(完整版)顶管工程专项施工方案

(完整版)顶管工程专项施工方案第一章编制依据与适用范围1.1编制依据（1）《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268—2020（2）《顶管施工及验收规范》CECS246:2020（3）《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》（住建部37号令）（4）《××市地下管线保护管理办法》（2022修订版）（5）××大道排水干线改造工程（K2+340～K3+760）施工图设计（中铁××院，2023.03）（6）××集团《地下工程标准化工艺手册》2022版（7）现场踏勘、地勘报告（编号：2023××KC17）、地下管线探测成果（2023××GX05）1.2适用范围本方案仅适用于××大道排水干线改造工程D1800钢筋混凝土钢承口管（Ⅲ级）顶管段，全长420m，覆土8.2～11.5m，穿越粉质黏土、中砂、强风化泥质粉砂岩三层地层，地下水位埋深2.3～3.1m。其他管径、地质或环境条件不得直接套用。第二章工程概况与重难点2.1工程概况本段顶管始于W27工作井（K2+340），终于W30接收井（K2+760），共3个顶段，单段最长160m。管节内径1.8m，壁厚180mm，每节长3m，接口采用“F”型钢承口+双胶圈。设计坡度0.15%，全程设3座中继间（RM1、RM2、RM3）。2.2周边环境（1）正上方为城市主干道，日交通量3.8万辆，严禁明挖；（2）左侧5m为DN800高压燃气（运行压力0.4MPa），右侧3.2m为110kV电缆隧道；（3）W28工作井紧邻××小学围墙，距教学楼仅6.5m；（4）地下水富含SO₄²⁻，侵蚀等级为H2。2.3重难点（1）砂层液化：中砂层标贯击数N＜10，顶进易流砂、抱管；（2）岩石强度不均：强风化岩天然抗压强度0.8～12MPa，突变段易造成机头“抬头”；（3）管线保护：燃气管道允许沉降≤10mm，电缆隧道≤5mm；（4）交通导行：需保证双向4车道通行，不可夜间全封闭；（5）工期压缩：合同工期92d，比定额工期缩短28%。第三章施工部署3.1项目组织机构项目经理部设“顶管专班”，下设五组一室：（1）技术组：负责方案优化、测量复核、技术交底；（2）机组组：负责顶管机操作、管节安装、中继间拆换；（3）监测组：负责地表、管线、建构筑物沉降监测；（4）应急组：负责涌水涌砂、燃气泄漏、机头卡死等突发事件；（5）交通组：负责导行设施布置、交警对接、夜间警示；（6）综合室：负责物资、资料、对外协调。3.2施工顺序场地围蔽→工作井施工→顶管机组装调试→首节管顶进→正常顶进→中继间启用→机头出洞→接口密封检验→井内管道转换→场地恢复。3.3资源配置（1）主要设备：·土压平衡式顶管机（Φ2200，扭矩3500kN·m，××装备产，2022出厂）1台；·400t×2主顶油缸1套；·中继间RM2000型3套（最大推力2000kN/套）；·龙门吊16t×18m1台；·渣斗车8m³4辆，履带式注浆机2台。（2）劳动力：·机手6人（两班倒，每班3人，持《特种作业操作证》T3类别）；·管节安装工12人；·测量工4人；·焊工2人；·安全员2人（持C证）；·交通协管6人。第四章工作井设计与施工4.1工作井几何尺寸W27、W28、W30均采用“L”形逆作法矩形井，内净空9m×6m，井深13.2m，壁厚800mm，C35P8抗渗砼。4.2围护结构（1）W27、W30：φ1000@1200钻孔灌注桩+三道φ609×16钢支撑；（2）W28：紧邻教学楼，采用800mm厚地下连续墙+五道混凝土支撑（C40），支撑间距2.8m。4.3施工流程测量放线→导墙施工→成槽（抓斗+双轮铣）→吊放接头箱→清孔换浆→水下砼浇筑→墙顶冠梁→第一层开挖→第一道支撑→循环至底→封底（C20素砼1.0m厚）→底板（C35P8，1.2m）→井内结构。