西乡河2#排涝泵站及配套管网工程

西乡河2#排涝泵站及配套管网工程顶管分项工程专项施工方案

编制人：

审批人：

审核人：

中恒建设集团有限公司

2015年01月05日

一、编制依据 (4)

二、工程概况 (5)

三、工程地质、水文条件及气候情况 (6)

四、顶管工艺流程 (10)

4.1、顶管工作井内布置 (11)

4.2、顶管掘进机选型 (12)

4.3顶力计算 (14)

4.4、顶管顶进系统施工要求 (15)

4.5、触变泥浆系统 (16)

4.6、泥水循环系统 (17)

4.7、泥水处理系统 (18)

4.8、通风系统 (19)

4.9、通讯与电视监控系统 (19)

4.10、供电系统 (19)

4.11、测量系统 (19)

五、顶管顶进工艺 (29)

六、顶管施工技术质量措施 (29)

6.1、到达接收井的施工准备 (29)

6.2、进洞 (29)

七、施工监测 (35)

7.1、施工监测项目 (37)

7.2、测点布置、测试方法 (34)

7.3、监测频率 (37)

八、顶管施工常见通病的分析与预防 (44)

九、项目组织机构 (44)

十、项目管理目标 (48)

十一、项目管理方法 (44)

十二、确保安全生产的保证措施 (48)

1、安全生产目标 (48)

2、安全管理机构 (48)

3、安全检查程序 (49)

4、安全保证体系 (49)

5、安全生产保证措施 (49)

5．1、工作井、接收井安全生产保证措施 (49)

5.2、工作井、接收井钢筋、砼施工安全生产措施 (50)

5.3、顶管施工安全生产保证措施 (58)

5.4、施工用电安全生产保证措施 (53)

5.5、施工机械管理措施 (54)

5.6、防火安全管理 (54)

十三、应急预案 (65)

1、突发停电应急预案 (65)

2、台风、暴雨应急预案 (65)

3、工作井、接收井施工应急预案 (57)

4、沉井排水的安全要求 (58)

5、沉井施工安全要求 (58)

6、顶管施工应急预案 (65)

7、应急预案的物资保障 (65)

8、逃生应急预案 (65)

一、编制依据

1、西乡河2#排涝泵站及配套管网工程建设工程合同文件及设计施工图；

2、西乡河2#排涝泵站及配套管网工程场地岩土工程勘察报告；

3、相关现行国家及地方规范、标准及规程，主要规范如下：

☆《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002

☆《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

☆《给水排水工程顶管技术规程》CECS246：2008

☆《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

☆《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332-2002

☆《给排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008

☆《钢筋焊接及验收规程》JGJ18－2003

☆《施工现场临时用电技术规范》JGJ46－2005

☆《建筑施工安全检查标准》JGJ59－99

☆《施工现场安全生产保证体系》DBJ08－903－2003

☆《工程建设标准强制性条文》2002版

☆《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002

☆《给水排水构筑物工程施工及验收规范》GB50141-2008

☆《工程测量规范》GB50026-97

☆《危险性较大分部分项工程安全管理办法》（建质2009－87号）

二、工程概况

本工程为西乡河2#排涝泵站及配套管网工程，本工程位于深圳市宝安区西乡

街道西乡大道东侧，西乡河西侧。该工程设计采用重力流排放与抽排相结合的排水系统，在西乡河防洪工程的基础上对区域内地势低洼片区的排水系统进行重新改造。泵站服务范围包括新湖路以南、兴业路以北、西乡大道以东、海城路以西所围区域内的涝区，总面积约80公顷。

（1）、配套管网工程

完善西乡河2#排涝泵站服务范围内的劳动村二队、轻铁西村、海城新村、海城名苑、宝源B区、宝源新村等片区雨、雨水收集管网系统。顶管主要内容兴

业路Y13到Y1段、海城路Y7到Y24段，合计1.76公里。

（2）、本标段顶管工程主要施工内容：

1、顶管施工：顶管采用钢筋混凝土顶管专用管，管径为 DN1200、DN2000、DN1600、DN1800、DN2800顶管接口采用承插橡胶圈接口，总长为1.76m，采用机械顶管施工；

