滨江水厂污水管顶管施工方案

南京江宁滨江水厂输水管道、污水管道工程顶管部分施工方案一、 工程概述南京市江宁区滨江水厂工程位于南京市江宁区滨江经济技术开发区烈山河口，工程建设规模为90万m3/d，近期规模为45万m3/d，其中土建部分（包括取水头部和引水管）一次建成，设备分期安装。滨江水厂取水工程构筑物工程范围包括取水头部、引水管、取水泵房等取水工程的建筑、安装工程。二、 总体施工部署本工程共有顶管6处，每处长度从30m210m不等，顶管长度总计1240m，为双排DN2000型钢管，全线计划设置工作井7座，分别布置于各处顶管管道的上游位置，考虑到节约造价，可不设接收井，当顶管完成时，用挖掘机刨出下游管头即可，顶管顶进时，顶距在80m以下部分采用土压平衡法顶进施工，顶距在80m以上部分采用泥水平衡法顶进施工，由于地秀路处顶管顶距为210m，故在施工时应加设中继间一座。根据施工现场的施工条件以及具体的工程地质条件，选用泥水加压机械平衡顶管机工具头，采用大刀盘水力机械化顶进工具管，进行土体的切削，并能实现被切削土体的连续运输。为增加系统的顶进动力，拟另行配制适当数量的中继间。施工过程中，借助减阻泥浆的应用，减小推进阻力。在工作井中采用双管交叉顶进的方式进行顶管的施工。由于顶管部分的管道施工是制约整个工期的关键，故本公司将组织1个工作井施工班组和2个顶管施工班组，展开施工，计划用4个月的时间完成该部分施工任务。三、 工作井施工布置图四、 工作井施工流程测量定位 基坑开挖 素混凝土垫层浇筑 工作井放线 钢筋绑扎 套管安装 模板制安 混凝土浇筑拆除清理五、 顶管施工主要难点1、出洞段土体的稳定性控制难。顶管出洞初期，由于土性参数与顶管机工作参数的对应关系尚未精确确立，需借鉴同类工程的施工经验和一段试推进，方能获得其内在规律，因而，顶管周围土体的稳定性控制难。2、大堤沉降控制要求较高。本顶管工程将先后两次穿越长江大堤，穿越过程中，需保证大堤本身隆起或沉降不得超过其允许范围。3、顶进断面大，顶进距离较长。本顶管工程的掘进断面直径达2420mm，属大断面顶管工程，且单根顶进长度达396m，属中长距离顶进，对于顶管动力配备、顶进过程的减阻要求高。六、 针对性措施1、对大堤进行适度的加固，控制大堤隆起或沉降变化。通过旋喷或注浆加固方式，注入适量的浆液，对大堤进行适度加固，将大堤的垂直位移变化控制在规定许可范围内；2、设置中继间，配备大直径千斤顶，保证推进动力满足大断面掘进要求；3、配制澎润土泥浆，减小顶管管节与周围地层间的顶进阻力。4、借助顶管施工多媒体监控与分析系统，及时分析、总结推进参数与地面沉降的变化规律，控制周围地层的稳定。5、对顶管机头实施精确切割，运用大吨位的起吊设备，实现顶管机头的水下整体起吊，完成沉管结构体与顶管结构体准确对接。七、 顶进施工方案两根顶管的管道直径DN2400，壁厚为22mm，呈平行布置，管道的中心标高为0.0m，管道的轴线中心间距为16.2m。顶管出洞处管中心标高为0.0m，终端为0.0m，顶进坡度无，两管水平平行顶进。顶管所穿越的土层为2-2淤泥质粉质粘土层。在顶管穿越长江大堤部分设置三道注浆止水环，止水环的注浆半径大于5.0m，厚度为3.0m，位置在大堤两侧。本工程拟采用两套泥水加压机械平衡顶管掘进机进行施工，双管同时顶进，平行推进。待两根顶管都到位以后，再进行工具头处的开挖，取出工具头。同时考虑到顶管顶进口径较大距离也较长，因此施工中采用触变泥浆和加设中继间接力顶进的施工措施，确保顶管施工的顺利进行。八、 顶管施工工作流程测量放样安装机架、后靠、主顶装置 安装泥水系统及辅助设施设备调试出洞顶管机顶进，吊放第一节管节顶进顶完一节管节，吊放下一节管节管节拼装，测量吊放中继顶继续顶进直至完成顶进至终点，管道清理，接头处理，拆除进排水泥浆管路及有关设备九、 顶管机型选择根据地质资料显示顶管所穿越的土层为2-3淤泥层，小部分位于41粉质粘土层。因此选择性能优良的顶管机是工程成败的关键，经公司总工室、工程部会同各有关方面论证，认为采用泥水加压机械平衡顶管机施工是较为合理的选择。