地铁车站出入口矩形顶管专项施工方案(DOC72页)

【XX局集团有限公司】 XX站2号出入口矩形顶管通道施工方案目 录第1章 工程概况51.1 工程概况51.2 工程地质及水文地质情况61.2.1 工程地质61.2.2水文概况7第2章 编制说明及依据72.1 编制说明72.2 编制依据72.3 编制原则8第3章 施工总体筹划83.1 施工目标83.1.1 工期目标83.1.2 质量目标93.1.3 安全目标93.1.4 文明施工目标93.1.5 环境保护目标93.2 整体施工规划93.3顶管施工工艺选择93.4 施工准备103.4.1 施工技术准备103.4.2 施工现场准备113.5 施工现场平面布置123.5.1 顶管工作井123.5.2 顶管接收井123.5.3 顶管管节加工场地13第4章 施工资源配置144.1 劳动力配置144.2 施工机械、物资准备144.2.1施工机械准备144.2.2 物资准备15第5章 施工方案165.1 顶管施工165.2.1 工艺流程165.2.2 顶管掘进机选型175.2.3 顶进系统示意图175.2.4 顶进速度与工期185.3 单轴搅拌桩施工185.3.1 概况185.3.2 单轴搅拌桩施工工艺和流程195.3.3 单轴搅拌桩施工工序215.4 顶管各系统布置225.4.1 顶进系统225.4.2 穿墙止水装置255.4.3 触变泥浆系统265.4.4 泥水循环系统285.4.5 泥水处理系统295.4.6 通风系统305.4.7 通讯与工业电视监视系统305.4.8 供电系统315.4.9 测量纠偏系统315.5 顶管顶进施工335.5.1 顶管顶进工艺流程335.5.2 顶管准备335.5.3 顶管始发345.5.4 正常顶进355.5.5 顶管测量纠偏355.5.6 顶管施工技术质量措施405.6 基坑监测485.6.1 基坑观测的项目、测点布置485.6.2 监测注意事项485.6.3 信息化施工49第6章 施工质量保证、难点分析及应对措施506.1 质量保证措施506.1.1 测量控制质量保证措施506.1.2 单轴搅拌桩质量保证措施506.1.3 顶管施工质量保证措施516.1.4 触变减阻泥浆质量保证措施526.2 特殊季节施工保证措施526.2.1 寒冷季节施工536.3 难点分析及应对措施536.3.1 难点分析536.3.2 应对措施53第7章 安全保证措施557.1 安全生产管理目标557.2 安全生产保证措施557.2.1 安全组织机构557.2.2 安全技术保障措施及安全管理保证措施574、起重吊装安全操作规程585、特种作业管理606、机械安全管理607、 电（气）焊作业安全保证措施608、安全教育619、安全检查62第8章 周边建筑物及地下管线安全保证措施638.1 周边建筑物638.2 地下管线638.2.1 地下管线控制指标638.2.2 地下管线保护措施63第9章 文明施工保证措施649.1 文明施工保证措施649.2 合理布设临时施工设施649.3 振动控制措施649.4 噪音控制措施649.5 加强机具、材料管理659.6 环境保护措施65第10章 应急预案6610.1 应急指挥及救援组织机构6610.2 应急指挥及救援组织职责6710.3 工作要求6810.4 紧急情况处理程序和措施6910.4.1 应急救援程序6910.4.2 应急救援电话7110.4.3 应急救援物资7210.5 专项应急预案7210.4.1 触电事故的应急预案7210.4.2 高处坠落及物体打击事故的应急预案72IV编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第74页 共74页第1章 工程概况1.1 工程概况XX站2号出入口站设于松北大道与银河大街地道桥交叉口西南侧绿地内，跨银河大街地道桥沿呈西北向东南方向敷设。XX站2号出入口站为地下二层岛式车站，车站内包尺寸为470.10m(长) 19.8m(宽)/23.6m(盾构加宽处)，站台宽度12.5m。车站共设4个出入口4组风亭，出入口和风井均为地下一层外挂式结构。其中2#出入口兼具过街通道功能，过阶段拟采用泥水平衡矩形顶管掘进机施工，其余均采用明挖法施工。图1.1 2号出入口平面位置图2号出入口位于车站东南侧，通道总长约166m，兼具过街通道功能，其中2A出入口位于松北大道东侧，2B出入口位于松北大道西侧，标准段结构净宽为8.0m，过街通道段净宽6.5m。计划从2B出入口向2A出入口方向顶进，采用7.7m4.5m矩形顶管施工，通道覆土深度约3.7m，通道长度共67.35m。图1.2 7.7m4.5m矩形顶管机工具头1.2 工程地质及水文地质情况1.2.1 工程地质开挖土层自上而下依次为：1-1层杂填土：灰褐色黄褐色，松散，稍湿，由建筑垃圾、生活垃圾和黏性土组成，段落范围内均有分布，层底深度约0.57.9m，平均厚度约4.53m。2-2-2层细砂：黄褐色灰褐色，饱和，松散，成分以长石、石英为主，局部含黏性土，普遍分布于表层，层底深度约2.010.5m，平均厚度约3.04m。2-3-2层细砂：褐黄色灰褐色，饱和，松散稍密，成分以长石、石英为主，局部夹少量黏性土，普遍分布，层底深度约8.015.0m，平均厚度约3.63m。2-4层中砂：褐黄色褐灰色，饱和，密实，成分以长石、石英为主，局部夹少量黏性土，普遍分布，层底深度约19.030.5m，平均厚度约3.66m。