兴安机械顶管施工方案

兴安机械顶管施工方案一、工程概况1.1项目背景本工程为兴安机械厂区地下综合管廊顶管施工项目，主要用于铺设直径2000mm的雨水管道，全长580米，采用钢筋混凝土管节，设计坡度0.3%。工程区域地下水位较高（地表下1.2m），土层分布为上部3m厚素填土，下部为黏土层及中砂层，最大覆土厚度8.5m。施工范围需穿越厂区主干道及2处既有建筑物基础，周边地下管线密集，包含给水管、电缆管及燃气管道等设施。1.2工程地质条件根据勘察报告，施工区域土层分布特征如下：①素填土：松散结构，厚2.5-3.5m，γ=18kN/m³，c=8kPa，φ=15°②黏土：可塑状态，厚4.0-6.0m，γ=19kN/m³，c=25kPa，φ=20°③中砂：稍密-中密，厚3.0-5.0m，γ=19.5kN/m³，c=0kPa，φ=30°地下水位：稳定水位埋深1.2-1.5m，渗透系数k=1.5×10⁻³m/s1.3工程技术参数参数项具体指标管道直径DN2000mm（钢筋混凝土管）管节长度2.5m/节接口形式F型柔性接口（橡胶密封圈）设计顶进力≤3500kN轴线偏差轴线位置偏差≤50mm，高程偏差≤30mm地表沉降最大允许沉降量30mm，隆起量10mm二、施工方法选择2.1顶管工法确定根据2025年《顶管施工技术及验收规范标准》要求，结合本工程地质条件（黏土层与中砂层交互分布、地下水位高）及环境敏感特性，选用泥水平衡式顶管机施工。该工法通过控制泥水仓压力平衡地下水及土压力，可有效控制地表沉降，适应富水砂层地质，满足穿越建构筑物的施工要求。2.2工作井布置工作井设置：采用矩形结构，尺寸8m×6m（长×宽），深度9.5m，采用Φ800mm钻孔灌注桩+高压旋喷桩止水帷幕支护体系，内衬300mm厚C30钢筋混凝土。接收井设置：尺寸6m×5m，深度8.8m，支护形式同工作井。井位选择：工作井位于管道起点（K0+000），接收井位于终点（K0+580），均避开地下管线密集区，距离建筑物基础最小距离5m。2.3施工段划分考虑顶进距离及顶力控制，工程分为两个施工段：第一段：K0+000~K0+300（设置1处中继间）第二段：K0+300~K0+580（不设中继间）两段均采用单向顶进方式，由工作井向接收井推进。三、施工设备选型3.1主要施工设备配置设备名称型号规格数量主要参数泥水平衡顶管机ZSD20001台刀盘功率45kW，最大扭矩80kN·m，推进速度0~80mm/min主顶液压系统2000kN×61套额定压力31.5MPa，行程1.5m中继间ZJJ-20001套8个200kN油缸，总推力1600kN泥浆制备系统3PNL泥浆泵2套流量150m³/h，扬程30m泥水分离设备WFL-1001套处理能力100m³/h起重设备25t汽车吊1台最大作业半径18m测量系统激光导向仪1套精度±3mm/100m3.2顶管机技术参数机头长度：3.8m总重量：45t泥水仓压力：0.15~0.3MPa（可调节）刀盘转速：0~5r/min纠偏角度：水平±3°，垂直±2.5°注浆孔数量：4个（环向均匀分布）3.3管节参数采用JC/T640标准的Ⅲ级钢筋混凝土管，具体参数：内径：2000mm壁厚：220mm管节长度：2.5m接口形式：承插式（带双胶圈密封）混凝土强度：C50抗渗等级：P8单节重量：15t四、顶进力计算4.1主顶力计算公式根据规范采用以下公式计算最大顶进力：F=F1+F2+F3其中：F1=π×D×L×f×γ×H（管壁摩阻力）F2=π×D²/4×P（正面阻力）F3=10%×(F1+F2)（附加阻力）4.2参数取值D=2.0m（管道外径）L=300m（最大顶进段长度）f=0.8~1.2kPa（摩擦系数，取1.0kPa）γ=19kN/m³（土体重度）H=6m（平均覆土厚度）P=250kPa（正面土压力）4.3计算结果F1=3.14×2.0×300×1.0=1884kNF2=3.14×2.0²/4×250=785kNF3=0.1×(1884+785)=266.9kN总顶力F=1884+785+266.9=2935.9kN考虑安全系数1.2，计算顶力=2935.9×1.2=3523.1kN配置主顶系统总推力3600kN（6×600kN），满足设计要求。