崇明原水穿越河道顶管施工方案

1、崇明原水输水系统一期工程1标穿越河道段顶管施工方案上海市第一市政工程有限公司崇明岛原水输水系统一期工程1标项目经理部2013年8月18一工程概况1.工程概况崇明岛原水输水系统一期工程1标段管线工程，自崇明大堤内坡脚线处接东风西沙原水输水泵站出站管，一路沿崇明大堤北侧、庙港西侧敷设2根DN600管道至新建崇西水厂止；另一路沿崇明大堤北侧、庙港西侧和环岛引河（南河）南侧敷设1根DN1400管道至城桥镇鼓浪屿路东侧（桩号0+0.00至16+279.49）。本工程管线主要采用开槽埋管施工，穿越障碍处采用顶管，全线段共有顶管14处，顶管井22座。建设单位：上海崇明水务建设管理有限公司设计单位：上海水利工

2、程设计研究院监理单位：上海宏波工程咨询管理有限公司施工单位：上海城建公路桥梁（集团）有限公司根据前期现场勘探成果报告，本工程有多段顶管穿越河道及两侧防汛堤，具体情况如下表所示：序号顶程管径（mm）顶距（m）管中心标高（m）管顶覆土厚度（m）穿越河道范围1J02J01DN1400163.27-3.802.68.51庙港2J04J03DN1400424.27-3.807.257.30桥鼻港3J05J06DN1400217.43-3.806.226.94鹗鹄港路、鹗鹄港4J09J10DN1400272.56-3.807.047.82鸽笼港5J12J11DN1400319.92-3.807.127.4

3、0环岛引河支流6J14J13DN1400387.920.62.703.43环岛引河支流7J15J16DN1400184.05-3.807.318.02三沙洪8J18J17DN1400275.860.63.183.40环岛引河支流 庙港 桥鼻港 鹗鹄港 三沙洪2.地质条件本工程地质土层主要包括：1-2素填土、1-1粘质粉土、3-1a灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土、3-1b灰色砂质粉土、3-2b灰色砂质粉土夹薄层淤泥质粉质粘土、3-3灰色粉砂、灰色淤泥质粘土、1灰色粘土。二施工部署1.施工总体部署根据本标段的特点，结合以往类似工作施工经验，严格按照施工组织设计的要求可续施工，全面负责本工程的组织、指

4、挥及协调、管理、监督工作。为确保施工质量和进度，对主要工序进行专业化分工作业，成立3个施工机组，同时进行顶管施工，确保施工进度。2.施工管理机构针对该工程施工特点及难点，项目部选派有类似工程经验的骨干力量参与施工和管理，全面负责协调工程质量、进度、安全及文明施工等工作。项目部的工作水准直接关系到工程管理的成败，其人员的构成应当精干，具有较强的事业心、责任感和独立工作能力。公司将委派参与类似工程的主要人员，组成项目管理部，详见项目经理部组织机构图。项目经理项目总工项目副经理综合办公室技术质量组顶管作业班组材料与设备组计划经营组安全文明施工组工程组项目经理项目总工项目副经理安全文明施工组综合办公室

5、技术质量组材料与设备组计划经营组工程组拖拉管作业班组3.施工管理目标通过认真学习崇明岛原水输水系统一期工程1标的招标文件、有关设计图纸资料以及现场踏勘，在分析了各种影响施工的因素和本工程的特点、难点后，我们有充分的信心，保证以高质量、如期完成本工程招标文件规定的穿越鼓浪屿路段顶管施工的任务。（1）进度目标 为不影响顶管段河流通航，本工程8段穿越河道处采用顶管施工，施工起止日期：2013年8月20日2013年12月30日（2）质量目标确保工程质量达到备案制验收要求，确保一次验收合格。（3）安全文明施工目标确保无重大安全责任事故，并达到区级文明工地的标准和要求。加强对施工工地渣土垃圾的管理，落实外