根据2号出入口通道剖面图，本工程矩形顶管通道主要处于1-1杂填土层、2-2-1粉砂层和2-2-2细砂层中。1.2.2水文概况根据地勘报告揭示，附属结构出入口场地内空隙潜水赋存于2-2-2层粉砂、2-3-2层细砂、2-4-1层中砂、2-4层中砂，该含水层厚度约35.448.2m，埋深约4.28.9m，标高为111.71117.66，潜水层未隔断，抗浮水位按118.10m进行设计。微承压水主要赋存于7-2层中砂、7-4层砂砾层，经计算，抗承压水稳定性满足基坑开挖要求。第2章 编制说明及依据2.1 编制说明本方案是根据本附属结构土建特点，结合我公司施工实力和完成类似工程的施工经验、施工技术、机具设备配套能力等方面因素。按照规范、设计文件及业主管理文件编制而成。2.2 编制依据XX市轨道交通2号线一期工程XX站2号出入口站附属结构施工图设计。XX市轨道交通2号线一期工程XX站2号出入口站岩土工程勘察报告（详细勘察阶段）地铁设计规范（GB50157-2013）建筑基坑支护技术规程（JGJ1202012）建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）XX站2号出入口站施工测量方案城市轨道交通工程测量规范（GB50308-2008）XX站2号出入口站施工监测方案施工所涉及的适用于车站明挖段的标准、规范、规程以及国家、部委和XX市有关安全、质量、工程验收等方面的标准及法规文件。2.3 编制原则认真贯彻国家有关工程建设的各项方针和政策，严格执行工程建设程序。严格执行有关设计、施工规范，遵循建筑施工工艺及其技术规律、坚持合理的施工程序和规律。在充分理解施工图纸及现场条件的基础上采用安全、先进、合理、经济、可行的施工方案。严格控制施工质量、确保施工安全，努力缩短工期，降低工程成本。应用先进的管理技术，合理计划，统筹安排，突出重点，控制关键工作，实现均衡生产，连续施工。坚持优化技术方案和推广应用“四新”成果，加强科技创新和技术攻关，应用新技术、新材料、新工艺、新设备，确保施工质量。科学规划施工场地，保证施工全过程对环境破坏最小、占用场地最少，并有较周密的环境保护措施。施工过程中加强施工管理，确保施工质量，保证现场施工安全、文明施工，保护环境，保证职工身体健康。第3章 施工总体筹划3.1 施工目标3.1.1 工期目标2号出入口矩形顶管通道工期计划见表3.1。表3.1顶管施工计划序号任务名称工日开始时间完成时间1前期准备10工作日2017/6/152017/6/242井体端部与后靠土体加固20工作日2017/6/252017/7/143管节制作65工作日2017/6/202017/8/234顶管设备安装15工作日2017/8/242017/9/85顶进50工作日2017/9/92017/10/296管缝密封处理20工作日2017/10/122017/10/313.1.2 质量目标确保本工程全部工程达到设计标准和国家现行的有关质量验收规范的标准，工程质量等级达到合格，争创黑龙江省优质工程。3.1.3 安全目标 杜绝死亡、重伤事故。 杜绝重大交通事故、重大火灾事故，轻伤率控制在8以内。 职业病发病率控制在0.5以内。 各种变形均控制在允许范围内，地下管线不断不裂；地表建筑物及环境稳定。3.1.4 文明施工目标确保荣获黑龙江省“安全文明工地”称号。3.1.5 环境保护目标噪音、粉尘不超过国家规定的三级标准，废气、废水（液）、废弃物按行业规定处理。3.2 整体施工规划根据施工场地大小进行合理的总平面布置，达到平面行走路线合理，减少二次搬运。按照招标文件及初步设计图纸，施工内容主要为工作井端头搅拌桩加固、矩形顶管通道长约67.35m。XX站2号出入口矩形顶管项目施工流程：工作井搅拌桩端头加固通道顶进竣工验收。3.3顶管施工工艺选择1、根据地质资料及现场勘查，本工程具有以下特点、难点：1）本场地地下水位埋深比较浅，顶管主要穿越的为杂填土层、细砂层，地下水丰富。2）通道采用大型矩形顶管施工，需穿越交通繁忙的市政主干道松北大道，施工难度较大，技术含量高。3）因是过街通道，施工精度要求高，不允许出现顶偏现象，需严格控制施工精度。2、基于以上特点，本工程顶管工艺拟采用泥水平衡式顶管，它具有以下优点：1）工具头为密闭施工，可避免地下水及软弱土层对施工的影响；2）可有效保持挖掘面的稳定，减少对土体的扰动，有效减小管道的偏差和路面的影响，可有效地防止路面隆起、沉降、开裂；3）弃土由管道抽排出，有效改善作业环境，提高安全性；4）工作效率高，施工进度快。泥水平衡式工具头顶管施工形象示意图如下图3-1所示。图3.1泥水平衡式工具头顶管施工形象示意图3.4 施工准备3.4.1 施工技术准备1、掌握地形、地质、水文等勘察资料，对管线线路的地质水文情况进行充分的分析，预先分析将来施工中可能遇到的各种不利因素（如施工排水、流砂流泥处理等），并提出相应的解决方法措施。2、组织有丰富施工经验的技术人员成立施工技术组，仔细阅读、熟悉图纸，以便作好图纸会审工作，充分了解和掌握设计意图、结构特点和技术要求。3、与建设和设计单位一起进行设计交底，图纸会审和测量交桩。4、在施工前对各工种、各施工班组进行详细的技术交底。3.4.2 施工现场准备1、施工测量放线按设计图纸对管道沿线进行测量放样，测放出管道开挖面、各井位的位置和标高，并做出标记。各控制点（坐标桩和水平基准点桩）均应设置保护措施，以防破坏。