泥水平衡顶管施工组织设计
目录
一．工程概况
二．顶管方案
1、 机头选型
2、 平面布置
3、 出土方案
4、 顶力计算、中继间及中继间布置
5、 出洞方案
6、 测量方法
7、 通风设置
8、 顶管动力、照明配套
9、 管接口质量控制
10、 防止旋转措施
11、 设备保养
12、 顶进结束后机头处理
13、 浅覆土安全技术
14、 注浆减磨
五、安全
六、质量控制
七、进度计划
一、工程概况
本工程为 顶管工程。采用Φ800顶管，总长为 m，管中心标高-6.20～-27.72m。土质由标高为 m的 土到 m的 土。
二、顶管方案
1、机头选型
本工程由于一次顶进距离较长，为确保工程质量万无一失，确保绝对工程安全，我公司根据以住施工经验，决定采用日本ISEKI公司生产的UNCLEMOLE 型TCZ600具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机。
①具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机有多种形式。
其基本原理是主轴偏心回转运动而破碎的泥水平衡顶管机，其刀盘的正面，开口比较大，便于大块的卵石等能进入顶管机内，刀盘正面上下两个泥土和石块的进口，其开口的面积约占顶管机全断面的15%～20%。
刀盘由设在主轴左右两侧的电动机驱动。电动机是通过行星减速器带动小齿轮，然后再带动设在中心的大齿轮。大齿轮与主轴及轧辊联接成一体。主轴的左端安装有刀盘。这样，只要刀盘驱动电机转动，刀盘也就转动，同时轧辊也转动。在掘进机工作时，刀盘在一边旋转切削土砂的同时还一边作偏心运动把石块轧碎。被轧碎的石块只有比泥土仓内与泥水仓联接的间隙小才能进入掘进机的泥水仓，然后从排泥管中被排出。
另外，由于刀盘运动过程中，泥土仓和泥水仓中的间隙也不断地由最小变到最大这样循环变化着，因此，它除了有轧碎小块石头的功能以外还始终能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达泥土仓中，从而保证了掘进机不仅在砂土中，即使在粘土中也能正常工作。
一般情况下，刀盘每分钟旋转4～5转，每当刀盘旋转一圈时，偏心的轧碎动作达20～23次。由于本机有以上这些特殊的构造，因此它的破碎能力是所有具有破碎功能的掘进机中最大的，破碎的最大粒径可达掘进机口径的40%～45%之间，破碎的卵石强度可达200Mpa。
本掘进机的优点是：
特点：
A、顶管机、主千斤顶、泥水循环系统和泥水分离装置（DESANDMAN）成套化。
B、带锥形破碎机的条幅刀盘，能破碎小于外径30%，一轴强度196Mpa（2000 kg/cm2）的砾石。
C、该机能适用各种土壤条件，如粘质土、砂土、砂砾混合卵石土和软岩上。
D、使用安装在轨道上的主顶油缸。一次顶进长度超过100m。
E、该机由一人在地面遥控操纵即可。
F、可在控制台上进行电视监测及方向控制，精度高。带有ISEKI专利的RSG双光靶方向控制系统，有经验的操作人员可以将方向误差控制在10mm之内！
G、使用主千斤顶不间断便可单独顶进一节管子。
H、泥水分离装置DESANDMAN是一种密封性好，操作灵活的分离系统，且能节省安装空间。
此机型在现今使用较广，我们有着成功施工经验、技术成熟、可靠，对土层扰动少的特点。偏心破碎泥水平衡顶管掘进机是根据含水量较高的沙砾土而专门设计的。因此特别适应本工地基顶管的施工。
2、平面布置、井内布置及管内布置
2.1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，地面指挥监测中心、办公室、仓库、配电间、冷作间等。布局要合理，环境整洁、卫生，并有专职人员进行管理。
2.2现场布置采用8t汽吊，设备进场时，采用16t汽车吊车。
2.3管道顶进时，起吊设备采用跨距为14m的龙门行车（起重能力为30t），行车导轨与顶管中心线应平行铺设，并与管中心左右对称。
2.4井内布置
工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站、钢制扶梯等。
3、出土方案
泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速排土。
