污水主干管网工程创优计划.doc
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南洲路（广州大道～南环高速公路）
污水主干管工程
创
优
计
划
及
实
施
方
案
编制人：
编制日期：
项目负责人：
技术负责人：
审批人：
审批日期：
1.工程简介
南洲路污水主干管项目设计起点由广州大道与南洲路相交的南洲立交东引道（K0+402.077）起，经瀛洲公园（K6+445.740）加上终点位置平面交叉口A、B、C线全长8.85公里（包括官洲岛）。
南洲路污水主干管是实施沥滘污水处理系统的关键工程，必须在确保工程质量的前提下，加快工程实施的进度。
根据广州市沥滘排水分区规划《污水管道系统规划方案》及穗沥污办纪〔2003〕15号文，污水主干管优先选用玻璃钢夹砂管。
本工程为南洲路污水主干管项目的一个重要标段，地处广州市南洲路，由广州大道起至南环高速公路止，全长约700米，其中W3～W4段（114.4米）作为南洲路污水主干管项目顶管试验段已经先行施工完成。
本工程污水管采用玻璃钢夹砂管，内径为Φ2270，管壁厚度为65毫米，每节管长3米，管道埋深在8米左右。
分为三段进行顶管施工：
W1～W3段，长度待定；W6～W4段，长236米；W6～W8段，长236米。
W6～W4段，利用处于W4井处的原有接收井，在W6井位设置工作井，由W6工作井向W4接收井顶进；W6～W8段，在W8井位处设置接收井，由W6工作井向W8方向顶进。
本工程的质量目标是“省优良样板工程”。
为达到“省优良样板优良工程”的目标，制定以下质量保证措施。
2.质量管理体系
2.1质量管理控制流程如下图：
竣工验收
工程完工
申请工程质量等级
图纸会审
材料试验
设计交底
配合比设计
施工方案交底
工序交底
测量仪器检验
测量控制点布设
Y
Y
N
测量放线施工
报送监理验收
工序验收评定
质安员复检
班组自检
各工序施工
工序质量自检
填写工序表
通知甲方
整改
下工序施工
现场检查
整改
N
N
Y
Y
Y
现场抽查
2.2自检验收程序图分公司工程部
竣工验收
外观
实测实量
竣工资料
最终检验
分部工程
工序
处检查验收
项目部检查验收
班组自检
过程检验控制
过程控制
现场管理组
质安监控组
质安科
实验室
材料科
进货检验
项目材料组
处部管理层
单项工程
2.3质保机构
资料员
组员
组员
顾问：
QC小组组长：
副组长：
总工室
工计科
3.主要工序质量控制
施工过程中，在每道工序完工后进入下一道工序施工前报送监理进行验收，验收合格后，才进入下一道工序进行施工。
3.1、施工测量
l）、对所有施工用的测量仪器要按计量要求定期到指定单位进行校定，施工过程中，如发现仪器误差过大，必须即时返修，并重新校定，精度满足要求之后，方可重新使用。
2）、对设计单位交付的测量资料进行检查、复核，如发现问题要及时通知设计单位及现场监理，并重新进行检查、校核。
3）、施工基线、水准点、测量控制点，应定期半月校核一次。
各序开工前，应校核所有的测量控制点。
3.2、钢筋工程
1）、钢筋的采购，必须要有出厂质量保证书，没有出厂质量保证书的钢筋，不能采购，对新用的钢筋，严格按规范规定取样试验合格后才能使用。
2）、钢筋焊接，焊接工人必须持证上岗，焊接接头要经过试验合格后，才允许正式作业，对一批焊接构件，进行随机抽样检查，并以此作为加强对焊接作业质量的监督考核。
II级钢筋，必须使用直流焊机。
3）、钢筋配料卡必须经过技术主管审核后，才准开料，开料成型的钢筋，应做好标识，堆放整齐。
钢筋的堆放场地要采取防锈措施。