2、做好现场的“三通一平”工作本工程施工用电主要为冲孔桩机、顶管机械，施工至少须2台500kVA的变压器，其他施工用电量较小；施工用水各场地需1个DN100的水源接入点；施工场地内设置6m宽施工便道；合理布置施工设施、机械行走路线、水管等。3、组织机械设备进场根据施工机具的需用量计划，按施工平面布置图的要求，组织施工机械设备进场，机械设备进场后按规定地点和方式布置，并进行相应的保养和试运转等工作。4、组织材料和构配件的进场根据施工进度计划组织其所需的材料、构配件进场，材料进场后并按规定地点和方式存放或堆放，并作好进场检验和抽检手续，做好组织和保护措施。3.5 施工现场平面布置3.5.1 顶管工作井顶管工作井位于松北大道西侧，利用2B出入口围挡，出入口暂不施工，做为工作井配套场地，工作井后方明挖段土方需待顶管完成后方可开挖。顶管工作井净空尺寸为17.8m（长）12m（宽），如下图所示：图3.2 始发端平面布置图为满足顶管顶进时后靠背提供反力的要求，工作井后靠施工8000mm15400mm范围采用850mm600mm单轴搅拌桩对土体进行加固。根据地质勘探，顶管段存在粉细砂层，为防止顶管始发洞门破除时井外土体坍塌，在工作井始发端施工10000mm15400mm范围采用850mm600mm单轴搅拌桩对土体进行加固。搅拌桩加固长度为地面至坑底以下3米。3.5.2 顶管接收井顶管接收井位于松北大道东侧，顶管接收井净空尺寸为8.3m（长）12.2m（宽），在工作井接收端施工8000mm15400mm范围采用850mm600mm单轴搅拌桩对土体进行加固，如下图所示：图3.3 接收端平面布置图3.5.3 顶管管节加工场地本工程顶管管节外包尺寸选为7.7米4.5米，壁厚0.5米，单节长度1.5米，管节混凝土采用C50P8，F型承插接口连接。顶管段长度61.75米，需要管节约41节。图3.4 顶管管片施工为减少场地占用，管片预制场地放在现车站施工场地内，将车站顶板回填做为管预制的场地。采用一套模具即可完成全部管片的预制，预制场地约3500，可在顶板回填后将预制场地放置在顶板上。第4章 施工资源配置4.1 劳动力配置劳动力投入计划如表4.1所示。实际施工时可视现场需求做适当调整。表4.1 劳动力配置表编号名称数量编号名称数量1生产副经理18电工22主管工程师19搅拌桩操作工43质检员110装载机司机34专职安全员111顶管操作工105测量工程师112吊车司机16测量员213司索工17监测员214杂工34.2 施工机械、物资准备4.2.1施工机械准备根据实际情况进行同类设备调整以保证施工正常进行，施工设备进场配置见表4.2。表4.2 主要机械设备投入计划表序号机械或设备名称型号规格数量额定功率（kw）生产能力备注1搅拌桩机270良好2挖掘机PC1201良好3汽车吊25T1良好4汽车吊500T1良好5电焊机BX30F230良好6钢筋切断机Q3G-40012.5良好7泥水平衡式顶管机770045001400良好8泥浆处理系统ZX250270良好9油压千斤顶350/280*1800mm18/良好10高压油泵站15kw*2-25L-31.5Mpa2/良好11进浆泵BZ280E-50/QABP4255良好12排浆泵BD150-125-35E/QABP4245良好13高压注浆泵6/4D-G240良好14高压清水泵Cv205r230良好15水泵Cv205r105良好16电焊机BX1-300-5F530良好17矩形管模770045001/良好18泥浆测试仪器/1/良好19坍落度测试设备/1/良好20全站仪拓普康GTS-602P1/良好21激光电子经纬仪博飞DJD2-2GJ1/良好22水准仪苏光DZS21/良好4.2.2 物资准备施工前准备足够以下材料保证工程正常施工，具体材料类型见表4.3。表4.3 主要材料投入计划表序号材料种类规格型号数量备注1混凝土预制管节77004500mm，C50P1067.35m（约44节）2水泥PO42.5R约2000吨4混凝土C35P8约300m35钢筋HPB300，HRB400约85吨第5章 施工方案5.1 顶管施工5.2.1 工艺流程回收工具头否顶管机吊出正常顶进施工加中继环管节吊装、对接管材运输堆放工具头、顶进设备的加工检修始发井后座、导轨等的顶进设备安装场地“三通一平”顶管弃壳与暗挖段加固穿墙顶进工具头需加中继环到达设计位置否结束图5.1 顶管施工工艺流程图5.2.2 顶管掘进机选型根据本工程的地质资料显示，顶管管道通过的地层主要处于细砂、中粗砂、粘土，根据以上地质情况：1、本工程选用的是泥水平衡的顶管机，切削下来的泥土在泥土仓内形成塑性体，以平衡土压力，而在泥水仓内建立高于地下水压力1020KPa的泥水、泥浆，以平衡地下水压力。通过把进水添加粘土等成份的比重调整到一定范围内，即使挖掘面是砂的土质，也可形成一层结实的不透水泥膜，同时平衡地下水压力和土压力。2、顶管机的刀盘前面切割面安装固定刮刀，刀座和刀盘焊接采用耐磨焊条。刀盘刮刀对前面土体是全段面的刮动。刮刀对破裂的土体进行切割，掏空前方土体，顶管机向前推进。3、顶管机的刀盘和泥土仓是个多棱体，且刀盘是围绕主轴作偏心转动，经过刀盘对前方土体切割，当有大块土体或块石进入顶管机泥土仓，经刀盘转动时就会被轧碎，碎块泥土小于顶管机的隔栅孔就进入泥水仓被泥水循环管输送走。5.2.3 顶进系统示意图图5.2 顶进系统平面与剖面示意图5.2.4 顶进速度与工期矩形顶管每天顶进12m，设备安装调试与洞门破除15天。通道总顶进工期约50天。