN/m2）Pt=r（H+2/3D）tg（45+）r土的天然重度（kg/m3)土的内摩擦角（度）H管顶土层厚度（m）根据地质资料，顶管穿越土层为亚粘土r取18.6，内摩擦角26.6经计算：迎面阻力N=961.51KN每米管壁摩阻力：F=DfF管壁每延长米摩阻力（KN）D管壁外径（m）f管壁单位摩阻力，经泥浆减阻后取取10KN/m2经计算：F=Df=44KN/m中继间布置L=（KP-N）/FK顶力系数，取0.8P中继环设计顶力（KN）N机头迎面阻力（KN）F每米管壁摩阻力（KN/m）L=（0.8P-N）/F=59.97m，取55m5.2.6泥水系统泥水系统包括泥水输送（平衡）系统和泥水处理系统两大部分。（1）泥水输送（平衡）系统：该系统具有两大功能，一是通过加压的泥水来平衡开挖面的土体，二是将刀盘切削下来的土体在泥水压力室中混合通过泵经泥水管路输送到地面。该系统采用一台送泥泵，二台渣浆泵（其中一台接力），控制顶管机在顶进、停止及旁路时泥水排放，泥浆的输送，其调节由土压传感器通过变频自动控制渣浆泵完成，同时还设有手动操纵控制。（2）泥水处理系统：该系统的主要功能是通过泥水处理设备，将多余的泥水进行分离、排渣，并将泥水的比重和粘度等指标调整到比较合适的值，通过送泥泵将其送回到顶管机中重复使用。主要采用泥水分离装置、泥水沉淀池和水处理再生池。5.2.7泥浆系统（1）泥浆减阻用泥浆减阻是长距离顶管减少摩阻力的重要环节之一。在顶管施工过程中，如果注入的润滑泥浆能在管子的外围形成一个比较完整的浆套，则其减摩效果将是十分令人满意的，一般情况摩阻力减至35kN/m2。本工程采用顶管掘进机尾部同步注浆和后面管道补浆两种方式进行减阻。每3节设置1只注桨管。补浆孔按90设置。每道补浆环有独立的阀门控制。润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土，纯碱、CMC、物理性能指标：比重1.051.08g/cm3，粘度3040s，泥皮厚35mm。（2）注浆设备和注浆顺序符合物理性能要求的润滑泥浆用BW-200压浆泵通过总管、支管、球阀、管节上的预备注浆孔压到管子与外管土体之间。注浆顺序：地面拌浆启动压浆管总管阀门打开管节阀门打开送浆（顶进开始）管节阀门关闭（停止顶进）总管阀门关闭井内快速接头拆开下管节接总管循环复始。5.2.8供电系统配电间安装主受电柜1只，分别输入3只配电屏，经三路分送至各用电部门，第一路主要供办公室、工具间及现场照明，第二路供后座油泵车、井内电焊机等设备用电，第三路供管内设备用电主要为顶管掘进机，中继环及管内照明，管内用三相五芯50mm2电缆双拼供电。5.2.9通讯：工业电视监视系统1）管内通讯与工作面现场通讯采用HE系列自动电话总机，用机械拔盘式电话机互相联系。电话设置在空压机房、压浆棚；各工种间、中控室、办公室、掘进机、每道中继环、工作井内。2）配备2只低照度摄像头，一只安装于掘进机处，监测掘进机情况；一只安装于工作井内，监测主千斤顶的动作，监视器安装中央控制室，以利技术人员正确5.2.10测量系统（1）平面控制网的建立地面上按业主、设计院提供的井位轴线控制桩定位。采用T2经纬仪测量。工作井、接收井施工结束后，按工作井穿墙孔与接收井接收孔的实际坐标测量放线，定出管道顶进轴线并将轴线投放到工作井测量平台上和井壁上。在工作井四周建立测量控制网，并定期进行复核各控制点。