【顶管方案】下穿市政道路大刀盘土压平衡顶管施工方案（,DN3200顶管）
来源：工作总结 发布时间：2020-08-18 点击：
XX 污水处理厂厂外污水干管工程 XX 标段 顶管施工方案
XX有限公司 20XX 年 XX 月 XX 日
目
录 一、工程概况 .............................................................................................. 1 1.1
工程描述 .................................................................................................................. 1 1.2
工程实物量 ............................................................................................................... 1 1.3
地质概况 ................................................................................................................... 3 1.4
工程特点、难点及针对性措施 ............................................................................... 4 二、工程管理目标
................................ ...........
6 6
2.1
施工管理目标 ........................................................................................................... 6 2.2
质量管理目标 ........................................................................................................... 7 2.3
职业健康、安全管理目标 ....................................................................................... 7 2.4
文明施工、综治管理目标 ....................................................................................... 7 2.5
环境保护目标 ........................................................................................................... 7 2.6
工期目标 ................................................................................................................... 8 三、施工准 备及场地布置
................................ .....
8 8
3.1 施工准备 .................................................................................................................... 8 3.2
施工布置 ................................................................................................................... 9 3.4
劳动力计划 ............................................................................................................. 13 四、顶管施工方案及技术措施
................................
14
4.1
顶管机械设备选型 ................................................................................................. 14 4.2
吊装机械设备 ......................................................................................................... 20 4.3
顶管施工周期 ......................................................................................................... 24 4.4
土压平衡顶管机顶进施工工艺 ............................................................................. 25 4.5
总顶力估算及土压力设定 ..................................................................................... 26 4.6
中继间设计、布置验算 ......................................................................................... 28 4.7 触变泥浆减摩 .......................................................................................................... 32 4.8
进出洞加固、洞口止水装置及应急措施 ............................................................. 35 4.9
顶管机出洞施工及顶进 ......................................................................................... 37 4.10
顶进施工测量 ....................................................................................................... 41 4.11 顶管机姿态控制 .................................................................................................... 45 4.12
顶管到达接收井段施工 ....................................................................................... 48 4.13
贯通浆液置换及中继间拆除 ............................................................................... 49 4.14
顶管管材、橡胶密封圈、木衬垫 ....................................................................... 50 4.15
成品管的接口形式 ............................................................................................... 52 4.16
顶管机的管、用、养、修 ................................................................................... 52 4.17
DN3200 顶管顶进关键技术措施 ......................................................................... 54 4.18
顶管质量要求 ....................................................................................................... 61 4.19
管道功能性检验 ................................................................................................... 61 4.20
防腐施工 ............................................................................................................... 62 五、周边环境保护
................................ ..........
64
5.1
周边建 构筑物、管线保护措施 ............................................................................. 64 5.2
顶管穿越河道施工技术措施 ................................................................................. 66 5.3
施工监测 ................................................................................................................. 67 六、工程质量保证体系及措施
................................
74
6.1
质量目标 ................................................................................................................. 74 6.2
质量保证体系 ......................................................................................................... 74 6.3
质量保证管理措施 ................................................................................................. 75 6.4
质量保证措施的运行 ............................................................................................. 75 七、安全、消防、治安管理体系与措施
........................
77
7.1
安全生产目标 ......................................................................................................... 77 7.2
控制网络 ................................................................................................................. 77 7.3
安全生产保证措施 ................................................................................................. 78 7.4
消防管理措施 ......................................................................................................... 79 7.5
社会治安综合治理措施 ......................................................................................... 82 7.6
顶管管道内气体指标 ............................................................................................. 82 八、文明施工、环境保护管理体系及措施
......................
83
8.1
文明施工目标 ......................................................................................................... 83 8.2
文明施工保证体系 ................................................................................................. 83 8.3
文明施工保证措施 ................................................................................................. 83 九、应急预案及管理措施
................................ ....
90
9.1
风险管理组织管理机构 ......................................................................................... 90 9.2
快速反应机制 ......................................................................................................... 90 9.3
日常检查和演习 ..................................................................................................... 93 9.4
应急抢险物资 ......................................................................................................... 93 9.5
工程施工应急准备 ................................................................................................. 93 十、雨季施工防汛防台措施
................................ ..