6、出车辆的清洁措施，工程竣工验收确保“场地清、无渣土垃圾”。三顶管施工方案及技术措施1.顶管施工总体安排（1）顶管设备选型结合顶管穿越土质及根据我公司多年在上海地区施工的经验，决定采用对沉降控制较好、顶速较快的泥水加压平衡顶管机进行施工。泥水加压平衡顶管掘进机，采用泥水出土方式。其特点如下: 适用土质范围广，软土、粘土、砂土、砂砾土、硬土均可适用； 破碎能力强，破碎粒径大，个数多； 具有独立注水、注浆系统； 顶进速度快； 施工精度高，上、下、左、右纠偏，最大纠偏角度达3.5； 采用地面集中控制系统，安全、直观、方便。图5.4-01 泥水加压平衡顶管机结构示意图图5.4-02 顶管施工现场总体布置

7、断面图（2）主顶进设备主要参数主顶进系统共有8只2000kN双冲程等推力油缸，行程3500，总推力16000kN，8只双冲程油缸组装在油缸架内，安装后的8只油缸中心位置必须与设计图一致，以使顶进受力点和后座受力都保持良好状态。安装后的油缸中心误差应小于5mm。主顶液压动力机组由二台大流量斜轴式轴向柱塞泵供油，采用大通径的电磁阀和系统管路，减小系统阻尼，8只油缸可以单动，亦可联动。主顶装置技术参数： 油缸尺寸：DdL=DN325DN2802655mm； 油缸数量：8只； 油缸行程：S=3500mm； 装备顶力：Fmax=16000kN(Pmax=31.5Mpa)； 额定顶力：F额8000KN(P

8、额=21.6Mpa)； 顶进速度：V=080mm/min。2.顶管施工流程图5.4-03 顶管施工工艺流程图（1）泥水压力值设定、总推力估算本工程9个顶程。泥水舱内压力大于地下水压力，泥水舱泥水向地层空隙渗透，在泥水舱、泥水于土层之间形成泥膜，且泥水舱压力托住土层，使切削面稳定不塌陷。PPW+P式中：P表示泥水舱管道基准面泥浆压力； PW表示相对于管道基准面地下水压力； P表示泥水舱建立高于地下水压力，一般设为20kPa；管底基准面标高：H1=-4.5m；地下水位标高水位：H2=3.2m；地下水位相对管底基准面水头:HW=H1+H2=7.7m；地下水位相对管底压力：PWHW水=7.7m9.8K

9、N/m3=75.46kPa；泥水舱压力：PPW+P=75.46kPa +20kPa=95.46kPa；施工时要随时测地下水位，当地下水位提高时，要按上式公式及时调整泥水舱泥水压力。对泥水舱压力控制在顶管机泥舱设有压力传感器。（2）总顶力值估算掘进机迎面阻力F0 =D2Pmax=3.14/4(1.42m)295.46kPa=151.1kN；管道与土层之间的摩阻力F1 =fDL=71.42424.27=13242.15kN；总顶力F=F0+F1=151.1+13242.15=13393.25kN。（3）顶力控制顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效方法是注浆。我们设想在管外壁

10、与土层之间形成一条完整的环状的泥浆润滑套，变原来的干摩擦状态为液体摩擦状态。这样就可以大大地减少顶进阻力。要达到这一目的，就必须严格执行顶管注浆操作规程，由专人操作，质量员检查严格把好质量关。施工中应考虑现场实际情况，实际布置中继间的数量和里程要在试验段根据注浆效果和顶程阻力计算确定。3.顶管推进施工方案（1）顶进主要参数在顶管机顶进中，泥浆的压力、浓度对保持挖掘面的稳定性起着关键作用。泥浆浓度根据土质变化及时调整。泥水舱泥浆压力取决与地下水、土压力，施工过程及时测得数据，确定泥水压力，使泥水舱压力始终大于水压力。1）顶进速度为保证管外触变泥浆套的形成和有3cm厚触变泥浆（3cm厚触变泥浆主要

