上海顶管施工方案.docx
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上海顶管施工方案
目录
1工程概况
2工程的地质条件
3施工现场总平面布置图
4顶管施工方法及措施
4.1本工程顶管机头及其配套设备，中继间类型的选择
（1）选择顶管掘进机
（2）主顶进系统
（3）中继环设计
（4）注浆设备系统
（5）泥水管路系统
（6）顶管通风系统
（7）顶管通讯系统
（8）主要顶管施工机械设备表
4.2顶管施工工艺，最大顶推力及其限制措施
（1）顶管工艺流程图
（2）顶管工作坑设施
（3）最大顶推力及其限制措施
（4）顶管进出洞口地基加固措施
（5）洞口设备装置
（6）管壁外优质润滑泥浆的制作和压注
（7）顶进过程中，采用中间接力顶进的中继间设置情况
（8）顶管测量和姿态的控制
（9）地面沉降控制
5施工中的危险控制预案
1工程概况
本段顶管为北京西路～华夏西路电力电缆隧道第三标段中的一部分。
全长854米,直线顶进,由7#井往6#井顶进,上水3.5米,坡度0.4%。
埋深26.4米至20.5米。
沿线需穿越黄浦江及其防汛墙。
.2工程的地质条件
地层特性表
土层层号
土层名称
层底标高
含水量W
重度r
压缩系数α1-2
固快强度峰值
C
Φ
m
％
KN/m3
Mpa-1
kPa
°
⑤-12
灰色粉质粘土
-16.92～-29.43
33.3
13.6
0.42
17
16.8
⑥
暗绿～草黄色粉质粘土
-23.48～-30.90
23.2
16.0
0.22
47
18.6
1T
灰色粉质粘土夹粉层
-28.15～-32.74
27.7
14.8
0.15
6
30.0
⑦1
草黄～灰色砂质粉土
-28.95～-39.27
29.4
14.5
0.15
4
32.9
⑦2
灰色粉细砂
-45.39～-66.27
27.6
14.8
0.14
2
33.4
顶管穿越土层为灰色淤泥质粘土及灰色淤泥质粉质粘土,为流塑状态。
对顶管施工比较有利。
3施工现场总平面布置图
4顶管施工方法及措施
4.1本工程顶管机头及其配套设备，中继间类型的选择
（1）选择顶管掘进机
选择好顶管掘进机对顶管施工是至关重要的。
根据本工程具体情况，我们选择大刀盘泥水平衡顶管掘进机。
该机具有沉降控制精度高，顶进速度快，施工可靠性好等特点。
（2）主顶进系统
主顶进系统共有8只2500KN单冲程等推力油缸，行程1700，总推力20000KN。
主顶油缸组装在油缸架内，安装后的油缸中心位置必须与丁环受力部位一致且与顶进轴线平行，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10mm。
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，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。
主顶系统操作台设在地面控制室内。
（3）中继环设计
为提高工程的可靠性，每套中继环安装30只800KN双作用油缸，总推力24000KN（实际控制顶力为8500KN），油缸行程为500mm，由于中继环的实际总推力是顶进阻力引起的，所以在正常顶进条件下，中继环液压系统工作压力较低，设备故障率小，可靠性高。
中继环采用砼管加钢套接口的形式,接口结构是经过立车切削加工的，尺寸精度高。
在每套中继环处设一台三柱式液压动力机组，启用时一名操作人员就可控制。
需设置一门有线电话以便操作人员联系。
中继间示意图:
中继间主要技术参数：
油缸数量：
30只油缸尺寸：
D×L＝φ250×1150mm
油缸行程：
S=1000mm
限定油压：
P额＝17Mpa限定推力：
F额＝12500KN
最高油压：
Pmax＝31.5MPa最大推力：
Fmax＝24000KN
顶进速度：
V=0-50mm／min
油泵型号:
ZB520-高压油泵Pmax=31.5MPaQ=18L/min
电机型号：
Y160M—4N=15KWn＝1450r／min
（4）注浆设备系统
对超长距离曲线顶管能否及时地有效地向管节外围压注触变泥浆，以形成和维护好泥浆套，起到高效的减摩作用，往往是顶管成败的关键。
为确保本工程的顶管外壁能形成良好的泥浆润滑套，管内共设置一根总管，最少二套管路系统。
一套采用螺杆泵把储浆箱内的浆液压入掘进机尾部的同步注浆，另一套采用液压注浆泵进行补浆及输送掘进机尾部浆液。
