机械顶管施工方案

DN1400mmDN1400mm 土压平衡机械顶管土压平衡机械顶管 施工方案施工方案 一 工程概况 本工程为全断面全沙层含地下水地质中机械顶管施工 采用 DN 1400mm 1 循 环 轴 线 控 制 偏差测量 机械顶管工艺流程图 设备转移 混凝土管顶进结束 混凝土管拼装 管道顶进 混凝土管进场验收 接口检验 顶进纠偏 管内出泥 掘进机穿墙 掘进机就位 顶进设备安装 施工准备 出泥准备 割开挡土板 后座千斤顶顶进 掘进机试运行 洞口止水装置安装 后座千斤顶安装 导轨安装 测量放样 后座顶板安装 全断面土压平衡顶管机顶管施工工艺 二 机械顶管施工工艺 机械顶管施工工艺框图 三 施工方案编制依据及顶管机选型 1 临潼工程设计图纸 2 工程所提供的地质情况 3 给水排水管道工程施工及验收规范 GB 50268 2008 4 顶管机选型 本工程由于一次顶进距离较长 且顶管管道主要处于主要穿越沙层 为确 保工程质量万无一失 确保绝对工程安全 我公司根据以往在该区域的施工经 2 验 决定采用土压平衡顶管掘进机 由于该机采用了先进的平衡原理 因此采 用该顶机除了安全可靠外 顶管施工对地面的影响降至最小 该型机原理图见 下图 DK 1400mm 土压平衡顶管机实物图 DK型土压平衡顶管掘进机 顶管机施工原理及主要特点 该机型的施工原理是在工具管机头设土仓 土仓中的土通过大螺旋出土机运出 通过 控制大螺旋机的出土量与顶进的进尺 确保土仓中的土压力在一定范围内波动 也就确保 了被开挖地层的沉降与隆起值在允许的范围内 另外 该机还在土仓中设有注浆嘴 可以 对土仓中的土体进行改良 以适应不同的地层 DK 2200mm 土压平衡顶管机原理图 3 四 施工方案 4 1 组织方案 本次施工有四处需要机械顶管施工 每处设置工作坑一个 接收坑一个 4 2 根据工作坑与接收坑位置全线采用注浆减阻顶进技术 4 3 顶管坑的用地范围为 40 平方米 70 平方米 接收坑用地范围为 30 平 方米 40 平方米 施工场地进行全面硬化 4 4 支护形式 矩形工作坑采用外侧为直径 0 3 米 净间距 0 2 米 梅花状布置两层旋喷 桩 深为较管道埋深深 3 米的旋喷桩配合内侧较管道埋深深 1 米的钢筋混凝土 护壁墙逆作法施工 内衬墙厚度 30cm 砼强度 C30 4 5 工作坑 交汇坑开挖施工方案 4 5 1 依据施工图纸提供的坐标点 用全站仪放出工作坑中 坑南 坑北 中线点 坑南 坑北距坑中 8m 在开挖的过程中对坑南 坑北两点进行保护 4 5 2 旋喷桩施工完成后 利用标准臂挖掘机进行开挖 开挖完成后 人 工进行刷坡 同时坑上进行钢筋制作 随即进行钢绑扎 在绑扎过程中保证搭 接长度不小于 35d 做到每一个绑扎点 绑扎紧固 绑扎完成后进行模板安装 在模板安装时 必须做到两块相临模板固定牢固 紧密 平整 以确保工作坑 护壁的平整度 接下来进行模板加固 该加固采用满堂红支架加固 此加固方 法能确保在浇注混凝土过程中减少模板的变形 以保证护壁墙面的平整度 加 固完成校正无误后 方可浇注混凝土 在养生 48h 后拆模成型 依次下挖深度 小于 3 米 每层护壁墙向内侧留台 5 8cm 便于砼施工 输土泵 龙门吊 4 4 6 工作坑的尺寸计算 工作坑采用旋喷桩配合钢筋混凝土护壁墙逆作法施工 工作坑的上口开挖 尺寸为 11 8 米 井底基础尺寸为 10 7 米 接收坑的尺寸为 8 7 米 井底基 础尺寸为 7 6 米 矩形工作坑的底部尺寸一般可按下式计算其宽度 B 与长 L B D1 2b 2C 式中 B 工作坑的底部开挖宽度 m D1 管外径 m 此工程管径为 D1400mm 故 D1 为 