5.3 单轴搅拌桩施工5.3.1 概况本工程顶管井端头加固采用单轴搅拌桩工艺，为满足顶管顶进时后靠背提供反力的要求，工作井后靠施工8m单轴搅拌桩对土体进行加固，工作井始发端采用10m单轴搅拌桩进行加固，接收井采用8m单轴搅拌桩进行加固。搅拌桩桩径为850mm，桩长深入坑底以下3m。(1) 单轴搅拌桩采用P42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺量为15%，即每立方水泥土中水泥重为270Kg,水泥浆的水灰比0.5，按水泥重量参加0.05%的三乙醇胺及0.2%的木质素。(2) 单轴水泥土搅拌桩采用850单轴搅拌设备施工，水泥搅拌桩机械就位时应对中桩位，最大偏差不得大于20mm，并且调平桩机的垂直度，偏差不得大于0.5%桩长。当搅拌头下沉到设计深度时，应再次检查并调整机械的垂直度。 (3) 工艺性试桩需在监理人员监管下施工，以确定水泥掺入量、浆液水灰比、浆液泵送时间和搅拌下沉及上升速度、桩体垂直度控制方法等。(4) 桩体施工须保持连续性，采用套接一孔法施工，形成水泥土搅拌墙，确保防渗可靠性。施工时如因故停浆，应在恢复压浆前将搅拌机提升或下沉0.5m后再注浆搅拌施工，以保证搅拌桩的连续性。桩与桩的搭接时间不得大于10h。(5) 单轴水泥土搅拌桩施工其它未尽事宜可参考规范型钢水泥土搅拌墙技术规程(JGJ/T199-2010)相关规定。5.3.2 单轴搅拌桩施工工艺和流程水泥搅拌桩施工工艺主要流程为：桩机定位喷浆搅拌钻时到底关泵搅拌提升喷浆搅拌到底关泵搅拌提升成桩。1、桩机定位：首先熟悉图纸要求。在桩位放样后，桩机就位，整平对中。2、喷浆搅拌钻时到底：开动灰浆泵，确认浆液顺利从喷咀喷出时，启动桩机，操作升降手把使搅拌轴沿导向架搅拌回转向下切土钻进。钻进参数一般为钻速1m/min,转数60r/min左右，喷浆压力1-1.4Mpa,喷浆量33L/min。如遇硬土层，可用钢绳加压器均匀给压，钻进到设计桩底高程。3、关泵搅拌提升：搅拌头进入工序后，即可自桩底以60r/min的转数反转，以与钻进相等的速度将搅拌头提升到地面（如发现搅拌头被软泥糊住，须及时清除）。4、喷浆重复搅拌钻时到设计桩底高程：按照工序2操作要求进行。5、关泵重复搅拌提升到地面，成桩。6、成桩后，停止搅拌开启灰浆泵，加清水清洗全部管路中残存的水泥浆，清除粘附在搅拌头上的软土。重复工序1再施工另一搅拌桩（见水泥搅拌桩施工工艺流程图）。施工准备桩机就位制备水泥浆下沉喷浆提升喷浆搅拌二次下沉喷浆提升喷浆搅拌成桩图5.3单轴泥搅拌桩施工工艺流程图 图5.4 单轴水泥搅拌桩施工示意图5.3.3 单轴搅拌桩施工工序（1）测量放样 施工前，根据设计图纸，定位放线，开挖沟槽，然后放第一组桩柆，根据设计图纸尺寸带线。（2）制备水泥浆 水泥用量按设计标准为土体质量的15%，水灰比为0.45。施工中加水可使用定量容器进行用水量控制。（3）预拌下沉喷浆 待水泥搅拌桩机的冷却水循环正常后，启动搅拌桩机电机，放松搅拌桩机吊索，使搅拌桩机沿导向架搅拌切土下沉，下沉速度可由电机的电流监测表控制。下沉速度0.8m/分，工作电流不应大于70A。开始喷浆搅拌，喷浆过程中，不断搅拌水泥浆。随时观察设备运行及地层变化情况，钻头下沉至设计深度位置时，停止钻进。（4）提升喷浆 提升钻头喷浆。喷浆过程中，不断搅拌水泥浆，防止其离析，并通过电脑自动计录，喷浆量，离地面50cm时，停止喷浆。 （5）二次搅拌喷浆 第一次喷浆完成后，继续二次下沉进行补浆喷浆，搅拌至设计位置深度。 （6）清洗 若桩机停止施工或施工间歇时间太长时，向水泥浆搅拌桶中加入清水，开启灰浆泵，清洗全部管中残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头的软土清洗干净。（7）移位桩机移至进行下一桩位，重复进行上述步骤的施工。5.4 顶管各系统布置5.4.1 顶进系统1、后座千斤顶选用管节轴向允许推力为171864kN，根据总推力、始发井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。各油缸有其独立的油路控制系统，可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。每只油缸顶力控制在1800kN以下，这可以通过油泵压力来控制。表5.1 顶进系统管线段长度（m）主顶油缸选用备注XX站2号出入口顶管通道67.3514台2000kN级油缸2、顶进系统施工要求（1）导轨1）导轨应选用钢质材料制作，安装后的导轨应牢固，不得在使用中产生位移，并应经常检查。2）两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致。3）导轨安装的允许偏差为：轴线位置：3mm；顶面高程：0+3mm；两轨内距：2mm。图5.5 导轨和顶推系统（2）千斤顶1）千斤顶安装应固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上。2）千斤顶最大顶力不大于1800KN。（3）油泵安装和运转应符合下列规定1）油泵宜设置在千斤顶附近，油管应顺直、转角少。2）泵应与千斤顶相匹配，并应有备用油泵；油泵安装完毕，应进行试运转。3）顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进。4）顶进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进。