黑宝宝3500顶管施工方案(最新)解析

2021年1月17日发(作者：孔璐华)
一、编制目的

Ф
3
5
0
0
顶
管
施
工
方
案
上海金山市政建设股份有限公司

污水治理三期
UWW2.6
标项目部

二
OO
六

年

六

月


目



录

一、工程概况
.................................................. .................................................. .................................................. .. 0

二、顶管施工工艺流程：
..................... .................................................. .................................................. ......... 1

三、顶管顶进前的准备

.
...... .................................................. .................................................. ............................ 1

四、顶管施工方法和技术措施

.
................... .................................................. .................................................. .. 2

五、质量保证措施
........................ .................................................. .................................................. ................. 14

六、安全文明施工措施

.< br>............................................... .................................................. ................................... 17

1
、安全施工管理措施
........................... .................................................. .................................................. 17

2
、文明施工管理措施
.................... .................................................. .................................................. ....... 18

七、全过程监测

.
.......... .................................................. .................................................. ................................... 19

八、施工进度计划表
................................ .................................................. .................................................. ..... 19

九、机械设备表

.
............ .................................................. .................................................. ................................. 21

十、附图

.
............................ .................................................. .................................................. .............................. 22


一、工程概况

上海市污水治理三期工程
,
是上海市合流污水治理一 期工程、上海市污水治理二期工程和苏州河
环境综合一期工程的延续。

本工程Ф3500
顶管共
4
段，其分别为
2.5
标工作井～
1< br>＃接收井（
367.11m
）
、
3
＃工作井～
2＃工作
页脚内容
0

一、编制目的

井（
91 .23m
）
、
3
＃工作井～
4
＃接收井（
393m
）
、
5
＃工作井～
4
＃接收井（
833.69m< br>）
。
2.5
标工作井～
1
＃井顶管主要在③
2
层砂质粉土中进行，
其余几段顶管基本上在③
3
淤泥质粉质粘土及④层淤泥质
粘土中进行，是顶管较适宜地层。

二、顶管施工工艺流程：

施工准备



















测量放样






































导轨安装

顶管设备安装

























后座顶板安装






































后座千斤顶安装






































洞口止水装置安装

掘进机井内就位
















掘进机试验收







































吊去盖板

掘进机穿墙




























后座千斤顶顶进








































出泥

下管连接



















接口检验









砼管进场验收



























偏差测量





轴线控制




沉降测量

管道顶进


















注浆



























顶进纠偏

砼管顶进结束













竣工测量





吊机头





封洞

设备转移

三、顶管顶进前的准备

1
、测量放样定位

首先对甲方提 供的水准点和导线点进行复测，经监理认可后，对井位进行复核放样定位，定出
顶管中心轴线，
建立测量控制网。
同时在场内适当位置设置好临时的轴线控制校核点和水准控制校
核点，作为顶 管施工的控制依据。

2
、井上地面施工准备

⑴、在顶管顶进施工前，按要求进行施工用电、用水、通道、排水及照明等设备安装。

⑵、施工材料、设备及机具必须齐全，以满足本工程的施工要求，管节要有足够的余量。

3
、井下准备工作及井内布置

顶管基座位置按管道设计轴线准备进行放样、 就位、安装、固定。基座上的导轨按照设计轴线，
并按时测洞口中心居中放置，并设置好支撑进行加固， 保证基座稳定不变形。

4
、在顶管施工前，对参加施工的全体人员进行安全和质量技术交底。

5
、砼管材的进场验收。

页脚内容
1

一、编制目的

四、顶管施工方法和技术措施

1
、工具管选型

选择好顶管掘进机对顶管施工是至关重要的。
根据 业主提供的工程地质勘察说明书显示：
污水管
主要穿越灰色砂质粉土层，由于灰色砂质粉土层土 质不均匀，顶管易发生偏斜，为确保工程质量万
无一失，确保工程绝对安全，我公司根据以往施工经验， 结合当地地质条件，施工条件及本工程的
施工特点，决定采用
DK
式大刀盘土压平衡顶 管机，由于该机采用了目前先进的土压平衡原理，除
了施工过程中安全可靠外，对地面建筑物的影响也比 较小。施工时该顶管机是全断面切削。同时，
由于该顶管机采用了大刀盘切削，
可利用在切削搅 拌过程中的正转和反转产生的正反转矩来纠正机
头的旋转。

