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1、城市污水處理排海工程頂管穿越施工組織設(shè)計(jì)方案編 制： 審 核： 批 準(zhǔn)： 版 本 號: ESZAQDGF001 編制單位： 編 制: 審 核： 批 準(zhǔn)： 二XX年X月目錄第一節(jié) 工程概述4一、工程內(nèi)容4二、工程地質(zhì)情況4第二節(jié) 工程中的技術(shù)特點(diǎn)與難點(diǎn)4第三節(jié) 頂管施工主要的配套設(shè)備設(shè)計(jì)和選擇5一、工具管選擇51、工具管的選型52、工具管內(nèi)輔助設(shè)施6二、頂進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)61、全程頂力計(jì)算62、主頂進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)83、中繼間設(shè)計(jì)94、頂力控制驗(yàn)算115、頂進(jìn)系統(tǒng)控制技術(shù)措施：12三、頂管出洞導(dǎo)軌設(shè)計(jì)安裝13四、頂鐵和后靠壁14五、起重設(shè)備14第四節(jié) 頂管管節(jié)制作與接頭防水14一、管節(jié)的接頭14二、管節(jié)質(zhì)量2、保證措施153、在裝運(yùn)過程中，采取有效的管節(jié)保護(hù)措施，確保管節(jié)不受損害。165、為確保安全，多購置幾個管段在現(xiàn)場做破壞性試驗(yàn)。16三、接頭防水16第五節(jié) 洞口止水裝置16第六節(jié) 頂管施工17一、頂管施工工藝流程19二、頂管施工準(zhǔn)備工作191、工作面平面布置192、工作井內(nèi)布置203、工作井出洞凍結(jié)加固21三、頂管機(jī)出洞23四、頂進(jìn)施工241、頂力控制242、注漿減摩243、方向控制254、頂管施工對周圍環(huán)境的影響275、頂管質(zhì)量保證措施31第七節(jié) 技術(shù)難題與對策32一、方向控制32二、 遇到突發(fā)性沼氣的應(yīng)急措施32三、對流砂、涌水的處理32（3）檢查各管節(jié)接頭，防止?jié)B漏泥水。32（5）加強(qiáng)監(jiān)測3、監(jiān)控，遇到流砂預(yù)兆時(shí)，立即注入泡沫增塑劑。33四、頂管出洞土體的穩(wěn)定問題33五、防汛墻在施工期間的保護(hù)措施33（1）利用樹根樁加固技術(shù)，對大堤地基進(jìn)行超前的托換加固；33六、承壓井壁的后方土體的穩(wěn)定問題33第八節(jié) 垂直頂升33一、上升頂力計(jì)算33二、垂直頂升的設(shè)備與設(shè)施341、垂直頂升工作平臺342、千斤頂選擇343、頂升管材密封材料344、電控系統(tǒng)345、定向設(shè)備347、垂直頂升工作平臺35三、上升管向上頂升要點(diǎn)351、上升管向上頂升時(shí)，必須保證上升管封板翼板處，有效止水。35四、 頂升工藝流程（見圖4-4-21）。36五、 頂升過程注意事項(xiàng)383. 加強(qiáng)密封，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙，對橡膠密封圈4、進(jìn)行安裝。38第九節(jié) 噴頭安裝與拋石保護(hù)38一、噴頭制造38二、噴頭安裝38（1）管道灌水38（2）上升管放氣與封頂板拆除39（3）噴頭安裝39三、拋石施工391、疏浚方法392、測深測量393、拋石39 第一節(jié) 工程概述一、工程內(nèi)容xx市污水處理排海工程中的頂管工程分項(xiàng)主要內(nèi)容如表4-4-1所示：表4-4-1 xx市污水處理排海工程頂管工程分項(xiàng)表管內(nèi)徑（mm）長度（m）應(yīng)急排放管2000300正常排放管20002050上升管頂進(jìn)380，800193m(12.0716),38(9.554)二、工程地質(zhì)情況本次頂管工程頂進(jìn)過程中穿越的地層情況示于下表(表4-4-2)：表4-4-2 頂管穿越地層情5、況表管道地層情況應(yīng)急排放管全部300m均為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土正常排放管前450m為砂質(zhì)粉土層，后1600m為淤泥質(zhì)粘土層第二節(jié) 工程中的技術(shù)特點(diǎn)與難點(diǎn)本次頂管工程的特點(diǎn)在于其屬于大口徑、超長距離水下頂管工程，同時(shí)，正常排放管在先后穿越砂質(zhì)粉土層、淤泥質(zhì)粘土層，在450m位置附近為兩層土的交界位置，頂板易發(fā)生流砂，施工十分困難，其關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1工具管的選型；2頂力控制與中繼間的布置問題；3頂管出洞處的土體加固；4工作井后壁靠土體的穩(wěn)定問題；5工具管開挖面的正面穩(wěn)定、流砂、沼氣、涌水、應(yīng)急事故對策；6水下長距離頂管的方向定位問題；7頂管從防汛堤下穿越，如何保護(hù)大堤的問題；8垂6、直頂升問題。根據(jù)本工程的地質(zhì)特點(diǎn)和工程要求，針對以上幾個主要的技術(shù)難題，本標(biāo)書從設(shè)備選型、管節(jié)制作、頂管施工、接口形式、中繼接力、監(jiān)測監(jiān)控等多方面進(jìn)行了全面深入的研究和施工組織設(shè)計(jì)，以確保工程的順利實(shí)施。