大管径顶管穿越河道施工方案.docx

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大管径顶管穿越河道施工方案

良乡电力管道穿越刺猬河顶管工程

技术方案

1.工程概况1

2．技术方案3

3.施工方法及顶管防沉降措施21

1.工程概况

1.1工程简介

本工程为房山区良乡电力工程穿越刺猬河顶管工程，设计起点为刺猬河南岸城良35KV变电站入地后穿越刺猬河至河北岸向西北方向与长虹西路电力管线相接。

原管线规划为2.0m*2.3m暗挖隧道，穿越刺猬河部分变更为顶管穿越，顶管管径为φ3000，根据河道管理部门要求，管顶覆土深度即距离河道底部应不少于2.5m，由于顶管管径较大，根据顶管有关规范顶管覆土不小于0.8D要求，覆土深度确定为3.0m。

从顶管工艺角度出发，顶管覆土深度越大越有利于顶进，但同时却增加工作井和接收井的施工费用，设计时根据原隧道埋深和上述深度要求进行调整。

现状河道上口宽42m，河底宽25m，河底和两岸为护砌护坡结构，河底至现况地面上端为4.0m，水深约2.0m左右。

1.2管线沿线水文地质条件

地质条件无相关详细资料，水文条件按地下水丰富考虑。

1.3管线沿线地形地貌

拟建场区位于长虹西路东侧，地形较平坦，周围无大型建筑物，河北岸为绿化带，地势较低，河南岸为加工厂，多为平房。

1.4管线沿线周围环境

管线穿越刺猬河，南北两岸均紧邻长虹西路，交通便利。

1.5地下管线及障碍物情况

在施工前应委托物探技术部门对工作、接收井周围地下管线进行探查。

2．技术方案

2.1顶管方式

顶管方式拟采用土压平衡机械顶管工艺穿越刺猬河河道，工作井设在刺猬河东岸，接收井设在刺猬河西岸，由东向西顶进，顶进长度120米，顶管管顶距河道底部3.0m，顶管管径φ3000。

坡度为0.0019，工作井向东与本工程暗挖段6标段对接，接收井向西与现况电力隧道侧接，工作井和接收井坐标由设计确定。

本方案有以下特点：

一、本方案穿越刺猬河河道，不需大面积破坏原河道结构，不用围堰导流，在施工中充分保证河道河底和护坡的完整性。

二、采用土压平衡机械顶管掘进技术，日掘进15米，顶管上方沉降控制在15mm以内，既快速又安全。

三、工作井设在刺猬河北岸绿化带内，接收井设在刺猬河南岸加工厂南门外，经现场踏勘，河岸两边道路行人车辆较少，有利于施工及运输，社会交通影响面小。

需要时进行社会道路交通导行。

四、根据φ3000顶管土压平衡顶管掘进机械（机头长度按5.3m，直径3570mm推算）φ3000，工作竖井平面尺寸（净空）为9.0m*7.0m，接收竖井平面尺寸（净空）为6m×5m。