顶管工程中，
我 公司采用的顶管掘进机配备了四台电机，
并采用
4
台意大利布雷维尼进口减速器，减速器的动力配置为
4
台四级
37KW
电机，从而增大刀盘的扭矩力。< br>
本工程
DK
式大刀盘顶管掘进机具体技术参数如下：

DK 3500
大型顶管机，其大刀盘直径为
4180MM
顶管机设备，总长度为
5 325MM
，配备四台意大
利布雷维尼减速器股份有限公司生产的减速器型号为
ET3 6000/FE/160/MF225
，有效速比为
154.2
。
每台减速器 的额定输出扭矩为
50000Nm
，最大输出扭矩为
100000Nm
。减速 器的动力配置为四台四
极
37KW
电机，刀盘后级齿轮速比为
9.7
，刀盘总数比
1497
刀盘扭距可达
1500KN-m
，最终刀盘输
出转速为
0.97
转
/
分。

2
、工具管施工原理及主要特点

①、施工原理

该机型的 施工原理是建立在土压平衡理论基础上的。
即：
掘进机正面压力与所处土层的地下水压
Pw
和土压力
P
处于平衡状态；排土量与掘进机顶进体积的平衡。

该机面板上设有土压力传感器，可精确测量土仓内土压
P
，在理论上我们可将
P
控制在
Pa-Pp
之
间，这样就能达到了土压平衡。

Po=Ko
×γ×
H

Pa=Ka
×γ×
H-2C
√
Ka
；
Pp=Kp
γ
H+2C
√
Kp< br>
页脚内容
2

一、编制目的

其中：
Po-
静止土压力
Kpa

Pa-
主动土压力
Kpa

γ
-
土的容量
KN/M3
；γ
-
土的容重
KN/M3

H-
埋深

Ko-
静止土压系数，一般取
0.55

Ka-
主动土压系数，
tg2(45-
δ
/2)

Kp-
被主动土压系数，
tg2(45+
δ
/2)

δ
-
土的内度角℃

C
——土的粘聚力
Kpa
































































从实际施工来看，
在覆土层较深时，
主动 土压
Pa-
被动土压
Pp
的变化范围较大，加上理论计算与
实际间的 误差，我们一般将施工控制土压设定在
P0
±
20Kpa
范围内。

②、特点

A
、适用的土质范围非常广泛，几乎从软土到硬质粘土都适用。

B
、由于采用了泥土加压的施工原理，因此，它施工后的地面沉降最小，根据我们的施工经验，
它的最大沉 降量一般不会超过
20mm
。

C
、由于是干土，弃土的处理比较简单，没有泥水掘进机的二次泥水处理问题。

D
、该机亦适宜在超深的地层中施工。

E
、有较完善而合理的土体改良功能。

由于该顶管机具有对土层扰动少的特 点，
因此该机型在现今使用较广，
我们有着丰富成功施工经
验、技术成熟、可靠。
⑶、顶管工作井现场布置

工作井井内布置主要是后靠背、前方洞止水圈、主顶油缸、油泵车、钢扶梯等。

页脚内容
3

一、编制目的

⑷、主顶进系统
< br>主顶进系统设置
6
只
200T
单冲程等推力油缸，行程
150 0MM
，总推力
1200T
（实际控制顶力为
960T
）
，
6
只主顶油缸组装在油缸架内，
安装后的
6
只油缸中心位置必须与设 计图一致，
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，减小系统阻力，油缸可以单动，
亦可联动。