在沉井上部砌2只沉淀池。沉淀的余土外运需按文明施工要求和渣土处理办法，运到永久堆土点，不得污染沿途道路环境。
4、顶力计算
4.l 、推力的理论计算：（以Φ800mm计算）
F=F1十f2
其中F—总推力
Fl一迎面阻力 F2—顶进阻力
F1＝π/4*D2*P (D—管外径0.86m P—控制土压力)
P＝Ko*γ*Ho
式中 Ko—静止土压力系数，一般取0.55
Ho—地面至掘进机中心的厚度，取最大值6m
γ—土的湿重量，取1.9t/m3
P＝0.55*1.9*6＝6.27t/m2
F1=3.14/4*0.862*6.27＝3.64t
F2＝πD*f*L
式中f一管外表面平均（根据顶进距离平均沙砾土）综合摩阻力，取0.8t/m2
D—管外径0.86m
L—顶距
F2＝3.14*0.86*0.8*110＝237.6t。
因此，总推力F=3.64+237.6＝241.3t。根据总推力、工作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。工作井（Φ800mm顶管）设计允许承受的最大顶力为400t，管材轴向允许推力300t，主顶油缸选用2台200t(2000KN)级油缸。每只油缸顶力控制在180t以下，这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力360t。因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。
5、出洞方案
为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装一个单法兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈及止水封板。由于顶进距离长，造成管材表面及F型钢套环、砂等对橡胶止水圈不可避免的磨损，需经常更换橡胶止水圈。因此，我们在洞口里侧增加一道橡胶止水圈，当需更换外部橡胶止水法兰时，洞口内部的橡胶止水圈可防止地下水进入井内。
6、测量以及设备安装
6.l、测量的方法
1.1通视条件下的测量1.1.1使用交汇法引工作井及接收井预留洞口中心至各自的井壁。置经纬仪至A点，后视B点，作BA直线的延长线，并在工作井后部定出一点C。保证C、A、B在一条轴线上，置经纬仪在C点上，后视A点，在工作井井壁上定出一点A，，置激光经纬仪基座于井下D点，并抄平固定激光经纬仪架，置经纬仪于A点，后视B点，在激光经纬仪器架上定出D点，D点同A，，A，B点在竖直方向上成一直线，安装激光经纬仪于仪器架上，对中D点，后视A，点，依设计轴线打好角度，既可定出轴线。
1.2不通视条件下的测量
1.2.1引出A、B两点后可根据导线法以及平移法定出C、D、A，，其余步骤同通视条件下测量定位。
1.2.2后靠背导轨及后顶的安装
轴线确定后先安放后靠背，后靠背后部距离井壁100~200mm，调整后靠背前后以及左右方向，应尽量保证后靠背的中心于轴线相重合，调整方法见图：
在轴线定好后既可安装导轨以及后顶，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4~6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。
引轴线至井底前后两侧A、B两点，分中后靠背，在后靠背上作一分中点C，开始放置后靠背时尽量使C点在AB的延长线上，此值可肉眼鉴定，误差不应大于10cm，在后靠背边缘定出任意等高两点D、D，，测量AD和A D，的距离，只需保证AD的距离约等于A D，的距离既可，误差不应大于3cm，导轨左右方向确定后既固定下面两侧各一点，后使用线坠调整前后方向既可，最后根据实际情况填塞C15-C30的混凝土至井壁到后靠背的间隙，后方顶的安装在后靠背的安装完毕后进行，抄平后顶后只要保证所以千斤顶后平面贴实后靠背既可固定。
导轨安装完毕后需在预留洞口内安装副导轨，副导轨的轴线以及高程均要与主导轨保持一至，此副导轨用于防止机头进洞后低头，见下图：
增高装置可根据机头重量以及增高量选择枕木，钢支架或砼垫层。