11、为纠偏考虑）。暂定机头顶进速度，如要加大顶进速度，在保证泥水舱泥压的条件下，要先加大泥浆流量，再计算顶进速度，否则排泥管会堵塞。2）泥水压力A、泥水压力值P的选定：P值应能与地层土压力和静水压力相抗衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，则P一般控制在P=P020(Kpa)，并在地层顶进过程中根据地质和埋深情况以及采取的相应技术措施进行反馈和调整优化。B、地表沉降与开挖面保持平衡稳定关系以及相应措施对策。表5.4-03 地表沉降与开挖面保持平衡稳定关系以及相应措施对策表地表沉降信息表工作面状态P与P0关系措施与对策备注下沉超过基准值工作面塌陷与失水PmaxP0减少P值C、泥水压力P的保持

12、主要通过维持开挖土量与排泥量的平衡来实现。可通过设定顶进速度、调整排泥量或设定排泥量、调整顶进速度两条途径来达到。3）泥浆管理泥浆管理就是对泥浆质量的控制，即对泥浆四大要素的调整。四大要素为：最大颗粒粒径、粒径分布、泥浆水密度和泥浆水压力。泥浆控制除保持开挖面稳定外，对泥浆稳定、泥浆中土粒保持也很重要。随着粘土矿物质组成和氯离子浓度的不同，泥浆物理特性有很大的不同。因此，使用前先进行泥浆试验，了解其主要特性，根据管理标准值进行控制以保持适当泥浆压力。（2）顶进施工工序1）顶进启动刀盘系统：启动输泥管和排泥管泵，泥路循环，自控系统调整管路压力，压力达到设定压力并稳定。机头顶进：工作井顶进千斤顶设

13、定顶进正常速度，再计算机控制下，千斤顶以正常速度顶进。同时，流量计测量流量，通过PLC调整工作井变频泵，使排泥管流量保持在正常值，压力计测量压力，通过PLC系统，控制在电动阀的开启度，保持泥水舱压力。2）下管时的操作程序关闭电动阀，保持泥水舱压力，打开冲洗排泥管路；机头刀盘停转；待排泥管路冲洗干净后，停止输泥泵、排泥泵；关闭触变泥浆、输泥管、油管、排泥管阀门。拆除工作井管接口各种管线、电缆、管内应急灯工作。（3）泥浆减阻措施对于长距离顶管施工中，减阻泥浆的应用是减小顶进阻力的重要措施。因此，我施工单位采用我公司特制的触变泥浆材料，减阻效果非常小。泥浆润滑减摩剂又称触变泥浆，是由滑材、高分子聚凝

14、剂、氧化镁和水按一定比例配方组成。不同的土质，应采用不同的配方，才能满足不同的需要，由于顶进施工中，减阻泥浆的用量主要取决于管道周围空隙的大小及周围土层特性，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。根据规范，使用减阻泥浆后，管壁的侧向摩阻力为35Kpa，经过计算，本工程顶进施工时管壁的侧向摩阻力远小于上述值，泥浆的减阻效果十分明显，为顶进施工的顺利进行创造了有利的条件。（4）轴线控制及纠偏措施在实际顶进中，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

15、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。顶进时应及时掌握工具管的走势，顶进时可以通过观察工具管的趋势指导纠偏。测量采用0.5级全站仪测量控制网，顶进方向由激光导向仪提供，过程中使用全站仪导向，每200m使用精密陀螺仪纠偏。当顶管离轴线时应进行纠偏，纠偏应符合以下规定：1）勤测勤纠：每顶进一节距离测量一次工具管的姿态偏差，并及时进行纠偏；2）每次纠偏角度不宜过大，并缓慢地调整纠偏，纠偏角度可根据管径大小和顶进长度以及土质情况确定

16、，一般可在510之间选择；3）纠偏必须在顶进中进行，严禁在停止顶进时纠偏；4）管道偏差测量每顶进500mm宜不少于1次，在纠偏阶段宜不少于2次；5）应不间断地分析管道顶进中偏移轨迹的变化，确定合理的纠偏幅度；6）严格控制纠偏油泵的压力，不得使油泵压力升的过快。（5）顶管通信及监控顶管顶进必须保证信息交换渠道的畅通，同时对施工操作人员要进行监护，防止发生安全事故，因此需要设置通讯、监控系统。通讯采用数字程控交换机，各联络点之间可以通过电话联系，由于管道内空气潮湿，应使用防潮、防爆的矿用电话机，以保证通话质量。监控采用了两台监视器，分别对工具管操作面和主顶操纵台进行监控。这样地面人员能及时了解施工