拟建接收井井位见下图：

五、由于顶管断面为圆形，暗挖沟道断面为圆拱直墙，顶管与暗挖隧道接口过渡时本工程设计难点，本方案就此提出初步方案，仅供参考。

拟建工作井井位见下图：

2.2工艺原理

设备系统由土压平衡掘进机、油压装置、泥浆系统及遥控设备组成,北侧竖井为顶进工作井，南侧竖井为接收井，由北向南顶进。

掘进机放置井下、掘进机轴线与设计管线轨迹重合。

掘进后刀盘切削下来的岩土在掘进机内经破碎，由螺旋输送机排至管内小推车运至竖井位置，再经垂直运输至地面。

管子下到工作井,F型接口混凝土套管用橡胶带密封好后由后方顶进装置沿设计轨迹顶入地下,上方为遥控设备,控制掘进路线,不断进行纠偏。

直至顶进完成

2.3工艺流程

顶管工艺流程见下图

顶管工艺流程图

2.4设备选型

拟采用扬州广鑫TP3000型土压平衡顶管机，机身长5.3米，机身自重60T，机身外径ф3570mm,刀盘直径ф3590mm，可适用地下水丰富及全土质土层。

TP3000型土压平衡顶管机

2.5管节、接口及管内支架布置

顶管管节采用Φ3000钢筋混凝土管,为F型钢承口Ⅲ级管标准。

防水等级为Ⅱ级防水，钢筋混凝土管外径Φ3570mm，壁厚285mm，每节管重18.4T，接口采用楔形遇水膨胀橡胶密封圈。

电力支架预埋钢圈在管节预制时进行预埋。

根据电力隧道有关规范要求顶管管节内电缆支架布置见下图：

2.6竖井结构

竖井结构为钢格栅+连接筋+钢筋网+混凝土+锚管+临时支撑的联合支护体系，采用矿山法锚喷砼支护竖井施工。

2.6.1竖井净空尺寸：

工作井：

9m×7m×9.85m，（长×宽×深）；接收井：

6m×5m×11.82m，（长×宽×深）。

初衬结构厚度250mm，底板结构厚度300mm。

2.6.2根据我公司以往施工图纸和经验，竖井结构简图如下,进行施工图设计需进一步进行结构验算。

2.7顶管管节与暗挖隧道的连接

顶管工作井内顶管管节与暗挖隧道在顶管竖井内通过检查井加现浇钢筋混凝土电力沟方式进行连接。

检查井为5.0*4.0m矩形检查井，结构厚度500mm，现浇沟道断面尺寸为2.0*2.1m，检查井和沟道可以一次浇注完成。

2.7.1顶管施工完成后回填级配砂石至检查井地板标高。

2.7.2检查井、沟道采用现场支模，整体浇注。

2.7.3在明沟与暗挖隧道对接处由于两种结构存在差异，暗挖隧道与明沟对接为变断面施工。

2.7.4两个沟道对接变形缝按有关规范要求设置。

2.7.5现浇结构与顶管竖井初衬之间回填按筑路标准。

接收井内顶管和暗挖隧道的连接方式经现场勘查，接收井西侧为现况φ2.0*2.6米沟道及φ5.2米检查井一座。

检查井内向西甩口预留沟道长度为2.0米检查井底板距现况地面10.4米，接收井内顶管与暗挖隧道连接有两种方案可供选择：

2.8顶管管节与检查井连接

顶管管节最后一节为特殊管节，在距管节末端端面1625mm处设置预埋钢环，在顶进完成后在钢环上焊接止水环，浇注在检查井模筑混凝土内，完成管节与检查井的刚性防水。

2.9顶力计算

（1）控制土压力值P

P=K0γh

K0—静土压系数，按土质取0.33

γ—土容重

h—复土深度

P=0.33×19×7.55

=47.34KPa

（2）顶管机初始推力FO

FO=PπR2

R—混凝土管有效半径

FO=47.34×3.14×（1.79）2

=476.28KN

（3）一次顶进管子阻力

PO=fπDL

f—磨阻系数，按土质取8

D—管外径

L—顶进长度

PO=8×3.14×3.57×120

=10761.41KN

（4）一次顶进总推力F1

F1=F0+P0

F1=476.28KN+10761.41KN

=11237.69KN

（5）考虑注浆减摩效果后实际总推力F

F=αF1

α—减摩系数0.8

F=0.8×11237.69KN

=8990.15KN

（6）每延米推力为74.92KN/m

（7）混凝土管控制顶力Fc

φ3000钢筋混凝土管厂家提供资料为19242KN。

（8）中继间计算

由于φ3000钢筋混凝土管能承受最大顶力19242KN，注浆减阻后实际总推力为8990.15KN，工作井主顶推力可设计为12000KN，即200T主顶油缸6台，不需要设置中继间。

2.10场地布置

工作竖井占用刺猬河河东岸部分绿化带，占地300平米（30m×10m）。

接收竖井设在刺猬河西岸加工厂西大门外，占地105平米（15m×7m），占用现况道路（宽7米）。

现况道路被占用后采取交通导行，施工便道设在道路东侧人行步道和绿化带上。

施工现场用不低于2米的围挡加以封闭。

钢筋加工在场外进行，竖井周边设备摆放、弃土临时保存位置、管材堆放及材料场地布置均应考虑防止过度荷载造成井口三角区土体滑移。

至少在井口边2米以外。

2.11施工用水用电

现场临时用水布置:

竖井临时施工用水,主要为竖井初衬结构施工用水，由于现场条件所限，可由水车运送。

现场临时用电布置:

竖井使用发电机组提供施时用电,用电量为l50KW。

如甲方不能提供，我单位将租用发电机组提供施工用电，根据环保要求，发电机组应使用低噪音环保型。

2.12施工进度安排

单个竖井工期15天，顶管10天（包括设备拆装、顶进），进出场5天，总工期30天）。

综合考虑总体施工进度计划安排和现有施工能力及不确定因素，竖井施工至封底每道工序的工期如下：

序号

部位

竖井

1

施工准备

2

2

锁口圈梁开挖

1

3

锁口圈梁砼浇注

2

4

井身施工

8

5

封底

2

工期合计

15

2.13施工人员安排

根据工程的规模和进度计划要求，每个竖井拟投入的劳动力如下：

施工竖井劳动力安排（两班作业）

钢筋工

电工

电焊工

砼工

喷砼工

木工

普工

4

2

6

4

2

2

20

2.14施工机械设备投入

考虑到施工场地情况，根据工程内容和各项施工工序要求，本工程拟投入的机械设备如下：

工程机械设备安排

序

号

设备名称

规格型号

数量（台）

进场日期

备注

1

空压机

9m3/min

4

开工之日

竖井用风

2

搅拌机

JZC-350

2

开工之日

混凝土工程用

3

砼喷射机

PZ-5

2

开工之日

两台/竖井

4

电焊机

BS500

4

开工之日

加工用

7

轴流风机

11KW

4

开工之日

隧道

8

风镐

G10

4

开工之日

2台/竖井

9

砂轮切割机

40

2

开工之日

外加工

10

钢筋弯曲机

Q40

2

开工之日

外加工

11

钢筋切断机

JL40

2

开工之日

外加工

12

调直机

G-12

2

开工之日

外加工

13

电葫芦

5T

4

开工之日

垂直运输

2.15质量控制标准：

顶管质量标准：

中心±30mm

高程+10mm

-20mm

管间错口10mm

2.16主要工程量

管井降水6口/井，深度15米，φ400无砂管；

顶管φ3000钢筋混凝土管120米；

顶管竖井（锚喷支护）2座；

3.施工方法及顶管防沉降措施

3.1施工降水

根据地勘报告，受大气补给及刺猬河渗漏影响，地下水较浅，初步安排在每个竖井四周打6口降水井，进行管井降水，将地下水降至底板以下0.5-1.0m，降水施工所需的设备及技术参数需由现场试验钻提供的地下水资料确定。

3.2竖井施工

竖井施工采用锚喷逆作矿山法施工，竖井的施工原则:

快开挖、强支护、小分块、短进尺、早成环。

竖井施工工序分四步施工。

即:

施工准备、井圈施工、井身开挖、竖井封底。

竖井开挖支护施工工艺流程:

　施工准备

井圈开挖

井圈锁口砼施工

人工开挖土方

架立格栅钢架、喷砼支护

竖井封底

A、锁口圈梁

在竖井的四周设置φ40钢管栏杆，高度为1.2m并挂绿网。

竖井锁口圈梁宽900mm、厚600mm钢筋混凝土结构。

　　锁口圈梁施工程序:

　　测量放线----挖槽----垫层混凝土----养护----纵向预留钢筋----绑扎锁口圈梁钢筋----安装竖井井架及梯道预埋件----支搭锁口圈梁模板----养护----拆模

　　工作井锁口圈梁开挖土方时,比设计尺寸外扩100mm。

根据测量所放坑位,开挖工作井锁口圈梁土方,回喷100mm厚C20混凝土临时支护。

　锁口圈梁开挖土方完成后,绑扎锁口圈梁钢筋,同时预埋竖井侧墙竖向连接筋。

支立模板、灌注混凝土,圈梁采用C30的现浇混凝土。

B、竖井井身开挖

竖井井身采用分段开挖,分阶段支护,随挖随支护,每—循环挖深0.5m左右,开挖后初喷混凝土30mm然后安装钢架,标高5m以上每550mm设一榀，以下每500mm设一榀,工作井接收井每榀打设φ32×3锚管，长度2m,水平间距1m.焊接纵向钢筋及安装钢筋网,复喷混凝土至设计厚度，结构厚度为250mm。