94
10.1 雨季施工措施 ........................................................................................................ 94 10.2
防汛防台措施 ....................................................................................................... 94
一、工程概况
1.1 工程描述
xx 市新区污水处理厂工程厂外污水干管工程（中途提升泵站—厂区段）位于 xx 市xx 新区。本标段工程起点位于污水提升泵站，沿着 xx 公路向南依次穿越 xx 大道、xx 公墓、xx 北路，然后穿越 xx 公路，向东沿着绿化带依次穿越 xx 路。主要包括：采用 1 根DN3200 混凝土顶管敷设，总长为约 5100m，包括 9 座顶管工作井、8 座接收井，1 座泵站溢流管闸井（优化后工作井 8 座，接收井 4 座）以及施工便道、管道防腐、安装工程、管道沿线及施工区域现有建构筑物、各种管线的保护、监测等工作。
图 1.1 xx 新区污水处理厂工程厂外污水干管工程施工一标段总体位置示意图 1.2 工程实物量
（1）顶管井工程 本标段包括泵站出水井 1 座，顶管工作井 9 座，顶管接收井 8 座（优化后工作井 8座，接收井 4 座），除 WB1 出水井外其余井均为沉井施工。
表 1.1 xx 新区污水处理厂干管工程一标段顶管井工程量 井号 性质 高度 外径尺寸 围护结构 WB1 泵站溢流闸井 7.800m 2.7 m×5.6m 剪力墙 WB2（删）
工作井 7.486m Ф13.0m 沉 井 WB3 接收井 7.184m Ф10.6m 沉 井 一标
WB4（删）
工作井 8.964m Ф13.0m 沉 井 WB5 接收井 8.743m Ф10.6m 沉 井 WB6 工作井 9.853m Ф13.0m 沉 井 WB7（删）
接收井 13.019m 7.9m×7.9m 沉 井 WB8 工作井 14.614m Ф13.0m 沉 井 WB9 接收井 15.688 Ф10.6m 沉 井 WB10 工作井 14.98m Ф13.0m 沉 井 WB11 接收井 13.07m Ф10.6m 沉 井 WB12 工作井 13.788m Ф13.0m 沉 井 WB13（删）
接收井 14.757m 7.9m×7.9m 沉 井 WB14 工作井 13.908m Ф13.0m 沉 井 WB15（删）
接收井 12.795m 7.9m×7.9m 沉 井 WB16 工作井 13.351m Ф13.0m 沉 井 WB17（删）
接收井 13.611m 7.9m×7.9m 沉 井 WB18 工作井 14.599m Ф13.0m 沉 井 （2）顶管工程 本标段共 16 段顶管施工，均采用 1 根 DN3200 混凝土顶管，顶管总长 5100m，管材采用“F”型钢承口钢筋混凝土管，双重橡胶圈止水接口，壁厚 290mm，外径 3.78m，标准管节长 2.5m。顶管沿线穿越 xx 大道、xx 公墓、xx 北路、xx 公路、绿化带、xx 路等。
表 1.2 xx 新区污水处理厂污水干管工程一标段管道工程量 顶
程 所在位置 管径 长度 管顶覆土（m）
备注 WB1～WB3 提升泵站～高压廊道控制线 DN3200 485m 2.716～2.594 开槽埋管 WB3～WB5 沿着 xx 路向南 DN3200 637m 2.594～4.396 直线顶管 WB5～WB6 沿着 xx 路，穿越现状高压线走廊 DN3200 243m 4.396～4.763 直线顶管 WB6～WB8 沿着 xx 路向南，穿越 xx 公墓、xx 北DN3200 700m 4.763～8.429 直线顶管
路 WB8～WB9 沿着 xx 路向南 DN3200 365m 9.532～8.798 直线顶管 WB9～WB10 沿着 xx 路向南，穿越 xx 东路 DN3200 245m 8.798～9.890 直线顶管 WB10～WB11 穿越 xx 公路 DN3200 257m 9.890～8.481 直线顶管 WB11～WB12 沿着 xx 公路南侧绿化带向东 DN3200 320m 8.481～8.688 直线顶管 WB12～WB14 沿着 xx 公路南侧绿化带向东 DN3200 629m 8.688～10.167 直线顶管 WB14～WB16 沿着 xx 公路南侧绿化带向东 DN3200 570m 8.818～8.261 直线顶管 WB16～WB18 沿着 xx 公路南侧绿化带向东 DN3200 649m 8.261～9.5041 直线顶管 小
计
5100m
1.3 地质概况
根据岩土勘察报告，工程场地地层主要由填土、粉土、粉质粘土、粉细砂、中细砂组成，按照地层结构、岩性特征及物理力学性质指标， WB 线为Ⅱ工程地质区，地层主要为粉土、粉质粘土和粉砂。现将各工程地质区地层结构、岩性特征分述如下：
工程地质区（WB）,该区地层主要由地表粉土、粉质粘土、粉砂组成。
a 粉土（Q4ml）
褐黄色，稍湿，稍密，有砂感，无光泽反应，干强度低，韧性低。局部为填土。本层层厚 0.30～5.50m，平均厚度 1.40m。
