1、第二部分 昆山城北大道顶管施工方案第一节 工程概述一、工程概况；本工程为昆山城北大道供水管穿越沪宁高速公路的顶管工程，工程位于苏州绕城高速的西互通主线段，本工程全长为125米（桩号：MK20），公路平均黄海标高为4.00米，顶管工作井设于公路主线西侧隔离栅外31.5米处，顶管接收井在公路东侧隔离栅外30.4处，顶管采用外径为2880mm“F”钢砼管，其中穿越沪宁高速公路段约为63.1米。二、工程地质概况1、工程地质性质根据地基土的成因、年代及物理力学性质，场地勘察深度范围内土体主要为第四系沉积，主要为粘性土及粉土，共分7层。地基土各土层分布厚度及结构特征自上而下分述见下表：层号土层名称土层平均2、厚度(m)层底标高(m)层底深度(m)土 层描 述1素填土0.851.051.550.51.4杂色，松散，以粘性土为主，含植物根茎，局部含建筑垃圾，均匀性差，全场地分布。2粉质粘土2.75-1.95-0.873.04.4灰黄色，软可塑，含Fe、Mn质结核，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度高，土质不均。全场地分布。3粘土2.92-4.70-3.676.07.1褐黄色，可硬塑，含Fe、Mn质结核，无摇振反应，油脂光泽，韧性高，干强度高，土质均匀。全场地分布。4粉质粘土1.95-6.70-5.778.08.8灰黄色，软可塑，含Fe、Mn质结核，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度高，局部夹粉3、土薄层，土质较均匀。全场地分布。5粉质粘土夹粉砂7.8-18.20-12.0314.020.0灰色，很湿，稍密，摇振反应迅速，无光泽反应，含云母碎屑，韧性低，干强度低，局部夹薄层粉质粘土及粉砂，土质较均匀。控制区域内普遍分布。6粉质粘土夹粉土4.93-18.15-17.8219.820.0灰色，软塑，局部可塑、流塑，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度中等，土质不均，夹粉土薄层。控制区域内普遍分布。7粉质粘土本次勘察该层未穿透灰色，软可塑，含Fe、Mn质氧化物，无摇振反应，稍有光泽，韧性中等，干强度高，土质均匀，控制区域内普遍分布。2、地下水特征场地勘察深度范围内主要为浅层地下水，属孔隙潜水4、，主要赋存于近地表的素填土及层2粉质粘土中，属弱透水层。浅层地下水主要以地表迳流、大气降水入渗补给，以地面蒸发和侧向迳流为主要排泄途径。深层地下水属弱承压水，主要赋存于层5粉土夹粉砂中，富水性中等，主要以迳流及越流为补给来源，以越流排泄为主要排泄途径。根据区域水文地质资料，昆山地区地下水水位受季节影响较大，地下水年变化幅度1.0米左右，年最高水位埋深0.5米。根据勘察资料揭示，场区无岩溶、滑坡、古河道等不良地质作用及地下埋藏物。未发现其它不良地质作用及地下埋藏物。场区地下水位较高，在工程施工时应积极重视。3、饱和砂粉土液化判别根据地质报告计算结果表明层5为不液化土层，综合判定场地无液化土层。（5、祥见地质报告）三、编制依据1、业主提供的招标文件；2、业主提供的地质报告、设计资料、设计图纸；3、地基与基础工程施工及验收规范 GBJ202-834、混凝土结构工程施工及验收规范 GBJ50204-905、市政工程施工及验收技术规程 DBJ08-217-956、市政排水构筑物工程施工和验收规程 DBJ08-224-967、市政排水管道工程施工及验收规范 DBJ08-220-968、给水排水构筑物施工及验收规范 GBJ-141-90四、施工工期本工程顶管工期为20天。五、施工办公及临设 施工现场办公室及住宿根据业主按排搭建或借用。六、施工用电顶管阶段施工用电量保证400KVA。七、管道采购 本工6、程用顶管管道按图加工。