1、泥水加压机械平衡顶管机工作原理泥水加压机械平衡顶管机设有可调整推力的浮动式大刀盘进行切削和支承土体。推力设定后，刀盘随土压力大小变化前后浮动，始终保持对土体的衡定支撑力，使土体保持稳定，即刀盘的推力与切削面的水土压力保持平衡。在机头土仓中加入有一定含泥量的泥水，保持一定的压力，一方面对切削面的水土压力起补充平衡作用，另一方面又能起到运载切削下来的泥土作用，加入土仓中的泥水压力，根据切削面的水土压力变化，通过旁通阀来调节。2、结构特点本机采用二段一铰承插式结构，在铰接处设置二道密封装置，并设有4只注浆孔，便于施工时同步注浆，泥浆套厚度20mm。有4只双作用油缸编组进行纠偏，纠偏角度=2。浮动的大刀盘由4台液压马达驱动，二段壳体之间设有止转装置，可防止壳体相对转动。设有3只土压传感器，显示正面土体压力值。顶管机的运转情况、各种仪表数值，激光测量信息、纠偏油缸动作状况均通过电视摄象机反映到操作台屏幕上，操作人员可以根据这些信息进行遥控操作。由于数据反映正确，操作调整及时，所以平衡精度高，能有效地控制地表沉降或隆起量。泥水由进水泵通过旁通阀输送到机头土仓内，再由安装在管节内的管道泵及工作井内的渣浆泵将土仓内的泥浆排放到地面上的沉淀池内，通过调整进水泵和排泥泵的流量来控制土仓内泥水压力。3、适用范围泥水加压机械平衡顶管机与其他顶管机相比，具有平衡效果好，结构复杂，技术先进，由于出土方式是用水力机械化连续出土，所以顶进速度快，对土质的适应性强。无论是粘性土还是砂性土，均能收到良好的效果。4、顶管机主要技术参数外径：D=2420mm长度：L=3700mm重量：Q=320KN灵敏度：e=1.1刀盘转矩：T额=283KN-m(P额=18Mpa) Tmax=372KN-m(P max=23.5 Mpa)刀盘转速：n=0.81.62r/min纠偏行程：s=55mm纠偏推力：F=1350KN4(P23Mpa)纠偏力矩：T=3870KN-m纠偏角度：=25、主顶装置主顶进装置由底架、油缸组、顶进环、钢后靠及液压动力站等组成，是顶管施工的重要组成部分。A底架主要承载顶管机、中继顶、管节之用，底架为拼装式钢结构件，可根据不同系列顶管工程组装而成。底架设置8只微型千斤顶，每只起重量50KN，可以调整底架高度达到施工要求；底架前端和两侧设置10只水平支撑，能将底架与井壁撑实，防止底架移位。底架上部设置内外两付轨道，左右对称分布，内轨道作顶管机、中继顶、管节的承载之用，外轨道则为顶进环行走之用。B油缸组油缸分两组，按设计顶力配置4只油缸，并用可分式结构的支座固定，左右对称分布，并用连接梁连成一体。油缸组可以根据不同系列的顶管工程任意组合，与拼装式底架组合使用，可实现一机多用，吊装及运输方便，具有很强的经济性和实用性。C顶进环由顶环和顶座组成，顶环用螺栓固定在顶座上，顶座底部设置4只滚轮，放于外侧轨道上可往复运行。顶进时顶环伸入管节尾部，起对中及导向作用，并传递油缸的顶力，使管节受力均布。D钢后靠主要承受油缸顶进时的反力，并将其均匀地传递到工作井钢筋砼井壁上，避免井壁因受力不匀而碎裂。钢后靠的受力区域设有加强筋，应尽可能与主顶进油缸对准。钢后靠安装时应与顶进轴线保持垂直，与井壁留有约10cm空隙，并用素砼充填捣实。E主顶装置液压系统根据设计要求工作井的容许顶力为8000KN。本工程装备顶力为8000KN。选用双作用双冲程等推力油缸4只，每只油缸最大推力为2000KN，施工时主顶额定顶力不大于4800KN。避免因顶力过大使工作井位移确保工作井安全。油缸行程S=3500mm，钢管管节长度为5400mm，因此在施工中可以连续顶进，只要配制一块顶铁，提高工效，减轻劳动强度。液压泵站选用25SCY14-1B和10SCY14-1B手动变量轴向柱塞油泵各一台组合而成，分别配备Y160L-6和Y132M-6型电机。通过变频调速可自动改变油泵的流量，根据顶进时工况要求及时控制主顶油缸的顶速。