a-1 粉质粘土（Q4al+pl）
褐黄色，软塑～可塑，局部孔为流塑，切面稍有光滑，干强度中等，韧性中等，见黄色及黑色斑块。仅 WB8+300 孔揭露。本层层厚 2.40m；埋深 4.30m。
b 粉砂（Q4al+pl）
浅黄～褐黄色，稍湿～湿，稍密～中密，主要矿物成分以石英、长石为主，含有少量暗色矿物。本层层厚 0.7～9.3m，平均厚度 5.50m；层底埋深 4.30～9.8m，平均埋深7.00m。
b-1 粉土（Q4al+pl）
褐黄色，稍湿～湿，松散～稍密，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇震反应中等。局部含有少量的粉砂，有云母碎片、锈黄色铁锰质斑点。分布不均匀，大部分孔本层缺失。本层层厚 0.60～1.40m，平均厚度 1.07m；层底埋深 3.10～5.90m，平均埋深 4.67m。
c 粉土（Q4al+pl）
黄褐色，湿，中密，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应迅速，含灰斑。本层层厚 0.30～3.50m，平均厚度 1.18m；层底埋深 5.50～10.50m，平均埋深 8.19m。
d 粉土夹粉砂（Q4al+pl）
褐黄色，湿，密实，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应中等，含黄色铁锈斑点，有砂感，夹褐黄色密实粉砂。本层层厚 0.90-10.90m，平均厚度 5.22m；层底埋深8.90-18.60m，平均埋深 13.36m。
e 粉砂（Q4al+pl）
青灰色，饱和，密实，主要矿物成分为石英，含有少量暗色矿物,级配良好。层中夹有薄层粉质粘土层，该层在勘探深度内未揭穿，最大揭露厚度为 20.00m。
e-1 粉质粘土（Q4al+pl）
黄褐色，可塑，切面光滑，干强度中等，韧性中等，偶见蜗牛壳碎片。本层层厚 0.70～2.90m，平均厚度 2.05m；层底埋深 15.20～22.90m，平均埋深 18.80m。
各层土承载力特征值及压缩模量 层
号 a a-1 b b-1 c d e e-1 岩
性 粉
土 粉质 粘土 粉砂 粉土 粉土 粉土夹 粉砂 粉细砂 粉土 fak（kPa）
110 100 170 120 140 200 240 190 Es1-2（MPa）
6.1 3.9 15 7.1 9.1 14.5 16.5 14.5 压缩性评价 中 高 低 中 中 中 低 中 1.4 工程特点、难点及针对性措施
（1）DN3200 顶管顶进 本工程设计为单根 DN3200 混凝土管平行顶进，施工技术难度高，风险大。
针对性措施：
自主研发 DN3200 顶管机
我公司成立大口径混凝土顶管科技攻关团队，在青草沙口径 DN3600 钢管双管的成功经验基础上，自主设计研发大刀盘土压平衡泥水出土顶管机用于本工程顶管顶进。
顶管机头设计时面板特别设计加泥装置，保证出洞初期洞口的稳定，并采用机内机外两种操作模式，实现自动化、集约化控制。
在出土方面，自行设计泥水搅拌系统，布置于螺旋出土机下方，保证土压顶进的泥水输送，提高施工速度。使用Φ700mm 大口径螺旋机。螺旋出土机设计时，针对特别在端部出土口安装压力传感器，对出土压力进行实时监控，施工过程中，通过对刀盘前土压力、螺旋机处土压力的对比、监控，对顶进技术参数、出土量、螺旋机运转情况等进行动态控制。
为了确保长距离 DN3200 顶管的可靠性，掘进机采用铰接式，主轴直径达 560mm，螺旋机采用 55KW 电机驱动，刀盘采用 6*37KW 电机驱动，灵敏度为 1.29，便于纠偏控制，最大α系数为 2.4，最大输出扭矩为 2467KN·m；充分考虑长距离顶管的电压降问题，螺旋机及刀盘驱动采用变频控制，降低启动电流； 主轴密封系统吸取盾构机主轴密封的优点，采用 6 道“齿”型密封，一次性使用寿命达 2KM，可承受水压为 3.5bar。
（2）工期紧、任务重 本工程沉井数量多，任务重，工期紧，顶管进出洞口加固采用Φ700@500 单轴水泥土搅拌桩加固土体，采用 42.5 级普通硅酸盐水泥，水泥掺入量 15%。高程范围为洞口中心标高上下 4m，水平范围为洞口最大直径两侧 2m。
（3）
隧道通风 通风方面，采用我公司在盾构施工专用的轴流风机进行通风，管道采用帆布管道接入隧道，在确保通风量的同时便于链接，同时配备气体检测仪器，针对一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、含氧量进行检测，并将隧道内检测空气质量在隧道口公示，保障施工人员的安全。
（4）远程监控 为了确保大口径顶管隧道及工作面信息的及时畅通，井上井下安装监控探头，采用盾构管理模式进行顶管管理，实现 24 小时的有序监控。掘进机的操作配备远程及现场两种模式，正常工况下采用机外远程操控系统控制顶管掘进机的掘进施工。
（5）
注浆系统
由于本工程顶管口径大，管上口和管下口土压力差与以往的混凝土顶管较大，在顶进土压力设定时需要特别注意；在注浆方面，突破以往顶管注浆思路，为了便于检查管道外壁泥浆套的压力，每隔一段距离在注浆孔上安装隔膜式压力表，通过监测压力控制浆套的形成。