投放顶管测量始测点和2个后视点，始测点设在顶管后座专用测量平台上，后视点设于穿墙孔上部的井壁上，定期互相校核。（2）管道轴向测量施工管道轴向测量采用高精度激光经纬仪进行测量，测量主要用导线测量法，测量平台设在顶管后座处。测量光靶安装在掘进机尾部，测量时激光经纬仪直接测量机头尾部的测量光靶的位置，并根据机头内的倾斜仪计算机头实际状态。（3）顶管水准测量水准仪测量精度由于顶进距离长而略有降低，传统方法用联通管测量，由于水经过一定时间沉淀会分解出气体引起测量误差，为进一步提高管道水准测量精度，本工程水准测量采用硅油微压差计测量系统。在工作井地面设置硅油箱和标准压力传感器，根据测定硅油标准箱和掘进机头部前端装置内的硅油压力差，通过数据电缆与中央控制室内PC联接，计算出在水准方向上偏离顶进基线的偏差量。5.3管道闭水试验管道顶完后对整段管道进行闭水试验。5.4 顶管施工技术质量保证措施5.4.1洞口加固及顶管掘进穿墙措施顶进前所有顶进设备及顶管掘进机必须全部安装就位，设备需试运试，闷板拆除后，马上将顶管掘进机顶进工作井衬墙，随即马上安装止水装置，穿墙止水采用新型高水压穿墙止水装置，考虑到本工程顶管距离较长，穿墙止水装置的密封圈与管壁磨擦频繁，为防止顶管后期密封圈损坏，本工程采用可更换工作止水密封圈的穿墙止水装置，穿墙止水装置并能承受的最大的水压力为0.5Mpa，为防止初始出洞阶段由于正面水土压力大于掘进机和管壁周围的水土压力，而使掘进机及管段在拼装时发生后退现象，在前4050m顶进时，每次拼装管之前将已顶进的部分与井壁预埋件进行连接，直至不发生后退为止。顶管接收井进洞措施：在顶管掘进机接近洞口3050m时，作一次全面的轴线和高程复核，确认无误后，在接收井内做好接收井做好接收的一切准备工件，包括接收平台搭设，工具头顶进到井壁后，停止压浆，拆除接收井封门，顶管掘进机穿进井墙开始上接收架，马上采取临时止水措施，并继续顶进，待完全上架后按设计对进洞段采取永久性止水封堵措施。5.4.2施工参数控制措施（1）初始顶进a、土压力设定实际土压力的设定值介于上限值与下限值之间，为了有效地控制轴线，初出洞时，宜将土压力值适当提高，同时加强动态管理，及时调整。b、顶进速度一般控制在10mm/min左右。c、出土量一般控制在95%左右。（2）正常顶进a、土压力设定结合实际施工经验，实际土压力的设定值应介于上限值与下限值之间。b、顶进速度一般情况下，顶进速度控制在2030mm/min，如遇正面障碍物，应控制在10mm/min以内。c、出土量严格控制出土量，防止超挖及欠挖，正常情况下出土量控制在理论出土量的98%100%。3、泥水处理系统的管理及控制要求（1）泥水的相对密度与管内泥水的流速有着密切关系，一般泥水的相对密度在1.101.20之间，如果流速太低，则容易沉淀下来，使管道造成堵塞，因此，泥水输送必须使其在管内的流速大于临界流速。（2）粘度这是另一个主要的控制目标，从颗粒的悬浮要求未看，要求泥水的粘度越高越好，根据泥水系统自造浆能力，随着推进距离的增加，泥浆越来越浓，粘度也是直线上升，但比重的增加并非说明泥浆质量提高，因此泥水粘度在软性泥土中顶进时宜控制在3550S左右。（3）析水量析水量在很大的程度与泥水的粘度有关，悬浮性好的泥浆就意味着析水量小，反之就大，泥水的析水量应小于5%，降低土颗粒和提高泥浆的粘度，是保证析水