（4）顶铁1）顶铁应有足够的刚度。2）顶铁宜采用铸钢整体浇铸或采用型钢焊接成型；当采用焊接成型时，焊缝不得高于表面，且不得脱焊。3）顶铁的相邻面应互相垂直。4）同种规格的顶铁尺寸应相同。5）顶铁上应有锁定装置。6）顶铁单块放置时应能保持稳定。（5）开始顶进前要检查下列内容，确认条件具备时方可开始顶进：1）全部设备经过检查并经过试运转。2）工具管在导轨上的中心线、坡度和高程应符合规范规定。3）防止流动性土或地下水由洞口进入工作坑的措施。4）开启封门的措施。图5.6 主顶油泵过度顶铁千斤顶千斤顶支架后靠垫铁图5.7 主顶设备安装图5.4.2 穿墙止水装置穿墙止水环安装在始发井预留洞口，具有防止地下水、泥砂和触变泥浆从管节与止水环之间的间隙流到始发井。穿墙止水圈的组成部分为：预埋钢板环； 橡胶圈； 钢压板； 钢压环； 螺栓。止水环结构采用钢法兰加压板，中间夹装20mm厚的橡胶止水环，该橡胶环具有较高的拉伸率（大于300）和耐磨性，硬度为4555，永久性变形不大于10。借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置。安装固定好后，预埋钢环板与混凝土墙接触面处采用水泥砂浆堵缝止水。待机头完全进入洞门后，在洞门外面绕管节周边浇筑一圈钢筋混凝土环梁进行二次防水，防止泥水泄漏。二次防水环梁图5.8 二次防水环梁5.4.3 触变泥浆系统1、泥浆配制目前，常用的注浆材料主要有膨润土、聚合物、泡沫等。在顶管工程中应用最广泛的是膨润土泥浆。膨润土泥浆又称触变泥浆, 是由膨润土、粉末化学浆糊(CMC) 、纯碱和水按一定比例配方组成。泥浆配制时,在货源上应优选颗粒细、胶质价高的膨润土。在制作过程中, 为了使膨润土充分分散, 搅拌应充分均匀，泥浆拌和后的停滞时间应在12h以上。常用的膨润土泥浆配比(重量比)见下表。2、注浆设备及管路选择适宜的注浆设备是注浆减阻成功的根本保障。现在使用的顶管注浆设备有往复活塞式注浆泵、螺杆泵及胶管泵等; 使用最多的则是螺杆泵。它无脉动、自吸能力强、压力均匀平稳, 缺点是不能通过较大颗粒及尖锐杂质, 且不能在无浆液的情况下干转。注浆孔一般按90或120设计成4个或3个，采取点式注浆。注浆管路分为总管和支管：总管采用40钢管，以减小浆在管中的阻力，距离短时可用胶管；支管用25 胶管。在每根支管与总管连接处应设置1个球阀。3、注浆控制注浆原则: 先压后顶, 随顶随压, 及时补浆。注浆控制包括: 注浆量、注浆压力和注浆速度。(1) 注浆量是注浆减摩中重要的技术指标,它反映的是顶管的长度和浆膜厚度的量化关系。它和顶管的管材、顶管长度、土体结构及含水率等因素有关。从顶管注浆开始,就要对注浆量、顶进长度、顶进推力、注浆压力及时间作综合的对比记录,并可根据注浆量及顶进长度、浆膜厚度, 对减阻效果进行动态分析。在顶管过程中注意观察浆池内浆面是否下降, 下降多少并统计注浆量。(2) 注浆压力应平稳均匀。一般通过观察贮浆池内浆液减少量、顶进长度、顶进推力及估算的浆膜厚度, 来综合分析注浆压力是否过大或过少。开始注浆时压力不宜过高, 过高不仅不易形成浆套, 还会产生冒浆现象, 影响减摩效果。另外, 还要观察注浆泵上的压力表和注浆管前端的压力表。压力是否正常( 注浆管前端的正常压力应为地下水压力再加上2050 kPa) ,出洞后可调试。(3) 注浆速度受很多因素影响和制约, 如注浆孔的设置、浆套形成快慢及效果、顶进速度等。可根据实际工程中减摩效果及注浆压力对注浆速度进行调节,以适应工程需要。4、泥浆置换顶进结束，对已形成的泥浆套的浆液进行置换，置换浆液为水泥砂浆并掺入适量的粉煤灰，在管内用单螺杆泵压住。压浆体凝结后（一般为24小时）拆除管路换上封盖，将孔口用环氧水泥封堵抹平。5.4.4 泥水循环系统1、泥水加压平衡顶管工法的基本原理是，经过合理调整比重、压力和流量的泥浆被送入顶管机的压力仓，与切削后的泥土混合后被排出，经流体输送设备输送至泥水处理站，分离出泥土，并调整泥水比重后再次循环使用。2、工作面稳定原理（1）泥浆的压力与作用于工作面的土压力、水压力相抗衡，以稳定工作面；（2）刀盘的平面紧贴着工作面，起到挡土作用；（3）泥浆使工作面形成一层抗渗性泥膜，以有效发挥泥浆压力的作用；（4）泥浆渗透至工作面一定深度后，可起到稳定工作面及防止泥浆向地层泄漏作用。工作面对泥浆的过滤作用，因土的颗粒直径、渗透系数等而异，但总的来说，以上相互作用可让工作面达到稳定。因此，施工中应加强对泥浆压力和泥浆品质的控制。泥浆的浓度越高，对稳定工作面的效果越大，但流体输送设备和泥水处理设备的负担也随之增大，因此，应根据切削土体的实际情况进行适当控制。通常采用的泥浆比重值为1.051.3，粘度不小于25。3、接力泵的布置送浆管的输送对象是经过比重调整的泥水，即使延长输送距离送浆压力也不会明显降低，相比之下，排泥管需要把切削后的泥土输送至泥水处理站，随着管道的延长，泥土密度增大，输送压力损失较大，因此，排泥管路中必须合理设置接力泵，以防止排泥压力（流量）降低。4、排砾装置当排泥管内混入了砾石或其他固结物体，可利用砾石破碎装置将其破碎。破碎机的最大破碎尺寸为5010mm。5、旁通管的布置当遇到以软弱土层和砾石层为主的地层时，切削后的泥土有可能造成排泥管口及阀的堵塞，从而引起工作面泥水过多、流量不稳等。这些现象很有可能对掘进效率和工作面稳定造成不良影响。应利用旁通循环消除排泥管的堵塞。