机头前方同步注浆系统与后方补浆系统采用两套独立的注浆总管道布设，确保同步注浆的效果。
（6）
顶程的纠偏系统 本工程有 16 段顶程，为了避免顶程误差，在纠偏方面，由于口径较大，管上口和管下口土压力差、软硬土质交替面、顶进注浆效果等容易产生偏差，对顶进轴线产生影响，机头纠偏理论计算值与实际值存在较大的偏差。为此，机头内特别设置铰接纠偏油缸，采用 8 只 200t 双作用油缸，分 4 组布置，每组 2 只。本次使用的纠偏油缸采用内置式行程仪，通过信号数据线，将数据直接传输至中央控制室操作控制台，同步显示，使纠偏系统的可靠性大大提高。
顶管施工过程中必须保证“勤测、勤纠、微纠”，避免大幅度纠偏动作发生。
（7）
进出洞口措施 进出洞是顶管施工的关键工序，针对 3200m 顶管进出洞必须充分认识到施工风险，本工程出洞口采用两道止水橡胶板加橡胶气囊止水形式，加固区采用单轴Φ850 搅拌桩，并打设降水井；洞门预埋注浆孔便于机头出洞瞬间注入膨润土浆液，确保机头出洞的安全。进洞口加固区采用Φ700@500 单轴水泥搅拌桩。
（8）顶管穿越 xx 大道、xx 东路、xx 路、xx 公路等重要建（构）筑物 本工程顶管施工分别穿越 xx 大道、xx 东路、xx 公路、xx 路。摸索优化施工顶进参数，将最优的顶进匹配参数运用于正式穿越过程中。切实建立穿越构（建）筑物的应急预案，组织成立应急救援指挥小组，并通过施工前适当演练，确保交通正常运营。
二、工程管理目标
2.1 施工管理目标
（1）工程一次交付合格率 100%； （2）确保市级文明工地； （3）施工现场通过安全生产保证体系认证； （4）施工污水、噪声、扬尘、废弃物控制达到区域标准； （5）重大（伤亡、交通安全、管线、设备）责任事故为零；
（6）职工职业病发生率≤1%； （7）顾客满意率≥95%； （8）积极倡导节约型工地，制定职工节约公约，员工签约率达 100%。
2.2 质量管理目标
（1）工程一次交付合格率 100%； （2）符合设计要求，达到国家现行有关施工质量验收规范要求，并达到合格。将质量目标分解到各项目组和各单位工程中去，实行质量管理和目标签约包干。
（3）严格按照招标文件提出的工程质量和验收的要求。严格按国家和 xx 市有关质量标准和规程进行施工。
2.3 职业健康、安全管理目标
（1）杜绝重大安全事故，特别是人身伤亡事故，杜绝管线事故，减少一般事故，无工程事故和重大设备事故。
（2）职工职业病发生率≤1%； （3）社会、业主、员工等相关方面重大投诉为零； （4）通过安全生产保证体系认证； 2.4 文明施工、综治管理目标
（1）达到市级及以上文明工地。
（1）施工现场必须做好二通三无五必须基本标准； （2）深入开展“加强管理塑形象，深化达标创文明”活动； （3）施工污水、噪声、扬尘、废弃物控制达到区域标准； （4）施工现场做到 100%规范化、标准化； （5）群防群治，落实到位，塑造良好的施工生产环境； （6）积极倡导节约型工地，员工签约率达 100%； 2.5 环境保护目标
（1）污水管理目标：污水排放标准达到 xx 市排水管理条例要求； （2）噪声管理目标：场界噪声达到 GB1253-90 标准要求； （3）扬尘管理目标：控制遗洒，杜绝扬尘； （4）灯光管理目标：满足当地政府和社区居民要求； （5）管线保护目标：杜绝重大管线事故发生； （6）防汛防台管理目标:预防为主，措施得力；
（7）消防管理目标:确保无一起火灾事故发生； （8）现场危险品管理目标:加强危险品管理，杜绝隐患；
（9）建筑物的保护目标:加强监测预报，控制在设计允许范围内； （10）治安管理目标:群防群治，落实到位，塑造良好的施工生产环境。
2.6 工期目标
本工程计划工期：2013 年 12 月 16 日开工（具体以开工令为准），2014 年 12 月15 日前竣工，总工期 365 日历天。
三、施工准备及场地布置
1 3.1 施工准备
（1）技术准备 1）组织项目部全体人员学习施工图纸，地质勘察报告和施工技术规范。
2）对于穿越的重要管线、建筑物、河浜编制专项施工方案，办理相关手续。
3）详细了解顶管沿线穿越房屋基础形式及具体位置，估计施工期间对其的影响程度，对受影响的民房要采取相应的技术措施予以保护。
（2）物资准备 1）根据施工进度计划要求，编制管材、膨润土等材料进出场计划。
2）落实管道通风、注浆管等零星配套材料。
3) 根据应急预案要求，现场备足快速水泥、聚氨酯等应急物资。
（3）劳动组织准备 1）结合本工程特点，组织一批具有丰富施工经验的项目管理班子。
2）根据需求组织顶管顶进、测量、注浆、防腐等施工队伍，根据顶管顶进工期安排如期进场。
3）认真做好施工技术交底工作，使现场技术管理人员及每位工人清楚每道工序的操作过程及要点。
（4）施工现场准备 1）根据现场道路条件，合理组织交通，为设备和材料的进场创造条件。
2）按照施工平面总体布置要求进行平面布置，进行顶管轴线和高程测量，设置场内测量控制点，并定期进行复核。
3）做好排水沟、三级沉淀池、零星材料堆放、膨润土堆场、材料仓库等结合顶管施工需求进行总体平面布置。
3.2 施工布置