17、情况，发生问题可以及时解决。为了解决传输信号长距离输送衰减的问题，将信号通过放大器放大后再送上地面，保证图像的清晰。（6）钢管组对、焊接与防腐施工本工程中顶管采用钢管，钢管及管配件由钢管制造厂制造。钢管焊缝质量等级为二级。工厂制作管道及配件所有焊缝均进行20%（按长度计，每条直缝至少分成2处检验，环缝至少分成4处检验）X射线检测。施工现场拼焊管环缝在外观质量检查合格后，再按20%（按焊缝长度计，每条焊缝至少分成上下左右4处检验）进行超声波检测。焊接及防腐处理应采取可靠的技术保证措施。4.测量方案（1）测量工作基本原则1）严格执行测量规范，必须遵循“从整体到局部”、“先控制后碎部”、“高精度控制

18、低精度”的方法，减少误差的累积，保证测量精度。即首先在施工现场上，以原勘探设计阶段所建立的测图控制网为基础，建立统一的施工控制网，然后根据施工控制网来测设建（构）筑物的轴线，再根据轴线测设建筑物的细部。施工控制网不仅是施工放样的依据，也是变形观测以及将来扩建改造的依据。2）必须严格审核测量原始数据的准确性，坚持测量放线与计算工作同步校核的工作方法。（2）测量开始前准备工作1）学习设计文件和相应的技术标准，掌握设计要求；2）办理桩点交接手续，桩点包括：各种基准点、基准线的数据及依据、精度等级，并进行现场踏勘、复核；3）根据施工精度、施工方案，编制工程测量方案，确定在利用原设计网基础上加密或重新布

19、设控制网，补充施工需要的水准点、控制桩；4）对测量仪器、设备、工具等进行符合性检查，确认符合要求。严禁使用未经计量鉴定或超过鉴定有效期的仪器、设备、工具。（3）平面控制测量首先按照业主提供的测量成果书及交桩书，采用徕卡TC2003（0.5级1mm+1PPm）全站仪及徕卡精密NA2+GPM3水准仪（0.3mm/km）对本标段的平面控制点及高程控制点进行综合技术性复核，经计算机严密平差后，确定其成果的精度是否符合测量规范的要求，并将复测的成果报请监理确认，监理复测确认后将其成果作为今后施工测量和复核的重要起始依据。平面控制网测设采用导线测量法，便于控制点的使用和保存。根据管道沿线便道情况，布设首级

20、控制网。控制点之间应边上应尽量大致相等。为了确保工程控制网的稳定性、点位精度和网形的通视条件，必须根据施工条件，结合地形特点，合理选择加密控制点的位置。控制点标桩采用2m长钢管打入地下，地面上留200mm，上焊铁板并嵌入铜心和螺帽，标桩外砌500mm高砖墙，中间浇捣素混凝土至控制点面，在砖墙上加盖以防止垃圾等杂物进入。（4）高程控制测量施工场地高程控制网的要求：水准点的密度应尽可能使得在施工放样时，安置一次仪器即可测设所需要的高程点；在施工期间，高程点的位置应保持稳定。1）基本水准点基本水准点是施工场地高程的首级控制点，可用来检核其他水准点高程是否有变动，其位置应设在不受施工影响、无震动、便于