⑸、管子与接口

①、管子

根据设计，本标段工程所用管节为Ф
3500
“
F
”型钢承口的钢筋砼成品管节，壁厚
320mm
。
“
F
”
管受力性能好，接头稳固性高，接口处止水密封性能好。

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
”型钢板受压变形。

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
管子和周围上体粘结，使得摩 阻力增大。因此，在开始顶进前，需制定详细周全的供应计划，现场
应备有足够余量。

②、接口

顶进前应对砼成品管、钢套环、橡胶密封圈和衬垫从尺寸、规格、性能、数 量等均作详细调查，
必须符合标准设计图的要求。顶进前还必须在现场作试安装，对不合格的砼成品管应 予以剔除。

砼管接头的槽口尺寸必须正确，光洁平整无气泡。

橡胶圈的外 观和任何断面必须质密、均匀、无裂缝、无孔隙或凹痕等缺陷，橡胶圈应保证清洁、
无油污，不能在阳光 下直晒，物理力学性能要满足设计要求。

锲形橡胶圈自然周长应与砼顶管槽口周长的
85%
，即套上槽口后橡胶圈的伸长率为
15%
左右。

页脚内容
4

一、编制目的

安装橡胶圈时，为保护钢套环，同时便于橡胶圈的安装及粘接质量，我们将制作专用的托架。

顶管管节在连接前，
要在橡胶圈上和套环内壁涂一层硅油作为润滑剂。
其他润滑剂一律 不得使用。

锲形橡胶圈应采用氯丁橡胶圈，主要物理力学性能如下：

邵氏硬度（
IRHD
）
45-55Mpa

拉伸强度：
16Mpa

伸长率：
425%

拉伸长久变形：
15%

最大压缩变形（
70
℃
*22h
）




25%

老化试验（
70
℃，
7h
）拉伸强度降低值






20%

老化试验（
70
℃，
7h
）拉断伸长率降低值





30%
±
10%

耐酸碱系数


0.8
（酸溶度
20%
，
20
±
2
℃，
24h
）

防霉要求一级

钢套环必须按设计要求进行防腐处理，刃口无缺点，焊接处平整，支部和钢板平面垂直，堆放时
整齐搁平。

衬垫材料为多层胶合板，其应力一应变关系应符合试验曲线要求，误差±
5%
。粘贴时，凹凸口
对中，环向间隙符合要求。

插入安装前滑动部位应均匀，涂薄层硅油等润滑油材料，对橡胶无侵蚀性，减少摩阻。

承插时外力必须均匀，橡胶圈不移位、不反转、不露出管外，否则应拔出重插。

顶管结束后，应按设计要求在内间隙嵌以弹性密封胶，要求与二管口抹平。

⑹、顶管动力、照明

①、顶管动力配套

序号

设备名称

页脚内容
5

数量

功率（
Kw/h
）

一、编制目的

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

刀盘电机

螺旋输送泵电机

Brevini
减速器

纠偏油泵电机

机头液压动力站电机

中断间油泵车功率

注浆泵电机

排水泵

电焊机

4

1

4

1

2

1

1

1

1

合计

37

18.5

39

5

2

5

3

15

15

369.5


（注：以上所列设备，并不都是同时启动）

动力电缆设置：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，
三相五线制移动电缆装接。
为防止长距离以后的电压降问题，
因此在 中间设置升压变压器增压，
同时放大电缆截面，以减少电阻，电缆接头采用电缆接头箱。