4.4中继间设置当中继间启动时，主顶力F主=F1前段+F3前段=1130.4+169.7=1299.9kN＜3500kN，满足主顶设备能力要求。五、施工工艺流程5.1施工准备阶段场地平整：清理施工区域障碍物，平整场地，压实处理（承载力≥150kPa）地下管线探测：采用地质雷达与人工探坑结合方式，探明施工范围内所有管线位置，设置警示标识测量放线：建立施工控制网，测设工作井、接收井及管道轴线，设置永久控制点3个临水临电：接入DN100供水管，安装500kVA临时变压器，敷设3×120+1×70mm²电缆5.2工作井施工围护结构施工：钻孔灌注桩：Φ800mm@1000mm，有效桩长15m，采用C30混凝土高压旋喷桩：Φ600mm@400mm，桩长12m，水灰比1:1基坑开挖：分层开挖，每层深度≤2m，设置2道钢支撑（Φ609mm，t=16mm）内衬施工：绑扎钢筋→支模板→浇筑C30混凝土（抗渗等级P6）→养护后背墙施工：采用C30钢筋混凝土，尺寸5m×3m×0.8m（长×宽×厚），嵌入基坑底部1m5.3顶管机组装调试导轨安装：采用20#槽钢，安装高程偏差≤2mm，轴线偏差≤3mm顶进设备安装：主顶油缸、顶铁、液压泵站就位，调试液压系统压力顶管机组装：在工作井内组装机头、连接电缆管路，进行空载调试泥浆系统安装：布置泥浆池（30m³）、沉淀池（20m³），安装管路系统5.4顶进施工5.4.1初始顶进（0~10m）顶进速度控制在20~30mm/min每顶进50cm测量一次轴线偏差初始阶段泥水压力设定为0.15~0.18MPa同步进行触变泥浆注浆（注浆压力0.2~0.3MPa）5.4.2正常顶进掘进控制：刀盘转速3~4r/min顶进速度40~60mm/min泥水仓压力根据覆土厚度动态调整（计算公式：P=K0×γ×H，K0取0.8~1.0）出土管理：泥浆比重控制在1.15~1.25g/cm³每小时检测一次泥浆含砂率（≤10%）渣土外运采用密闭罐车，出场前冲洗轮胎管节拼装：管节起吊采用专用吊具，轻放就位接口安装前清理承插口，检查胶圈完好性安装后检查接口间隙（≤3mm）及密封情况5.4.3中继间操作当顶进至280m时启动中继间，操作流程：主顶停止推进，锁定主顶油缸启动中继间油缸，顶进行程1.2m缩回中继间油缸，安装临时支撑解锁主顶油缸，继续推进重复以上步骤直至完成本段顶进5.5接收与贯通接收准备：顶进至距接收井5m时，降低顶进速度（≤20mm/min）接收井内安装接收导轨及缓冲装置破除接收井预留洞口（Φ2200mm）贯通控制：加强轴线监测（每顶进20cm测量一次）控制机头进入接收井的姿态偏差≤20mm机头完全进入接收井后，锁定顶进设备六、质量控制措施6.1管节质量控制管节进场需提供出厂合格证及检测报告，外观检查无裂缝、蜂窝等缺陷管节内径偏差≤5mm，端面平整度≤2mm橡胶密封圈压缩量控制在30%~40%，安装前涂润滑剂6.2轴线控制采用激光导向系统实时监测，每顶进1m进行人工复核纠偏遵循"勤测、微纠、缓纠"原则，单次纠偏角度≤0.5°当轴线偏差超过20mm时，采用分区注浆法进行调整6.3触变泥浆减阻触变泥浆配合比：膨润土20%、纯碱3%、CMC0.5%、水76.5%注浆压力控制在0.2~0.3MPa（高于地下水压力0.1MPa）