21、施测和能永久保存的地方，并埋设永久性标志。2）施工水准点在施工过程中要自始至终确保控制点位精度，为了保证高程测量的可靠性和高程测量的精度要求，加密控制点必须依照业主提供的高程基准点进行联测。为保证现场临时水准点的相对精度，根据业主或测绘单位提供的永久水准点为依据，使用水准仪沿闭合水准线路按三等水准测量的技术要求观测，闭合差不应大于12（mm），其中L为线路长度（km）。四顶管穿越河道专项措施1.质量控制技术措施（1）沉降分析顶管施工过程中，对其自身的周围土体将产生扰动，使土体本身的强度发生变化和土体产生位移，波及顶管管道上方构筑物。顶管引起地层移动的因素主要有：顶管掘进机开挖面引起的土体变化；

22、掘进机纠偏引起的土体变化；掘进机后面管道外周因注浆填充引起的土体变化；管道在顶进中与地层摩擦而引起的地层变化；管道接缝泥水流失而引起的地层变化。（2）施工技术措施A、对顶管设备进行特殊处理 对顶管机头进行特殊处理，顶管掘进机外壳准备仿瓷涂料，以减少机头带土损失。 顶进时勤测勤纠，纠偏角度控制在1以内，使顶进轴线偏差越小越好，减少掘进机纠偏引起的土体损失。B、合理选定施工参数，并及时调整顶进施工前，根据类似施工工程经验和实际计算，合理选定初始施工参数，严格控制顶进速度，严格控制出土量，顶进施工过程中再根据监测情况及时进行施工参数的调整，使顶进机头处于最佳的顶进姿态，以减少顶管上部土体的沉降。C、

23、加强监测，实施信息化施工施工时对穿越处采取严密的监测措施，根据监测数据及时调整施工工艺，发现不良情况及时采取应急措施，以保证穿越段相关构筑物的安全。监测内容包括两个方面：一是施工参数的监测；二是顶进姿态和对周围环境影响的监测。尤其是控制掘进机向上的趋势，根据监测的反馈信息及时修正施工参数，调整顶进姿态。D、严格控制顶进姿态顶进轴线的测量采用红外线激光经纬仪。为克服顶进过程中机头旋转，在机头前的测量靶采用可旋转性，使光靶始终处于管道中心水平线上。在机头产生旋转时采用压铁压重措施克服机头旋转。顶进时做到勤测勤纠，一旦发现偏转趋势就进行纠偏，纠偏角度控制在1以内，使顶进轴线偏差越小越好。E、管壁外优

24、质触变泥浆的制作和压注严格控制好触变泥浆注浆的压力、注浆量，使浆液充满管节与土体的间隙。注浆分为机头同步注浆和管道补浆二部分。触变泥浆由地面液压注浆泵通过管路压送到各注浆孔。在机头处应安装隔膜式压力表，以检验浆液是否达到指定位置，在所有注浆孔内要设置球阀，软管和接头的耐力值5MPa，支管通径为G1。在工作井洞口止水装置前的建筑空隙处设置4个注浆孔，当管道外壁进入洞内，未与土体摩擦之前就现浸满浆液。触变泥浆随管外壁向土体渗入。顶管结束后管外壁及时用无收缩浆液进行置换，减小对顶管四周土体的扰动。2.河道保护技术措施（1）施工前了解现状河床的河底标高，淤泥厚度等情况，如不能满足规范中顶管穿越河道时管

25、顶覆土的要求，且不能满足管道放空时的抗浮要求时，采取清淤，然后抛石、混凝土浇筑等压重措施。（2）未防止机头上扬旋转作为预防性措施可以在顶管工具管加配重，根据以往类似经验，能达到较好效果。（3）地质补勘确认地质情况，作为顶进施工技术参数设定的依据。（4）穿越前通过试验段顶进河浜前的岸上段施工，掌握顶管机性能。五安全文明施工保证措施1.安全保证措施（1）安全生产管理安全生产管理是项目管理的重要组成部分，是保证生产顺利进行，防止伤亡事故发生，而采取的各种对策。它既管人又要管生产现场的物、环境。1）认真贯彻安全第一、预防为主的方针，根据“ 国务院关于加强企业生产中安全工作的几项规定”和“国营建筑企业安