4）、要专人负责钢筋垫块（保护层）制作，要确保规格难确，数量充足，并有足够的设计强度，垫块的安放要疏密均匀，可靠地起到保护作用。
5）、钢筋绑扎，要经过监理验收合格后，方可浇注砼，在浇注过程中，必须派钢筋工值班，以便处理在施工过程中发生的钢筋移位等问题。
3.3、模板工程
1）、模板采用定型钢模板，模板要经过结构设计，保证有足够的刚度，并且装拆方便；
2）、模板必须采取可靠的拼缝止水措施，确保模板不漏浆。
模板装好后，必须清理干净，才能移交给下道工序。
3）、使用过的模板必须经过清洁处理后才能重新拼装使用。
4）、模板的支撑，其基层是泥土时，周围必须有排水措施以保持干燥，并且基层要夯实并采取扩散应力的措施，如在支撑底下垫木板、钢板等。
5）、拆模板必须等砼强度达到规范规定的强度并取得监理工程师的同意后才能进行，拆模板时，要保证不引起混凝土的损坏。
6）、拆除的模板应垫平、整齐堆放，防止扭曲变形，井及时情理干净。
3.4、砼工程
1）、严格控制砼的运输时间，运输时间应由当时的气温决定。
2）、浇注前全部模板和钢筋应清洁干净，不得有杂物，模板若有缝隙，应填塞，并经监理工程师检查批准后才能开始浇注。
3）、混凝土浇注施工时要严格控制分层厚度，最大不超过50cm，一般在30—40cm左右，同时要严格控制自由下落高度，以免产生离析。
5）、浇注作业，应连续进行，如因故发生中断，其中断时间应小于混凝土的初凝时间。
6）、混凝土振捣时振捣器的插入或拔出时速度要慢，振捣点要均匀，在振捣器不能达到的地方应辅以插铲式振捣，以免发生漏振现象。
7）、施工缝的设置应按规范及设计要求进行，在旧混凝土表面浇注前，必须将其表面凿毛清洗干净，用水润湿后，并浇一层水泥浆以确保新旧砼之间的结合良好。
8）、砼终凝以后要及时采取适当措施养护，并在浇注部位注明养护起止日期，以免遗漏。
3.5、顶管工程
3.5.1顶管设备
根据工程特点，由于泥水平衡式顶管机相比于土压平衡式顶管机，能有效平衡地下水、对付流砂和淤泥质地层。
本工程选用日本进口的伊势机（ISEKI）TCC2000泥水平衡式顶管设备。
全封闭式作业，适合该场地复杂地层施工，基本不会造成地面沉降，可以确保工程质量。
3.5.2管材的质量要求
本工程管材采用材料招标方式引进管材。
采用新型的玻璃钢夹砂管（RPMP），相对于混凝土管，其优点如下：
l耐腐蚀，可输送腐蚀介质和任何污水，使用寿命达50年。
l高强度，管身轴向抗压强度＞62MPa，管端轴向抗压强度＞100Mpa。
l高刚度，树脂石英砂夹层结构，环向刚度可达15kPa。
l内壁光滑，糙率系数小，只有0.0084。
l重量轻，比重约为1.7，约为混凝土管的2/3，但由于管壁薄，故其重量比起同样外径的混凝土管要小得多（约为1/15），所以运输、吊装要方便得多。
l外表光滑，磨擦系数小，故摩擦阻力小，顶进方便。
为保证管材的加工质量，避免运输损坏，造成质量下降，确保投入使用的管材质量，特采取以下措施。
管材的现场检查：
管材必须具有制造厂的合格证明书，否则应补做所缺项目的检验。
要求如下：
（1）管材表面光滑，管体不得有机械损伤。
（2）橡胶圈必须是遇水膨胀橡胶材质，不能太松，以必须用钢筋辅助才能安装上为标准，同时直径不能小于管材直径的四分之三。
橡胶圈外观和任何断面都必须致密均匀，不能有裂缝、凹痕等。
（3）凹槽内固定有密封橡胶。
（4）管口断面应与管轴线垂直。
3.5.3管道的接口方案
本次玻璃钢夹砂管接头采用的是“F”型连接形式，接头的构造由纯玻璃钢管前后端、钢套环、密封圈、遇水膨胀橡胶圈、注浆减阻孔、注浆减阻环形空间等组成。