1500mm b 管两侧操作空间 m 一般为每侧 1 2 1 6m 此工程管 径为 D1400mm 故 b 约为 1600mm C 撑板厚度 m 一般采用 0 5m 混凝土护壁 L L1 L2 L3 L4 L5 式中 L 工作坑的底部开挖长度 m L1 管节长度 m 此工程管径为 D1400mm 故 L1 为 1700mm L2 顶管机长度 m 此工程管径为 D1400mm 故 L2 为 3400mm L3 出土工作间长度 m 此工程管径为 D1400mm 故 L3 为 3000mm L4 后背墙的厚度 m 此工程管径为 D1400mm 故 L4 为 500mm L5 稳管时 已顶进的管节留在导轨上的最小长度 m 一般 为 0 3m 0 6m 此工程管径为 D1400mm 故 L5 为 500mm 4 7 工作坑的基础 采用混凝土基础 浇筑宽度为全工作坑坑底 并在混凝土内部埋设重型钢 轨 重轨有足够的强度 能承受较大的荷载 四周设置集水槽 深度不小于 20cm 坡向集水坑 在工作坑东南角设置集水坑 深度不小于 1 0 米 并在集 水坑顶设置井篦 防止人员失足受伤 积水坑内安装 3 寸污水泵及泵管 以备 防汛 4 8 导轨安装 5 导轨安装是顶管施工中的一项重要工作 安装的准确与否直接影响管子的 顶进质量 因此导轨选用钢质材料制作 并应有足够的刚度 导轨设计采用重 型钢导轨 其安装要求如下 安装后导轨应该牢固 不得在使用中产生位移 并且要求俩导轨应顺直 平行 等高或略高于该处管道设计高程 其纵坡应与 管道设计坡度相一致 安装导轨时 应首先利用垂球和直尺确定导轨的间距和 平面位置 然后测出导轨各点的实际高程 并与设计高程相比较 确定导轨的 高程调整后进行安装 在混凝土基础上铆钉钢筋 将钢轨焊接在混凝土基础上 铆钉的钢筋上 再进行导轨混凝土浇注 其两重轨间的混凝土面必须留为弧形 确保管壁与两重轨间的弧形混凝土面相离 导轨的安装精度必须满足施工要求 其允许偏差为 轴线 3mm 顶面高程为 0 3mm 两轨间距为 2mm 两根钢轨的内距计算 A 2 R2 r2 式中 A 两导轨内距 mm R 管外半径 mm r 管内半径 mm 4 9 工作坑后背设置 后背加固采用后背钢板 以均匀传递千斤顶的反力至钢筋混凝土护壁墙 钢筋混凝土后背墙必须保证 500mm 厚 钢板与钢筋混凝土护壁墙紧密相贴 保 证后背体系的稳固 轴线 顶铁轴线和管道轴线相互平行 顶管工作坑必须配备起重设备 采用门式起重机 起重能力必须满足吊装 顶管机组 混凝土管和顶进设备的拆装要求 起重刚绳安全系数为 8 必须有 合格证 起重机操作有专人负责 严格执行操作规程 正式作业前应试吊 吊 离地面 10cm 左右时 检查重物的捆扎情况和制动性能 确认安全后方可起吊 起重机操作有专人负责 严格执行操作规程 4 10 管道的接口形式 顶管使用时的砼材须满足标准和设计要求 对管材材质更需要严格控制 绝对不能因一节管材受损而使整段顶管受影响 按照设计要求顶管采用球墨铸 铁管 DN1400 采用单胶圈 T 型接口 4 11 施工用电 由于 DN 1400 土压平衡顶管机的主要组成方面均是大功率电器设备 用电 6 量大 并且顶管是 24 小时连续作业 为满足顶管期间用电的连续性和稳定性 降低工作坑位置地下水位 本次顶管每两段需架设 315 变压器 1 台 并应设在 两段顶管距离的中央位置 4 12 工期安排 计划工期为平均每天顶进 5 5 6 米 4 13 机械 机具用量 序号设备名称型号 产地 出厂日期 配置 数量 设备 状况 备 注 1 挖掘机320C 美国卡特 1 良好 2 土压平衡顶管 机 DN1400 镇江煤矿机械厂 