3.2.1 现场主要情况 本工程主要位于 xx 公路西侧绿化带，然后穿越 xx 东路，沿着 xx 公路南侧绿化带向东。绿化带以乔木和灌木绿化为主，并分布众多河浜、民宅及厂房等。
WB5、WB6 位于农田内。
WB8-WB10 沿着 xx 公路向南，穿越 xx 东路
WB11、WB12 位于 xx 公路南绿化带内 WB14、WB16 位于 xx 公路南绿化带内
WB18 位于 xx 公路南绿化带内，距离房子较远 节点井位 WB10 于 xx 东路与 xx 公路路口 WB6 WB12 WB11 WB15 WB16 WB14
本工程进场 xx 公路（WB1—WB10）、xx 公路（WB11—WB18）交通流量较大大，这给施工带来不便。
xx 公路：道路宽约 20m，交通流量较大大 xx 东路：道路宽约 30m，交通流量较大 河浜：河浜内污水，无通航要求 高压走廊：距离高压塔基础 30 米
xx公路
WB17 WB18 WB10 xx东路 W10 ～1 W11 段顶管
W10 ～9 W9 段顶管
W2 ～3 W3 段顶管
W2 ～3 W3 段顶 管
3.2.2 现场布置 （1）本段顶管采用大刀盘土压平衡顶管，泥水出土，现场设置泥水沉淀池。
（2）泥浆沉淀池采用 4 只 2m×4m 泥浆箱。
（3）起重设备选用 ：顶管井采用 32T 行车及汽车吊进行管道及其他设备、材料吊装。
（4）施工场地工作井采用硬地坪施工，其余场地铺设道砟，确保机头吊装时的安全。
（5）混凝土管道堆放、膨润土堆放及拌浆等按照施工平面图布置。
施工现场布置见图 3.2-1
图 3.2-1 施工现场场地布置图 3.2.3 基坑布置 顶管井内布置设备包括基坑导轨、后靠背、主千油缸架、千斤顶、顶铁等。
基坑导轨由型钢和钢板焊接而成，应保证其具有的强度和刚度。在工作井底板基础上应事先预埋钢板，预埋钢板的位置与基坑导轨相吻合，以便导轨与之焊接。预埋钢板上的锚固钢筋要焊牢并有足够的锚固强度，导轨安放后，还应在二侧用型钢支撑好，必要时再浇筑混凝土，确保导轨在受撞击的条件下，不走动，不变形。在顶管施工之前，要做好轨道的测量定位工作，请监理复核后才好进行顶管施工。
主顶油缸架采用拼装式结构，高程和平面安装误差控制在 5mm 以内。
后座墙是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，在施工中，要求后座墙必须保持稳定，一旦后座墙遭到破坏，顶进工程就要停顿。
（1）要有充分的强度：在顶管施工中能承受主顶工作站千斤顶的最大反作用力而不至破坏。
（2）要有足够的刚度：当受到主顶工作站的反作用力时，后座墙材料受压缩而产生变形，卸荷后要恢复原状。
（3）后座墙表面要平直：后座墙表面应平直，并垂直于顶进管道的轴线，以免产生偏心受压，使顶力损失和发生质量、安全事故。
（4）材质要均匀：后座墙材料的材质要均匀一致，以免承受较大的后从力时造成后座墙材料压缩不匀，出现倾斜现象。
（5）结构简单、装拆方便：装配式或临时性后座墙都要采用普通材料、装拆方便。3.3 机械设备计划 表 3.1 拟投入的施工机械设备 序号 设备名称 型号规格 数量 国别 产地 制造 年份 定额功率 KW 生产能力 用于施工部位 备注 1 汽车吊 QY-25B 4 辆 徐州 2005
良好 起重吊装
2 汽车吊 QY-25B 4 辆 徐州 2005
良好 起重吊装
3 井点降水
4 套 xx 2006
良好 沉井、顶管出洞降水
4 灰浆搅拌机 JW180 3 台 xx 2007 15 良好 应急堵漏
5 泥浆泵 BW-320 3 台 xx 2007 18 良好 应急堵漏
6 液压注浆机 SYB50 3 台 xx 2007 45 良好 应急堵漏
7 土压平衡顶管机 DN3200 2 台 扬州 2010 200 良好 顶管顶进 租赁 8 顶管配套设备 DN3200 2 套 xx 2010
良好 顶管顶进 租赁 9 洞口止水装置 DN3200 34 套 xx 2010
良好 顶管进出洞 租赁 10 顶铁 DN3200 4 块 xx 2010
良好 顶管顶进 租赁 11 等推力千斤顶 200t 30 只 四川 2009
良好 顶管顶进 租赁 12 全地面汽车起重机 QAY200 1 辆 中国 2007
良好 机头吊装 租赁 13 行车 32/8t 2 台 xx 2008 120 良好 顶管起重吊装
14 变速液压动力源 30KW 3 台 xx 2009 30 良好 顶管顶进 租赁
序号 设备名称 型号规格 数量 国别 产地 制造 年份 定额功率 KW 生产能力 用于施工部位 备注 15 机外集成操作系统 自行设计3 台 xx 2010
良好 顶管顶进控制 租赁 16 中继间 DN3200 32 套 扬州 2010
良好 顶管顶进
17 注浆泵 1.0MPa 12 台 常州 2009
良好 顶管顶进注浆
18 激光经纬仪 莱卡 3 架 瑞士 2009
良好 顶管顶进测量
19 水准仪 莱卡 2 架 瑞士 2009
良好 顶进、结构测量
20 经纬仪 莱卡 2 架 瑞士 2009
良好 顶进、结构测量
21 全站仪 二秒级 2 架 瑞士 2009
良好 顶进、结构测量
22 轴流通风机 Φ400 6 台 xx 2007
良好 顶进通风
23 柴油发电机 柴明斯 1 台 xx 2006 500 良好 应急供电