洞口止水装置的安装，应保证除止水圈外最小直径大于进洞物最大直径的8cm，防止受到进洞物的剪切而失去止水效果，位置确定后可用水泥砂浆封堵与井壁形成的间隙，防止从间隙处漏水、漏浆。
7．泥水系统的安装
泥浆池应尽量靠近工作井边，可采用并联法，见图：
泥浆池尽量靠近工作井边，可以减少排泥管路过长而且产生的管路摩阻力，沉石箱的配置可沉淀块状物，防止块状物直接进入排泥泵引起排泥泵堵塞和损坏。
注浆系统应尽量使用螺杆泵以减少脉动现象，浆液应保证搅拌均匀，系统应配置减压系统，在泵出品处1米外以及机头注浆处各安装一只隔膜式压力表。
电路系统及后方顶液压系统安装流程（略）
8．顶进开始调试阶段以及土体取样：
顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。
机头下井后刀盘应离开封门1米左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不超过5mm，既可开始凿除砖封门，砖封门应尽量凿除干净，不要遗留块状物，同时可进行土体取样工作，使用Ф100，L=500mm的两根钢管在洞口上下部各取长400mm的土样，取样工作完成后随既顶机头，使机头刀盘贴住前方土体。
TCZ机头属于刀盘不可伸缩型，土压力表所显示的土压力为泥仓土压，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差ΔP，此值一般取15-30T，由于进泥口是衡定的，TCZ机头的土压控制主要通过顶速来调节，每次初顶时先调节好送水压力，然后打开机内止水阀，转动刀盘，关闭机内旁道，待流量达到额定值的80%时既可开始顶进，送水压力可通过机内压力调节既可完成。
1、顶进过程中的方向控制
由于TCZ机头本身所具有的方向诱导装置，纠偏操作就变的简单易行了，操作员只要通过纠偏动作，始终保证激光点在二号光耙的中心既可。
测量与方向控制要点
(1)有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：施工组测量员→项目管理部→监理工程师，确保测量万无一失。
(2)布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。
(3)顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10’～20’不得大于0.5°。并设置偏差警戒线。
(4)初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。
(5)开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。
10、顶管动力、照明配套
8.1、顶管动力配套
动力电线设置：管内设置—二路电缆，按其配套动力负载功率，选择电缆规格，供电采用TN—S方式，三相五线制移动电线装接。
11．管接口质量控制
9.l 本工程所用管节为“F”管，“F”管受力性能好，接头稳定性高，接口处止水密封性能好。
9.2 选用优良管材并处理好管子接口顶管施工是十分重要的。要按有关规范对管材作现场检查验收，如发现不合格品坚决予以退回。
9.3 管材运送、起吊均应有专用夹具，搁置时应用方木垫高，防止“F”型管接口的套环受压变形。
9.4 接管前再次检查管子接头的承插口尺寸，橡胶圈和衬垫板的外观和质地。确认合格后可在接口处均匀涂抹薄层硅油等对橡胶无侵蚀性的润滑材料以减少摩阻力。承插接管时要保证与上节管的钢套环同轴度，并且加力要均匀，应保证橡胶圈不移位，不反转，不露出管外。顶管结束后要按设计要求在管内间隙处填充弹性密封膏，并与管口抹成—个光滑的渐变面。密封圈的胶结应在使用前两天完成并检查其牢固性。
9.5 管材供应
在顶进过程中，管材的供应是非常重要的，如果供应不及时造成顶进停止，后果是非常严重的，由于机头重量一般较大，长时间的滞留会造成机头沉降，使轴线发生偏差；或已顶好的管子和周围土体固结，使得摩阻力增大。因此，在开始顶进前，需指定详细周全的供应计划，现场应备有足够余量。
9、设备维修及保养
在本工程项进过程中，特别需要对掘进机进行维修和保养，使掘进机始终处于优良的使用状态，从而顺利完成本工程实施。
9.1刀盘主轴及外壳密封