第三節(jié) 頂管施工主要的配套設(shè)備設(shè)計(jì)和選擇一、工具管選擇1、工具管的選型根據(jù)地質(zhì)條件選擇最佳的頂管工具管是整個頂管工程成敗的關(guān)鍵。本次工程為超長距離頂管施工，頂進(jìn)長度長達(dá)2050m，；而且，頂管出洞后，首先還要穿越防汛堤。因此決定采用泥水加壓平衡頂管，其具有以下幾個特點(diǎn)： 圖 4-4-1 泥水平衡頂管機(jī)掘進(jìn)施工圖1）、對土質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，本工程穿越的地層主要為砂質(zhì)粉土及淤泥質(zhì)粘土層，含水量高，采用7、泥水平衡工具管不僅切土運(yùn)土容易，而且在遭遇流砂、沼氣等意外情況時(shí)也有較成熟的應(yīng)對措施。2）、采用該工具管對周圍環(huán)境的影響相對較小，施工控制得當(dāng)，地表最大沉降可小于3cm。3）、本次工程中的管道設(shè)計(jì)有一定的坡度，若采用其他類型的工具管，當(dāng)頂進(jìn)距離較長時(shí)，將造成出土困難的難題。而泥水平衡工具管施工時(shí)采用水力出土，可有效的解決這一困難。4）、開挖面平衡效果好，施工速度快（可達(dá)20m/d以上）。5）、本頂管工程位于海塘邊，利用泥漿沉淀回填海塘，不需復(fù)雜泥水分離設(shè)備。綜上所述，本工程決定選用泥水平衡頂管機(jī)掘進(jìn)施工。泥水機(jī)頭的結(jié)構(gòu)如圖4-4-1所示2、工具管內(nèi)輔助設(shè)施考慮到本次頂進(jìn)為水下長距離頂進(jìn)，施工中8、可能遭遇流砂、涌水、沼氣等惡劣地質(zhì)環(huán)境，故我們決定在機(jī)頭后增設(shè)氣壓閘配套設(shè)備，以便在緊急情況時(shí)平衡周圍土、水、氣等壓力。從而，既可以保證施工人員的人身安全，又可以保證工程的順利進(jìn)行。二、頂進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)xx地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（DGJ08-11-1999）對本工程的頂進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，簡介如下：（以下計(jì)算均以正常排放管為例，應(yīng)急排放管計(jì)算同理得到）。1、全程頂力計(jì)算頂管出洞處土層分布表4-4-3（計(jì)算至管道斷面中心處）表4-4-3 頂管出洞處土層性質(zhì)表土層名稱天然重度（KN/m3）層厚h（m）內(nèi)摩擦角（）素填土19.84.112淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土18.1617.98.88砂質(zhì)粉土層18.782.0279、.25頂進(jìn)阻力由兩部分組成， 其中：工具管迎面阻力 ：管壁外周摩阻力其中， ：管中心處的被動土壓力（） D：管外徑（m） 其中， ：注漿減摩后單位面積周邊摩阻力，此管線穿越砂質(zhì)粉土層及淤泥質(zhì)粘土層，按以往經(jīng)驗(yàn)可取為8，應(yīng)急管處可取為7 ：頂進(jìn)長度，全程為2050m所以，全程頂進(jìn)阻力為：，必須設(shè)中繼間方可克服如此大的頂進(jìn)阻力。2、主頂進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本頂管工程第一節(jié)中繼間設(shè)在30m處（詳見后之中繼間計(jì)算），取安全系數(shù)為0.5，主頂油缸最大頂力須滿足：故選用4只350t雙沖程等推力油缸。同理計(jì)算應(yīng)急管后可得本工程主頂進(jìn)系統(tǒng)表4-4-4：表4-4-4 主頂進(jìn)系統(tǒng)布置表最大頂推力（t/只）行程（mm）數(shù)量（10、只）正常排放管35035004應(yīng)急排放管20035004主頂油缸布置圖4-4-2：圖4-4-2 主頂油缸布置示意圖泥水平衡頂管機(jī)在推進(jìn)過程中，工作面上壓力經(jīng)常在靜止土壓力附近波動，較少達(dá)到被動土壓力值。因此預(yù)留0.7的安全系數(shù)。可以保證主頂進(jìn)系統(tǒng)在較低的負(fù)荷下工作。這樣設(shè)備故障率低，可靠性高。4只油缸組裝在油缸架內(nèi)，頂力中心位置必須與管截面中心一致，做到誤差小于3mm。主頂進(jìn)動力機(jī)組由兩臺大流量斜軸式軸向注塞泵（ZB520）供油，采用大直徑的系統(tǒng)管路和電磁閥，減小系統(tǒng)阻尼，油缸可以單動，亦可聯(lián)動。3、中繼間設(shè)計(jì)（1）、中繼間的間距和頂力設(shè)計(jì)1）首節(jié)中繼間由于首節(jié)中繼間之前的管段和工具管是整個頂11、管工程的先頭部分，其不僅要克服管節(jié)外周的摩阻力，還要克服工具管迎面阻力。考慮到可能遭遇的地層條件的復(fù)雜性，在做該中繼間設(shè)計(jì)時(shí)，安全系數(shù)取0.6。結(jié)合以往同類工程中的施工經(jīng)驗(yàn)和本工程的實(shí)際情況，首節(jié)中繼間位置設(shè)計(jì)在工具管后30m處，其油缸頂力須滿足：故選用24只50t等推力油缸。2）其余中繼間其余中繼間與首節(jié)中繼間的不同在于前者只須克服管壁外周摩阻力即可，故其間距可設(shè)計(jì)大一些，安全系數(shù)取為0.7。