3.4 劳动力计划
现场配备有着丰富顶管顶进等作业经验的施工人员，每台顶管机配备两个班组，24 小时轮流连续作业。对施工作业班组实施动态的管理，加强安全生产教育，不允许擅自扩充和随意抽调，以确保施工队伍的素质和人员相对稳定。另外根据需要，配备设备维修班组。每个班组人员配备见下表：
表 3.2 顶管施工班组人员配备及分工
序号
岗
位
人
数
职
责
分
工
1 施工负责人 1 现场总协调、负责 2 作业班长 1 在技术人员指导下指挥、调度劳力、计划安排、质量控制 3 顶管机操作员 1 操作机头运转、顶进读取测量数据、分析偏差趋势、纠偏、报告顶进数据 4 控制台操作员 1 操作主顶液压台、压浆泵、机头联络、调整顶速 5 吊车操作 1 操作吊车 6 压浆工 2 拌浆、调整注浆量及注浆压力 7 辅助工 2 接、拆进排泥管、补触变泥浆、挂钩等 8 电工 1 电气设备维护 9 机修工 1 设备维护
10 指挥工 1 指挥吊车吊运管节等 合计
12
四、顶管施工方案及技术措施
本标段共 16 段顶管，均采用 1 根 DN3200 混凝土顶管，顶管总长为 5100m，管材采用“F”型钢承口钢筋混凝土管，采用楔行密封橡胶圈和半圆形密封橡胶圈双重橡胶圈止水接口，接口钢套环长 380mm，采用多层复合板或松木板衬垫。壁厚 320mm，外径 4.64m，标准管节长 2.5m，重约 30t。
4.1 1
顶管机械设备选型
4.1.1 地质和水文条件 根据设计文件和地质报告提供的资料，沿线上部土层较稳定，本工程顶管施工主要位于粉质性土层，顶进阻力较小，其强度低，渗透性差，含水量高、压缩性高、灵敏度高，具有触变性和流动性，施工易受扰动，容易导致开挖面失稳。
4.1.2 本工程对顶管机功能的要求 （1）能适用于顶管工程的工程地质和水文地质状况。
（2）满足本工程地下水丰富、水压高的工程特点，保证在施工中不渗漏，要求设备的密封性能好。
（3）设备的开挖面加泥系统具有自动调节功能，保持土压舱内土压压力与地层水压力和土压力平衡。
（4）为保证顶进质量，减少地面沉降，必须对排土量进行严格控制。
（5）激光导向系统和姿态控制系统有足够的掘进方向控制能力及自动纠偏能力，保证顶进方向误差不超过±100mm，能对顶管机姿态进行监测及控制，并能显示报警，以便对顶管机进行及时调整和采取必要措施，确保顶管掘进的质量和安全。
（6）顶管背部注浆采用同步注浆系统，注浆管路内置，能及时有效地对管节和地层间的空隙进行充填。
（7）配备与顶管机相配套的设备。
4.1.3 顶管机及配套设备设计、定制、加工 根据设计图纸及地质勘探报告，结合本标段顶管穿越土质及沿线穿越障碍物情况，经过我单位多次组织专家多次论证，拟选用大刀盘土压平衡顶管掘进机，采用泥水出土方式。
4.1.3.1 大刀盘土压平衡顶管机工作原理
大刀盘土压平衡掘进机纠偏灵活，方向容易控制，对顶管周边的土体扰动较小，地面沉降控制情况好。
根据土压平衡的基本原理，利用顶管机的大刀盘切削正面土体，使进入机头土压仓内的土体压力抵抗开挖面的水土压力，稳定土体。以顶管机的顶速(即切削量)为常量，螺旋输送机转速(即排土量)为变量进行控制，使土压仓内的土体压力与开挖面的水土压力保持平衡，保障开挖面的土体稳定，控制地表的隆起和沉降。土压力平衡原理图见图4.1-1/4.1-2 送泥水位线地表面地表隆起水压Pw 土压Pc 土舱压力Ps＞Pc+Pw 图 4.1-1 土压力平衡原理图（一）
图 4.1-2 土压力平衡原理图（二）
4.1.3.2 大刀盘土压平衡顶管机设计、定制、加工计划 国内外大量的工程实践证明大刀盘土压平衡顶管掘进机对地表的沉降控制精度最高、效果最好，根据本工程穿越土质情况、对地面沉降控制的高要求以及对社会环境的影响情况，结合我公司多年来在外省市长期顶管实践中积累的实际经验。
目前，我公司已经与租赁单位签订合同，并签订两台Φ3200 土压平衡、泥浆出土顶管机的协议书。该厂已向我公司承诺针对本工程条件设计制造大刀盘土压平衡顶管机可以在接到通知后 1 个月运到现场安装，可以确保安全、优质、高效的完成施工任务。
水位线地表下沉送泥地表面水压Pw 土压Pc 土舱压力Ps＜Pc+Pw
我公司投入本工程的机型具有以下显著特点：
第一：该机型是针对本工程穿越土层而特别设计的，刀盘呈辐条式，安装了钨钢刀具，由于本次顶管口径为目前国内最大口径的混凝土顶管，为提高刀盘开挖效率，保证出土的效率，本次顶管机设计在刀盘周边特别加装我公司特别设计的专用刀具。
第二、该机型刀盘后面设置我公司专门研发的泥水搅拌箱，刀盘切削下来的土通过螺旋机输送到搅拌箱中，输入泥水搅拌成泥浆，然后通过泥浆泵输送至地面。
第三、该种机型适用范围较广，因其为大刀盘全断面切削土体，顶进过程中影响土体范围能控制在 2m 以内，施工后地面沉降较小，尤其适用于穿越河流、保护要求高的重要构筑物等。
第四、配置有注浆设备，同步注浆系统的注浆管路在顶管上，另设备用注浆管路，可保证同步注浆的可靠性。注浆设备还可用于顶管中继间的二次注浆。
第五、在开挖面安装加泥装置，对送入开挖面的泥浆浓度和流量进行监测，调节土压力、流量，使泥浆输入量和土碴的开挖量相一致，保持土压压力与土层压力和水压力平衡。
第六、采用变频电机驱动，传动效率高，便于刀盘调速，驱动系统紧凑，可靠性高。