接头密封采用的是“O”型橡胶密封圈，密封圈的规格尺寸与管道接口配套，由生产厂商选购并对其质量负责。
密封圈的使用寿命应与管材一样，并满足下列要求：
（1）邵式硬度50～60度；
（2）断裂伸长≥300％；（3）抗拉强度≥10Mpa。
为了使得管材接口时，后一节管材的头部能够很好的插入前一节管材的尾部的钢套环中，我们在后一节管材的密封圈上涂抹黄油。
为了防止在顶进过程中钢套环与玻璃钢夹砂管的管尾松动而产生渗漏，本管材安装了遇水膨胀橡胶圈进行二次防渗。
3.5.4顶管施工流程
工作井及接收井施工及制作管材→顶进设备地面安装调试→吊装机头到轨道→连接好机头→连接进排泥管线及各种电缆→开始顶进→出泥→千斤顶回缩→拆进出泥及各种管线→吊第一节管材→安装管材接口并顶进→最后管道贯通→机头抵达接收井并起吊至地面→拆除管道内的进排泥管线及各种电缆以及注浆管→封堵注浆口→砌检查井→闭水试验→井位回填和恢复路面。
（顶管施工工艺流程见下页图）
3.5.5顶管施工的控制测量
顶管施工的控制测量包括：
工作井及接收井的控制测量包括井位施工过程中的测量、顶进过程中井位的监控、设备安装时的顶进轴线定位、顶进过程中的轴线复核测量监控。
1、顶进施工中井位的复核
在工作井周围较远的不动物体上为前导墙和后座墙放设轴线控制点，然后在前导墙和后座墙上分别各定两个点，每天通过轴线测量前导墙和后座墙绝对位移量，看前导墙和后座墙是否有位移，工作井是否安全无恙。
2、设备安装时的测量方法
根据井位的坐标，放出顶进轴线的方向。
利用经纬仪把轴线放样于工作井井壁的顶面和地面的适当位置，如图中点M、N和O。
利用水准仪放出洞口处的Hj点，并通过Hj点划一条水平的横线。
安装并调整激光发射器，使得激光束打在通过点Hj的水平横线安装经纬仪并对中M点。
瞄准标杆（通常设在接收井处），倒镜观察标靶，然后重新整平和对中经纬仪，锁定水平度盘。
废泥浆外运
工作井施工
设备安装调试
管材吊装就位
管道内管线安装
开机顶进
管道排泥
回收顶进机头
检查井施工
恢复路面
管材制作加工
测量控制及纠偏
接收井施工
施工准备
下一节管下坑
拆除管道内管线
施工下一节
回填井位
工作井排水
顶管施工工艺流程图
把经纬仪瞄向井内的激光发射器，左右调整激光发射器的位置，使得激光发射器的激光发射点在轴线位置上。
把经纬仪与标靶调换位置，用经纬仪瞄准标杆。
并使经纬仪的中点对在激光束上，再把经纬仪瞄向井内洞口，调整激光束的方向，使其与经纬仪的方向重合。
在激光发射器安装好后，在顶进的过程中，可能因为一些人为的因素造成激光发射器偏向，所以在顶进过程中要经常检查激光束的方向是否错误。
3、顶进过程中的轴线复核
在顶管施工中，由于激光发射器定期拆卸校对，重新按照定位销装上下来可能会有少许位移，在施工过程中需要定期调整激光束的方向。
具体步骤如下：
A、根据井位的坐标，放出顶进轴线的方向。
先利用经纬仪在工作井井壁顶部按轴线方向放出两点，打上钢钉。
B、利用水准仪放出洞口处激光点的标高Hj，并标记Hj在洞口的封墙上，再通过Hj点划一条水平的横线。
标高Hj通过以下公式计算：
Hj＝H0+D0/2+dH
其中:
H0－－设计流水位高程；
D0――管子内径；
DH――激光束与管子轴线的高差；
C、安装激光发射器，大约定好平面位置。
并把激光束调整为设计的流水坡度，然后调整激光发射器的高度，使得激光束打在通过点Hj的水平横线上。
D、在钢钉上挂上帆线，再在该帆线上的适当位置挂两条垂线。
再调整激光发射器的平面位置和激光束的方向，使得激光束打到两条垂线上，采用纸板在线后观察，调整激光直到垂线阴影分隔的激光投影半圆大小对称。