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)和本工程的實(shí)際情況，其間距定為70m，其油缸頂力須滿足；故選用12只50t等推力油缸。中繼間油缸設(shè)計(jì)參數(shù)表4-4-5：表4-4-5 中繼間油缸設(shè)計(jì)參數(shù)表首節(jié)中繼間其余中繼間正常排放管油缸12、最大頂力（t/只）5050油缸數(shù)量（只）2412行程（mm）200200間距（m）3070應(yīng)急排放管油缸最大頂力（t/只）5050油缸數(shù)量（只）1212行程（mm）200200間距（m）3080綜上，本次頂管工程共設(shè)中繼間33個，其中：正常排放管設(shè)29個，應(yīng)急排放管設(shè)4個。中繼間油缸布置如圖4-4-3：圖4-4-3 中繼間油缸布置示意圖（2）、中繼間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4-4-4 中繼間示意圖如圖4-4-4所示，中繼間主要由前特殊管、后特殊管和殼體油缸、均壓環(huán)等組成。在前特殊管的尾部，有一個與T型套環(huán)相類似的密封圈和接口。中繼間殼體的前端與T型套環(huán)的一半相似，利用它把中繼間殼體與混凝土管連結(jié)起來。中繼13、間的后特殊管外側(cè)設(shè)有兩環(huán)密封圈，使殼體雖在其上來回抽動而不會發(fā)生滲漏。中繼間油缸被夾固在殼體上，油缸均布在殼體內(nèi)。油缸頭尾兩頭均與均壓鋼環(huán)連接，均壓鋼環(huán)與混凝土管之間有一環(huán)襯墊。襯墊厚20cm，由松板或夾板做成。在推進(jìn)過程中，中繼間油缸推到行程以后，當(dāng)后一只中繼間往前推時(shí)縮回。管子頂通以后，把中繼間的油缸拆下，前后兩節(jié)管直接合攏。4、頂力控制驗(yàn)算(1)、管段受力驗(yàn)算當(dāng)頂力作用于管子中心時(shí)，端面受均布壓力。施工階段設(shè)計(jì)時(shí)，考慮頂力偏心作用的影響，管子邊緣將可能出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。此時(shí)，一般以驗(yàn)算是否會出現(xiàn)局部受壓破壞。本工程中設(shè)計(jì)使用的頂力系統(tǒng)所能提供的最大頂推力為12000KN，當(dāng)施加此荷載時(shí)，14、。遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于本工程使用C50管子的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度，故本工程中設(shè)計(jì)的頂力系統(tǒng)不會導(dǎo)致管節(jié)的局部受壓破壞。(2)、沉井后背土體穩(wěn)定驗(yàn)算及土體加固措施根據(jù)xx地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（DGJ08-11-1999），工作井后背土體的穩(wěn)定采用下式驗(yàn)算（被動土壓力折減系數(shù)取為0.5）：式中，：頂力標(biāo)準(zhǔn)值（KN）； ：沉井后背被動土壓力合力，本工程中經(jīng)計(jì)算其值為237249KN； ：沉井前壁板上主動土壓力合力，本工程中經(jīng)計(jì)算其值為70898KN； ：考慮合力作用點(diǎn)不一致的折減系數(shù)，本工程中經(jīng)計(jì)算其值為0.73。而本工程中設(shè)計(jì)使用的頂力系統(tǒng)所能提供的最大頂推力為12000KN，故理論上可認(rèn)為頂進(jìn)時(shí)后背土體是穩(wěn)定的。但是由15、于此沉井為超長深度（埋深29.35m）的沉井，考慮到工程中遭遇的地質(zhì)條件的復(fù)雜性和各種可能出現(xiàn)的意外情況，因此從整個工程的安全角度出發(fā)，我們擬對沉井后背土體作旋噴樁加固處理。土體加固的范圍見圖4-4-5，加固厚度取為4m。5、頂進(jìn)系統(tǒng)控制技術(shù)措施：(1)、做到油管安裝恰當(dāng)，從主頂操縱閥處分開，對每一只主頂油缸各腔之間的油管的大小、長短相同，主頂油泵盡可能靠近主頂油缸安裝。圖4-4-5 土體加固范圍示意圖(2)、頂進(jìn)環(huán)做到準(zhǔn)確、無變形并具有足夠的剛性，以便將頂力從油缸均勻地傳遞到管節(jié)上。(3)、在主頂系統(tǒng)和中繼間，每個油缸應(yīng)用電氣閘控制，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動共同作用，行程同步，并安裝監(jiān)視壓力表的自動推力記錄16、設(shè)備和壓力油墨裝置。(4)、頂力不得超過設(shè)計(jì)的最大允許頂力。(5)、為防止頂管出洞時(shí)流入泥水，并確保在頂進(jìn)過程中壓注的觸變泥漿不致流失，事先制定防水密封措施。(6)、為實(shí)現(xiàn)對各油缸、設(shè)備等的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將采用計(jì)算機(jī)與多媒體監(jiān)控系統(tǒng)，對施工全過程進(jìn)行監(jiān)控。三、頂管出洞導(dǎo)軌設(shè)計(jì)安裝出洞導(dǎo)軌是安裝在沉井內(nèi)為管子出洞時(shí)提供一個定位導(dǎo)向設(shè)備。導(dǎo)軌本身必須具備堅(jiān)固、挺直，管子壓上去不變形等特性。本工程選擇復(fù)合型基坑導(dǎo)軌(如圖4-4-6所示)。