　施工采用人工开挖,人工装渣,吊车提升吊篼出渣,循环进尺0.5m,初期支护紧跟封闭。

开挖井壁土方采用先对角开挖,喷射砼封闭后再对边开挖,严禁整个墙体或较长边墙或四角同时悬空。

按设计步距作一步距开挖一步距,每个步距的工序包括开挖土方、挂网片、安置格栅、焊连接筋、打锚管、喷射C20混凝土封闭成环。

当一个步距初支施工完成以后,才可以开挖下一个步距。

为保证竖井施工安全，在施作过程中在井壁长边三分点设置两道临时对撑，竖向每两米一道。

四角设置斜撑，竖向间距也为两米一道。

井身开挖支护至设计标高后现浇300mm厚C30砼封底，井底预留集水坑。

3.3顶进施工

3.3.1测量控制

（1）针对永久性水准点、导线建立临时水准点,将核对资料报送项目技术主管,经项目技术主管审批合格后方可进行下一步工作。

（2）施工过程中对以下工序进行测量控制:

工作井开挖时的上口、管道顶进时的轴线、高程。

　（3）控制点设置必须符合有关的规范和规定,在施工过程中建立测量控制系统,控制点设在不宜扰动、视线清楚、方便控制、易于核对处。

　（4）由于顶管距离较长,必须采用人工和激光测量相结合的测量手段,为确保测量精度,在机头距离接收井50m左右时,需暂停顶进进行一次全面的测量校核。

　（5）高程测量:

在地面上把永久水准引测至井边,通过垂直吊钢尺引测至井下,设临时水准点,再在管道内架设水准仪测量机头内标靶,即可知道机头高程偏差。

闭合差按二级水准控制。

　（6）轴线测量:

在井内设固定测量点,经纬仪调好垂直角度,从镜子看光靶上刻度。

　（7）根据接收井预留孔间隙,考虑到竖井施工存在误差,机头操作存在误差,把管内导线测量误差控制在土25mm,导线测量回数为一测回,必要时增加测回数。

3.3.2设备安装

（1）起重:

下管采用25T汽车吊。

掘进机自重30T,工作井完成由100T汽车吊吊入。

（2）后背、导轨及顶镐的安装

后背采用锚喷结构加钢后背。

安装导轨以及顶镐,先根据导轨本身的尺寸计算出导轨顶面至轴线的高差h,至水平仪于井下,在井四周作出4一6个临水点,保证轴线标高临水点高程=h,安放导轨时可用线绳在相对的两个临水点拉出一条直线,使导轨顶轻触于线绳既可,然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线重合,导轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程,最后支撑导轨至井壁上。

导轨采用16号工字钢,两导轨平行,等高架在5个16号工字钢上,两端工字钢固定。

顶镐安装用镐架,在后靠背安装完毕后进行,抄平顶镐要保证顶镐后部贴紧后靠背,顶镐必须偶数对称布置。

3.3.3平面布置、井内布置及管内布置

（1）在工作井范围内实行全封闭隔离施工,并布置以下必要的设施:

办公室、仓库、配电间、管材及材料堆放区、泥浆设备。

布局要合理,环境整洁、卫生,并有专职人员进行管理。

（2）井内布置

工作井井内布置主要有辅助钢制后靠背、砼后背、导轨、主顶镐、油泵动力站、钢制扶梯、泥浆泵、“U”形顶铁和“O”形护口圈等。

（3）管内布置

动力、照明、电讯电缆,灯具,轨道等,为保障井内施工人员的人身安全,改善劳动条件,根据实际需要增加通风管道和强力鼓风机。

（4）泥浆及遥控设备

　　在工作井一侧放置泥浆设备及顶管操作台。

3.3.4管道顶进与纠偏

（1）顶管机就位

用100吨吊车吊装顶管机,将顶管机放入顶进坑内的导轨上,顶管机前端距井壁约300毫米。

就位后先检查顶管机的轴线是否与机坑轴线、导轨轴线以及主顶油缸的轴线保持一致,发现偏差立即调整。

无误后再进行顶管机电路、油路、注浆系统的安装调试。

（2）机头入洞

先将洞口处的墙壁凿除,洞口处,人工向前挖土500~800mm,再将机头徐徐推进洞口里,待刀盘全部进洞,调整止水圈位置,使其完全封闭地下水。

然后开动顶管机刀盘,待土仓压力升到0.1MPa时,这时螺旋输送机的土压也上升到0.07MPa左右。

掘进机开始入土时,机头外露,只存在轨道对机头的摩擦力,机头易发生旋转,故在入土前两米顶进时,顶进速度控制在5毫米/分钟以下,以防机头整体旋转,并观测机头倾角和旋转变化,及时修正和调整。

倾角的变化用纠偏千斤顶调正,旋转角大于士30度时,可使用刀盘反转调正,顶进2米以后在机头不旋转的情况下可逐渐加大顶进速度。

（3）机头完全入土后,土仓压力控制在50~80KPa,将前3节管子与掘进机头做刚性连接。

刚开始向井下管、装管时,用钢支架或倒链固定已顶入的管节,防止油缩回过程中管节后退。

（4）正常顶进

1）土仓压力的设定:

按计算表数值设定,施工时设备自控可保证10%的土仓压力:

遇有砂层、砂砾石层、下穿道路、离构筑物较近时,土仓压力设定适当加大30%左右,以提高安全系数。

2）触变泥浆减阻:

顶管过程中,须同步注入减阻泥浆,它是减少顶进阻力、提高顶进速度的重要一环,减阻泥浆采用膨润土配制而成。

膨润土一般要求胶质价在80以上。

膨润土进场后,先测定其胶质价,根据胶质价确定配合比。

膨润土泥浆重量配合比

膨润土胶质价

膨润土

水

碱

60-----70

100

524

2—3

70-----80

100

524

1.5—2

80-----90

100

614

2—3

90-----100

100

614

1.5--2

膨润土泥浆的拌和时间一般为20至30分钟。

泥浆制备后,须静置24小时方可使用,使其充分吸水,膨润成胶体,使用比重计测其比重,掌握在1.15g/cm3为宜。

在机头尾部设置有触变泥浆注浆孔,顶进施工的同步注入触变泥浆,以形成原始浆套:

每节混凝土管均有三个注浆孔,顶进过程中,通过注浆孔持续补浆。

注浆使用挤压式注浆泵,注浆口压力控制在0.13~0.22MPao视储浆池内触变泥浆下降的速度及顶铺压力表读数调节注浆压力。

3）顶进测量:

初始顶进每1米测量一次,并做记录。

正常顶进时,每顶进3米测量一次,遇有纠偏每1米测量一次,测量时要注意照射到机头激光靶上的激光点和管道中心轴线的一致性,若出现偏差通知机手及时调整。

测量人员分别绘制出管道中心及高程曲线图,随时预测机头的前进趋势。

4）顶进纠偏:

不断地观察光靶上激光点的行走轨迹,如发生偏移大于20毫米,预测机头又有向偏差大的方向发展的趋势时,要采取纠偏措施。

纠偏时开动纠偏千斤顶。

纠偏时每1米测量1次,并做机头和机尾的数据比较,有回归趋势时,保持一段顶进距离后,要停止纠偏,防止左右摆动。

纠偏的原则是勤纠、微纠,每次纠偏量不要过大,而且要注意发展趋势,当上下、左右均发生偏差时,先纠上下、后纠左右。

5）顶进速度:

顶进速度控制在30毫米---50毫米/分钟,人洞后的前10米以及纠偏时用较低速度,以后视出土情况、刀盘扭矩情况适当加快顶进速度。

6）出土外运:

掘进机刀盘切削破碎土体,由螺旋输送机将泥土输入到管道内部,使用土车通过管道将泥土运入顶进坑中,再使用吊车运到地面,倒入泥土暂存区,定期外运。

7）安装管节:

管节下坑前先进行外观检查,包括管端面是否平直、管壁表面是否光洁、管体上有无裂缝等等,检查合格的管子用吊车放到顶进坑内的导轨上,进行顶进。

8）下管时,机头在停止顶进的状态下,刀盘转3---5分钟,在停机和同时螺旋输送机出土的情况下,排土液压门关闭,并断电以保证土压仓土压达到平衡。

下管工序完成后,再顶进时,应先开刀盘,再依次开螺旋输送机、推进系统。

9）机头出洞:

机头推进到距接收井约2米处,拆除接井坑洞口处的墙壁,从接收洞口中心部位打进一根钢钎寻找机头,洞口处的土体开裂并向外凸出,仔细测量机头上、下、左、右的四个方向,与出洞口的大小、位置合适时,启动主顶油缸继续推进,至中心刀露出时,停止推进。

安置机头接收托架,然后,慢慢将机头推入接收坑内。

10）使用吊车将机头吊运出坑。

　（5）顶进中的控制。

　　A、顶进时出土率控制值95--98%,根据实际情况及时调整。

泥水平衡顶管掘进机用顶进油缸的伸出长度来计量出土率。

　　B、管道顶进过程中,顶管中心和高度由激光导向仪进行测量,其纠偏精度由激光导向仪发射到掘进机测量用的靶盘随时进行控制,确保偏差度不超过±3cm。

管道每推进250--300mm时测一次中心轴线,若一发现偏移趋势就进行纠偏,若偏移量达到20mm时,立刻停止顶进,查明原因有措施保证后再顶进,确保顶管轴线的质量,勤测勤纠。

　　C、根据地面和构筑物沉降监测反馈信息及时调整土压力控制值、出土量与顶进速度。

　　D、若出现沉降值超标,立即停止顶进,查明原因,采取相应措施后才能重新顶进,确保河底安然无恙。

（6）沉降观测

管道顶进过程中,沿线每10米布置测点,刺猬河两侧护坡各增加坡顶和边坡两个测点，每天上、下午各观测一次,并做好原始记录,对现况道路进行沉降观测,若发现路面有沉降立即停止施工,分析原因并制定相应的整改措施,确保安全后再进行顶进施工。

（7）泥浆置换

顶管完成后及时对管道外壁进行充填加固,把原注入的膨润土浆置换掉。

使用的泥浆置换材料为水泥加粉煤灰浆,其配比为水:

水泥:

粉煤灰=5:

1:

3。

通过管道内部的压浆孔压注,注浆次数不少于三次,两次间隔时间不大于24小时，每二节混凝土管编为一组,分为注浆孔与排浆孔。

将注浆泵清洗干净,吸浆龙头放入灰浆池内,开启注浆泵,打开第一组注浆孔,当第一组排浆孔冒出灰浆后,关闭阀门,再打开第二组,以此类推,直到全线完成。

再关闭所有阀门,保压三十分钟,保压时注浆压力为1.0Mpa。

泥浆置换完成后,应拆除主通道浆管和管内弧形浆管就地清洗,以免浆液凝固堵塞。

（8）设施拆除

套管顶进、换浆、检测全部完成后,拆除顶稿、后背铁等顶管设备。

3.3.5防止地面沉降措施

（1）刺猬河为房山区良乡重点水系，为防止河道及地面沉降或隆起，每节砼套管设专用注浆孔,按120度分布。

配制1:

2水泥砂浆由一侧注浆孔注入,另一侧注浆孔溢出,对顶管施工中的膨润土泥浆进行置换,在管顶与复土之间进行填充。

（2）加强顶管中心轴线上方地面的沉降观测,监测频率为每天一次,路面沉降达到1cm为报警值,其他管线沉降报警值为0.5cm。

3.3.6土方及泥浆外运

　土压平衡掘进机械出土含水量很少，不用再进行二次处理即可装车外运。

本次施工现场在刺猬河河道附近,必须兼顾河道周围的环保效果。

3.3.7河道恢复及道路回填

顶管注浆密实度符合要求后，进行顶管井回填处理。

由于顶管坑工作面较小，换填好土并夯实达到做路的密实度要求，以保证将来道路施工质量，当顶管坑周围原状土为软土时采取级配石回填至现况路面，并用平板夯夯实，经检测密实度达到要求后方可进行下道工序的施工。

河道根据河道管理部门的要求进行清理、恢复。