采用采用双垂线法定向具有简单、方便的特点。
但是，在工程实践中，我们发现，当顶进距离超过100米时，该方法会有一定的误差，必须定期用设备安装时采用的经纬仪法复核。
4、建立严格的测量制度
测量主要由施工员负责，但技术负责人必须在施工过程中对测量结果进行分析、监控，技术负责人和施工员每天开工前，需共同校核激光经纬仪的误差。
每个顶进班组必须记录顶进中的各项参数，并根据顶进资料形成顶进参数设置建议，以指导下一个班组的施工，项目部项目经理或技术负责人和顶管部负责人要在顶进建议上签名。
3.5.6顶力计算及控制顶力的确定
对于封闭式顶管机其顶进阻力包括管壁外周摩阻力和刀盘转动切削的迎面阻力，所需的顶进推力是这两种力的反力之合力。
根据实际工程的反复验证经验，按照考虑土拱效应的公式计算的理论顶进总推力，比较拟合泥水平衡式顶管机在粉土、砂土、红粘土和淤泥层中顶进的顶推力曲线。
计算公式如下：
（a）
（b）
（c）
（d）
综合：
（e）
其中：
：
总推力（kN）；
：
初始推力（kN）；
l：
注浆减阻系数；取0.4
：
管外径（m）；
：
管子与土之间的剪切摩阻力（kPa）；
：
推进长度（m）
：
挖掘面前土压力（）；
：
地下水的压力（kPa）；
：
附加压力（一般为20kPa）
：
管子法向土压力取值范围，可参见表；
：
管子顶上的垂直均布荷载（kPa）；
：
管与土的摩擦系数（）
：
每米管子的重力（kN/m）；
t：
管壁厚度（m）
在一般的泥水平衡式所适应的土质中，根据经验α与C‘的取值可参见下表：
经验α与C‘
土质及地面荷载情况
α
C’
土质及地面荷载情况下
α
C’
砂性土，在一般荷载的情况下
0.75~1.1
0
砂砾土，较大荷载情况下
1.50~2.70
0
砂性土，在一般荷载的情况下
0.75
0
粘性土，一般荷载的情况下
0.50~0.80
0.2~0.7
砂性土，较大荷载的情况下
1.50~2.70
0
粘性土，较大荷载的情况下
0.80~1.50
0.5~1.0
考虑到采用注浆减阻措施，根据以往的工程经验，在泥水平衡顶管顶进施工中，其摩擦系数将有5.0～25倍的变化。
为了安全起见。
取最小变化系数5.0倍的一半，即取2.5倍。
即l＝1/2.5=0.4。
考虑到土层情况及地质剖面图进行分类，顶力计算结果如下表（取计算长度为300米）：
淤泥土
沙土
粉质粘土/软塑
粉质粘土/硬塑
采用注浆措施时的顶力
（单位ＫＮ）
2497
7661
3721
3819
不采用注浆措施时顶力
（单位ＫＮ）
4601
17512
7661
7905
根据相应参数计算出顶管段所需的最大顶力为W6号工作井到W8号接收井，该段主要为承压水下砂层中进行顶进，注浆润滑浆套较难形成，注浆效果不利，为安全考虑，不考虑注浆影响总顶力F＝7560KN≈800ton。
综合考虑安全等因素，最后确定顶进所需控制推力为800吨。
3.5.7后靠背的稳定计算
后背作为千斤顶的支撑结构,要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。
本工程采用沉井施工工作井结构井体。
由于后座墙是和侧壁混凝土墙整体浇筑，工作井为刚性体，所以工作井能够承受的最大顶推反力R由基坑侧壁摩擦力、基坑底板之间的摩擦力R1与后座墙的反力R2组成。
计算过程中忽略基坑侧壁的摩擦力及基坑底板之间的摩擦力，而假设顶进支架的推力是通过后座墙而均匀的作用在工作井后方的土体上面。
主要考虑后背土体的反力计算，后靠背的计算图示如上图所示：
式中：
Ｒ2－后座墙之反力；
a－系数（取1.5～2.5之间），计算保守取1.5；