F主顶装置技术参数油缸尺寸：DdL=DN325DN2802700mm油缸数量：4只 油缸行程：S=3500mm装备顶力：Fmax=8000kN(Pmax=31.5Mpa)额定顶力：F额4800KN(P额20Mpa)顶进速度：V=080mm/min十、 中继间配置本工程两根顶管长度为396.5m，顶进阻力在各土层中不同，考虑到长距离顶管的特殊性，经过计算并结合以往类似工程的施工经验，每根顶管各设置3个中继间。分布位置暂定如下，并根据施工中的实际情况作必要的调整。中继间的布置如下表：（不计入中继间本身长度）中继间编号#1顶管（长396.5m）#2顶管（长396.5m）离顶管机尾部距离（m）间隔距离（m）离顶管机尾部距离（m）间隔距离（m）1#90902#2101202101203#310100310100余下86.586.5十一、 施工准备1、熟悉图纸，由项经部负责人组织进行详细图纸及技术交底，严格按照施工方案施工。2、作好顶进设备进场前的维修保养工作，确保进场设备的完好率为100%；并预备充足的备品备件。3、作好顶管顶进前的管子供应计划，确保顶进过程中管材的供应与顶进速度相匹配；4、作好工作井内部及工作井上部的平面布置工作；5、主要解决好顶进过程中的供电问题，井内设置二路电缆（一路动力，一路照明）。6、 井下操作人员应各岗位分开配置。每一岗位应配备多人。十二、 顶进设备安装（1）把地面上的测量控制网络引放至工作井内，并建立相应的地面控制点，便于顶进施工时进行复测。（2）工作井内测量放样，精确测放出顶进轴线。（3）安装顶进后靠，顶进后靠即在封堵墙上布置一块22mm厚钢板，钢板平面应垂直于顶进轴线。（4）安装主顶装置和导轨。先将它们大致固定，然后在测量的监视下，精确调整它们的位置，直至满足要求为止，随即将它们固定牢靠。（5）工作井内的平面布置。搭建井内工作平台、安装配电箱、主顶动力箱，控制台等，敷设各种电缆、管线、油路等。井内平面布置要求布局合理，保证安全。（6）地面辅助设备的安装及平面布置。辅助设备主要有拌浆系统、供电系统等安装及调试，此外还有管节堆场、安全护栏等设施的布置。（7） 地面辅助工作及井内安装结束后，吊放顶管机，接通电气、泥水、监控、液压等系统，进行出洞前的总调试。十三、 顶管出洞及顶进1、 出洞时的技术措施（1）为防止掘进机出洞时产生叩头现象，可以采用延伸导轨，并尽量向井外延伸。（2）工作井外侧采用钢板桩制作钢封门，当工具管接近钢封门10cm时，停止推进，依次从一侧向另一侧拔除钢板桩。同时，在推进前利用外侧降水设备对井外土体进行降水，降水提前3天进行预抽。（3）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。（4）顶管出洞时需对洞外周边土体及构建筑物进行沉降监测，以便及时掌握顶管穿越土层时对地面沉降的影响。（5）循泵房洞封门采用外封门加砖墙内封门形式。外封门用13根22#槽钢，与循泵房一起下沉到位，槽钢之间采用防水处理。井与循泵房上部用连接板固定，防止下沉时位移。2、 顶管机出洞（1）在测量人员的配合下，安装洞门密封装置，使其与井内预留洞口保持同心，并用螺栓与预留洞法兰固定。（2）依次拔除槽钢。（3）顶管机继续顶进，至千斤顶行程伸足。（4）在顶管机尾部烧焊限位块，防止主顶缩回时，顶管机在正面土体作用下退回。（5）缩回主顶油缸，吊放过渡管。（6）割除限位块，继续顶进。3、 顶进施工出洞阶段结束后，即可进行正常的顶进施工，正常排放管的顶进是用大刀盘泥水加压机械平衡顶管机施工，开挖面的土体经刀盘切削后，进入泥水仓，高压水由进水泵通过旁通阀进入泥水仓内，并由旁通阀调节泥水压力，再由排泥泵及管路将泥水仓内的泥浆接力输送到地面沉淀池。顶管顶进施工，其土压值的设定和排土量的控制是控制地表沉降的关键，土压值的设定应根据施工地质状况、地下水位、管道埋深等因素初步设定，并根据施工实际情况和地表沉降的实测结果随时进行调整。一节管节顶进结束后，缩回主顶油缸，拆除洞口处的管线，吊放下一节管节，然后连通管线，继续顶进。顶进施工期间，管道内动力、照明、控制电缆的接头要安全可靠。