（3）、管网沿线状况

本工程雨水管网主要位于海城新村、轻铁西村、劳动村二队、宝源B区，管线沿线经过商业街区、商铺区、居民区等。管网线基本都设在较为狭窄的水泥公路和街道位置处，管线分散，地下设有电力电信及原有供水、雨水、排污等各种管线错综复杂，地面各种设施也极为棱乱，道路交通繁忙。本工程属于支管网重新铺设工程，施工区域面积广，周边交通四通八达。管线沿线经过现状道路及商业街区、厂区、商铺区、居民区，施工过程中不可避免会对现状道路交通、商业区的经营及附近居民的生活产生一定影响。施工线路经过繁华的厂区及住宅区，局部路段沿街两侧商铺众多，过往人流量大。工程施工期间，人流疏解以及维持现有居民正常生活是管理难点，必须采取专项措施加以解决。为了将该影响降到最低，施工前需编制详细的《交通疏解方案》，并需经交通管理部门部门及相关单位审核通过，严格按照交通疏解方案进行施工。

三、工程地质、水文条件及气候情况

①工程地质条件

根据钻探资料显示，结合原位测试和室内土工试验成果综合分析，本场区勘察深度范围内分布的地层有：人工填土、人工填石、淤泥、粗砾砂、岩层。自上而下分述如下：

人工填积层

素填土：层厚为2～4.5m，平均厚度为3.25m。

第四系残积层

粉砂：层厚为2～5m，平均厚度为3.5m。

岩（r52-3）层

③中风化花岗岩：厚度为2.2～33.5m，平均厚度为11.3m，层顶埋深为-7.5 m以下。

②水文条件

场地地下水主要为孔隙潜水，主要受大气降水及地表水补给，水位变化因气候、季节而异，且受潮水影响较大，潮涨时水位上升，潮落时水位随之下降，水位不太稳定。地下水稳定水位埋藏深度介于0～4.0 米之间，相当于标高

1.2～1.86米。

③气候情况

深圳市气降雨的年内分配集中在夏季，4月～9月的降雨量占全年降雨量的80％以上，并经常出现暴雨和大暴雨，日降雨强度可达80mm～150mm。10月至次年3 月为旱季。冬夏风向季节变化显著，从夏季至初秋一般盛行偏南风，秋季至冬末盛行风速为3.2m/s，基本风压0.75kN/m2。5～10月份为台风季节，其中7～9 月份台风最为频繁，平均每年影响本区的台风次数为4.0 次，

台风登陆风力达8级以上，最大风力可达12级，并常伴随暴雨和暴潮。

根据地质钻探资料及《市政工程勘察规范》（CJJ56-94）等有关规定判定，场地条件和地基复杂程度为Ⅱ类，场地等级为二级，按管网设计标高可知，管网基本布设在第三、四系土层中，该层土地下水相当丰富，对砼结构具有弱腐蚀性，因此各井体砼选用抗渗抗腐蚀的砼施工及开挖施工中的抽排水显得相当重要。

西乡河属典型的南亚热带季风海洋气候。由于靠海近，海洋性气候特别明显，具有温暖多雨、光热充足、温差较小、夏季高温酷暑台风频繁、秋冬季干旱少雨等气候特征。根据工期安排，经历 2 个台风、多雨季节。而本工程其工作内容全部属于室外露天作业，受雨天的影响尤为显著，因此对作好雨季施工、高温施工的工作相当重要。

设计概况：本工程工作井、接收井设计采用沉井施工，井壁沉至设计底标高后不排水封底，因此该沉井结构为永久性使用结构。管材采用顶式（F型）三级管，工作井、接收井具体设计要求见下表

8

9

四、顶管工艺流程：

本工程的顶管施工，根据实际情况分析，采用泥水平衡式顶管机进行施工。现场内另设临时堆场，供其他半成品、周转材料等堆放，顶管现场考虑一定管的贮存量。工作井围蔽内布置工具间、修理间、试验室及水泵站、空压机房、泥浆房等。自动控制台、通讯、中央控制均在顶进控制室内。考虑顶管施工的连续性，每段顶管分三班连续作业施工，在工作井现场四个角上各安装錪钨灯一座，供夜间现场照明。具体施工安排见顶管施工工艺流程图。