地面设置一套管路系统,用于补浆、输送浆液及对出洞口补浆，采用新采购的天津聚能低压泥浆泵。
注浆设备主要技术参数
单缸液压注浆泵型号：
SYB50／50－II
注浆流量：
Q＝80L／min
注浆压力：
P＝4Mpa
（5）泥水管路系统
泥水系统选一台渣浆泵加三台或以上沙砾泵。
渣浆泵放在地面上为送泥泵，沙砾泵分别放在基坑下及管道中作为排泥泵,管道中的沙砾泵按经验放置在工具头后100米和400米左右处。
进泥及排泥管路采用4英寸无缝钢管，，管节接头为卡箍式活络接头。
基坑内设有旁通装置等。
地面设置6×2米的泥浆箱六个作为沉淀池兼储泥池,产生泥浆及时由罐装车外运,泥水系统采用Telemole管路系统。
泥水管路系统主要技术参数
渣浆泵：
型号65ZJB，电机功率22KW，流量70m3/h，扬程22m。
沙砾泵:
基坑排泥泵型号6/4D-G,电机功率37KW,流量70m3/h,扬程32m。
沙砾泵:
管道内排泥泵*2型号6/4D-G,电机功率22KW,流量70m3/h,扬程22m。
（6）顶管通风系统
本工程顶距较长，为了改善管道内的工作环境，施工时对管道进行强制通风，由地面空压机提供的经过滤清、除湿、降温的新鲜空气通过气管送到施工作业面，管道内的浑浊空气则由作业面向工作井自然流通。
。
通风系统采用山西侯马通风机厂型号为SDF65的两台空压机将地面新鲜空气压送到机头处，风管采用φ700帆布管，拉链式接口,便于安装，悬挂于管子一侧。
（7）顶管通讯系统
本工程属于长距离顶进必须保证信息交换渠道的畅通，因此需要设置通讯、监控系统。
由于管道内无线通讯设备讯号屏蔽无法正常使用,因此采用有线数字程控交换机,使得工具头,中继间,地面主顶控制台等处能进行及时联系。
由于管道内空气潮湿，应使用防潮、防爆的矿用电话机，以保证通话质量。
考虑到现场环境因素,在联系点之间再安装电铃备用。
根据实际情况决定沉淀池是否安装监控设备。
（8）主要顶管施工机械设备表
机械名称
规格型号
功率
出厂时间
数量
新旧程度％
小计
其中
拥有
新购
租赁
D3500泥水平衡掘进机
37KW×6
1套
1套
90
主顶油缸
250T
8只
8只
80
液压动力站
2套
1套
1套
80
注浆管路设备
2套
1套
1套
80
泥水管道
1套
1套
80
基坑设备
1套
1套
80
80T汽车吊
1台
1台
70
聚能低压泥浆泵
1台
1台
100
液压注浆泵
SYB-50/50
20KW
1台
1台
80
螺杆泵
1台
1台
70
电焊机
直流
30KW
1台
1台
70
污泥泵
4”
15KW
4台
4台
60
配电箱
200KVA
4只
4只
100
送泥渣浆泵
30KW
1台
1台
100
排泥泵
37KW
1台
1台
100
排泥泵
22KW
2台
2台
100
空压站及管路
22KW
2台
2台
100
4.2顶管施工工艺，最大顶推力及其限制措施
（1）顶管工艺流程图
（2）顶管工作坑设施
基坑导轨应具有足够的强度和刚度。
本工程基坑导轨由型钢和钢板焊接而成。
导轨安放在高度适合的木方或砖墙上,借助木板调整高层,使导轨四个角高层的与设计要求误差不得大于5mm（由于本次采用导轨较长加测中部两点）,与轴线的设计要求小于5mm。
导轨安放后，应用型钢焊接支撑于底板,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。
主顶油缸架是拼装式结构，主顶油缸架的安装也要定位准确。
保证油缸受力点的正确位置。
其高程和平面安装误差小于5mm。
承压壁是承受和传递全部顶力的后座墙，更应具有足够的强度和刚度，并有足够安全度。
本工程的承压壁设计在内衬混凝土上先用钢筋混凝土浇平，后靠钢板用δ＝70钢板，在钢板和混凝土平面之间衬满堂50mm松木板，承压壁的面积H×B＝4.2×4.2m。
（见下图）
（3）最大顶推力及其限制措施
本工程主顶液压系统最大顶推力设置为20000KN，本工程的限制顶力为10000KN。
液压系统压力表显示为16Mpa为报警值。
限制措施为控制液压系统的压力。
由于限制的系统压力较小，所以液压系统的故障将大大减小，顶管的可靠性也相应提高。
当液压系统的压力达到14mpa时,为预警值，操作人员应及时报告,便于及早采取合理措施控制顶力,以满足限制最大顶力的措施。
（4）顶管进出洞口地基加固措施
采用桩径1000mm旋喷桩加固，旋喷桩采用梅花型布置桩长10.44，相邻桩搭接长度200mm，水泥渗入量380kg/m3,加固体28天无侧限抗压强度0.8~1.2MPa。