1 良好 3 门式起重机西安重型机械厂 1 良好 4 平地机850 哈尔滨德莱赛 1 良好 5 装载机ZL50F 山工集团 1 良好 6 振动压路机150D 徐工集团 1 良好 9 洒水车SC4460JY 青岛专用汽车厂 1 良好 10 斯太尔运输车ZZ3322BM294K 青岛专用汽车厂 13 良好 11 汽车吊QY 20 徐工集团 1 良好 12 汽车吊QY 70 徐工集团 1 良好 13 砼运输车MR45 T 上海华东建筑厂 4 良好 14 发电机组300GF3 1 上海柴油发电机厂 1 良好 15 蛙式打夯机HW 60 西安 2 良好 16 插入式振动器ZG50 上海华东建筑厂 4 良好 17 钢筋切断机GQ40 1 上海华东建筑厂 2 良好 18 钢筋弯曲机GTBT 40 上海华东建筑厂 2 良好 19 钢筋调直机GT4 14 上海华东建筑厂 2 良好 7 20 交流电焊机BX 315 LHF 400 西安 3 2 良好 21 破碎锤220LC V 大宇烟台有限公司 1 良好 22 旋挖钻机200 型 钻杆为 D300mm 1 良好 23 潜水泵3 寸 扬程 30 米 45 良好 4 14 现场电力需要 1 备用 300KW 发电机组 1 台 2 下设 315 变压器 1 台 4 15 人员安排 劳务方配合人员 25 人 坑 4 16 降水及排水事宜 1 沿线距离管道中线 5 米处 间隔 25 米 设置 1 座 D600mm 降水井 两侧设置 每座降水井深度为 20 米 管道沿线一侧设置临时排水管道 长度以沿线管道总 长及至排水口为度 管径为 D600mm 管材为砼管 在每座降水井处设置集水井 0 7 0 7 高出地面 0 5 米 2 顶管坑四个角设置降水井 4 座 深度为 25 米 坑内设置 2 个集水坑 1 5 1 5 深 2 米 3 顶管坑内设置临时排水管道 长度为排出顶管坑场地为宜 管材为砼管 管 径为 D600mm 在每座降水井处设置集水井 0 7 0 7 高出地面 0 5 米 4 沿线架设三相五线制电源 每座降水井处设置水泵抽水自动控制电箱 5 每座降水井内安装 3 寸高扬程潜水泵 1 台 并配置泵管 五 质量保证措施 根据提供地质资料反映 本工程为砂石层加地下水的特殊地质特点 在施工 过程中除强化管理 确保质量保证体系正常运行外 针对具体工序 技术上也采 取了相应的防范措施 使工程质量有一个充分的保证 1 建立健全质量保证体系 严格按照施工程序和监理程序认真操作 2 严把材料质量关 并做好各项试验检测工作 对每节管的质量严格把关 所 有施工人员必须持证上岗 特殊工种作业人员必须严格执行该工种的作业程序 及有关规定 3 施工人员建立质量责任制 实行严格考核 8 4 进场时由测量人员仔细校核水准点 并按照相关规范建立施工控制网 对放 置工作坑内的水准点 中线点进行保护 严格按照设计控制 5 架设导轨时严格控制中线 高程 坡度 保证误差在3mm内 6 对施工作业人员进行技术交底 管道顶进过程中 应遵循 勤测量 勤纠偏 微纠偏 的原则 控制第一根管端头的方向和姿态 并应根据测量结果分析偏 差产生的原因和发展趋势 确定纠偏的措施 7 钢筋砼管接口应保证橡胶圈正确就位 管与管之间的衬板应粘接牢固 塞缝 应密实饱满 8 顶管过程中认真做好记录 其中应涵盖以下内容 工作坑号 长度 顶进长 度 管节编号 首节管子轴线 高程 趋势 顶进压力情况等 9 质量验收 1 主控项目 1 管节及附件等工程材料的产品质量符合国家有关标准的规定和设计要求 检查方法 检查产品质量合格证明书 各项性能检验报告 检查产品制造原 材料质量保证资料 检查产品进场验收记录 2 