4.1顶管工作井内布置

工作井内沿顶管轴线方向在临时后座墙上装刚性后座，主顶千斤顶、导轨、刚性顶铁、环形顶铁等顶进设备。工作井边侧设置下井扶梯一座供施工人员上下。

管内供电及工作井内电力配电箱均位于工作井内。管内测量起始

平台安装在主顶千斤顶之间轴线上，独立与砼底板连接，与千斤顶支架分离，确保顶进时测量平台的稳定。

沿井壁依次安装1.5寸压浆管、4寸供水和出泥管、供电、1.5寸供气管线。井内二侧工作平台布置配电箱、电焊机、泥水旁通装置、后座主顶油泵车和顶铁。

管内进、排泥管、压浆管、供电、通风管分别安装于混凝土管左右偏下侧，采用L75×75角钢支架固定。

管内照明采用24伏低压照明灯，每10m布置1只。工作井内照明采用高压水银灯。施工期间在工作井内及管道内应配置足量的排水设备，以保证雨季汛期的管道安全。

4.2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中粗砂淤泥成、岩层，根据以上地质情况：

1、本工程选用的是一种具有破碎能力的泥水平衡的顶管机，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10～20KPa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有合金滚动滚刀及固定刮刀，刀座和刀盘焊接采用耐磨焊条。滚刀及刮刀在刀盘的4把刀杆上的布置是全段面切割布置，刀盘每转动一周，滚刀和刮刀对前面土体是全段面的滚动和刮动。顶管机在主顶装置的推动下，刀盘上的滚刀刀尖对前面坚硬的土体进行滚动挤压，使到坚硬的土体破裂；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。

泥水平衡顶管施工方法示意图

4.3顶力计算

本工程顶管均为DN2000管，现在以DN2000顶管段进行顶力的计算

1、顶力计算

R为：以D2000管线基准测量顶进长度按433m计后背力。

R=α×b×（γ×H2×KP/2+2c×HKP+γ×h×H×KP）×B

R=1116.908t

式中：R—总推力之反力，（kN）

B—后背的宽度（3）

α—系数2.5

b—后坐墙的宽度0.5（m）

γ—土的容重（18kN/m3）

H—后坐墙的高度（m）

KP—被动土压系数[为tg2（45°+φ/2）；

C—土的内聚力（10kPa）

H—地面到后坐墙顶部土体的高度（m）

2根据以往的施工经验，顶力的计算如下：

P=k×（34×D-21） L+P F

式中P——计算顶力（kN）；

D——管道外径（m）；

L——顶进距离（m）；

P F——迎面顶力（225N）；

K——顶进时，管道表面与其周围土层之间的摩擦系数，其取值为 1.3按最长φ2000管线433m计算，得1116.908t。

后背墙符合要求，可以正常顶进。为确保质量在顶进过程中必须注浆减阻。（参考注浆措施）

式中R——总推力之反力，（kN）

B——后背的宽度（4）

Α——系数2.5

B——后坐墙的宽度0.8（m）

Γ——土的容重（18kN/m3）

H——后坐墙的高度（m）

KP—被动土压系数，为tg2（45°+φ/2）；

C—土的内聚力（10kPa）

H—地面到后坐墙顶部土体的高度（m）

3采用4个100吨千斤顶进行（直径为30cm）顶铁为d2000环形，面积为3.14×2.4×0.2=1.507m2计算压强1116.908t/1.507=7.41MPa＜管道抗压强度40MPa，为了保证施工进度，注浆同时进行。

4.4顶管顶进系统施工要求

1、导轨

?.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。

?.两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致。

?.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。

2、千斤顶

?.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。

?.千斤顶最大顶力不大于10000KN。

3、油泵安装和运转应符合下列规定

?.油泵宜设置在千斤顶附近，油管应顺直、转角少。

?.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。

?.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。

?.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

?.顶铁应有足够的刚度。

?.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。

?.顶铁的相邻面应互相垂直。

?.同种规格的顶铁尺寸应相同。

?.顶铁上应有锁定装置。

?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：

?.全部设备经过检查并经过试运转。

?.工具管在导轨上的中心线、坡度和高程应符合规范规定。

?.防止流动性土或地下水由洞口进入工作坑的措施。

?.开启封门的措施。

4.5触变泥浆系统

1、泥浆减阻

用泥浆减阻是长距离顶管减少摩阻力的重要环节之一。在顶管施工过程中，如果注入的润滑泥浆能在管子的外围形成一个比较完整的浆套，则其减摩效果将是十分令人满意的，一般情况摩阻力可由12~20KN/m2减至3~5KN/ m2。本工程采用顶管掘进机尾部同步注浆和中继环后面管段补浆两种方式进行减阻。