高压旋喷桩采用P032.5级普通硅酸盐水泥。
（5）洞口设备装置
在洞口，用风镐破除钢筋混凝土墙和砖墙后，主要是延伸导轨及洞口止水的安装。
延伸导轨从主导轨上焊接延伸入预留孔内，端面越接近沉井外侧越好，位置确定后用16mm膨胀螺丝固定在预留洞底部，在保证足够牢固后割断与主导轨的连接以便洞口止水的安装。
洞口止水安装在井壁预埋的钢套上，由止水橡胶法兰和钢压板组成。
安装时必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于2cm。
钢压板根据实际等分成六至八块，每块之间保留一定间隙，压板上设置腰型孔，以便在管道顶进过程随时调整压板与管壁之间的缝隙，减少洞口土体的流失及因管子回弹而造成止水橡胶法兰的外翻。
在橡胶止水法兰之前的钢套上方两侧预先开孔并焊接球阀开关，用作洞口膨润土浆液的填充。
（6）管壁外优质润滑泥浆的制作和压注
注浆为机头同步注浆和管道补浆二部分。
触变泥浆由地面液压注浆泵通过2”管路压送到各注浆孔及机头后的同步注浆系统。
在机头处应安装隔膜式压力表，以检验浆液是否到达指定位置，在所有注浆孔内要设置球阀，软管和接头的耐压力5MPa，支管通径为G1"。
在工作井洞口止水装置前的建筑空隙处设置2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。
在整个管道中前8个管全为注浆管以后每间隔2个管子设1个压浆管共4个注浆孔，补浆应按顺序依次进行，每班不少于2次循环，定量压注。
顶进距离大于600m后根据实际情况调整补浆次数。
触变泥浆的配方和性能指标
配方
膨润土
纯碱
CMC
漏斗粘度
（秒）
视粘度
1.CP
失水量
ml
终切力
（达因/mm3）
比重
A浆
15％
6
2
42”
32.5
6
150
1.073
B浆
12％
4
1.5
36”
30.5
9
130
1.063
注浆压力：
大于地下水压力，注浆量为建筑空隙的6～8倍
（7）顶进过程中，采用中间接力顶进的中继间设置情况
在综合分析了主顶液压装置，中继间的最大推力，管子允许的轴向力以及沉井后座最大土抗力以后，我们先确定控制顶力。
F控＝10000KN
顶进阻力由二部分组成F=F1+F2
工具管迎面阻力F1和管道周边摩阻力F2
工具管迎面的土压力控制在主动土压力和被动土压力之间，我们忽略C值影响，工具管迎面阻力取静止土压力。
F1＝rHA＝14.5*28*（3.14/4）4.182=5569KN
（设定土的容重r=14.5kn/m3，土面至管中心深度H）
管道周边摩阻力F2＝πD＊L＊f
D---管外径L---顶进长度f---单位面积周边阻力。
根据大量曲线顶管工程实例，取曲线顶管经验数据f=5KPa-1.5KPa，又考虑在1号中继间以前留有一定安全系数，为0.5,这样可得：
1号中继间以前的长度L1＝（F控-F1）0.5/πDf＝（1000-228）0.5/（π×4.16×0.5）＝60m
其余中继间的长度确定f取值1.5时L=513mf取值5L=154m
根据靠近机头取值保守的原则二号中继间安置在距工具头210m处三号中继间根据实际情况安置在距工具头420m至700m处。
根据上面的计算可知本段顶管设置三套中继间是比较安全合理的。
（8）顶管测量和姿态的控制
本段顶管共有三段曲线分别为R700,R800,R2000总计长度304m为平面S型曲线。
为此专门编写了顶管测量方案。
通过计算可知R700曲线段的缝隙15mm，，曲线段的管子接口密封性能是可靠的。
但在实际施工中，为防止顶管在曲线段的管子接口出现缝隙失控、锲形橡胶带跑出钢套环外等现象的发生，在前三节管和机头之间利用管子原有预埋件焊制靠山用拉杆加以限制。
对曲线顶管、我们除了机头一套纠偏装置以外，又增加了二套纠偏装置，在后方筒与1＃管之间设置一套纠偏装置。
在l＃～2＃管和2＃～3＃管之间亦各设置一套纠偏装置。
纠偏特殊管就是在管子端面预留六个凹坑，（见下图）
在凹坑内各放100T柱塞缸，当管子进入曲线段时启动液压装置，然后再将油缸缩回。
纠偏特殊管上的柱塞缸设计成超短形，（L＝200）。
液压动力装置应能满足超高压条件，以适应管壁的特殊条件。
直线段工具头姿态按照设计数据，根据测量数据，工具头倾斜仪读数等参数严格控制。
当顶管进入曲线段时，必须有一个平缓的过渡段，然后过渡到曲线段，因此有可能造成实际线路与设计出现微小误差。