②、照明配套

管内照采用
36V
电源专用箱及
3KV以下的变压器，输出电压
24V
，能满足管道内照明亮度要求。

在管道 右上方每隔
10m
布置一个灯架，照明电缆也固定在上面，按顶进距离逐步延伸装置。

⑺、各段顶管最大顶力计算及其中继间设置

2.5
标工作井～
1
＃接收井（
367.11m
）

3
＃工作井～
2
＃工作井（
91.23m
）

3
＃工作井～
4
＃接收井（
393m
）

5
＃工作井～
4
＃接收井（
833.69m
）

页脚内容
6

一、编制目的

a
、
2.5
标工作井
-1
＃接收井：φ
3500-367.11M
（ 直线段）

推力的理论计算

F=F1+F2

其中
F-
总推力

F1-
迎面阻力











F2-
顶进阻力

F1=
π
/4*D
2
* P
（
D-
管外径
4.14M


P-
控制土压力）

P=K
0
*r*H

式中
K
0
一静止土压力系数，此处取
0.39

Ho-
地面至掘进机中心厚度，取最大值
9.6M

r-
土的湿重量，取
1.83T/M
3

P=0.39*1.83*9.6=6.84T/M
3

F1=3.14/4*4.14
2
*6.84=92T

F2=
π
D*f*L

式中：
f
——管外表面综合摩阻力，此处取

0.4T/M
2

D
——管外径
4.14M

L
——顶距
367.11M

F2=3.14*4.14*0.4* 367.11=1909T
，
即
设
顶
进
1M
顶力
上
升
5.20T
。
因
此
，
总
推
力
F=92+1909=2001T

根据以上计算，
总推力需
2001T
，
工作井所能承受的最大顶力为
1200T
，
因 此我们选取
1200T
作为设计依据，并按规定取其
80%
作为油缸总推力， 即
1200*80%=960T
，主顶油
缸选用
6
台
200 T
（
2000KN
）级油缸，每只油缸最大顶力不超过
160T
（< br>1600KN
）
。

中继间设置（顶力的限制）

页脚内容
7

一、编制目的

经计算得知顶管的总推力大于 设计主顶油缸的总推力，故需设置中继间进行中间接力
顶进。顶进时，为确保安全，当顶力达到中继间设 计推力的
80%
时，即需设置中继间，
中继间设计总推力
f=1000t。
（由
20
只
50t
小千斤顶组成）
。
L=
（
f*0.8-F1
）
/5.20=
（
800-9 2
）
/5.20=136m
。

故本段顶管需设中继间
2< br>套。
(
机头后
35m
处设中继间一套
)

b
、

3
＃工作井
-2
＃工作井：φ
35 00-91.23M
（直线段）

推力的理论计算

F=F1+F2

其中
F-
总推力

F1-
迎面阻力










F2-
顶进阻力

F1=
π
/4*D
2
*P
（
D-
管外径
4.14M


P-
控制土压力）

P=K
0
*r*H

式中
K
0
一静止土压力系数，此处取
0.55

Ho-
地面至掘进机中心厚度，取最大值
11.3M

r-
土的湿重量，取
1.7T/M
3

P=0.55*1.7*11.3=10.56T/M
3

F1=3.14/4*4.14
2
*10.56=142T

F2=
π
D*f*L

式中：
f
——管外表面综合摩阻力，此处取

0.4T/M
2

D
——管外径
4.14M

L
——顶距
91.23M

F2=3.14*4.14*0.4*9 1.23=474T
，
即
设
顶
进
1M
顶
力
上
升
5.20T
。
页脚内容
8

此
，
总
推
力
因
一、编制目的

F=142+474=616T

根据以上计算，总推力需
616T
，工作井所能承受的最大顶力为
1200T
，因此我们选取
1200T
作为设 计依据，并按规定取其
80%
作为油缸总推力，即
1200*80%=960T
，主顶油
缸选用
6
台
200T
（
2000KN
） 级油缸，每只油缸最大顶力不超过
160T
（
1600KN
）
。
由此可知，总推力小于工作井承受最大顶力，
3
＃～
2
＃井段 顶管不需设置中继间。