B－后座墙的宽度（ｍ），取6.7米计算；
g－土的容重，按淤泥质土取18KN/m2计算；
H－后座墙的高度，取5米计算；
Ｋｐ－被动区土压系数〔为tg2（450+f/2）〕；
h－地面到后座墙顶部土体的高度（取h＝5米）；
ｃ－土的内聚力,取23Kpa进行计算。
由上得：
Ｒ2＝1.5´6.7（18´10２´2.03/2+2´23´10´1.43+18´0´10´2.03）＝24972.24KN＝2548吨。
则R=2548吨>800吨（设计最大顶推力），因此后靠背是稳定的。
3.5.8顶进施工
1、顶进前的检查
工作井内设备安装完毕，必须按照操作规程进行检查。
检查动力电缆、信号电缆、视频/音频线、进排泥管线、电磁阀门，液压系统、纠偏系统、注浆系统、工作井旁通装置等等。
确认各系统连接正常并处于良好状态，即可开动机头进行试运转。
由专职测量人员检查激光经纬仪系统，查看其测量误差是否在允许范围内。
若不在，立即送回仪检中心校正。
校测机头水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进机头，然后安放管节，处理好接头，再次测量标高，核定无误后，开动机头进行试顶，待调整好各项参数后即可正常顶进。
2、顶进流程
顶进施工主要利用机头在前端取土，千斤顶在后背不动的情况下将管材向前顶进，其操作过程如下:
A、安装好顶压环并卡牢管后端，检查顶进系统的安装是否良好，校核管线标高和方向，各方面都准备好后方可操作顶进。
B、先开动机头，转速由慢至快，然后启动进排泥泵出泥，然后操作主顶系统进行顶进，直到顶进一节管。
C、在地面安装好注浆管内的注浆支管，并按照顶进的顺序排放好注浆管的位置,按顺序下管。
D、停止机头，进排泥系统旁通，清洗进排泥管道，千斤顶回缩。
E、拆除管线，下管，安装管线、电缆后进行下一节管材顶进。
3、顶进施工有关的注意事项
A、工作井内通风本工程管材内无需人进入，无需通风，如果在检修设备时需人进入，需进行通风处理后才可入内。
作业人员下井前必须先通风，并对有害气体进行检测。
B、顶进参数设置。
l严格按照操作规程和技术参数进行。
l先预设一个顶进速度，并根据机头土压力、土质情况及进出泥的有关情况进行调整。
l发现与预设参数不符合时，必须及时调整顶进参数。
l对于接近土层分界面时，注意减慢顶进速度，避免机头移位。
l掌握机头的姿态和方向，机头出洞时注意作好防护措施以避免机头“磕头”。
3.5.9顶管相关技术措施
1、工作井内止水措施
A、工作井止水装置本顶管机的止水圈的用于固定胶皮的铁压板为带有槽口矩形块，共有48块，采用此种压板的好处是能够根据现场的实际条件方便地调节胶皮的松紧程度。
工作井出洞口出洞前用砖墙封堵，出洞后设置单层止水橡胶圈，止水圈的松紧程度可以调节，橡胶止水装置和混凝土墙之间的空隙用PV泡沫封堵。
B、工作井内漏水孔的处理当工作井混凝土墙或土层出现漏水小孔时，采用砖砌墙墩，内灌高强度快干水泥；或使用其他堵漏物品堵漏。
2、顶管出洞措施
A、安装出洞止水圈
出洞止水圈安装在接收井出洞砼墙上，安装时要把橡胶止水圈用爆炸螺丝与夹紧钢板固定在砼墙上，安装情况如右图。
安装位置要根据出洞轴心位置。
由于顶管出洞时不可避免有一定偏离出洞轴线位置，止水圈允许机头有2cm的偏离轴线位置，若机头偏差超过2cm，止水圈的安装位置必须根据实际偏差进行调整。
由于机头和尾管比玻璃钢夹砂管在直径上有大2cm的超挖，从而使尾管在出来后玻璃钢夹砂管与出洞口有2cm的间歇，流砂容易从该间歇中漏出。
由于各块夹紧钢板可以沿径向轴线调整固定，从而可以将该间歇封住从而阻止流砂。