第二节 施工准备一、技术准备施工技术准备工作主要做到以下几点：1、研究和熟悉设计文件并进行现场核对：施工前，组织主要人员对工程图纸进行熟悉、研究，使施工人员明确设计者的设计意图，熟悉设计图纸的细节，掌握并收集相关的各种原始资料，对设计文件和图纸进行现场核对。其主要内容包括以下几点；(1)各项计划的布置、安排是否符合国家有关部门的安全方针政策及规定。(2)设计文件所依据的水文、地质等资料是否准确、可靠、齐全。(3)对水土流失、环境影响的处理措施是否合理。2、对现场进行补充调查，为编制施工组织设计收集资料，具体调查的内容如下：(1)工程地点的水文、地形、气候条件和地质情况。(7、2)当地材料、可供利用的房屋等情况。(3)当地劳动力资源状况、运输条件和运输线路的情况。(4)施工现场的水源、电源和生活物质的供应情况。(5)管材的采购地。(6)顶管工具头选用。二、施工现场组织1、管线保护与地面监测措施： 施工前必须收集、调查，摸清地下管线的分布情况，对有疑问的或重要的管线可采用开样洞或样槽的方法，针对不同情况采取必要的保护措施。 在顶管施工前应对周围建筑物和重要的管线布置若干监测点。在施工过程中应根据点的位移、沉降的变化情况及时修正各项施工技术参数和采取行之有效的保护和补救措施。 如果施工现场条件不允许直接布置监测点，则采用间接布点的方式，即在管线垂直上方布置地面沉降点，通8、过地面沉降来确定管线的下沉量。 马路沿线设置沉降观测点,严格控制沉降量。在顶管施工过程中，地面隆起的最大极限值应控制在设计要求的范围内。2、周围建筑物的保护查清需保护建筑物的实际情况，采取必要的措施，做好建筑物沉降观测的标志。3、施工组织准备(1)建立组织管理机构,配备专业技术、施工管理人员,进行项目部的日常管理工作。(2)组织必要的施工作业人员及时进场开展工作，在领会设计内容和熟悉工程图纸的基础上，进行施工现场勘查，并做好现场平面布置。(3)认真进行施工前的技术交底工作，并会同甲方进行对现场引进红线、基准线、水准基点的复核工作，把桩位测量和放样等事宜落到实处。(4)业主在确保“三通一平”的基9、础上，对施工场地的地下管线和旧基础等障碍物的详细了解，并提供可靠资料。在无资料的情况下,各有关单位应到现场实地解决，以确保工程施工的正常进行。(5)做好进场设备的维修保养工作，力争做到相应配套、性能完好，应用方便,器具齐全。(6)进行施工总平面的布置，如场内临时设施等的统筹安排和搭建，以及对供电、供水等日常生活和施工设施的完善。第三节 施工方案一、施工工艺流程施工准备测量放样工作井内设备布置穿墙洞处理顶管设备安装出穿墙洞安装管道顶进进洞取工具管洞口处理。测量放线:对业主提供的控制点进行必要的复核，数据准确无误后通过控制点将顶管轴线放设到井内，以便顶进的控制。二、施工现场平面布置及工期安排 1、10、由于本工程顶管位置工作井内净尺寸为 9*7*11.2米，因此，顶进设备按现场实际情况进行安排。2、现场泥浆池和清水池设置按实际情况而定。三、工具管选用针对本工程的施工环境和施工工期要求，施工单位将选用外径2880的泥水平衡顶管工具头，此工具管能较好的控制地面沉降，保护地下管线及临近建筑物不受损坏。 1、尺寸工具管外型尺寸分别为：外径为2880，长为4.8m； 2、适用土质适用于各种粘性土和砂性土的土质。例如；淤泥、粘质土、砂土以及带卵石的砂砾土。即除了强风化岩石以外的所有土质。四、中继环选用及设置 由于本工程直径为2.880米的泥水平衡顶管，虽然距离不长，但由于直径较大，后座的设计顶力不允许超11、过800吨，因此按照实际顶进需要设置中继间1个中继间，其安装位置设在工具管后约30米处。其理论推算如下：（以下按最大因素考虑）F=F1+F2F -总推力；F1-机头的迎面阻力；F2-机头的顶进阻力；F1=（/4D2）PtD -工具管外径；Pt-机头底部以上1/3D处的被动土压力（kN/m2）；其中Pt=(H+2/3D)tg2(45+/2)；-土体的容重（kN/m3）；H -管顶土层高度；-土层的摩擦角；F2=DfLf-采用触变泥浆润滑取钢管在此层土中平均摩阻力为6kN/m2;L-全部的顶进长度（m）；1.