管道内的各种管线应分门别类地布置，并固定好，防止松动滑落。在顶管机和中继顶处应放置应急照明灯具，保证断电或停电时管道内的工作人员能顺利撤出。4、 管节接口和防腐DN2400mm钢顶管管壁厚度为22mm，钢管管节由甲方供应，这里负责钢管管节的现场对接焊接和接头防腐。管节的分节长度为5400mm。管节进场以后首先进行验收表面质量的检查主要包括：A、表面形状(1) 钢管表面无斑疤、裂纹、严重锈蚀等缺陷。(2) 焊缝切口可用机械或氧气、乙炔切割而成，切完后应清除边缘的金属毛刺、残渣、溅斑、熔瘤、和不平处，机械加工边缘不应使钢材发生裂缝、飞刺和缺棱。B、几何尺寸(1) 圆度误差：钢管的椭圆度不得超过0.01DN，端部不得超过0.005DN。(2) 直径误差：钢管的直径误差允许为0.001DN，相邻两节管口直径之差不得超过4mm。(3) 管口断面垂直误差：小于1.5mm。C、钢管的焊接(1) 焊条采用与母材相匹配的焊条，焊条涂料应均匀坚固，无裂纹，未受潮湿侵损。在焊接时焊条应均匀熔化，无飞散现象。在焊缝上，填缝金属的组织应呈颗粒状，外表呈整齐鱼鳞状，不含砂眼、窝穴、气眼及焊渣，并符合验收规范，焊条应有出厂检验合格证及工地试验合格证。(2) 焊接方式为手工电弧焊。(3) 钢管焊接前，应清除焊接处的涂料、铁锈、油污、积水、泥土等杂物。(4) 钢管焊接前先做好整形、修口等工作。(5) 钢管对接应使内壁对齐，错口偏差小于2mm。(6) 钢管焊接应采用双面焊，坡口为60。，纯边为2mm,间隙小于3mm。(7) 钢管焊接时纵向焊缝应错开布置，其间距大于500mm，同时纵向焊缝不得设在管道水平直径和垂直直径的四个端点处。管段的纵向焊缝应根据实际供应的钢板长度决定，并尽可能减少。(8) 管壁上各种开孔位置不允许布置在焊缝通过处。D、管端防腐修补钢管在制作时已作防腐处理，为方便焊接，管端留有约100mm部位未作防腐，在顶管施工时，每相邻两节钢管完成焊接后，经检验合格后再对接口外防腐按要求进行防腐修补施工，管节焊缝内防腐待整根管道顶进结束后，管道内清除干净后再进行内防腐的修补施工。5、 顶管测量及轴线控制A、轴线测量方法为了使顶进轴线和设计轴线相吻合，在顶进过程中，要经常对顶进轴线进行测量。在正常情况下，每顶进一节管节测量一次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。顶管出洞后，利用J2激光经纬仪置于顶进轴线上，跟踪顶管机内光靶测尺，顶进时，施工人员随即可以直观地看出顶管机偏差情况及趋势方向，测量人员不必占用顶进时间测量轴线偏差。高程偏差测量采用水准接站测量，测得顶管机中心标高，再与设计高程比较，即可算出高程偏差值。另外，指示轴线在顶进工程中，必须利用定期进行复测，以保证整个顶进轴线的一致性。B、顶进中顶管机前进趋势的测定为了能较好地解决测量用时问题，一方面通过尽可能减少接站数，转站处利用特殊发光源作为目标，在利用放大倍率较大的瑞士T2经纬仪观测；另一方面测定顶管机前进趋势，同样能达到减少测量时间的目的。顶进中施工人员对顶管机的纠偏，需要及时了解顶管机走势，如果轴线偏差较小，且走势较好(沿设计方位)，有时就可省去不必要的轴线偏差测量，提供更多的顶进时间，如轴线偏差较小但顶管机前进趋势背离设计轴线方向，施工人员也能够及时进行有效的纠偏，使顶管机不致偏离较大。可见掌握了顶管机的走势好处是显而易见，为此我们设置了顶管机前进趋势测量及计算方法。通过观察顶管机的行进趋势来指导纠偏。C、实用纠偏技术在施工过程中，要根据测量报表绘制顶进轴线的单值控制图，直接反映顶进轴线的偏差情况，使操作人员及时了解纠偏的方向，保证顶管机处于良好的工作状态。在实际顶进中，顶进轴线和设计轴线经常发生偏差，因此要采取纠偏措施，减小顶进轴线和设计轴线间的偏差值，使之尽量趋于一致。顶进轴线发生偏差时，通过调节纠偏千斤顶的伸缩量，使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置。