在每一根導(dǎo)軌上都有兩個工作面：水平的一個是供頂鐵在其上滑動的，而傾斜的一個則是與管子接觸的。為測量及導(dǎo)軌安裝的方便，導(dǎo)軌水平的那個面仍然與鋼筋混凝土管內(nèi)的管底標(biāo)高同處一17、個水平面上。圖4-4-6 復(fù)合形基坑導(dǎo)軌示意圖四、頂鐵和后靠壁常用的頂鐵有環(huán)形頂鐵、弧形頂鐵、馬蹄形頂鐵等幾種，本處選用環(huán)形頂鐵，其內(nèi)外徑與鋼筋混凝土的直徑相同(如圖4-4-7所示)。圖4-4-7 環(huán)形頂鐵示意圖五、起重設(shè)備用于頂管施工的起重設(shè)備選用15t的行車，并配置主副兩個鉤子。第四節(jié) 頂管管節(jié)制作與接頭防水一、管節(jié)的接頭本工程管節(jié)已由設(shè)計(jì)確定采用F型接口混凝土管，這種管接口形式在眾多的工程實(shí)踐應(yīng)用中已被證明具有良好的防水性能。但在制造和運(yùn)輸過程中還應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，確保成品管到現(xiàn)場的質(zhì)量。二、管節(jié)質(zhì)量保證措施1、我方頂管所用管節(jié)將從杭州市水泥制品二廠購置（附制管廠營業(yè)執(zhí)照和使用認(rèn)可證書），匯同18、廠家共同制定詳細(xì)的管子制作工藝和質(zhì)量控制措施，并在報(bào)甲方、監(jiān)理認(rèn)可后方開始制作。2、出廠前按照設(shè)計(jì)要求及有關(guān)規(guī)范、規(guī)定對管節(jié)進(jìn)行檢查和檢驗(yàn)，確保混凝土外觀質(zhì)量、尺寸偏差等符合要求。3、在裝運(yùn)過程中，采取有效的管節(jié)保護(hù)措施，確保管節(jié)不受損害。4、管節(jié)在使用以前，再次對其進(jìn)行外觀檢查，不合格的堅(jiān)決剔除，并出具經(jīng)鑒定的檢驗(yàn)報(bào)告報(bào)甲方、監(jiān)理批準(zhǔn)后方使用。5、為確保安全，多購置幾個管段在現(xiàn)場做破壞性試驗(yàn)。三、接頭防水根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的密封材料要求，管節(jié)接頭防水用橡膠墊向xx長寧橡膠制品廠訂購。生產(chǎn)樣品報(bào)業(yè)主指定質(zhì)量監(jiān)測中心檢驗(yàn)，出具合格證。生產(chǎn)安裝工藝，質(zhì)量檢驗(yàn)措施經(jīng)業(yè)主和監(jiān)理認(rèn)可后再施工。第五節(jié) 洞口止水19、裝置根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，我們在頂管出洞處安裝橡膠止水圈止水法蘭作為工作井洞口止水裝置（如圖4-4-8所示）。該裝置與導(dǎo)軌上的管道保持同心，誤差控制在2mm以內(nèi)。同時(shí)，在沉井制作時(shí)在該止水法蘭周圍預(yù)埋注漿孔，以便頂管頂進(jìn)時(shí)壓注減摩膨潤土觸變泥漿（如圖4-4-9所示）。圖4-4-8 洞口止水裝置示意圖圖4-4-9 預(yù)埋注漿孔示意圖第六節(jié) 頂管施工施工準(zhǔn)備測量放樣頂進(jìn)設(shè)備安裝導(dǎo) 軌 安 裝后座頂板安裝后座千斤頂安裝洞口止水裝置安裝掘進(jìn)機(jī)出洞出泥準(zhǔn)備后座千斤頂頂進(jìn)拆除封門掘進(jìn)機(jī)試運(yùn)行掘進(jìn)機(jī)井內(nèi)就位管道頂進(jìn)頂進(jìn)糾偏管內(nèi)出泥監(jiān)控監(jiān)測軸線控制混凝土管拼裝接口檢驗(yàn)管段現(xiàn)場驗(yàn)收管段頂進(jìn)結(jié)束竣工測量設(shè)備轉(zhuǎn)移循環(huán)圖4-420、-10 頂管施工工藝流程圖一、頂管施工工藝流程頂管施工主要包括施工準(zhǔn)備、設(shè)備安裝、設(shè)備調(diào)試、出洞、正常掘進(jìn)管道整修驗(yàn)收等主要工序，如圖4-4-10所示。二、頂管施工準(zhǔn)備工作1、工作面平面布置整個泥水平衡頂管系統(tǒng)分為八大部分，如圖4-4-11所示：圖4-4-11 泥水平衡頂管系統(tǒng)示意圖第1部分是工具管；第2部分為進(jìn)排泥系統(tǒng)，普通泥水頂管施工的進(jìn)排泥系統(tǒng)大體相同；第3部分是泥水處理系統(tǒng)，本工程泥水將排放在施工場區(qū)的蝦塘中，使其自然沉淀；第4部分是主頂系統(tǒng)，其包括主頂油泵、油缸、頂鐵等；第5部分是測量系統(tǒng)；第6部分是起吊系統(tǒng)，本工程利用15t行車作設(shè)備材料和管節(jié)等的起吊裝置；第7部分是供電系統(tǒng)；第821、部分是洞口止水圈、基坑道軌等附屬系統(tǒng)。2、工作井內(nèi)布置工作坑內(nèi)的布置如圖4-4-12。布置的順序大致如下：圖4-4-12 工作坑內(nèi)的布置示意圖1-混凝土管；2-洞口止水系統(tǒng)；3-頂鐵；4-導(dǎo)軌；5-主頂油缸；6-油缸架；7-測量系統(tǒng)；8-后靠背；9-后座墻；10-工作井1）、后座墻將采用鋼筋混凝土整體澆注，其寬度與工作井內(nèi)凈尺寸相等，同時(shí)保證其平面與頂進(jìn)軸線垂直。2）、安裝洞口止水圈，做到其中心與管子的中心軸線一致。3）、安放基坑導(dǎo)軌，其前端盡量靠近洞口，左右兩邊用槽鋼支撐，并和底板上的預(yù)埋鋼板焊接在一起。導(dǎo)軌的坡度與設(shè)計(jì)的管子坡度相一致。4）、安放后靠背。