机头迎面阻力：Pt=(H+2/3D)tg2(45+/2)=17(10+1.92)tg2(412、5o+30o/2)=202.641.73=350.57kN/m2 F1=/4D2Pt =3.14/42.882350.57 =2282.60kN2.机头的顶进阻力:F2=DfL=3.142.886.0(4.8+125)=7042.84kN (单位长度,即L=129.8m)根据总推力公式计算， F1+F2=2282.60+7042.84 =9325.44kN计算总推力大于设计顶力,因此本顶管工程须设中继间进行顶力分散。根据顶力的分布情况，中继间安放时，考虑到砼管的特殊性，以及管材与井壁的允许顶力，中继间应放在距工具头后30米处。五、后座顶进系统（见后座顶进系统布置图） 1、后座主推油缸采用4只413、00吨千斤顶。主推千斤顶安装于后座型钢支架上。千斤顶安装要求： 对称布置，保持受力均匀。 安装位置允许偏差2mm，确保顶进时处于受力良好状态。 2、导轨平面布置 导轨安装在前方，接近穿墙管（以能开启门洞为宜），其中心轴线与顶管轴线一致。导轨的安装方法及技术要求：由于导轨是一个定向轨道，其安装质量对管道顶进工作影响很大，因此安装后的导轨，应当牢固，不得在使用中产生位移；并且要求两导轨应顺直，其纵坡应与管道设计坡度相一致。安装导轨时，应首先确定导轨间距和平面位置，然后测出导轨各点的实际高程并与设计高程相比较，确定导轨的高程，调整后进行安装。导轨采用固定在工作井底板的预埋件上，用电焊将导轨架与预埋件14、焊牢，导轨四周与工作井壁撑紧，并焊接牢固。导轨的安装精度必须满足施工要求，其允许偏差为轴线偏差2mm ,两轨间距偏差在2mm范围内。根据此次工程中工作井尺寸为9米长，导轨设计长度为6m，为了便于施工及转场的顺利进行，导轨与千斤顶支架分成二个单体形式。3、后座安装后座反力墙上预先安装后座，其允许误差为5毫米，使顶力均匀扩散至后座上。4、后靠背与顶铁安装后靠背是指后座中安装在后座墙与主顶油缸之间的钢结构件。利用工作井壁作为后背。为了扩散油缸的反力以保护井壁，后靠背采用50mm的厚钢板，立面垂直不倾斜，在顶进时应注意防止后座位移。顶铁其外径与管材相同,有一定厚度的钢结构件。作用主要是把主顶油缸的几个15、点的推力比较均匀地分布到管材端面上,同时还起到保护管端面的作用。本工程选用马蹄形顶铁,其安放在基坑导轨上时开口朝下。这样在主顶油缸回缩以后加顶铁时不需要拆除泵送排泥管道。六、注浆设备 本工程设置一套注浆设备，注浆泵选用BW200，拌浆泵采用3”立式泥浆泵，拌和的泥浆储存在泥浆箱中，减阻泥浆通过2”管道分接到每道注浆孔处，注浆孔处设置一只闸阀，根据实际顶力的大小来进行注浆，顶进过程中确保最前方3道注浆孔处于开启状态。七、出土系统泥水平衡式顶管掘进机排出的泥浆通过管路输送到地面泥浆池，出土系统选用进泥泵、排泥泵及地面泥浆池。八、止水措施 当工具管进出洞时，防止洞口的泥水流入是影响顶管工程能否顺利进16、行的重要环节之一。若洞口止水不好，土体中的水和泥砂将不断涌进工作坑内，对施工造成影响，严重时将造成施工的中断,因此本工程洞口止水措施是采用止水橡胶圈，当工具管进洞时，橡胶圈向内翻起，使土体中的水和泥砂不流进工作坑。（轧兰内套牛油盘根止水，当工具管进洞时，利用牛油盘根与法兰橡胶止水条共同抵挡土体中的水和泥砂不流进，效果极佳。） 止水圈安装方法（见穿墙止水示意图）：首先在预留洞的预埋件上根据止水圈上螺栓眼的位置焊上螺栓，把止水圈穿在螺栓上面，外面再安上弧形月亮压板，以使止水圈和井壁紧密接触。注意预埋件法兰底盘应中心正确,端面平整,安装牢固，螺栓的丝口应妥善保护,水泥浆应清除。