大直径钢管顶管施工组织设计 19页

'8.大直径钢管顶管施工组织设计8.1.概述拱北隧道暗挖段下穿拱北口岸限定区域，地理环境复杂，是国内第一座采用曲线管幕法施工的隧道。曲线管幕施工时拱北隧道暗挖段成功的关键。工程暗挖段采用“管幕+冻结法”施工，管幕平均长度257.927m/根。目前在国内是最长，位于曲率半径R=885.852m～906.298m的缓和曲线和圆曲线上，Φ1620mm管幕37根。每节管长4m，采用F型承插口连接，其中壁厚24mm的管幕19根，壁厚20mm的管幕18根；一个断面共36根管幕组成的管幕群，国内首创，世界罕见。试验管分布范围标高约-1.02m～-3.9m，埋深约为7～8m。8.1.1试验管设计8.1.1.1依据（1）设计图纸要求；（2）试验大纲；（3）已批复的试验管施工方案。8.1.1.2概况0#、5#为试验管。其中0#管长度255.88m、5#管长度256.224m。管节采用Q235BZ钢制作，壁厚20mm，接头形式采用F型接头。承插口之间设置木质垫块，管节之间采用螺栓连接，管幕接头采用两道鹰嘴橡胶圈进行止水。8.1.1.3内容本次试验施做0#、5#管。8.1.1.4目的（1）确定曲线顶管施工工艺及参数。（2）初步确定顶管施工进度指标。（3）研究管幕施工对周围环境的影响。（4）中继间的使用功效、测量方案的可行性等。（5）AVN1200TC设备系统性能的验证。（6）了解顶管顶进过程中的各个工序。（7）顶管顶进精度控制。（8）顶管顶进过程中地表沉降控制。（9）培养一批顶管技术过硬的人才。8.1.2设备性能（1）AVN1200TC泥水平衡顶管机，曲线顶管，自带导向纠偏系统。（2）泥水分离器，分离泥浆与弃渣。（3）膨润土分配器，可以对管节任意一个部位进行补充注浆。8.2.施工组织安排8.2.1总体施工组织方案试验管采取双向顶进，先施做0#管（1#顶管机），东工作井始发，西工作井接收；0#管完成后在施做5#管（2#顶管机），西工作井始发，东工作井接收。8.2.2资源配置8.2.2.1试验管施工人员安排 管幕队长副队长主管工程师技术员统计员安全员材料员操作手6人管件组装12人泥水分离4人维修保养6人监控量测5人测量复核5人普工6人图1管幕队组织机构图8.2.2.2机械、设备配置表1主要施工机械、设备配置表序号设备名称规格型号、产地、功率单位数量1顶管机海瑞克AVN1200TC台22　中继间10×60t个23　接收舱5.2×1.9m套24主要设备洞口止水装置海瑞克配置设备套25　管刹海瑞克配置设备个16　泥水分离器45Kwh+55Kwh套27　离心机、絮凝机海瑞克配置设备套18　膨润土站23.5Kwh台29主要设备泥浆泵55Kwh台810　泥浆搅拌站自制台211　吊车100t台112　龙门吊20t台213　施工平台5×12.7m个214　装载机柳工CLG855N辆215辅助设备通风机9-19A型高压离心式11Kw台216电焊机BI-500台817　污水泵7.5KW台218　注浆泵SYB50-45台219　滤油机　台1 8.2.2.3材料配置表2主要材料配备表序号材料名称规格型号单位数量1　膨润土易钻t142　非开挖专用膨润土DW-HDDt103泥浆系统水解聚丙烯酰胺HPAMt54氢氧化钠（片碱）t35　碳酸钠（纯碱）t36　管节20mm厚节1237　木质垫块20mm厚套1238顶进系统橡胶圈鹰嘴型个2469螺铨M33套250010　支架3mm角钢个73811　膨润土管DN322.8m个3212　DN321.2m个6413　电缆3×240+2×120铜芯电缆m30014辅助系统泥浆管DN125m60015通风管200PVC管m54016　导丝管Φ40管个147617　