6、送排泥管路送排泥管路的作用是在顶管机与泥水处理设备之间输送泥浆，在掘进施工中发挥着重要的作用。必须考虑流体输送的安全、降低管路输送损失以及加强耐磨性能等。5.4.5 泥水处理系统这里的泥水处理是指泥水平衡顶管过程中排放出来的泥水的二次处理，即泥水分离。本工程计划采用黑旋风泥沙处理器来进行泥水分离工作。图5.9 黑旋风泥沙处理器5.4.6 通风系统在长距离顶管中，通风是一个不容忽视的问题，它直接影响至管内工作人员的健康。为获得理想的通风效果，本工程采用长鼓短抽组合式通风，通风系统安装在距掘进机1215m处，抽风风筒与鼓风风筒分别安装于管内左右两侧，两风筒必须重叠510m，抽风机的吸入口在前，鼓风机的排风口在后，并在管道中间配置若干外轴流风扇，向井内排出浑浊空气。5.4.7 通讯与工业电视监视系统1、管内通讯与工作面现场通讯采用HE系列自动电话总机，用机械拨盘式电话机互相联系。电话设置在空压机房、压浆棚；各工种间、中控室、办公室、掘进机、每道中继环、始发井内。2、配备2只低照度摄像头，一只安装于掘进机操作台处，监测操 作台各项数据；一只安装于始发井内，监测主千斤顶的动作，监视器安装中央控制室，以利技术人员正确指挥。5.4.8 供电系统始发井现场输出端电缆分三路，分别供始发井上供电系统、井下顶管机头、及井内主千斤顶。第一路：泥浆间：210kW=20kW 现场照明：10kW第二路：后座油泵：222kW=44kW（最多布置4个） 电焊机：210kW=20kW第三路：顶进系统：泥水切削平衡1530kW222kW42.2kW+50kW=552.8kW（含出泥系统） 管内照明：10kW管内用三相五芯式300 mm2电缆供电。管内供电系统配备可靠的触电、漏电保护措施。井上井下与管内照明用电采用36V的低压行灯。现场配电间为适应上述要求，安装630A主受电柜一只，分别输入3只配电屏，经3路分送至各用电部门，为解决顶管后期电压降问题可在管内设置若干台升压器。5.4.9 测量纠偏系统1 测量系统施工管道轴向测量采用高精度激光经纬仪进行测量，测量主要用导线测量法，测量平台设在顶管后座处。测量光靶安装在掘进机尾部，测量时激光经纬仪直接测量机头尾部的测量光靶的位置，并根据机头内的倾斜仪计算机头实际状态。由于顶管掘进机头附有光电接受靶和自控装置，激光经纬仪安置在观测台上，在准备工作中，已使它发出的激光束既为管道中心线，又符合设计坡度要求，实为顶管导向的基准线。施工开始时使光电接受靶中心与激光光斑中心重合，这时指示器给出零信号，当掘进机头出现偏差，相应光电接受靶中心将偏离光斑中心，从而给出偏离信号，通过自控装置操纵校正千斤顶油路，进行掘进方向的自动纠正，使工具头始终沿激光束方向前进。2 纠偏系统1)、纠偏系统主要设备：纠偏千斤顶、油泵站、位移传感器和倾斜仪组成。2)、纠偏系统的作用：控制顶管施工中的顶管机推进方向。纠偏系统的动作控制是在地面操作室的操作台远程控制的，纠偏量的控制是通过安放在纠偏千斤顶上的位移传感器来实现纠偏量的控制，纠偏动作是一个纠偏千斤顶的组合式动作来实现。顶进过程中，根据测量反馈的结果，调整纠偏千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控制。激光点和靶激光经纬仪图5.10 测量系统5.5 顶管顶进施工5.5.1 顶管顶进工艺流程顶管工种：工具头机械工兼测量工泥浆工电工电焊工起重工杂工整体式顶进构架调节顶块出土装车、外运管道顶进 顶进前准备所有机械设备交班检查工具头刀盘转动、开进出渣浆泵调整舱内、舱外泥水到达平衡拆开各管线、管节吊装、各管路安装拼接1个行程顶进结束测量工具头的偏位、作好记录、纠偏1节管顶进1个顶进循环结束、重复顶进1个行程压触变减阻浆泥浆制作图5.11 泥水平衡顶管顶进施工工艺流程图5.5.2 顶管准备1、顶进前准备所有机械设备交班检查顶进前，机械工需要进行交接班手续，将记录的设备运转情况表交个下一个班组的机械工，并进行口头的设备运转状况交班，刚上班的机械工需要对控制台、各个泥浆泵、管道、测量系统、工具头等例行检查。2、工具头刀盘转动、开进出渣浆泵交班和例行检查完毕后，接通电源，将工具头的刀盘转动，当设备的参数稳定后，开进出渣浆泵，开始泥浆循环。5.5.3 顶管始发1、初始穿墙顶进本工程拟在顶进井出洞口安装可拆式止水钢圈，再在钢圈上上安装止水胶圈，达到止水效果。洞口安装好止水圈后，吊住工具头，顶出推进千斤顶，将环形顶铁对准工具头尾部，将工具头缓缓推进到井壁洞内。安装好所有管线（电力电缆、信号线、油管、触变泥浆管），转动刀盘，向工作仓注入一些泥浆，开始顶进，进入正常顶进工序。顶管穿墙时要防止工具管下跌，在穿墙的初期，因入土较小，工具管的自重仅由两点支承其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。这时作用于土体支撑面上的应力很可能超过允许承载力，使工具头下跌。因此，工具头穿墙时，一方面要带一个向上的初始角（约5）另一方面穿墙管下部要有支托，并且加强管段与工具管，管段与管段之间的联结。此外，工具管的推进一定要迅速，不使穿墙管内的土体暴露时间太长。暴露时间越长，危险性越大。顶管穿墙位置必须作好止水，防止孔口因为流失减阻泥浆，造成孔口塌陷，发生安全事故，或者减阻失效。2、调整舱内舱外达到泥水平衡工具头的操作全部采用在管道外（始发井上）控制台控制，只需1个机手操作，可实现对工具头刀具的转动、纠偏控制、压力显示、实时监控(工具头安装了摄像头、控制台上安装电视机)。