接口橡胶圈安装位置正确 无位移 脱落现象 3 无压管道的管底坡度无明显反坡现象 4 管道接口端部应无破损 顶裂现象 接口处无滴漏 检查方法 逐节观察 2 一般项目 1 管道内应线性平顺 无突变现象 一般缺陷部位 应修补密实 表面 光洁 管道无明显渗水和水珠现象 2 管道与工作井 进洞口的间隙连接牢固 洞口无渗水 3 内有防腐层的钢筋混凝土管 防腐层应完整 附着紧密 4 管道内应清洁 无杂物 油污 5 顶管施工贯通后管道的允许偏差应符合以下 直线顶管水平轴线允许偏差 50mm 直线顶管管内底高程允许偏差为 40mm 50mm 邻管错口球墨铸铁管 15 壁厚 且小于等于 20mm 9 六 安全保证措施 6 1 1 建立健全安全生产管理制度 落实安全责任制 根据国家及我公司有关安全生产政策 法规 条例和标准 结合工程项目 经理部实际情况 制定项目经理部和安全生产管理制度 1 树立 安全第一 的思想 要生产必须要安全 以安全促生产 项目 部成立以项目经理为首的安全领导小组 配备专职安全员 负责全面安全管理工作 施工队配备安全员 有组织 有领导的开展安全 管理工作 2 建立安全生产监控网络图 3 项目经理部实行安全生产三组管理 即 一级管理由项目经理负责 二级管理由施工队长负责 三级管理由工程项目各作业班组长负责 建立各岗位人员安全生产责任制 明确安全责任 做到纵向到底 横向到边 各自做好本岗位的安全工作 实行安全奖罚制度 4 坚持特殊工种的持证上岗制度 杜绝无证上岗操作行为 5 实行逐级安全技术交底 项目经理部安全员对安全措施的执行情况进 行监督检查 并作好记录 6 安全部门编制安全技术措施 对采用的新技术 新工艺 新材料 新结 构 新设备要认真编制安全技术操作规程 7 对施工机械要加强维修与保养 严格选用符合技术和安全 规定的施工机具 并坚持安全挂牌制 8 作好安全宣传工作 施工现场设立安全生产标志 标语 提醒随时注意 安全生产 各种安全设施 设备 标志不得擅自拆动 6 1 2 加强施工现场安全教育与培训 1 安全教育与思想教育相结合 提高操作者的安全意识和自保互保能力 牢固树立 安全高于一切 的思想 2 实行 三工制 加强工前教育 工中检查 工后讲解 积极开展各项 安全活动 3 对各工种要及时进行安全操作规程教育 作好岗前安全培训 4 特种作业人员必须进行专门培训 考核合格 持证上岗 6 1 3 认真执行检查制度 10 项目经理部保证检查制度的落实 规定定期检查日期 参加检查人员 项目经理部安全检查每周进行一次 施工作业队每天进行一次 对特殊施工部位 特殊设备 施工危险性大 采取新工艺以及节假日前后 要进行非定期检查 七 监测措施 7 1 因本段施工穿越几处路 管道结构层上方 3 米属于全沙层 为防止路面 下沉 顶进过程中严格保证 DN1400 顶管机的前仓压力 控制前方不出现塌方或空 洞现象 若出现出土量突然增多情况 停止顶进 组织相关人员召开专题讨论 会议 采取有效措施处理完后继续顶进 7 2 在管外壁注入一定量的触变泥浆 使管外壁的土层形成坚固的土拱 有 效的保护了沿线道路的地基 7 3 在顶进的过程中严格防止中途不必要的停工 7 4 1沿管道中线两侧设置监测点 定期和不定期的对监测点进行测量监护 观测沿线的地面沉降量 7 4 2工作坑监护措施 1 顶管工作坑负责施工员监督工作坑是否符合安全规定 2 工作坑监护的主要项目为 顶管工作坑开挖过程是否存在超挖 是否按照方案进行 工作坑边的沉降及位移 以及支护的位移 后背墙的稳定性 裂痕 3 监测的频率一天一次 由施工员在 施工日志 中记录 在雨天中 增加检查次数 4 检查中发现异常情况 及时报告项目部负责人 