后靠背由鋼構(gòu)件作成，其厚度為300m22、m。5）、在油缸架上安裝主頂油缸，保證其頂力中心與管子的中心軸線一致。6）、安裝測量儀器（該工作之前先安裝好排泥泵及其管路）。在坑內(nèi)布置的同時(shí)，地面上進(jìn)行頂管出洞土體加固、安裝管節(jié)的接口止水圈等各種頂進(jìn)準(zhǔn)備工作。3、工作井出洞凍結(jié)加固（1）方案確定工作井出洞口中心標(biāo)高分別為-7.85米、-20.23米，位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和砂質(zhì)粉土層中，可供選擇方法有注漿法、深層攪拌樁法、高壓旋噴法、凍結(jié)法等。注漿法易形成結(jié)核，均勻性差；深層攪拌樁法和高壓旋噴法等在加固到25米深左右時(shí)，加固效果差，同時(shí)在泥水平衡頂管機(jī)出洞時(shí)，易堵塞管路。鑒于凍結(jié)加固與其他加固方法相比，具有強(qiáng)度高、凍結(jié)加固體均勻、解凍后可恢復(fù)原23、狀等特點(diǎn)，故出洞土體加固選用凍結(jié)法，以保持封門拆除時(shí)土體的穩(wěn)定。（2）凍結(jié)法加固的工藝流程測量放樣凍結(jié)鉆孔凍結(jié)管埋放土層低溫凍結(jié)拆除鋼封門頂管機(jī)出洞解凍拔管注漿回填冷凍站安機(jī)冷凍機(jī)組調(diào)試拆除冷凍機(jī)組冷凍設(shè)備搬移圖4-4-13 凍結(jié)法土體加固施工流程圖(3)凍結(jié)孔布置與凍結(jié)加固范圍本次凍結(jié)采用垂直凍結(jié)方案，即自地表到正常排放管下方4m范圍的地層實(shí)施凍結(jié)，在地面上布置3排凍結(jié)管，管子間距為0.8m，最后形成的凍結(jié)加固體如圖4-4-14所示圖4-4-14 凍結(jié)加固范圍示意圖三、頂管機(jī)出洞1、頂管機(jī)出洞前必須對所有設(shè)備、液壓、電氣、壓漿、氣壓、水壓、照明、通訊等操作系統(tǒng)進(jìn)行檢查，各系統(tǒng)必須均能正常工作24、，電表、壓力表、換向器、流量器等能正確現(xiàn)實(shí)工作狀態(tài)，然后進(jìn)行聯(lián)動調(diào)試，確認(rèn)沒有故障，方可進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)出洞工作。2、為防止出洞時(shí)出現(xiàn)磕頭現(xiàn)象，在洞內(nèi)埋設(shè)一副短的延伸導(dǎo)軌，支撐頂管機(jī)，實(shí)現(xiàn)逐步向土層過渡。四、頂進(jìn)施工1、頂力控制在施工過程中，優(yōu)化施工參數(shù)，必須時(shí)刻控制頂力的大小和出土量，使得頂進(jìn)過程中不要欠挖，而造成地面隆起，也不要超挖而增加地層損失。 2、注漿減摩注漿減摩是頂管施工中非常重要的一個環(huán)節(jié)，尤其在長距離頂管施工中，它是頂管成功與否的一個極其重要的環(huán)節(jié)。本項(xiàng)頂管工程頂進(jìn)距離超長，周邊摩阻力極大，因此必須在現(xiàn)場試驗(yàn)基礎(chǔ)上制定科學(xué)合理的注漿減摩措施。在參考大量工程經(jīng)驗(yàn)和對本工程地質(zhì)條件分析的25、基礎(chǔ)上，我們擬在頂進(jìn)過程中同時(shí)采用如下三種方法：1）、工作井位置集中補(bǔ)漿，在沉井壁頂管出洞預(yù)留孔周邊預(yù)埋4個注漿孔，由地面壓注膨潤土。膨潤土漿液組成如下表所示，實(shí)際施工時(shí)，在前50米的試驗(yàn)推進(jìn)段內(nèi)，根據(jù)該處的土質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，以確定合理的配比。膨潤土純堿摻加劑漏斗粘度(秒)視粘度CP失水量1/t終切力(達(dá)因/mm3)比重120.6%CMC適量36”30.591301.0732）、在整個管道中每隔3個管子設(shè)1個補(bǔ)漿斷面布置4個注漿孔，補(bǔ)漿應(yīng)按順序依次進(jìn)行，每班不少于2次循環(huán)，定量壓注。3）、除了有以上的注漿措施外，還在頂管機(jī)頭后連續(xù)放三至四節(jié)有注漿孔的生產(chǎn)管，這樣使?jié){套在管子外面保持比較完整，有26、利于減小摩擦阻力。3、方向控制（1）測量儀器配備與檢驗(yàn)頂管施工需進(jìn)行三維動態(tài)測量，其精度要求較高，必須采用精度高、性能優(yōu)良的測量儀器。為此，配備Z2”級經(jīng)緯儀、DS3水準(zhǔn)儀、管道激光儀和準(zhǔn)直儀，用常規(guī)導(dǎo)線控制方法和激光導(dǎo)向控制方法相結(jié)合，控制施工軸線。頂管施工測量所使用的儀器、附件須及時(shí)送質(zhì)檢單位檢驗(yàn)，做全面鑒定，并在使用過程中經(jīng)常進(jìn)行檢查標(biāo)定。（2）測量控制平面控制為確保頂管按設(shè)計(jì)方向掘進(jìn)，使得橫向、豎向誤差都小于100毫米，在工作井附近埋設(shè)地面導(dǎo)線點(diǎn)，利用空導(dǎo)點(diǎn)和地面導(dǎo)線點(diǎn)，以導(dǎo)線測量形式，將平面控制成果引測到施工現(xiàn)場。用空導(dǎo)點(diǎn)和地面導(dǎo)線點(diǎn)建立平面控制網(wǎng)。導(dǎo)線測量采用SET2B全站儀，方向27、觀測6測回，測角精度1”，雙向觀測，測距相對誤差1/80000，并對觀測結(jié)果進(jìn)行平差。井上坐標(biāo)點(diǎn)向井下傳遞采用聯(lián)系三角形方式。