掘进机在累计顶进达500米时，需对刀盘主轴密封进行检查，看看是否良好，如果不良则应更换。如果良好则应在加好油的情况下安装好。
11.7 液压系统
当液化油出现乳化时，说明液压油己严重氧化，应予以更换，更换液压油之前须把油箱内清洗干净。加油必须用精滤车过滤后方可加入。另外，一旦发现油管老化应予以更换。
11.8 电气系统
电气系统应保持干燥，保持指示灯及各仪表正常。
11.9 纠偏系统
纠偏系统要经常检查是否漏油、油液质量、油压情况，如发现不正常情况及时更换。
10、注浆减磨
长距离顶管施工中，顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力，我们在注浆时做到以下几点．
14.1、选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标为造浆率、失水量和动塑比。
14.2、在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。
14.3、膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建议但都必须按照规范进行，使用前必须先进行试验。一般性能见下表：
膨润土 纯碱 掺加药剂 漏斗粘度 视粘度CP 失水量ml 终应力 比重 稳定性
8％ 4‰ Cmc、PHP l’19”2 21 12.6 80 1.048 0~0.001
14.4、压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经常检查各推进段的桨液形成情况。
14.5、注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔，从而影响这浆效果。
14.6、注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。
14.7、注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相应配。
14.8、由于顶管线路长，为使全程注浆压力不致相差过大，在中间还将每隔400增设压浆泵以增大压力。
5、应急措施
由于本顶管工程所处土层在 和 层中，因此本工程在顶管施工时如遇到意外情况，如土质突然变化、发生涌水现象、遇到障碍物等，必须采取有效的措施来处理。
1、地质发生很大的变化，突然间变硬或变软。这可以通过刀盘的转矩来判断，如果突然变硬了，则向土仓内加入水或泥浆，掘进机上设有加泥孔，其目的就是用来加泥的。如果太软，可把第一至第三节管子及工具头都联成了一个整体，以增加它们的刚性，从而可避免机头突然沉陷。
2、在顶管施工过程中，如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。操作人员必须严格遵守这样一条规定：无论何种情况，超过允许偏差一律停下来，并且如实汇报情况，以便分析原因，找准对策。
五、安全
严格执行安全生产协议书及治安，消防协议书中所规定的内容，并结合工程特点做到以下几点：
5.1 管理工作标准化
本工程以井下作业为主，工程安全管理上要求“安全第一”的指导思想，必须贯彻在工程施工的始终，切实认真贯彻有关安全生产、文明施工的规章制度，加强对安全生产、文明施工的检查，使管理工作标准化。
5.2 抓好安全基础工作
提高安全管理水平，以防为主是本工程安全管理的目标，使每个施工人员树立以“预防为主”的安全生产意识，根据本工程的施工特点，认真抓好施工现场的“八大纪律”及“三大操作规程”为重点的安全基础工作。
5.3 二通、三无、五必须
(1)二通：施工现场人行路畅通，施工工地沿线单位，公用道路出入口畅通。
(2)三无：施工中无管线事故，施工无重大伤亡事故，施工现场周围道路平整无积水。
(3)五必须：施工区域必须严格分离，施工现场必须挂牌施工，工地现场材料必须堆放整齐，生活区必须清洁文明，工地现场必须清洁文明，加强以文明施工的思想工作。
5.4 防汛防台、治安保卫、卫生及隧道内排水排风具体措施
防汛防台：由于本区间隧道掘进行正处于汛期及台风季节，在工作井内布置一台渣浆泵，备一台渣浆泵、四台潜水泵及草包等，在工作井四周砌30cm踢脚。在暴雨及台风时处理可能发生的事情。行车上安装防风安全装置。