球阀Φ40个14768.2.3平面布置8.2.4施工准备8.2.4.1地连墙的破除表3地连墙破除情况一览表序号区域地连墙破除方法优点缺点持续时间1东侧工作井采用周边取芯(80mm)形成一定的临空面，内部钻孔安装膨胀炸药，依靠其膨胀性挤压四周混泥土，尔后人工风镐处理局部混泥土，氧气焊切割钢筋的方法轮廓线控制比较规则，有利孔口管密封膨胀炸药膨胀效果耗时较长，功效低，工期不可控，工人劳动强度较大7天2西侧工作井采用破碎锤配人工风镐处理功效高，工期控，用机械破除可降人工劳动强度轮廓线不规则，不利于密封模板的安装3.5天总结：下一步地连墙的破除，采取人工周围钻孔取芯，控制轮廓线型，中心采取人工风镐配合破碎锤破除混泥土。8.2.4.2孔口管安装孔口管由16mm钢板制作，孔口管安装控制包括以下三个方面：精度控制、制 作控制、密封控制。表4孔口管安装事项汇总表序号名称主要方面注意事项1精度控制1.轴线控制的关键是控制孔口管的轴线同试验管设计轴线一致，平面偏差不超过3cm；2.高程控制的关键是控制孔口管轴线高程与设计高程偏差不超过3cm，管道内辅助滑板的高程宜高于设计高程2cm，防止机头下垂，有利于顶管机始发。直接在不规则的孔洞内定位孔口管不宜控制，需在孔洞内安装3根定位钢管来加以限制，使孔口管外壁顺着定位钢管滑进孔洞内，此方法安装精度达到±5mm。2制动控制顶管机始发时，由于机头紧贴着孔口管内滑板，挤压滑板向前顶进，同时机头进入始发密封圈后要保持一定的压力，为防止孔口管沿轴线方向移动、垂直轴线旋转，在孔口管内部布设两环Φ32限位钢筋，每环3根，每根0.5m。限位钢筋采用锚固剂锚固牢固，钢筋尾部焊接在孔口管管壁上，钢筋头打磨光滑，与孔口管同一平面。3密封控制孔口管固定完成后，周边采用锚固剂密封，然后进行回填注浆。首先在孔口管的顶部预留一个排气孔，排气孔采用Φ32钢管，钢管顶部紧贴混泥土面；在孔口管的底部或者侧面预留一个注浆孔，采用Φ32钢管。浆液采用0.8:1水泥浆液，当浆液从顶部排气孔流出时，关闭排浆孔，继续注浆，直至压力表显示注浆压力达到0.5Mpa可停止注浆。8.2.4.3施工平台的安装（1）牛腿安装在顶进面及后背墙螺栓孔预定位置钻孔，孔深60cm，孔径Φ42mm，每组10个，顶进面及后背面各两组。采用植筋埋置长50cm的Φ39mm螺栓，埋深40cm，外露10cm。（2）平台搭设平台由2根HN800×300型钢作为主梁，主梁上方用20a工字钢焊接骨架并覆盖防滑钢板。平台搭设在四个牛腿上，坡度同管幕设计坡度。8.2.4.4顶管机就位8.2.4.5附属设备安装（1）始发井内附属设施安装主要包括：泥浆泵、支撑板、顶进轨道、顶进油缸、各种管件及通风设施的安装等。（2）始发井外部附属设施安装主要包括：泥水分离系统、离心机絮凝系统、泥浆配置装置、泥水浆制备装置、井外管线布置等。（3）设备连接后，对设备进行调试运行，验收合格后方可进行始发工作。8.2.4.6其他附属设施准备 （1）雨棚为现场提供半工厂化的良好施工环境（2）龙门吊提供垂直运输和管节吊装连续施工条件（3）设置步行铁梯工人员及小型机具材料安全方便到达施工平台（4）设置工作井周边护栏做临时安全防护。8.2.4.7试验管施工技术协调会议一览表试验管阶段技术协调会议一览表见附表18.3.始发阶段8.3.1始发阶段概述从顶管机推进油缸推动机头出发，直至启动纠偏油缸，属于始发阶段。受轨道、地连墙、加固土体的影响，考虑始发段曲线顶管操作方便，始发段采用曲线直顶，本试验段曲线直顶长度为12.8m（3.4m+1.0m+4.2m+4.2m），8.3.2配套设备安装（1）为了保证密封效果，始发端与孔口管连接部位采用始发密封圈。（2）在管节安装时，为了防止管节后退，安装管刹。8.3.3线型控制始发段采用曲线直顶的方式，轨道、孔口管、设计轴线均须处在同一条轴线上。8.3.4泥浆泥浆分为两类：泥水平衡泥浆与触变泥浆，具体作用及控制指标见表5。