c
、

3#
工作井
-4
＃接收井：


推力的理论计算

F=F1+F2

其中
F-
总推力

F1-
迎面阻力











F2-
顶进阻力

F1=
π
/4*D
2
* P
（
D-
管外径
4.14M


P-
控制土压力）

P=K
0
*r*H

式中
K
0
一静止土压力系数，此处取
0.55

Ho-
地面至掘进机中心厚度，取最大值
12M

r-
土的湿重量，取
1.7T/M
3

P=0.55*1.7*12=11.22T/M
3

F1=3.14/4*4.14
2
*11.22=150.96T

F2=
π
D*f*L

式中：
f
——管外表面综合摩阻力，此处取

0.4T/M
2

D
——管外径
4.14M

L
——顶距
393M

F2=3.14*4.14*0.4*393 =2040T
，
即
设
顶
进
1M
顶
力
上
升
5.20T
。
页脚内容
9

此
，
总
推
力
因
一、编制目的

F=150.96+2040=2190.96T

根据以上计算，总推力需
2190.96T
，工作井所能承受的最大顶力为
1200T
，因此我们
选取
1200T
作为设计依据，并按规定取其
80%
作为油缸总推力，即
1200*80%=960T
，主
顶油缸选用
6
台
200T
（
2000KN
）级油缸，每只油缸最大顶力不超过
160T
（
16 00KN
）
。

中继间设置（顶力的限制）

经计算得知顶 管的总推力大于设计主顶油缸的总推力，故需设置中继间进行中间接力
顶进。顶进时，为确保安全，当顶 力达到中继间设计推力的
80%
时，即需设置中继间，
中继间设计总推力
f= 1000t
。
（由
20
只
50t
小千斤顶组成）
。

L=
（
f*0.8-F1
）
/5.20=
（800-150.96
）
/5.20=125m
。

故本段顶管需设中继间
2
套。

d
、

5#
工作井
-4
＃接收井：


推力的理论计算

F=F1+F2

其中
F-
总推力

F1-
迎面阻力











F2-
顶进阻力

F1=
π
/4*D
2
* P
（
D-
管外径
4.14M


P-
控制土压力）

P=K
0
*r*H

式中
K
0
一静止土压力系数，此处取
0.55

Ho-
地面至掘进机中心厚度，取最大值
13M

r-
土的湿重量，取
1.7T/M
3

P=0.55*1.7*13=12.15T/M
3

F1=3.14/4*4.14
2
*12.15=163.5T

页脚内容
10

一、编制目的

F2=
π
D*f*L

式中：
f
——管外表面综合摩阻力，此处取

0.4T/M
2

D
——管外径
4.14M

L
——顶距
833.69M

F2=3.14*4.14*0.4* 833.69=4334T
，
即
设
顶
进
1M
顶力
上
升
5.20T
。
因
此
，
总
推
力
F=163.5+4334=4497.5T

根据以上计算，总推力 需
4497.5T
，工作井所能承受的最大顶力为
1200T
，因此我们选< br>取
1200T
作为设计依据，并按规定取其
80%
作为油缸总推力，即
1200*80%=960T
，主顶
油缸选用
6
台
200T
（
2000KN
）级油缸，每只油缸最大顶力不超过（
1600KN
）
。

中继间设置（顶力的限制）

经计算得知顶管的总推力大于设 计主顶油缸的总推力，故需设置中继间进行中间接力
顶进。顶进时，为确保安全，当顶力达到中继间设计 推力的
80%
时，即需设置中继间，
中继间设计总推力
f=1000t
。
（由
20
只
50t
小千斤顶组成）
。

L=
（
f*0.8-F1
）
/5.20=
（
800-16 3.5
）
/5.20=123m
。

故本段顶管需设中继间
6
套。

⑻、中继间的类型选择

根据本工程的特点，我们选用复合式中继间。

详见附图：
《中继间样图》

中继间原理：

它主要由前特 殊管、后特殊管和壳体油缸、均牙环等组成。在前特殊管的尾部，有一个
T
型套环
相类 似的密封圈和接口。
中断间壳体的前端与
T
型套环的一半相似，
利用它把中继 间壳体与混凝土
管连接起来。
中继间的后特殊管外侧设有两环止水密封圈，
使壳体在其 上来回插动而不会产生渗漏。

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