在施工过程中，应贯彻“勤测、勤纠、缓纠”的原则，不能剧烈纠偏，以免对管节和顶进施工造成不利影响。本工程测量所用的仪器有全站仪、激光经纬仪和高精度的水准仪。顶管机内设有坡度板和光靶，坡度板用于读取顶管机的坡度和转角，光靶用于激光经纬仪进行轴线的跟踪测量。D、止转措施由于采用大刀盘泥水加压平衡顶管机施工，不可避免会引起顶管机旋转，继而带动管节旋转，影响施工，可以设置止转板将相邻管节串连起来，留有适当的间隙。同时在顶进工程中通过大刀盘的反向旋转以在特殊管二侧备置平衡块克服管节的旋转。6、 减阻泥浆的应用1）、在顶进施工中，减阻泥浆的应用是减小顶进阻力的重要措施。顶进时通过顶管机铰接处及管节上预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道四周外围形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力。泥浆套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。为了做好压浆工作，在顶管机的铰接处均匀地布置了4只压浆孔，顶进时及时进行跟踪注浆。管节上设有4只压浆孔，呈90o环向交叉布置。压浆总管用2”白铁管，每隔6m装一只三通，再用压浆软管接至压浆孔处。顶进时要及时有效地跟踪压浆和补压浆，确保形成完整有效的泥浆套。减阻泥浆的性能要稳定，施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结，既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。顶进施工前要做泥浆配合比试验，找出适合于施工的最佳泥浆配合比。减阻泥浆的拌制要严格按操作规程进行。催化剂、化学添加剂等要搅拌均匀，使之均匀地化开，膨润土加入后要充分搅拌，使其充分水化。泥浆拌好后，应放置一定的时间才能使用。压浆是通过储浆池处的压浆泵将泥浆压至管道内的总管，然后经由压浆孔压至管壁外。在压浆泵、顶管机等处装有压力表，便于观察、控制和调整压力。在顶进施工中，减阻泥浆的用量主要取决于管道周围的空隙的大小及周围土层的特性，由于泥浆的流失及地下水等的作用，泥浆的实际用量要比理论用量大得多，一般可达到理论值的45倍，但在施工中还要根据土质情况、顶进状况、地面沉降的要求等做适当的调整。减阻泥浆有关技术参数地表沉降控制要求不高的顶程视粘度失水量泥并PH值比重动切力静切力胶体率状态Mpa.sM1mmg/cm3papa%16828.51.0911.719100略稠泥浆配合比：(每m3泥浆)膨润土水纯碱CMC130kg870kg4.5kg4kg地表沉降控制要求高的顶程(穿越大堤)视粘度失水量泥并PH值比重动切力静切力胶体率状态Mpa.sM1mmg/cm3papa%548.528.51.1130.653.1100厚稠泥浆配合比：(每m3泥浆)膨润土水纯碱CMC150kg850kg6kg5.4kg十四、 穿越大堤技术措施1沿线设置沉降观测点，同时设几道横断面观察点，每天二次观测地表沉降量，将数据及时反馈施工人员，以便根据沉降量，调整顶进参数。2顶进的前50m作为试验段，采集尽可能详尽的数据，掌握在当地土层中顶进的适宜的顶进参数，同时控制好轴线，为以后顶进创造一个良好的导向。3穿越大堤时，应严格控制正面土压力，将土压力控制在尽可能小的范围内，保证出土量与顶进量相匹配。同时尽量少做纠偏动作，即使做纠偏动作，幅度也不宜过大。4顶管机穿越后，会存在一定的后期沉降，此时顶进仍在进行，必须不断进行定点补压浆，及时补充失水的泥浆，支护土体，直至顶进结束。补压浆的位置和压浆量均应根据沉降观测数据来确定。5顶进结束后，在大堤部位要及时进行泥浆固化，避免地面沉降危及大堤的安全。顶进施工中，必须严格执行以上各项措施，将顶管施工对环境的影响降低到最小程度。十五、 顶管施工突发事件预防由于本顶管工程所处土层在淤泥质粉质粘土层中，因此本工程在顶管施