补浆管一般布置于中继环后面第二节管段及中断环与工具头及后座中间位置，注浆孔按120°设置。注浆孔采用PE封闭螺栓。润滑泥浆材料主要采用钠基彭润土，纯碱、CMC、物理性能指标：比重1.05~1.08g/cm3，粘度30~40S，泥皮厚3~5mm。施工时按具体情况设置。

2、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。

3、注浆设备

符合物理性能要求的润滑泥浆用压浆泵通过总管、支管、球阀、管节上的预留注浆孔压到管子与外管土体之间，包住钢筋混泥土管。

4.6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

?.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；

?.刀盘的平面紧贴着工作面，起到挡土作用；

?.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；

?.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1.05 ～ 1.3。

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50±10mm。

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。

4.7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。本工程计划采用振动筛与旋流器组合起来进行泥水分离的方法。由振动筛把较粗的颗粒，一般在1.0mm以上的颗粒分离出来，然后由旋流器把较细的颗粒再分离出来，如图10-5所示。如果颗粒比较细，分离出来的土的含水量比较高，可在其中掺入一定比例的吸水剂，如丙稀酸盐，这种吸水剂可吸去土中的水分，使原来流淌的土变成可运输的干土。

泥水处理设备：包括泥浆泵、泥浆管、快速接头、阀门、振动筛、

旋流器、泥水箱等。

组合泥水分离器

4.8通风系统

通风设备：人工进管前和进管施工过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风。

风量的计算：

1、按洞内同时工作的最多人数计算：

Q=k×m×q

式中：Q－所需风量，m3/min;

k－风量备用常用系数，常取k=1.1～1.2

m－洞内同时工作的最多人数

q－洞内每人每分钟需要新鲜空气量，通常按3m3/min 计算。

现按管内有两人工作，取k=1.1,m=2, 则有Q=

k×m×q=1.1×2×3=6.6 m3/min

2、漏风计算

Q 供＝P×Q

式中：Q－计算风量

P－漏风系数

采用Ф200PVC 管，每百米漏风率一般可控制在2％以下。取P＝1.02，则Q 供＝P×Q＝6.6×1.02＝6.73 m3/min，取风量大于7000L/min 离心鼓风机（或高压空气压缩机）作为通风设备则可以满足要求。

4.9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、工作井内。

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；一只安装于工作井内，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。

4.10供电系统

工作井现场用电，为适应供电要求采取与供电公司协商，与就近的高压线接电。输出端电缆分三路，分别供工作井上供电系统、井下顶管机头、及井内主千斤顶。

第一路：泥浆间：2×10KW各工种间：10KW 现场照明：20KW 第二路：后座油泵：4×22KW=88KW（最多布置4个）

电焊机：4×10KW=40KW

第三路：工具头：泥水切削平衡60kw （含出泥系统）

中继间：11KW ×2（最多二只联动）

管内照明：10KW

管内用三相五芯式50m2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600A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。

4.11测量系统

?.平面控制网的建立

地面上按业主、设计院提供的井位轴线控制桩定位。采用全站仪测量。在工作井四周建立测量控制网，并定期进行复核各控制点。工作井上下点的投放采用水准仪。

投放顶管测量始测点和2个后视点，始测点设在顶管后座专用测量平台上，后视点设于穿墙孔上部的井壁上，定期互相校核。

?.管道轴向测量

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。

?.顶管水准测量

高程测量较简单，在地面上把永久性水准引测至井边，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至机尾部标靶，即可知道机头高程偏差。此水准还可从机头测出来，闭合差按二级水准控制。

为了确保机头准确进洞，在顶进到最后30～50m时，用人工测量的方式，对管道进行全线复核，确保测量工作做到万无一失。

五、顶管顶进工艺

1、泥水平衡顶管顶进施工工艺流程图如下：