轧兰止水安装方法（见穿17、墙止水示意图）：首先把工具头于轨道上就位，把特制加工的止水轧兰按先内后外的顺序安装到工具头上，往外轧兰内圈绕工具头缠45圈的牛油盘根，然后根据工具头尺寸对止水轧兰进行定位并与工具头临时连接成整体，随工具头同步顶至穿墙管法兰，最后利用大小夹码把止水轧兰与穿墙管焊牢连成整体，同时与工具头分开。止水防塌的另一个办法是在穿墙洞外侧5米范围内进行压密注浆，由于顶管穿墙洞外侧地基受沉井下沉影响而产生土体扰动，砂土容易液化，土体承载力降低，以至工具头出洞后出现下沉的状况，为此必须采取地基加固措施，主要采用压密注浆来提高穿墙洞外侧管底的承载力，确保管子沿轴线方向正常顶进，具体办法如下：穿墙洞外侧紧贴井壁打设钢18、板桩：钢板桩打设必须密实，桩与桩之间的缝隙越小越好，不能使用变形的钢板桩，以防流砂涌入井内，破坏井外土体。注浆范围：以井外壁沿轴线方向至围幕，宽为4米，深为顶管轴线以下3米。注浆布置：间距为1米，呈梅花形布置。注浆配比：水泥：粉煤灰：陶土粉为1：0.30：0.30注浆压力：0.20.6Mpa，稳压时间为2030min。养护时间：1天（具体观测试验结果）。九、地面沉降的控制1、如果顶管掘进过程中，工作面的前方出现坍方现象，这将造成地面的沉降。坍方造成超重出土或覆盖层土体松动，以致地面沉降。因此在顶进时必须加以注意，严格及时控制进出水量，控制头部土压力来控制出土量。当穿越高速公路时，应对高速公路进19、行监控，以防失控。使沉降控制在设计规范的要求内。2、工具管向前顶进时，掘进面土体产生较大的应力，掘进时土体向工具管移动、坍方、应力降低，产生松动。如果土体松动范围超出了工具管，必将造成工具管和后续管周围的土层也被松动。因此在掘进时应注意推进速度。3、对顶管线路的纠偏而引起工具管周围土体受力不均,可能出现土体发生松动的现象而造成沉降，因此在顶进过程中做到勤测，确保管线的直线顶进。4、层5土地质报告说不会产生液化，但该土层摇振反应迅速，韧性低，干强度低，所以在顶进过程中，如果头部机械在同一个位置上转动时间太久，土体还是会产生液化，因此要杜绝这种现象的发生。5、如果在顶进过程中遇到流砂，除了要控制速20、度、压力、进水量、出泥量以外，还要改变进水成分，在进水中适量加入陶土粉和粘土浆，以使土体与泥浆之间形成泥模，减少流砂现象的发生。6、触变泥浆不宜太厚。必要时，后期用迟凝泥浆置换触变泥浆。十、顶管施工技术措施 1、工具头穿墙工具头穿墙质量的好坏，直接影响整个管道施工的质量，特别要防止穿墙过程中大量的土涌进来。因此,穿墙准备工作要充分、细致，具体做好以下工作：(1)沉井内顶进导轨、千斤顶的位置应安装准确、牢固。(2)顶进泵液压系统应工作可靠，千斤顶伸缩自如。(3)工具头下井后，应对其中心及前后高差进行复核，严禁头部低、尾部高。(4)吊机应工作正常。(5)穿墙前应对工具管进行检查调整并试验。 (6)21、纠偏液压系统无渗漏，工具管纠偏灵活，测角表调零。 (7)各种机械试运转半小时正常工作，管路无漏水等。(8)压缩空气系统，泥浆减阻系统通风系统运转正常。(9)一切设备调试正常后并将临时止水装置安装在工具管前方，将工具管顶进到钢封门前，用吊车吊出钢封门，同时将工具管快速顶进穿墙管，橡胶止水自动压紧，达到止水效果，待顶至泥浆环时撤除临时止水安装永久止水装置。(10)配备足够农用泵以备洞口土体塌方进水和流砂时的应急措施。顶管施工中的进出洞口工作是一项很重要的工作，施工中应充分考虑到它的安全性和可靠性。 在洞口外打入压浆管，并在工具管进洞前24小时之内在洞口四周土体中压入水泥浆。水泥浆的多少视现场情况而22、定。当工具管进洞后，拔除外围压浆管。 在硬土内推进速度缓慢,一般在0.5cm/分以内，这是观察工具管内的推力表。在工具管进入洞口时，应用水平尺来观察工具管的倾斜度，视情况是否在工具管尾部压配重控制工具管磕头。 2、定向测量 工作井制作结束后，按穿墙孔的实际坐标进行测量放线，定出控制轴线，然后将控制轴线设放到工作井测量平台。