治安保卫、卫生：严格执行招标文件中治安保卫、卫生所规定的内容，结合本工程的实际情况加强工地的巡查，特别在夜间值班人员应经常巡查。严禁在更衣室 、民工宿舍喝酒、打牌。民工宿舍、更衣室，办公室物品安放整齐规划，建立卫生值日制度，保持室内清洁整齐。
管内排水：在管内安装一路排水管道，在工作面放一台潜水泵及时抽掉积水。积水抽至排水管内送至工作井，由工作井内渣浆泵抽送至地面排水沟。
管内排风：在隧道内安装一路排风管路。
5.5 消防管理
(1)严格执行消防条例的有关规定和执行各级<<安全防火规定>>
(2)加强现场防火力量及灭火设备，现场设兼职消防员，落实防火责任制。顶管管道内严禁吸烟。
(3)在施工现场仓库、木工间、机焊、配电间、办公室等处配备好足够的消防器材，并要加强管理和保养，以备使用。
5.6井下施工的所有移动电机具和设备，必须有严格的接地措施。井下、管道内的照明设备必须用12V~16V安全电压。
5.8 现场宣传工作
(1)设立通讯员，并及时向分公司、公司及外界新闻媒体报道和宣传工作建设情况和在工程建设中的新风尚。
(2)配合公司、分公司做好形式任务宣传教育工作，加强全员的危机意识和责任感。
5.9 建立班组安全管理制度
建立对施工班组的安全管理制度是一项极其重要的基础工作，重点开展以“讲评，教育、交底及检查”的安全管理制度。
5.10 重点部位安全管理措施
(1)确定安全重点部位，实行监控。
(2)成立监控小组，实行分项管理。
(3)加强施工前期管理，对设计和施工工艺实行把关，强化安全管理措施。
(4)进行认真的安全交底，加强部位全过程的检查、把关，及时地总结、反馈，修订措施。
六、质量控制
（一）形成一个有效的保证体系
我公司已通过了ISO9002国际质量体系的认证，在本工程中要认真贯彻GB/T9002-ISO9002系列标准，根据《质量保证手册》和《质量体系程序》文件，形成从质量策划，合同评审，供应商的评审，采购验证，施工过程控制，检验，测量和试验设备的控制，不合格品的控制，文件和资料控制，质量记录的控制到培训、服务等，形成一个符合国际ISO9002系列标准质量保证体系。
（二）建立健全质量管理网络
为保证施工质量，在施工现场实行以总工程师为核心的质量管理网络。以确保整体工程达到优良级，实行工程质量目标管理，明确各部门的工作岗位职责，落实质量责任制，形成一个有效的质量保证体系。由检验部门具体负责，各项目组配备专职质量员，强化质量监控和检测手段。
（三）工程的质量标准以标书要求及标书中参用的质量标准为准。工程开工前组织全体施工人员认真学习并做好技术交底工作。建立技术交底卡，严格按操作规程组织施工。
（四）加强自检，互检制度，实行三级（班组，项目部，质检科）检验制度，做好隐蔽工程验收，由班组填自检单，然后项目部验检，质检科抽检，监理验证签字。做好上下通工序验收，只有上道工序通过验收后方可进行下道工序施工。
（五）把好原材料、成品的质量关
凡使用在本工程中原材料、砼管材、商品砼等都必须经过ISO9002系列认证产品或推荐使用的合格产品，到施工现场进行严格检验，并具备质保单位和试验技术资料等。做好各种材料的质量记录和资料的整理和保存工作，使各种证明、合格证（单位）、验收、试验单据等齐全，确保其可追溯的完整性。
（六）确保各种试验的时效性和准确性，现场成立实验室，并严格按照“试验室规程”开展现场各种试验工作，保证按照规范要求做好各类原材料、成品砼管材、商品砼、砂浆、焊接件等的抽检和复检工作，切实起到把好质量关，用数据和分析图表配合和指导现场施工质量。
（七）对施工中各类测量仪器，如经纬仪、水准仪、测距仪等，以及试验设备，须按规定做好计量检定工作，并在使用的过程中，随时发现掌握可能出现的偏差，以保证计量设备的准确。
（八）开展各项质量活动定期开展质量活动，活动形式可多样化，可以是各项目组的互检，组织学习，参观样板工程，以达到相互交流，传递质量信息，提高质量意识，促进工程质量的提高。以重大工程立功竞赛活动为主导，开展质量竞赛单项活动，组织各项目组之间开展质量管理方面的竞赛活动，以顶管工程施工班组之间开展同工种施工质量竞赛活动，充分调动广大施工人员的劳动积极性。