B、顶管机头出洞口
I、本工程工作井管道下部为淤泥质粘土具有高压缩性，施工时可考虑在洞口外3～5m范围内压密注浆以提高地基土的承载力，防止机头出洞后下沉。
II、顶管机架就位时略上仰，以平衡重力影响，机头对准穿墙孔位置，管端稍稍向上撬3-5mm。
更有利机头穿墙和正常顶进。
III、在机头出洞过程中顶进方向力争水平，如有偏差，只能偏上，不能偏下，机头尚未完全进洞前，不要纠偏。
进洞后，纠偏不能大起大落。
IV、进洞时控制机头的正面土压力，闷顶至机头正面土压力至1Mpa左右，开始进行泥水平衡，机头没有完全出洞时，降低泥水压力有利于洞口处的稳定，为避免因结构变形而泥水大量涌入井内等严重后果，在离洞口6ｍ范围内将泥水压力降为最低限度。
3、注浆措施
本工程考虑采用膨润土触变泥浆，注浆浆液是在地面注浆系统配制后，经过充分搅拌发酵后，再通过液压注浆泵压入管内，膨润土泥浆搅拌时间控制大于30分钟。
在膨润土泥浆压入以前，对储浆箱内经发酵的泥浆再一次搅拌，以减少压浆管道的阻尼。
机头尾管和后续管道补浆为两个独立的管道系统，都是采用液压注浆泵，分别采用A浆和B浆二种不同配方的浆液。
（见下表）
配方
膨润土
纯碱
CMC
漏斗粘度（秒）
视粘度CP
失水量ml
比重
A浆
15％
6％
2％
42
32.5
6
1.073
B浆
12％
1％
1.5％
36
30.5
9
1.063
A、由于顶进过程中需要穿越粘土层和砂质土层，顶进摩擦力会较大，为达到较好注浆效果，应保持全过程注浆，机头尾管注浆采用进口自动注浆设备，玻璃钢夹砂管补浆采用国产注浆设备。
机头后3节管为注浆玻璃钢夹砂管，以后每隔2节分布1条，分布位置如1、2、3、6、9、12、……
B、注浆玻璃钢夹砂管下井时，控制一定要保证使得有一个注浆孔垂直向上；同时注浆主管和支管要用硬管，且都不能发生过长的弯曲，使得注浆效果良好；
C、注浆压力应到达2.0～3.0γh，取γ＝18KN/m3，h＝3.5m（管顶覆土深度），即0.15～0.4Mpa，考虑到顶管距离的增加，注浆管道增长的阻尼损失，注浆压力最大控制在0.6Mpa以内，开始时保持在0.2Mpa左右，随距离增加，注浆压力适当增加（见下表）；
顶进距离（ｍ）
20
40
60
80
100
120
140
注浆压力（MPa）
0.15
0.23
0.3
0.38
0.45
0.53
0.6
D、为了防止不注浆时，管外壁砂土反流进注浆支管，注浆支管一定要安装单向阀或球形阀；
E、注浆量为管材和机头切削形成的孔洞的空隙的1.5～2.0倍。
由计算控制每顶进一节管的注浆量为0.4～0.5m3；
F、注浆从顶进到达20米时开始，主要是防止浆液从止水圈中散失。
G、先压后顶，随顶随压，出口压力大于地下水压。
工具管尾部压浆量控制在0.07～0.1m3/m的范围。
4、关于泥水管路的堵塞问题的一些解决办法
在顶进过程中，往往会出现管路堵塞的现象。
A、通常情况下，通过开启工作井旁通的排泥泄压阀，就能够排除一般的堵塞物，因为堵塞物往往会沉积在排泥泄压阀口，造成堵塞；这种工况下，打开排泥泄压阀，关闭排泥泵，点动开关进水泵，以清除堵塞。
B、如果堵塞情况严重，用开启排泥泄压阀不能很好地消除堵塞的情况下，可以采取逆流反冲的方法来清疏管路。
C、如果还不能有效地清除管路堵塞，有可能出现的情况是管路局部被大石块或是其它什么硬物塞死，被迫可采取分段拆除管路并分段检查的方法，以清除堵塞。
5、预防机头出洞“磕头”
日本伊势机T
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