测量井平台的标高应按管道设计标高及工具头测量点的位置来确定。 3、顶进纠偏作业 工具头在顶进过程中可能受不均匀外力的作用，头部会产生偏离设计轴线及标高的现象，因此在顶进过程中需不断的对工具管进行纠偏操作，根据激光视频所显示的头部偏差情况应及时纠偏，纠偏角度一般不大于0.5度,23、最大不超过2度。小角度纠偏：每次纠偏角度应控制在1.02.0，最大不得大于2。纠偏操作不能大起大落，如出现较大的偏差，应小角度连续纠偏，保持适当的曲率半径返回到轴线上来，避免管道顶进时产生过大的侧向应力。同时严禁出现纠偏方向上的操作失误。严禁在主千斤顶停顶的情况下进行纠偏，严禁大角度纠偏并严格按照操作规程进行操作。纠编前后应按规定及时准确地做好各项原始记录。纠偏时要防止工具管发生扭转，一旦出现类似情况采取措施。 4、触变泥浆减阻 本工程顶管施工中顶进时为了减少管壁四周摩擦力,采用触变泥浆减阻的方法顶进，以满足设计中继环的数量，因此触变泥浆减阻工作是确保顶管顺利进行的关键工作，必须达到以下要求：24、 （1）工具管尾部压浆速率控制在0.040.08m3/s左右。 （2）在管道顶进过程中根据实际情况应设置补浆孔进行补浆,除工具管头部压浆孔外另外每间隔20米设置一道补浆孔。每道分上左右3个孔。这些拌制好的泥浆应具较好的润滑性和稳定性。（见顶管压浆系统布置图）(3)严格按照配合比配制触变泥浆，以保证泥浆的触变性及稳定性，起到真正的减阻、护壁的作用。(4)泥浆拌制好后应静止24小时方可使用，压浆时应随时观察出浆情况。在顶进过程中应遵守同步注浆原则，重新顶进前应先出浆后顶进的原则，以防止土体塌方，并破坏泥浆护套的整体连续性，并做好压浆记录。压浆压力应大于地下水土压力。泥浆压注设备采用压浆泵，通过5025、钢管分送到各泥浆口，压浆过程要做好注浆记录。5、工具管出洞处理工具管出洞处理往往被人们所忽视，在流沙层中顶管，或在水压力较大的土层顶管，工具管出洞处理是十分重要一个施工环节，梢有差错，便会出现水土大量涌入井中，很难处理。根据本工程的地质情况，我们应当作够重视洞口处理问题，首先要在洞口外侧3米范围内进行土体加固，具体加固措施采用压密注浆，浆液以粉煤灰为主，适当加入陶土粉和水泥等参量。在工具管出洞前还应配备一些破旧棉被、木镇、水泥等材料，以备在工具管出洞时可能出现的泥水渗漏时及时堵塞，同时及时进行水泥粉刷，对渗漏较严重地方应采用引流管，在水泥达到一定强度后才将引流管拆除并堵塞。十一、顶管质量要求 26、1.施工现场直接在工具头布置监测点,确保管线的顶进标高和水平距离。 2.顶进不偏移。 3.管线轴线偏移： L100m 按设计 （L为顶进长度） L 100m 按设计 4.管内底标高偏差：L100m 按设计 （L为顶进长度） L100m 按设计 十二、安全生产与文明施工1. 安全管理措施建立、健全各级安全生产责任制，责任落实到人；进行全面的针对性的安全技术交底；特种作业人员必须持证上岗；建立定期安全检查制度，查出隐患必须定人限时整改；施工用电中照明、配电箱、架空线、接地线必须严格按规程操作；2. 现场文明施工措施积极开展文明施工达标活动，做到“两通三无五必须，便民利民不扰民”。两通：施工现场人行道畅通；沿线居民道路畅通。三无：施工中无管线事故；无重大伤亡事故；场地道路无积水。五必须：施工区域与非施工区域必须严格分隔；现场施工人员必须持证上岗；现场材料堆放必须整齐；工地生活设施必须清洁文明；工地职工必须遵守“七不”。表二：主 要 设 备 表名称规格数量泥水平衡工具管28801台进水泵22KV4台出泥泵22KV4台农用泵7.5KV4台平底潜水泵7.5KV4台管道泵22KV2台电焊机50KVA2台配电箱200A6台激光经纬仪J22台水平仪S32台压浆泵22KV3台汽车吊50t1辆门吊20t1辆千斤顶400T6只油泵车22KV3台附图一：顶管工程质量网络图