4.4质量卡控（1）垂直度≤1/300，沉渣≤100mm；（2）水下砼坍落度180～220mm，拔管速度≤0.3m/min；（3）钢支撑预加轴力为设计值80%，复紧间隔≤12h。第五章顶管机选型与参数设定5.1机型比选经综合比选（详见比选表41～43），确定采用“土压平衡式顶管机”，理由：（1）砂层需平衡掌子面，泥水平衡弃浆量大，环保审批难；（2）岩石强度局部达12MPa，土压机型可换装滚刀；（3）场地狭小，泥水系统需建沉淀池，占地超红线。5.2关键参数（1）刀盘开口率：38%，中心开口率28%，防止“结泥饼”；（2）额定扭矩：3500kN·m，脱困扭矩4200kN·m；（3）顶力设计：总推力≤12000kN，管节允许顶力18000kN，安全系数≥1.5；（4）螺旋机：φ800，中心轴式，转速0～25rpm，可反转；（5）铰接角度：上下±1.5°，左右±1.0°，行程±80mm。5.3刀具配置（1）砂层段：先行刀（双刃）+切刀，刀间距80mm；（2）岩层段：滚刀（17″单刃）替换先行刀，刀间距60mm；（3）边缘区：刮板+边滚刀，防止“开槽”。第六章顶力计算与中继间布置6.1顶力计算采用“日本顶管协会公式”：F=F1+F2+F3F1——刀盘迎面阻力，kN；F2——管壁摩阻力，kN；F3——后续设备阻力，kN。经计算：（1）砂层段：F=3850+9.2×L（kN）；（2）岩层段：F=4200+11.5×L（kN）。6.2中继间布置单段最大顶力控制值9000kN，则：·第一顶段（L=140m）：9000=4200+11.5×L1→L1=417m＞140m，理论无需中继间；考虑砂层液化、注浆减阻不确定，保守在80m处设RM1。·第二顶段（L=160m）：在90m处设RM2。·第三顶段（L=120m）：不设中继间。6.3中继间拆换流程顶力达设定值85%→启动RM→继续顶进→后段顶力降至30%→停止RM→拆除中继间油缸→安装钢支撑环→继续顶进。第七章顶进施工流程与操作要点7.1顶前准备（1）导轨安装：采用50kg/m钢轨，轨距1.8m，高程偏差≤2mm，中心线偏差≤1mm，每米轨枕不少于2组；（2）洞口密封：双层橡胶帘板+压板，压紧螺栓扭矩30N·m；（3）反力墙：C35砼，厚1.2m，配筋Φ20@150双层双向，后靠背钢梁2HN700×300；（4）试顶：空载推进3节管，检查油缸同步、铰接密封、激光靶对中。7.2正常顶进循环（1）掘进：每行程顶进0.9m，土压力设定值180～220kPa，螺旋机转速8～12rpm，出土量理论值1.35m³，允许偏差±5%；（2）测量：激光经纬仪（徕卡TM60）每0.3m记录一次，偏差＞5mm即纠偏；（3）注浆：同步注浆量1.5倍建筑空隙，浆液配比水泥:粉煤灰:膨润土:水=1:0.8:0.15:0.9，稠度12～14cm，注浆压力0.15～0.25MPa；（4）管节安装：胶圈采用EPDM40°，承口内涂硅油，对口间隙≤6mm，胶圈压缩量12mm；（5）中继间启用：当主顶压力达7200kN（80%）时，自动启动RM1，RM油缸行程1.2m，顶速20mm/min。7.3纠偏控制（1）高程偏差：机头“抬头”＞10mm，下调铰接0.3°，同步降低掌子面土压力10kPa；（2）轴线偏差：左右＞10mm，反向铰接0.2°，单侧超挖量≤20mm；（3）严禁“猛纠”，单次纠偏量≤0.5°，每米纠偏斜率≤0.3%。7.4出洞段距洞口10m时，降低顶速至10mm/min；距5m时，采用“小步快跑”方式，每0.3m停机复核；出洞后及时安装止水环，压注双液浆（水玻璃+水泥浆）封水。第八章监测与信息化施工8.1监测项目与频率（1）地表沉降：沿轴线每10m一断面，每断面7点，1次/d，异常时2次/d；（2）燃气管道：自动化采集，1次/30min，沉降≥3mm报警，≥8mm停工；（3）机头姿态：实时，每0.3m记录；（4）地下水位：每井1孔，1次/d。