井下控制頂進(jìn)方向的基準(zhǔn)點(diǎn)用鋼架埋設(shè)成固定點(diǎn)，采用2”經(jīng)緯儀跟蹤觀測機(jī)頭平面偏差方向。高程控制利用施工區(qū)域附近的已知高級水準(zhǔn)點(diǎn)，布設(shè)二級水準(zhǔn)線路，將高程引測到工作井附近，并設(shè)立施工高程控制點(diǎn)。水準(zhǔn)測量采用DS3型水準(zhǔn)儀配合水準(zhǔn)尺，進(jìn)行往返觀測。井下布設(shè)一個地下起始高程控制點(diǎn)。（3）頂管姿態(tài)量測保證頂管機(jī)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，必須及時(shí)觀測頂管動態(tài)數(shù)據(jù)，從而調(diào)整頂管施工各參數(shù)，指導(dǎo)頂管正確、安全推進(jìn)。在頂管隧道內(nèi)，用激光導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行量測，進(jìn)一步保證推進(jìn)軸線的精度。整個系統(tǒng)如圖428、-4-15所示。由激光發(fā)射器、檢查標(biāo)志、光接收靶組成。其中光接收靶安裝在弧形板上，上設(shè)游標(biāo)尺、滑塊、水準(zhǔn)器、光屏等。如圖4-4-16所示。圖4-4-15 頂管掘進(jìn)機(jī)光屏安裝位置圖4-4-16 目視控制頂管機(jī)位置的位置顯示器施工過程中，不斷將觀測值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，得出改正值。操作人員根據(jù)改正值進(jìn)行糾偏。另外，在機(jī)頭前方還安裝有傾斜儀傳感器，向操作人員顯示機(jī)頭的傾斜角度，以指導(dǎo)糾偏。頂管推進(jìn)軸線應(yīng)控制在操作規(guī)程允許偏差范圍內(nèi)，勤測勤糾。4、頂管施工對周圍環(huán)境的影響頂管出洞60米后，將穿越海防大堤，為保證大堤的安全和減少對周圍環(huán)境的影響，施工中將采取下列措施加以控制：（1）加強(qiáng)地表沉降觀測由派克法29、，地面沉降的橫向分布近呈正態(tài)分布曲線。Smax=V/（2.5i）式中，Smax最大沉降量； V地層損失量； i沉降槽寬度系數(shù) i=R（Z/2R）0.8=1.0(7.5/2.0)0.8=2.724式中，R隧道半徑 Z沉降槽寬度地層損失與下列幾個因素有關(guān)：開挖面、糾偏、工具管與管子外徑空隙及其它一些因素。由開挖面引起的V1=1%R2=0.013.141=0.0314由糾偏引起的V2=(1%R2)/2=0.0157由工具管與管子外徑空隙引起的V3=DK=3.1420.010.6=0.003768式中,為工具管與管道外半徑差。由其它因素引起的V4=0.01m3V=0.09478Smax=0.0947830、/2.52.724=0.0139米即最大沉降量為0.0139米。雖然預(yù)測沉降量不大，但是出于對大堤安全的考慮，我們擬對大堤采取主動保護(hù)措施，即：一方面，利用樹根樁對大堤地基進(jìn)行超前托換加固；另一方面，在頂進(jìn)過程中，對大堤進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤注漿加固。（2）地面監(jiān)測，優(yōu)化掘進(jìn)機(jī)參數(shù)在掘進(jìn)機(jī)初始推進(jìn)的20米范圍內(nèi)，要精心組織地表監(jiān)測，在橫截面沉降槽寬度為20米范圍布點(diǎn)，間距為2.5米。在軸線方向每隔5米布一個沉降槽斷面。通過地表監(jiān)測得到的隆沉量與相對應(yīng)的掘進(jìn)機(jī)參數(shù)（包括推進(jìn)速度、出泥率等）進(jìn)行比較，從而優(yōu)化掘進(jìn)級參數(shù)指導(dǎo)以后的頂管推進(jìn)。（3）加強(qiáng)對海床的監(jiān)測頂管施工在海底進(jìn)行時(shí)，對海床會產(chǎn)生影響，頂管覆31、蓋層可能會發(fā)生沉陷或上拱，為確保安全，在施工過程中必須加強(qiáng)對海床的監(jiān)控監(jiān)測。具體監(jiān)測方法有兩種：方法一：利用多波束掃測系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，掃測示意圖見圖4-4-17。方法二：利用測深儀進(jìn)行監(jiān)測，分兩個步驟：A、 頂進(jìn)前，往返測出標(biāo)準(zhǔn)斷面，以便與頂進(jìn)中的檢測結(jié)果進(jìn)行比較；B、 頂進(jìn)中對海床影響的部位主要在工具管四周，因此在工具管位置處縱、橫向各設(shè)三個斷面，具體布置如圖4-4-18所示。利用測深儀每隔2小時(shí)測一次斷面并與標(biāo)準(zhǔn)斷面對比（測量精度在誤差達(dá)到20cm時(shí)即可發(fā)現(xiàn)上拱或沉陷）。圖4-4-18（4）置換泥漿措施在頂進(jìn)結(jié)束后，必須立即用純水泥漿置換膨潤土泥漿。以減小后期沉降。（5）在施工中堅(jiān)持信息化管32、理，對海堤采取主動保護(hù)措施，利用樹根樁對地基進(jìn)行超前托換加固。（6）為控制地表沉降量，選用泥水平衡盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)，利用泥水艙的壓力平衡正面土壓力，穩(wěn)定周圍地層，對控制地表沉降。 （7）在頂管施工前，對施工機(jī)械進(jìn)行強(qiáng)制性保養(yǎng)，使頂管施工能連續(xù)進(jìn)行，減少土體擾動時(shí)間。