顶进千斤顶，观察工作仓的泥水力表，控制顶进速度和出土量保证舱内、舱外压力平衡；舱内压力过大，地面隆起；舱内压力过小，地面沉陷，所以控制顶进与出土的速度相当关键。5.5.4 正常顶进1）顶进过程中，要求边注入触变泥浆边顶进，不注浆不顶进的原则。2）停止顶进或拼接管段、排除故障等原因造成短期或长期停顶时，要求工具头中留有足够土塞或注泥浆平衡土压力。3）重新开始顶进时，应对整个管路进行补浆。4）顶进一节管后，回缩千斤顶，拆开水、电、气、通风、泥浆管路，吊入下一节管段，调直对中，安装好接头止水材料，安装回各顶铁，接通各管线，开动油泵顶进一个千斤顶行程，测量，纠偏，安放顶铁顶进，直至放一节管，又重复上述流程。5）测量工具头的偏位、作好记录、纠偏。5.5.5 顶管测量纠偏顶管施工中测量工作的主要任务是掌握好管线的中线方向、高程和坡度。1、顶管工程中平面控制及高程控制要求（1）顶管工程中平面控制由于顶管施工是在两始发井之间进行贯通，测量工作中总体控制所要求的只是满足线路布置、始发井的位置选择等，对控制测量精度要求不高，但作为2个始发井之间的控制，则要保证贯通技术要求。顶管的平面控制，利用大连高程系统控制点，布设光电测距导线，其技术要求可参见下表5.2。表5.2 测量允许误差表导线类别导线等级二井间距（m）导线边长（m）测角中误差（）测距中误差（mm/km）DJ2型仪器测回数方位角闭合差（）相对闭合差二井间二级10002005531/15000全线路三级2008521/10000注：n为测站数。测距中误差按外插定线法（正倒镜定线法）确定。2、高程控制（1）根据设计坡度要求，沿线路布设四等水准路线，并在各井口处埋设临时水准点以供顶管高程放样。（2）顶管施工中的测量准备工作（3）顶管的顶进施工，每一进程均依赖于测量的定位与定向工作，测量工作如有失误，将会给工程带来损失，必须做好充分的准备工作。（4）根据顶管线路所布设的导线点及水准点，标定出井的平面位置及测定其深度，以指导始发井的开挖施工；定出始发井与接收井的管道中心点，并将其投设于地面（以下简称投点），作好标记，由于投点处于井的边缘，事先作好投点的支架搭设与焊接标志工作。（5）以布设的线路导线点中的一个导线点及一条边的方位角，重新精密测定二井间的导线，即贯通导线，并联测二井投点，在有条件的地方，最好将投点作为导线点，以便获得投点的精确坐标，所有导线点应埋设牢固标志，以备复测。根据贯通导线及井口投点，在始发井边缘放样出顶进方向的坐标点，而后与井口投点一起向井下投设方向线，并将高程从井上传至井下，埋设临时水准标点，如下图所示。（6）在始发井下建立控制观测台，在其上配置有强制对中的仪器基座，并设有上下左右可调节的装置，能使架设于其上的仪器调整到中线（或与中线偏离一定距离）的位置，并使仪器横轴调整到中线（或与中线偏离一定距离）的高度上。激光经纬仪图5.12 井口投点示意图3、顶管顶进中的测量工作（1）具有自控导向机械的情况由于顶管掘进机头附有光电接受靶和自控装置，激光经纬仪安置在观测台上，在准备工作中，已使它发出的激光束既为管道中心线，又符合设计坡度要求，实为顶管导向的基准线。施工开始时使光电接受靶中心与激光光斑中心重合，这时指示器给出零信号，当掘进机头出现偏差，相应光电接受靶中心将偏离光斑中心，从而给出偏离信号，通过自控装置操纵校正千斤顶油路，进行掘进方向的自动纠正，使工具头始终沿激光束方向前进。（2）无自控导向设备的情况往往会遇到这种情况，当观测台的激光经纬仪安置在正中心的设计位置时，由于现场安置的管道会阻挡激光视线，这时应将仪器安设在偏中心一定距离的位置上。简易的定向方法是在机头偏中心一侧横置一个标尺，标记出正确顶进方向的刻划与高度，而在以后每次定向中，标尺上的光斑会指着不同的刻划，即会知道偏移的方向大小，指导施工纠偏。在进行顶管测量控制工作时，应注意以下两点：第一，由于在顶进中，千斤顶作用力与地基或井壁间所发生的反作用力，往往会使观测台发生变位，使其上安置准确的激光经纬仪也跟着移动，导致照准方向偏离设计值。因此，在顶进过程中，要经常对仪器的位置进行复测，发现有误时，应及时予以纠正。第二，在顶进中，应组织专人对顶管沿线地面上的建筑物以及地下管线等重要设施进行监测，并及时提出监测报告，以保安全。激光经纬仪图5.13 顶进施工中的测量示意图4、测量纠偏测量要求：仪器经校正，固定牢固，做好记录，及时联系，指导纠偏，控制点须严格校核。纠偏是顶管施工的关键环节，纠偏方法如下：工具头开始顶进510m的范围内，允许偏差应为：轴线位置3mm，高程0+3mm，当超过允许偏差时，应采取措施纠正。纠正偏差应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调。工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，根据测量反馈的结果，调整纠偏千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控制。如果工具头的方向偏差超过3mm，即应采用纠偏千斤顶进行纠偏。混凝土管顶出穿墙管及在长度3040m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度短、工具头重量大，近出洞口土质易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时，应该综合运用工具头自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向。