施工时的纠偏控制应遵循内包络线的原则，即实际轨迹在设计曲线的内侧运动，这是为了避免机头后面的管道向设计曲线外侧滑移.曲线顶管的纠偏控制要特别注意前20m左右管道的弯曲弧度，以后的管子将跟随前20m的整体弯曲弧度走。
因此，对前20m管道的管接口缝隙，拉杆螺母调整，缝隙量测都要认真操作。
做到随时观测及时调整。
由于工具头控制点距端面有1.5米的距离，测量数据相对滞后，因此操作人员必须通过倾斜仪、转角仪的辅助仪器的观察，工具头与管子之缝隙变化的分析以及测量数据之间的比较对工具头的姿态有一个较准确的预判，使得姿态控制有一定的提前量以抵消测量数据相对滞后所产生的误差。
（9）地面沉降控制
根据理论计算地表的沉降值小于10mm。
实际施工中推进前期地表沿线以农田为主，对沉降控制的要求较低。
因此在初始推进阶段，要精心组织地表监测，在轴线上方布设一定的沉降控制桩。
通过地表监测得到隆沉量与相对应的掘进机主参数（包括推进速度、开挖面土压力值，出土率等）进行比较，从而优化掘进机参数，指导以后的顶管推进。
除了在初始推进阶段，优化推进参数以外，在顶进过程中加强同步注浆也是有效手段之一，必须尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动，形成连续的环状浆套。
要选择触变性能良好的膨润土制浆材料。
争取把顶进时的沉降量控制到最小，减少的地面建筑物的影响。
5施工中的危险控制预案
本段顶管长1048m，由直线与三段曲线组成。
沿线需穿越一些二至三层民居，对地面沉降控制要求较高。
为大口径长距离曲线顶管。
必须做好施工危险源控制预案。
根据经验，归纳以下几条：
1顶管对地表沉降的失控及预防措施
从源头分析，一是开挖面稳定，二是管外壁对土体的扰动，三是管节或中继间接口渗漏造成土体流失。
解决方法：
一是通过合理控制推进速度、工具头泥水舱压力来保证开挖面稳定。
二是在工作井洞口止水装置前的建筑空隙处设置2个注浆孔注浆，使洞口理论上充满浆液，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，在顶进过程中加强同步注浆，必须尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动，形成连续的环状浆套，减少管壁与土体的摩擦，降低对土体的扰动。
三是因为前段管节多次进出曲线段及中继间起用后管缝反复伸缩导致密封圈极易摩损失效而发生漏水、漏泥砂、漏浆等现象。
针对这一情况采取在必要的管节上安装拉杆进行限位，缩小管缝伸缩行程，减少止水橡胶圈的磨损，中继间结构采用径向可调密封形式，并设二道密封圈。
在二道密封圈之间设置4只可以压注润滑油脂的油嘴，以减轻顶进时密封圈的摩损。
同时根据监测报告设立报警机制，当累计沉降达到8mm或单次沉降达到5mm应报警，并暂停推进，逐级上报，通过专家分析研究决定调整施工参数后才能继续推进。
2顶管的姿态失控及预防措施
在实际施工中由于最小曲线半径为700，淤泥质粘土对纠偏产生的作用力的反应滞后，测量频率的限制，有可能产生类是情况。
针对这一问题采取适当调整线形，提早进行进入曲线段线形控制。
设立三级纠偏系统，增加纠偏的作用效果。
在条件允许的情况下增加测量频率，认真分析测量数据，对工具头姿态有较准确的预判，保证纠偏的针对性。
设立报警值，当累计偏差达到10cm，每米推进偏差超过5cm，暂停推进，逐级上报，通过专家分析研究决定调整施工参数后才能继续推进。
3顶管的顶力的失控及预防措施
长距离顶管的顶力主要是管道的摩阻力而减阻泥浆的应用是减小顶进阻力的重要措施。
通过工具管及混凝土管节上预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力。
泥浆套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。
由于顶进距离长，一次压浆无法到位，需要接力输送，因此在管道内共设置二至三套压浆接力站。
压浆接力站的作用有两个，一是运输作用；二是承担至前面压浆接力站管道部分的补压浆。
中继间设置的安全系数加大，以备应急之用。
根据沉井及管材承载力设置报警控制顶力为1000T。
达到报警值后应及时上报，以便能及时调整施工参数保证施工能连续安全的进行。
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