由相关人员决定采取 何种应急技术措施来消除隐患 7 4 3 沿线路面监护措施 在顶管线位确定后 距管道中线 10 米外两侧各布设高程监测点 1 个 进行 顶进前 顶进中 顶进后对路面监测测量 当沉降量超过 20mm 时 采取以下的 技术方案进行补救 1 如发现异常情况 及时对路面的过往车辆进行管制 把损失降到最低 2 如局部出现下沉现象 在该处进行钻机钻孔注入一定量的水泥浆或砂 使 11 下沉现象得到控制 从而有效的保护现状道路 3 地面沉降控制保护措施 A 地面沉降控制保护措施 1 本顶管掘进机是采用土压平衡 可以先计算出各顶管段的开挖中心处 的主动土压力和被动土压力 然后将掘进机的土压力设定在此主动土压力和被 动土压力之间 2 在刀盘切削搅拌的同时 主顶和中继间徐徐推进 土仓内的土压力便 会徐徐升高 当土压力升到大于控制土压力 P 时 把螺旋输送机打开 一部分 土被螺旋输送机排出 只要把推进速度调节到与螺旋输送机排土量相符 则可 保持土压力为恒值 3 但在实际推进过程中 不可能完全处于上述理想状态 如推进速度快 于排土速度 我们就推推停停 保持向前推进 反之 则可将螺旋输送机开开 停停 无论出现哪种情况 都必须使土仓内的土压力保持在控制土压 P 20KPa 的范围内 这就能保证土压平衡 如果土仓内的土压力小于主动土压力 路面 将产生沉降 反之 路面将隆起 因此 控制土压力的设置和土仓内土压力的 保持是关键 B 建筑物沉降控制及保护措施 在推进过程中 引起建筑物沉降的主要原因 是推进土压控制不稳定和管 道内漏水 造成顶进区域内土体沉降 为防止类似的情况发生 必须做到以下 几个方面 1 地面监测 优化掘进机参数 在掘进机的轴线上方 每隔 2M 设一个沉降控制监测点 在顶进时精心组织 地表监测 通过测得地表沉降数据与掘进机机内主要参数 包括推进速度 设 置刀盘土压力值 进行比较 从而优化掘进机参数指导以后的推进施工 控制 地表沉降 也就是控制建筑物沉降的措施 2 注 液态 触壁泥浆护壁稳定措施 A 在顶进过程中 要连续对管周外均匀注浆 不得间断 并要充填满管周 外的孔隙 B 顶进结束后 根据需要对管线穿过建筑物或公用管线段 用水泥浆进行 置换 控制地面建筑物不沉降或将沉降控制在最小范围内 12 3 先方案 后施工 对沿途重要建 构 筑物可能有影响的 在开始顶进前 在有效范围内经 细致调查研究后 针对性的采用可靠加固方案进行保护 4 顶管进 出洞安全及洞口防水密封措施 1 在开通预留孔砼墙时 要注意凿除顺序 操作人员站立位置等 以防 砼墙突然倒坍 要有专人监护观察 2 刚顶进时管子要防止反弹 因刚顶进管子还没有一定距离和摩阻力 很容易被洞外泥土压力挤出 因此在顶进到位收泵时 要注意观察反弹现象 如有反弹停止收泵 采取止回措施 方可收泵 止回办法可以是在主顶油泵缩 回之前 用手拉葫芦将最后一节管道节拉住不让其后退 也可用柱子把管道顶 住 不让其后退 3 为防止工作井洞口处泥水压力过大涌入工作井内以及处理洞口砖墙时 人员的安全 除了在工作井预留孔处安装橡胶止水圈外 在洞口外侧施打高压 旋喷桩 打开洞口砖封门以后 将工具管推进至旋喷桩处时 减慢推进速度 利用掘进机大刀盘缓慢切削旋喷桩 计算好推进距离 待磨穿全部旋喷桩以后 才能正常推进 4 为防止工具管出洞以后发生 磕 头现象 可以在底部安装延伸导轨 导轨与预留洞口钢筋连接 宽度与井内导轨一致 5 当工具管推进完毕 安放第一节管时 应将工具管与导轨焊接牢固 防止主顶缩回以后 由于正面土压力的影响使工具管弹回 5 顶进异常情况处理及应急措施 本工程在顶管施工时可能遇到一些意外情况 如土质突然变化 发生涌水 现象 遇到障碍物等 