校正方法采用顶管机自身纠偏法：控制顶管机的状态(向下、向上、向左、向右)，这种方法纠偏方法良好，每次纠偏的幅度以5mm为一个单元，再顶进1m时，如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势没有减少，增大纠偏力度（以5mm为一个单元），如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时，保持该纠偏力度，继续顶进，当偏位趋势相反时，则需要将纠偏力度逐渐减少。纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，必须做到严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。表5.3 顶进管道允许偏差表检查项目允许偏差（mm）直线顶管水平轴线顶进长度300m50300m顶进长度1000m100顶进长度1000mL/10管道内底高程顶管300mDi1500+30-40Di1500+40-50300m顶进长度1000m+60-80顶进长度1000m+80-100相邻管间错口管节、玻璃管节15壁厚，且20钢筋混凝土管道15壁厚，且20对顶时两端错口50注：Di为管道内径（mm），L为顶进长度（mm）。5.5.6 顶管施工技术质量措施1、顶管出洞口的技术措施在顶管施工中，把顶管机从顶进井中经过洞口渐渐顶到土中的这一过程称之为出洞。顶管施工中进出洞工作十分重要，在施工中考虑到它的安全性和可靠性，尤其是从顶进井中出洞开始顶管，如果出洞安全，止水效果很好，可以说顶管施工已经成功了一半。1）安装止水圈洞口止水圈主要由预埋钢环、压板、橡胶圈和安装钢环组成。为了使预埋钢环能牢固地预埋在洞口井壁上，在它与混凝土接触的一面焊接数根开叉的锚杆，预埋钢环的内径同预留洞口一样大小，安装钢环是布置始发井顶管始发井时焊在预埋钢环上的。在安装钢环上焊数根安装橡胶圈和压板用的螺栓，在安装钢环焊好后就进行橡胶圈和压板的安装。安装位置要根据出洞轴心位置进行调整，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。机头的直径一般比混凝土管外径大2cm，使的管与洞之间有2cm的空隙，容易形成泥浆套，便于减少管壁与土之间的摩擦阻力。2）顶管机头出洞口若出洞处管下部为砂性土，施工时在洞口采用门式加固，所谓门式加固，就是穿墙时为防止工具头流水流泥导致地面塌陷，发生安全事故，或者顶进方向失去控制，对所顶管道外径的两侧和顶部的一定宽度和长度的范围内进行加固，对穿墙管前方土体采用搅拌桩加固，以提高这部分土的强度，从而使工具管在出洞或进洞时土体不发生坍塌现象。2、掘进机出洞防磕头措施掘进机出洞时由于周围土体被破坏或在出洞时洞外泥水流失过多，造成出洞时掘进机因自重太重而下磕，为防止这一现场产生，采取以下措施：1）掘进机就位后，将机头垫高5mm，保持出洞时掘进机有一向上的趋势。2）调整后座主推千斤顶的合力中心，出洞时观察掘进机的状态，一旦发现下磕趋势，立即用后座千斤顶进行纠偏。由于距离较短。这一方法效果会非常明显。3）由于洞中外侧进行了加固措施，也进一步防止了磕头现象的产生。4）机头尚未完全出洞不得纠偏，出洞后纠偏不得大起大落。5）在软土层中顶进混凝土管时，为防止管节漂移，可将前35节管与工具管联成一体。3、初始顶进防止管道后退措施当出洞口深度较深时，在初始顶进阶段正面水土压力可能大于管周围的摩擦阻力。拼接管子时主推千斤顶在缩回前必须对已顶进的部分与井壁进行固定，否则管道发生后退会导致洞口止水装置受损危险，因此在主推千斤顶退回前将混凝土管与始发井壁相连，直至混凝土管外壁摩阻力大于掘进机正面水土压力为止。4、施工参数控制措施（1）初始顶进a、顶进速度：初始顶进速度不宜过快，一般控制在12mm/min左右，根据偏差和旋转情况进行调整。b、出土量：加固区一般控制在105%左右，非加固区一般控制在95%左右。（2）正常顶进a、正面土压力设定：结合施工经验，设定值应介于进浆压力与排浆压力之间。b、顶进速度：一般情况下，顶进速度控制在020mm/min，如遇正面障碍物，应控制在10mm/min以内。c、出土量：严格控制出土量，防止超挖及欠挖，正常情况下出土量控制在理论出土量的98%100%。5、管道抗扭转措施顶进过程中由于周围土质的变化，纠偏的影响及管内设备的不均匀性会造成推进时管道发生不同程度的扭转，直接影响到施工质量。因此主要采用以下措施：在管内设备及管道安装时，根据重量平衡原理，在安装设备及管材的另一侧配以相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡。消除人为造成管道扭转的因素。顶进时在掘进机及每个中继环处设有管道扭转指示针。一旦发现微小的扭转即用单侧加压配重的方法进行纠扭。压铁单块重量为25kg。掘进机若发生扭转，则将左右两只抗扭转翼板向外推出。推出越长，抗扭力矩就越大，当掘进机平衡时则缩回翼板即可。6、顶管轴线控制措施顶管要按设计要求的轴线、坡度进行。主要是掘进机头部测量与纠偏的相互配合。纠偏是完成管道线型的主要手段。纠偏原则如下：1）、勤测勤纠：即每顶进一段距离，测量一次工具头轴线及标高偏差情况。通知工具头纠偏人员，纠偏人员