8.2预警值与极限值地表沉降：预警值10mm，极限值20mm；燃气管道：预警值3mm，极限值10mm；电缆隧道：预警值2mm，极限值5mm；机头偏差：预警值30mm，极限值50mm。8.3信息化平台采用“××云监测平台”，数据自动上传，手机APP推送；报警后5min内短信送达应急组，10min内现场复核。第九章应急预案9.1涌水涌砂征兆：出土量＞150%、螺旋机喷水、机头压力骤降；处置：（1）立即停机，关闭螺旋机闸门；（2）启动井内2台φ100污水泵，快速降水至刃脚以下1m；（3）双液浆封堵：注浆量2m³，压力0.3MPa；（4）上报监理、燃气公司，30min内形成书面报告。9.2燃气泄漏（1）现场嗅辨+手持仪（XP3140）检测，浓度≥0.4%LEL即报警；（2）断电禁火，设置半径20m警戒；（3）关闭燃气阀井（编号RQ17、RQ18），通知燃气抢修队（电话：××××96777）；（4）采用水刀切割替代动火，顶管机加装防爆风机。9.3机头卡死（1）尝试最大脱困扭矩4200kN·m，反转2min；（2）若无效，启动RM1、RM2同步回拉0.3m，释放抱管力；（3）打开预留超前注浆孔，注入高聚物浆液（体积膨胀20倍），2h后复顶；（4）仍无效，采用“井内反向顶”方案，在机头位置增设临时井。第十章质量检验与验收10.1管节进场检验（1）外观：无环向裂缝、露筋、掉角；（2）尺寸：内径±3mm，壁厚±5mm，端面垂直度≤2mm；（3）强度：C50砼，28d试块抗压≥50MPa；（4）胶圈：硬度40±5°，拉断伸长率≥450%，抽检1组/100条。10.2接口水压试验每段顶完后24h内，采用0.05MPa水压，保压30min，压力降≤0.01MPa；不合格则拆除钢承口重新安装。10.3竣工测量（1）轴线：全站仪检测，每节管1点，允许偏差高程±20mm，轴线±30mm；（2）错台：钢尺量测，≤5mm；（3）内窥检测：CCTV机器人（××Rov3000）全程录像，缺陷等级按GB/T50331评定，Ⅲ级以上缺陷必须修复。第十一章安全文明施工11.1危险源清单（1）机械伤害：顶管机旋转、龙门吊走行；（2）高处坠落：工作井深13.2m；（3）触电：110kV电缆隧道水平距3.2m；（4）中毒窒息：螺旋机舱内CO₂积聚。11.2控制措施（1）机械防护：刀盘护罩联锁，未闭合无法启动；（2）井口围栏：1.2m高，踢脚板180mm，夜间警示灯（LED红闪）；（3）电缆保护：采用“门”型PVC护板+绝缘毯，专人监护；（4）气体检测：每班作业前检测O₂＞20%、H₂S＜6ppm，合格后方可下井。11.3文明施工（1）渣土外运：采用“泥不落地”皮带机+全封闭渣土车，车号备案；（2）噪声控制：22:00～6:00禁止高噪声作业，噪声仪（AWA5636）实时显示；（3）扬尘控制：围挡喷淋每2h一次，PM10在线监测＞150μg/m³即启动雾炮。第十二章环保与职业健康12.1弃浆处置同步注浆多余浆液经三级沉淀池（3m×2m×1.5m）沉淀后，上清液回用，沉渣含水率＜40%后外运至××弃渣场（环评批复号：××环建[2021]45号）。12.2职业健康（1）噪声：为操作手配备SNR≥30dB耳塞；（2）振动：顶管机操作台安装空气弹簧减振垫，振动值＜2.5m/s²；（3）高温：夏季发放藿香正气水、冰袖，增设工业风扇。第十三章进度计划13.1关键节点工作井完工：第1～25d；顶管机组装调试：第26～30d；第一顶段贯通：第31～55d；第二顶段贯通：第56～80d；第三顶段贯通：第81～95d；CCTV检测及竣工验收：第96～102d。13.2保障措施（1）备用机头：提前租赁同型号机头1套，故障6h内替换；（2）双班制：白