第七、激光导向姿态控制系统保证掘进方向的准确性和对顶管机姿态的控制。
第八、结合多年来我公司顶管管理经验，自行设计研发顶管自动控制系统，并在顶管机头内安装转换装置，实现机内、机外两种操控模式，通过自动化、集约化，对整个掘进过程进行远程监控，并能实现数据的自动收集。
表 4.3 顶管机其主要技术设计参数 项目 内容 技术参数 工程条件 最大覆土厚度 8.00m 砼管尺寸 外径×内径 Ф3780×Ф3200 顶管机尺寸 切口环直径 Ф3790mm 刀盘 刀盘直径 Ф3800mm 扭矩系数 α=2.03 转速（反正转）
0.0～1.03r/min 开口率 38% 驱动方式 变频电驱动 功率 6×37KW 纠偏系统 电机 8 个 200t 的液压千斤顶 总推力 1600t主顶系统 液压千斤顶 10 个 200t 的液压千斤顶 总推力 2000t 顶管机长
6672mm 顶管重量
70 吨 泥水出土系统 送水泵 30kw*2 排泥泵 30kw/18.5kw 电动球阀 6 寸 排泥管、送水管 6 寸钢管 泥水搅拌箱 自行设计 8m3 同步注浆系统 注浆管内置 注浆泵 导向系统 激光陀螺仪 150m 控制系统 顶进控制 机头内控制 中央控制室集中控制 人员闸 空压机、气压调节系统 10m3/min、55KW、人员闸 2 人 动力站 顶进泵站 2000L、32.5Mpa 变频控制 液压油箱及冷却 供电系统 箱式变压器 1000KVA 数据采集系统 数据可送办公室 计算机处理数据后反馈 电视监视系统 图象可送办公室 摄像机装在机头内的可以从不同角度观察监控顶管机内部设备的电话通讯系统 有、无线电话 各四部
项目 内容 技术参数 二次通风设施 通风机、风管 轴流风机、φ400mm
4.1.3.3 大刀盘土压平衡顶管机主顶进系统 主顶进系统共有 8 只 2000kN 双冲程等推力油缸，行程 3600mm，总推力 16000kN，8 只双冲程油缸组装在油缸架内，安装后的 8 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。主顶系统由 PLC 可编程序计算器控制，并采用变频调速器实现流量的无级调速。
4.1.3.4 大刀盘土压平衡顶管机注浆设计 顶进施工中，减阻泥浆的运用是减少顶进阻力的主要措施，顶进时通过管节上的压浆孔，向管道外壁注入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆环套，减小管节外壁和土层间的摩擦力，从而减小顶进时的顶力，泥浆套的好坏，直接关系到减阻的效果。顶管注浆系统分为机头同步注浆和管道补浆。
为了做好压浆工作，顶进施工时采用优质膨润土进行减摩注浆施工。由于本次顶管部分涉及软硬土层顶进，且机头外径较大，为保证注浆效果，在顶管机头设计时，在顶管机尾部环向均匀地布置了十只压浆孔，用于顶进时跟踪注浆。
机头同步注浆由地面液压注浆泵通过Φ50 管路压送到机头处储箱内，再由螺杆泵定量压入机头壳体外，在机头处应安装隔膜式压力表，以检验液是否到达指定位置，在所有注浆孔内要设置单向阀和球阀，软管和接头的耐压力等级为 6MPa，支管通径为Φ25。
为保证顶管出洞初期注浆效果，在工作井洞口止水装置前的建筑空隙处设置 6 个注浆孔，当管道外壁进入洞内，未与土体磨擦之前就先浸满浆液。触变泥浆随管外壁向土体渗入。
4.1.3.5 泥水出土系统设计 顶管机切削下来的土方通过螺旋机输送入倾土水槽，通过搅拌后通过输送管道采用泥水方式输送至地面沉淀水槽，泥水经过沉淀后排出，清水通过回流管道输送至倾土水槽重复利用。顶进系统原理见图 4.1-3
图 4.1-3 顶进系统原理图 （1）输送泵 电动机驱动的输送泵位于整个系统的中心点。输送泵提供的输送量，可由输送管道截面与输送流速的乘积算出。
管道中的流速必须大到足以带动泥砂前进而不致发生沉积，同时也要限定在一定范围。管道中的阻力将随速度的平方而增大。管道阻力的增大，就要提高输送泵的功率，从而增高能源费用。管道磨损的加剧也将导致折旧费的提高，而且有时造成管道在顶管施工中损坏，以致不得不停止推顶，以便更换管道。
输送泵、传动系统和驱动电动机的规格，都必须根据最大顶管长度条件下的最高扬程以及所要求输送量条件下的泥浆最大容重来设计。这样，当顶进管路未达到最大长度和因倾人废土较少致使泥浆容重未达到最高数值时，就必然造成输人功率过高及因此而输送量过大的现象。为了适应经常变化着的扬程数值 H 以及输送流体的容重数值 γ，输送泵采用旋转泵，转数必须是可变的。旋转泵有一个优点是可以通过调节转数来改变扬程。由此，可以通过减少转数来降低扬程。功率消耗也将随之降低。
（2）输送管道 输送管道的截面大小，决定于土壤的粒度。输送管道的内径可规定为：
5·d 最大颗粒＜D 内管道＜8·d 最大颗粒
同时水中倾倒废土的数量是有一定限度的。这一限度则取决于土壤的粒度。作为极限数值，可以假定如下的比率：
废土：水≤1：5～1：10 （3）回流管道 施工时在倾土水槽上设置一个筛网，以筛出较大的石块。输送管道中运送的是废土与水混成的泥浆，因而流速必须相当高，以免发生沉积，而在回流管道中流动的则是清水。向倾土槽送回的水量，必须刚好等于输送泵抽出的水量，故而回流管道的尺寸应以输送泵能够输送的最大水量为依据。