5、頂管質(zhì)量保證措施（1） 頂管施工前編制頂管組織設(shè)計(jì)和質(zhì)量保證措施，提交監(jiān)理和業(yè)主審定后才能施工。（2） 開工之前，項(xiàng)目部應(yīng)盡快熟悉設(shè)計(jì)圖紙，了解設(shè)計(jì)方案和質(zhì)量要求，并組織設(shè)計(jì)、建設(shè)單位進(jìn)行圖紙交底。未經(jīng)設(shè)計(jì)單位書面同意，不得隨意更改設(shè)計(jì)。（3） 項(xiàng)目部認(rèn)真分析地質(zhì)資料，辦好綠卡和有關(guān)手續(xù)，并制定詳細(xì)的技術(shù)措施。該措施應(yīng)取得監(jiān)理和業(yè)主的33、認(rèn)可，方可施工。（4） 頂管前，項(xiàng)目部向作業(yè)班組進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，并辦好書面手續(xù)。（5） 頂管進(jìn)出洞口的地基加固，嚴(yán)格按方案實(shí)施，做好原始記錄。洞口止水裝置的同心度誤差小于1厘米。機(jī)頭出洞做好保護(hù)，避免管子叩頭現(xiàn)象。（6） 項(xiàng)目部派專人對成品管、鋼套環(huán)、止水帶、木墊從質(zhì)量、保管、安裝等進(jìn)行全面監(jiān)督，確保管接口密封性能良好。（7） 從膨潤土的材料供應(yīng)、攪拌、壓注進(jìn)行全面監(jiān)控，嚴(yán)格按操作規(guī)程施工，降低頂進(jìn)阻力。頂進(jìn)過程中，嚴(yán)格控制頂力在允許范圍內(nèi)，并留有足夠的安全系數(shù)。（8） 頂管姿態(tài)控制應(yīng)在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)允許范圍以內(nèi)，如果在頂進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)方向失控，立即停止頂進(jìn)，逐級上報(bào)，經(jīng)研究同意后，方可繼續(xù)頂進(jìn)34、。（9）頂管穿越大堤時(shí)，應(yīng)采用信息反饋技術(shù)，優(yōu)化頂進(jìn)參數(shù)，使構(gòu)筑物的沉降降低到最小限度。并隨時(shí)做好保護(hù)防汛大堤的技術(shù)措施。第七節(jié) 技術(shù)難題與對策一、方向控制主要采用激光導(dǎo)向與普通導(dǎo)線網(wǎng)控制系統(tǒng)相結(jié)合，確保管道軸線與設(shè)計(jì)位置準(zhǔn)確，在前面第六節(jié)已有詳細(xì)敘述。二、 遇到突發(fā)性沼氣的應(yīng)急措施對突發(fā)沼氣的預(yù)防及處理，主要是加強(qiáng)以下幾個方面的工作：（1）加強(qiáng)監(jiān)測，選用瓦斯?jié)舛葯z測儀安設(shè)于頂管機(jī)頭的前方，派專人進(jìn)行監(jiān)測。（2）管道內(nèi)瓦斯?jié)舛壬邥r(shí)，應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)，將瓦斯及其它有害氣體的濃度降低到安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)濃度以下。（3）通風(fēng)管道利用鐵皮卷制。（4）嚴(yán)禁攜帶明火進(jìn)洞。三、對流砂、涌水的處理（1）當(dāng)發(fā)生涌水、流砂35、時(shí)，應(yīng)立即開啟氣壓閘，在氣壓保護(hù)下檢查涌水流砂原因，采取有效堵漏措施。（2）通過管節(jié)注漿孔，在事故突發(fā)點(diǎn)注入泡沫增塑劑，封閉開挖面。（3）檢查各管節(jié)接頭，防止?jié)B漏泥水。（4）對操作工人體檢，進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，做好在產(chǎn)生流砂地段，保持一定氣壓下管道頂進(jìn)準(zhǔn)備。（5）加強(qiáng)監(jiān)測監(jiān)控，遇到流砂預(yù)兆時(shí)，立即注入泡沫增塑劑。四、頂管出洞土體的穩(wěn)定問題利用凍結(jié)加固技術(shù)穩(wěn)定洞口土體，內(nèi)層鋼板，充填珍珠巖水泥復(fù)合彈性材料封門等措施，確保出洞安全順利。在第六節(jié)中已有詳細(xì)敘述。五、防汛墻在施工期間的保護(hù)措施主要通過四個方面的措施穩(wěn)定大堤：（1）利用樹根樁加固技術(shù)，對大堤地基進(jìn)行超前的托換加固；（2）穿越大堤時(shí)，利用跟蹤注36、漿加固技術(shù)，對大堤進(jìn)行注漿加固，以彌補(bǔ)地層損失；（3）優(yōu)化施工參數(shù)，減小地層損失。在前30米范圍內(nèi)通過試驗(yàn)，總結(jié)出堤與地表沉陷的關(guān)系，從而達(dá)到通過調(diào)整施工參數(shù)而控制地表沉降的目的；（4）加強(qiáng)監(jiān)測監(jiān)控，通過布設(shè)地表位移與地層位移的測點(diǎn)，實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，預(yù)測預(yù)報(bào)地表沉降。六、承壓井壁的后方土體的穩(wěn)定問題利用旋噴定向加固技術(shù)，對頂管后座井壁外土體加固，其穩(wěn)定性分析及加固方法在第三節(jié)已有敘述。