注浆量为管道外周体积的1.5~2.0倍，分机头注浆和管节注浆两级注入6.4接口防水安装前检查胶圈槽尺寸（深度、宽度偏差≤1mm）接口间隙填充弹性密封膏，外侧采用遇水膨胀止水条每节管顶进完成后，进行接口渗漏检测（允许渗水量≤0.05L/(m·d)）6.5质量验收标准验收项目允许偏差检验方法轴线位置≤50mm全站仪测量高程偏差+30mm，-40mm水准仪测量相邻管节错口≤15mm钢尺检查管道内底高程±30mm水准仪测量接口密封不渗漏闭水试验七、安全保障措施7.1施工安全管理体系成立项目经理为组长的安全领导小组，配备专职安全员2名编制专项施工方案并组织专家论证，对操作人员进行岗前培训（考核合格方可上岗）实行安全技术交底制度，每日召开班前安全例会7.2地下管线保护对距离顶管轴线3m范围内的地下管线，采用以下保护措施：给水管（DN300）：设置Φ200mm钢套管隔离保护电缆管：采用H型钢支架加固，监测频率1次/2h燃气管：设置警示带，派专人监护，顶进速度≤10mm/min管线监测内容：沉降量（允许值10mm）、水平位移（允许值5mm）7.3有限空间作业安全管道内设置强制通风系统（风量≥3次/h）配备四合一气体检测仪（O2、CO、H2S、可燃气体），每小时检测一次进入管道作业前，必须进行气体检测（O2≥19.5%，可燃气体≤LEL的10%）设置双路应急照明（12V安全电压），配备应急通讯设备（对讲机+有线电话）7.4应急预案基坑坍塌应急：储备200m长Φ50mm钢管、500㎡彩条布等应急物资坍塌时立即启动边坡监测，疏散人员，采用速凝混凝土回填触电事故应急：现场配备2台应急发电机（200kW）所有电气设备设置漏电保护器（动作电流≤30mA，动作时间≤0.1s）管涌处理：发现管涌立即停止顶进，启动备用泥浆泵降低水位采用双液注浆（水泥+水玻璃）封堵渗漏点八、监测与环境控制8.1监测项目与频率监测项目监测点数量监测频率控制标准地表沉降沿轴线每10m设1个断面，共60个点顶进期间1次/2h沉降≤30mm，隆起≤10mm建筑物沉降2处建筑物，每栋设4个点1次/d差异沉降≤2‰地下管线沉降12处关键管线点1次/d沉降≤10mm工作井位移井周8个点1次/4h水平位移≤30mm顶管机姿态实时监测1次/5min轴线偏差≤50mm8.2环境控制措施噪声控制：夜间施工（22:00-6:00）噪声≤55dB，采用低噪声设备，设置隔音屏障破碎机等强噪声设备设置隔声罩，昼间噪声≤70dB扬尘控制：施工区域设置围挡（高度2.5m），出入口安装洗车平台土堆、料堆覆盖防尘网（2000目），场区洒水降尘（4次/d）废水处理：设置三级沉淀池（总容积50m³），废水经处理后回用（用于洒水降尘）泥浆水经分离后，清水回用，渣土运至指定消纳场九、施工进度计划9.1关键节点控制工作内容工期（天）开始时间结束时间施工准备15第1天第15天工作井施工30第10天第39天设备安装调试10第40天第49天第一段顶进（300m）45第50天第94天第二段顶进（280m）40第95天第134天设备拆除及场地恢复15第135天第149天总工期150天--9.2进度保证措施投入2套管节拼装班组（白班+夜班），实行24小时连续作业管节提前7天进场，储备量不少于15节备用1套泥浆泵及关键液压元件，减少设备故障影响每周召开进度协调会，延误超3天及时调整资源配置十、验收标准与流程10.1中间验收工作井验收：结构尺寸偏差≤50mm，混凝土强度达到设计值100%顶进设备验收：空载试运行2小时，各系统运行正常管节接口验收：每10节进行一次接口密封性试验（渗水量≤0.05L/(m·d)）10.2竣工验收资料验收：施工记录（顶力、扭矩、轴线偏差等）隐蔽工程验收记录材料合格证及检测报告监测数据汇总分析