（4）倾土水槽 为了避免废土沉积，倾土水槽的构造必须保证水流通过其中时不产生旋涡和死水区。采用全自动化的水位调节装置。供水阀门上安装一个电动式的或油压式的伺服驱动器，驱动器的控制脉冲则来自监视水位的仪器--水泡导入式仪器。其工作原理是由探测头将少量的空气导入水中，然后通过压力天平将这种情况下产生的压力转换为控制脉冲。
（5）沉淀水槽 沉淀水槽的尺寸必须保证废土有足够的时间沉淀下去。此外也要有足够的备用容积来贮存沉下的废土。清槽时使用挖泥机，这样，在清除淤泥之前，最好是将淤泥上面的水放出。由于废土的沉淀和清槽工作互相干扰（沉淀时要求槽中的水静止，而清槽时却必然要搅动槽中的水），所以现场设置两个沉淀槽，以便反复交替地使用其中一个灌入泥浆，另一个则进行清槽。
4.2 吊装机械设备
本工程顶管机头自重约 70 吨,安装调试完成后，拆分运至工地现场拼装，采用 200吨全路面轮胎起重机和 50T 汽车吊配合进行安装及吊运。
本工程砼管自重约 20t，考虑到吊具及安全系数因素，吊运管节采用 32 吨行车。现场顶进产生的泥浆部分采用船运，部分采用泥浆槽罐车运输。
4.2.1 顶管机头的吊装与调试 4.2.1.1 满足条件 （1）顶管机在工厂已进行组装、调试和试运行，一切均正常符合要求，具体有：
加泥、加水系统工作正常
驱动各个电机旋向一致 空载同时启动电流不大于 485A(605*80%)，能实现 0～１.03r/min 变速； 隔膜式压力表显示正常 纠偏泵站能正常使用 纠偏动作实际与操作按钮一致 螺旋机左右旋转正常、与操作按钮一致； 螺旋机空载起动电流不大于 82A(103A*８0%); 监视器工作正常、通信、视频工作正常； 10）出具产品检验合格证 （2）工作井满足条件 1）工作井上下通道符合要求； 2）出洞口止水装置已安装完成且验收合格； 3）基座安装、制成完成且验收合格； 4）操作平台铺设完成； 5）出洞口内型钢支撑已取出； 6）安全措施和配置完成； 7）现场监理到场； 4.2.1.2 运输满足条件 顶管机运输以前壳体驱动组合、刀盘总成、螺旋机、后壳体、操作集成集装箱和其它零部件分开运输。
4.2.1.3 组装步骤和方法 使用 200T 汽车起重机和 50T 汽车起重机 1）运送 4.0m 顶管机运送按照以下顺序进入场地：前壳体驱动组合与操作集成集装箱、后壳体、刀盘总成、螺旋机和其它零部件。
2）各个分体的重量如下表：
序号 品名 重量 序号 品名 重量 1 前壳体驱动组合 45t 4 螺旋机 6.8t 2 刀盘总成 8.8t 5 操作集成集装箱 5t 3 后壳体 18t 6 其它零部件 4t
3）按轻重次序分别放置（如图 4.2-1 所示）
工作井200 汽 车吊螺旋机零星用集装箱操作集装箱刀 盘后壳体前壳体 图 4.2-1
工作井场地布置 4）翻转前壳体驱动组合和后壳体成卧式，并放置好防滚枕木； 5）吊前壳体驱动组合放置于基座上，要求距离洞口止水装置 1.5 米； 6）吊入刀盘总成并直接安装：连接好刀盘的注浆管，用螺栓和刀盘安装法兰牢固地固定刀盘在驱动主轴上； 7）用辅助主顶千斤顶或４个 10t 手拉葫芦把刀盘总成与前壳体驱动组合向洞口止水装置内移动，直至刀盘接触出洞口内内墙； 8）在前壳体内预先安装 10t 手拉葫芦，起吊螺旋机把头部插入到前壳体出槽口前部； 9）用 10t 手拉葫芦和汽车吊配合安装螺旋机于出槽口上，注意密封圈是否到位，最后安装螺旋机拉杆，并用索具螺旋扣适当调节拉杆松紧； 10）使用 200T 汽车起重机作为主吊和 50T 汽车起重机作为辅助，吊起后壳体套入螺旋机上，慢慢放下、套入和转动，使后壳体安放在基座上；
使用主顶千斤顶前、后壳体，注意止水密封圈，如发现密封圈翻转就必须重新安装； 11）当后壳体上止水密封圈完全进入前壳体内时就停止顶进；安装纠偏千斤顶，安装完成后进行检查，确保 24 根纠偏千斤顶的安装螺栓全部拧紧； 井下安装步骤：四井下安装步骤：五井下安装步骤：六井下安装步骤：三井下安装步骤：二井下安装步骤：一 12）安装和连接纠偏千斤顶的液压硬管和软管，确保准确和可靠；
13）连接各个驱动电动机、螺旋机驱动电动机和主顶泵站电动机的电缆； 14）安装通信、视频、监视器、测量光靶和其它设施； 15）后靠、油缸架和主顶千斤顶安装完成且验收合格； 16）主顶泵站与主顶千斤顶联合调试完成并验收合格； 17）吊装“Ｏ”顶铁，顶出主顶千斤顶 到“Ｏ”顶铁上（防止顶管机后退）； 18）安装井内分电箱、接通下井电缆和联机电缆； 由监理、生产厂家、总承包三方检验合格。
4.2.1.4 调试步骤和方法 1）接通电源，检查通信、监控与控制光缆，检查操作台上所有功能是否正常； 2）检查控制部分(ＰＬＣ、变频器)是否正常，如有异常，进过各种方式进行排出； 3）单个起动检查驱动电动机接线是否一致(旋向一致； 4）检查纠偏泵站电动机接线是否正确(旋向与液压泵旋向一致； 5）检查其它电动机旋转方向是否与操作按钮一致； 6）正式起动刀盘，观测空载电流的大小，不得大于 485A(605*80%)，并从小到大调整转速，实现 0～１.03r/min 变速； 7）起动...
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