第八節(jié) 垂直頂升一、上升頂力計(jì)算上升頂力主要是克服管節(jié)自重上覆土層重量、海水壓力、摩擦力等，為保險(xiǎn)起見，本次頂升取2.0倍上覆荷載，但土層摩擦阻力忽略不計(jì)。F頂=2.0G=2.0（r2hi.+G管）=2.0（3.137、40.25210.61.8103+1.2103+3.140.25217.851103）=16.896噸二、垂直頂升的設(shè)備與設(shè)施1、垂直頂升工作平臺利用和焊接一頂升支架，支架應(yīng)具有很強(qiáng)的剛度，在30噸垂直荷載作用下不變形。將反力均勻分布于多節(jié)水平管道。2、千斤頂選擇為便于方向控制，選用4個5噸千斤頂，并對稱布置于管截面上。3、頂升管材密封材料按設(shè)計(jì)要求向?qū)I(yè)廠家訂購。4、電控系統(tǒng)為保證頂升時(shí)，各千斤頂能協(xié)同工作，采用電磁閥對各油路進(jìn)行控制，各千斤頂可實(shí)現(xiàn)單動，亦可聯(lián)動。5、定向設(shè)備利用準(zhǔn)直儀，在封板上貼反光片對垂直頂升的方向進(jìn)行量測監(jiān)控。6、止水橡膠定位鋼環(huán)及防回落包箍圖4-4-19 防回落包箍38、結(jié)構(gòu)示意圖定位鋼環(huán)用于臨時(shí)固定特殊管翼板處的止水橡膠墊。包箍用于頂撐已頂升管節(jié)，如圖4-4-19所示。7、垂直頂升工作平臺如圖4-4-20所示。圖4-4-20 垂直頂升工作臺結(jié)構(gòu)圖三、上升管向上頂升要點(diǎn)1、上升管向上頂升時(shí)，必須保證上升管封板翼板處，有效止水。2、采用防回落抱箍和防回落千斤頂，在垂直頂管時(shí)接管和加頂鐵過程中已頂升到位的管不回落。3、盡管頂升力只有20噸左右，但為防備出現(xiàn)頂升阻力過大損壞，D2000特殊管或引起該管下沉過大。影響F接頭有效止水。采用分配梁頂升力分配到至少三節(jié)管之上。四、 頂升工藝流程（見圖4-4-21）。激光準(zhǔn)直儀量測控制安放頂升臺座安放環(huán)形頂鐵安裝臨時(shí)橡膠墊定位39、鋼板環(huán)開始頂節(jié)管頂升頂節(jié)管就位第一節(jié)頂升到位拆除頂拱，安放下一管節(jié)加防回落抱箍，用防回落千斤頂頂牢抱箍兩耳上下管節(jié)螺孔對中頂升千斤頂頂緊上下管節(jié)防回落千斤頂回油，拆下防回落抱箍做管節(jié)接頭，等待接頭環(huán)氧樹脂砂漿達(dá)到中強(qiáng)度頂升第二節(jié)管節(jié)底節(jié)頂升到位做好底節(jié)連接處理安放頂升千斤頂和防回落千斤頂頂節(jié)管封板翼板連接圖4-4-21 垂直頂升工藝流程圖五、 頂升過程注意事項(xiàng)1. 上升管在排海管道內(nèi)通過自制平板小車運(yùn)到垂直頂升工作面，運(yùn)輸中確保上升管安放穩(wěn)定。2. 頂升過程中采用防回落千斤頂設(shè)施，防止千斤頂系統(tǒng)失效造成事故和當(dāng)頂桿移開拼裝后續(xù)管節(jié)時(shí)，保證已頂升管段穩(wěn)定。3. 加強(qiáng)密封，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙，對橡膠40、密封圈進(jìn)行安裝。4. 加強(qiáng)排水，頂升過程中，若有滲漏水，通過管道、水泵及時(shí)外排。第九節(jié) 噴頭安裝與拋石保護(hù)一、噴頭制造按設(shè)計(jì)圖紙和有關(guān)參考標(biāo)準(zhǔn)，委托專業(yè)廠家生產(chǎn)。二、噴頭安裝噴頭安裝工作主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：（1）管道灌水清理設(shè)備與雜物管道灌水工作應(yīng)在安裝噴頭之前完成。管道按設(shè)計(jì)要求頂進(jìn)到位后，撤出隧道內(nèi)所有設(shè)備和臨時(shí)施工設(shè)施，并對隧道進(jìn)行清理打掃，將所有雜物清除出隧道，同時(shí)檢查隧道各管節(jié)、管節(jié)與上升管的連接等有無損壞和滲漏，并作最后修補(bǔ)。引水管路鋪設(shè)管道灌注用水取自附近河道，為此，應(yīng)先從水源到工作井鋪設(shè)好取水管路，安裝好臨時(shí)水泵。灌水所灌水應(yīng)清潔衛(wèi)生，不含腐蝕物質(zhì)，濾除雜物。灌水速度不41、宜過快，避免形成局部氣壓包（上升管除外）。（2）上升管放氣與封頂板拆除潛水員操作要求上升管放氣與噴頭安裝都是在深水下作業(yè)，有一定危險(xiǎn)，在潛水員入水前，應(yīng)對其進(jìn)行安全教育，各項(xiàng)操作都必須符合安全規(guī)程。放氣方法A、通過高壓水槍，對封頂板進(jìn)行沖洗，清除表面污物，以方便查找排氣孔位置；B、通過打開上升管頂部封板上的螺栓而達(dá)到放氣的目的；C、打開速度控制：上升管內(nèi)的空氣因下部隧道灌滿水而壓力增大，因此螺絲松動時(shí)不宜過快；D、拆除封頂板聯(lián)接螺栓，將封頂板吊出水面。（3）噴頭安裝將噴頭用駁船運(yùn)輸?shù)桨卜诺攸c(diǎn)，并拋錨固定船身。用手動葫蘆將噴頭下沉到安裝位置。潛水員下水安裝。三、拋石施工1、疏浚方法利用高壓水槍沖刷土層，如設(shè)計(jì)上無規(guī)定，可將泥土向四周排放；如設(shè)計(jì)上有要求，則用運(yùn)泥船運(yùn)至指定地點(diǎn)排放。2、測深測量借助重錘、導(dǎo)線，進(jìn)行開挖深度的量測。3、拋石當(dāng)開挖到設(shè)計(jì)深度2米左右后，立即進(jìn)行拋石施工。將碎石用網(wǎng)兜沉入水下，避免石頭下沉?xí)r沖撞噴頭。