必须采取有效的措施来处理 1 土质突变硬 土质突然变硬 说明刀盘可能遇到铁板砂等 它会造成刀盘转矩变大 这 可以通过操作台上刀盘电机的电流来判断 此时则向土仓内加入水或泥浆 掘 进机上设有加泥孔 其目的就是用来加泥的 2 土质突变软 土质突然间变软 最大的问题是可能会造成机头突然沉降 为了防止土的 承载力急剧下降 出洞时已把第一至第六节管子及工具头都联成了一个整体 13 以增加它们的刚性 从而可避免机头突然沉陷 3 刀盘前有障碍物 顶进过程中如遇到障碍物时 可以在机头前进行注浆固结土体 然后将机 头上人孔打开进行清除 同时为保证机头前方土体塌落伤及人员 可用气泵向 机头外空间压入空气 在顶管施工过程中 如果出现异常的偏差趋势 必须在第一时间内就停下 来 分析原因 找出对策再继续顶进 切不可盲目行动 操作人员必须严格遵 守这样一条规定 无论何种情况 发现顶进异常一律停下来 并且及时向技术 负责人如实汇报情况 以便分析原因 找准对策 八 安全生产措施 1 安全目标 严格按照JCJ59 99标准执行 在施工过程中按安全生产的各项技术和要 求对工作坑进行开挖 每道工序开工前 施工人员应针对工序进行全方位危险 源识别 针对识别出危险源向施工员 作业人员进行针对性安全交底 并在施 工中监督执行 杜绝违章指挥 违章作业 坚持安全生产与施工生产的四同步 严格按照安全施工要求进行全封闭围挡工作坑 围挡材料采用50钢管焊接 固定 围挡分3层 顶层高度为1 2米 高度其余二层平均分配 立柱水平间距 3米 下部与护壁墙钢筋焊接并浇筑砼30cm 并对围挡上下工作坑扶梯进行涂 刷黑黄警示漆 2 工作坑 1 工作坑开挖前应按照安全技术交底要求了解地下管线 人防等构筑 物的情况 按要求坑深 掌握管线 构筑物的具体位置 作业中应避开管线 构筑物 在现状电力 通信电缆2m范围内和现状燃气 热力 给排水等管道 1m范围内开挖工作坑时 必须在主管单位人员的监护下采取人工开挖 2 工作坑应分层开挖并及时分层支护 支撑前必须检查坑壁土体的稳定 性 确认安全 3 门式起重机操作规程及注意事项 3 1 门式起重机路基和轨道的铺设应符合出厂规定 轨道接地电阻不应大于 4 14 3 2 使用电缆的门式起重机 应设有电缆卷筒 配电箱应设置在轨道中部 3 3 用滑线供电的起重机 应在滑线两端标有鲜明的颜色 滑线应设置防护栏杆 3 4 轨道应平直 鱼尾板连接螺栓应无松动 轨道和起重机运行范围内应无障碍 物 门式起重机应松开夹轨器 3 5 门式起重机作业前的重点检查项目应符合下列要求 1 机械结构外观正常 各连接件无松动 2 钢丝绳外表情况良好 绳卡牢固 3 各安全限位装置齐全完好 3 6 操作室内应垫木板或绝缘板 接通电源后应采用试电笔测试金属结构部分 确认无漏电方可上机 上 下操纵室应使用专用扶梯 3 7 作业前 应进行空载运转 在确认各机构运转正常 制动可靠 各限位开关灵 敏有效后 方可作业 操作人员必须持证上岗 3 8 开动前 应先发出音响信号示意 重物提升和下降操作应平稳匀速 在提升大 件时不得用快速 并应拴拉绳防止摆动 3 9 吊运易燃 易爆 有害等危险品时 应经安全主管部门批准 并应有相应的 安全措施 3 10 重物的吊运路线严禁从人上方通过 亦不得从设备上面通过 空车行走时 吊钩应离地面 2m 以上 3 11 吊起重物后应慢速行驶 行驶中不得突然变速或倒退 3 12 起重机行走时 两侧驱动轮应同步 发现偏移应停止作业 调整好后方可继 续使用 3 13 操作人员由操纵室进入桥架或进行保养检修时 应有自动断电联锁装置或 事先切断电源 3 14 露天作业的门式起重机 当遇六级及以上大风时 应停止作业 并锁紧夹轨