26、全生产条例”，结合各总公司实际和本工程特点，组成由项目部经理、项经部专职安全员、施工队和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网，全面执行安全生产责任制，抓好本工程的安全生产工作。2）在编制工程施工组织设计时，把安全生产列为主要内容之一，针对本工程特点和各施工面的实际情况，研究采取各种安全技术措施，改善劳动条件，消除生产中的不安全因素。3）施工现场的安全设施搭设完毕以后，必须经过验收合格挂牌后方可投入施工使用。4）工程实施前，对投入本工程施工的机电设备和施工设施进行全面的安全检查，未经有关安全部门验收的设备和设施不准使用，不符合安全规定的地方立即整改完善。并在施工现场设置必要的

27、护栏、安全标志和警告牌；5）工程实施时，严格按照经联合体各总公司总工程师和项目监理审定的施工组织设计和安全生产措施的要求进行施工，操作工人必须严守岗位履行职责，遵守安全生产操作规程，特种作业人员应经培训，持证上岗，各级安全员要深入施工现场，督促操作工人和指挥人员遵守守操作规程，制止违章操作、无证操作、违章指挥和违章施工。6）工程实施时，每周召开一次安全例会，检查安全生产措施的落实情况，研究施工中存在的安全隐患，及时补充完善安全措施。7）重视个人自我防护，进入工地按规定佩戴安全帽，进行高空作业和特殊作业前，先要落实防护设施，正确使用攀登工具，安全带或特殊防护用品，防止发生人身安全事故。8）按照防

28、火防爆的有关规定设置油库、危险品库等临时性构筑物，易燃易爆物品堆放间距和动火点与氧气、乙炔的间距要符合规定要求，严格执行动火作业审批制度，一、二、三级动火作业未经批准不得动火，临时设施区要规定配足消防器材。9）工地上设置救护室，配备医务人员，落实保健措施，做好除害灭病和饮食卫生工作；夏季施工时，抓好防暑降温工作，落实清凉饮料供应、施工现场遮阳通风、避中午做两头等防暑降温措施，并对职工进行防中暑及中暑急救的教育，防止中暑现象发生。（2）安全技术交底施工员在安排生产任务的同时，结合分部、分项施工的特点，实施安全技术交底，操作人员签证认可，并保持记录。1）施工员或安全员对“班组安全员”进行安全监控职

29、责范围交底。2）根据授权范围，项目管理人员在签署“动火证”的同时，对“动火监护员”进行安全交底，明确监护职责和监护范围，“动火监护员”签字认可，并保持记录。2.危险源的预防（1）物体打击的预防1）顶管工作井、接收井施工过程中独脚吊杆主吊钢丝绳连接处卡头每处不应少于2个；钢丝绳每两天检查一次；吊土麻绳直径不应大于20mm，每天检查两次。2）起吊块状物体应装框或用吊布；吊勾应有防脱落装置；井上物体放置应距井边2米以外。圆形易滚动物体应设片塞；堆集物体高度不应大于1.5米。3）顶管施工下管时应使用专用起吊设备，改用其它装置时应通过有关人员准许。吊杆钢丝绳卡头连接不应少于2个，挂管工具应使用专用工具。

30、主吊钢丝绳每3天检查一次。4）顶管使用顶钢应使用专用圆形顶钢，当使用其它长形顶钢时应有防蹦铁装置。.顶管管材在井边放置不准堆码，管材应用卡塞固定。顶管机高压油管接头应联接牢固，每3天检查一次，有问题及时更换。（2）触电事故的预防1）工地施工用电及生活用电的配置应由专业电工按施工现场临时用电安全技术交底规范的相关要求进行配置。2）电缆线的使用期限应进行登记标识，年久老化与使用功率不匹配的电线、电缆禁止使用。3）各种电器应设置防潮措施，所有线、缆接头应、打结，并用绝缘胶布包扎。4）所有穿越各路口的明设电缆必须加设钢管防护套。（3）有害气体事故的预防1）顶管施工应安装送风装置向工作面送风，顶进过程中发现不明管道时应通知有关人员，禁止私自处理。当地层中有异味时应马上撤离现场。2）当需要进入现状给水检查井、排水检查井施工作业时，应先打开检