表5泥浆作用于控制指标一览表序号名称作用控制指标1泥水平衡泥浆1.泥水平衡：在顶进施工中，刀盘不断切削岩土体，打破地层的原有平衡，在泥水平衡顶管施工中，刀盘前端土体平衡的维持是通过往刀盘前端注入合适的浆液来实现。浆液在注入刀盘后，维持其一定的压力，在章子面形成泥浆护套，维持泥水平衡，保证土体稳定。面形成泥浆护套，维持泥水平衡，保证土体稳定。面形成泥浆护套，维持泥水平衡，保证土体稳定。2.悬浮、携带土渣：泥浆作为松散土渣的介质，把顶进过程形成的泥渣通过泥浆携带至泥浆处理系统粘度和比重泥水平衡泥浆粘度根据不同地层进行适当的调整，试验管阶段泥浆粘度不小于40s，泥浆比重控制范围1.03～1.27。根据地层变化做动态调整2触变泥浆减阻润滑：触变泥浆要求具有优良的触变性能，即在流动过程中阻力小，利于泥浆迅速分布在环空格格部位；在注浆停止后，泥浆可以快速变成凝胶状，流动阻力瞬间提高，从而减少泥浆漏失，使环空能长时间充满泥浆，降低推进油缸推力，更好的控制掘进精度。触变泥浆参数：本试验漏斗粘度控制位不少于50s。 8.3.5始发段姿态控制（1）始发时为防止机头悬空下坠，在孔口管内铺设一滑板，以便机头平滑过渡到掌子面。（2）在破碎素混凝土墙的过程中，由于机头扭矩较大，为防止盾体产生较大的偏转，在顶进环后推支座处加设一防偏转装置。8.3.6初始参数设置初始参数设置分三个部分：激光标靶参数设置、高度传感器设置、激活陀螺仪。通过ELS参数设置可以确定机器的状态，与设计理论值比较，如有偏差进行及时的调整；HWL高度传感器实时的反应顶进过程中高程的变化，指导操作进行及时的调整操作；通过GNS系统输入管道曲线要素，确定管道走向，指导顶进操作。8.3.7顶进参数表6始发段顶进参数分析表序号累计进度（m）推进速度(mm/min)自然水土压力（bar）开挖仓泥水压（bar）刀盘的工作压力（bar）进浆量(m3/h)排浆量(m3/h)主顶力（t）地质条件11.25-230.300.3590-10010211020-40素混泥土墙26.920-800.430.45100-13010211830-70旋喷桩加固段312.5110-2510.430.65120-1409811540-70富水砂层遵循泥水平衡原理，通过上表分析得出以下结论：（1）推进速度与开挖仓泥水压力随着地质情况的变化需要进行不断的调整。（2）顶进时泥水仓压力应大于自然水土压力约0.2bar为宜。8.4.顶进阶段8.4.1顶进阶段定义掘进机头始发完成后，通过建立泥水平衡，依靠推进油缸的顶力，将机头和管节顶进地层中，并使其沿着设计轴线推进，在推进的同时通过携渣泥浆不断处渣。8.4.2管节连接8.4.2.1接头形式管幕纵向接头采用F型接头型式，通过管幕端头焊接20mm厚法兰和40块20mm纵向加劲板的形式形成管幕承口和插口，以适应管节之间偏转的需要，为了提高受力地均匀性，同时为了保持管节之间的开口度，根据管节之间的张角，在承口与插口法兰之间设置木质垫板。垫板和管节连接采用扎带绑扎。垫块设计厚度为4cm，后根据现场需要，调整为2cm，基于以下几点原因：（1）4cm垫块使得F型接头的第二道橡胶止水圈外露，造成橡胶圈的损坏，易发生渗水现象。（2）依据经验，在现有顶进工作条件下，垫块压缩厚度达不到2cm。（3）依据以往经验，如垫块厚度过大，顶进过程中，若前方遇到障碍物，油缸推进过程中，操作面板显示机头正在顶进，而实际是垫块的压缩量，造成里程计算错误，顶进状态不可控。 8.4.2.2鹰嘴橡胶圈鹰嘴橡胶圈安装完成后，由于橡胶圈较大，原设计承插口打坡口较小，安装时难度较大。对坡口进行调整，能够满足施工要求。试验管施工过程中，密封圈无渗水现象。8.4.2.3螺栓在承插口法上设置20个螺栓孔，采用M33限位螺栓进行连接。顶进过程中，螺栓保持松弛状态，预留7mm空隙，从而保证了管节的开口度和管道的曲线轨迹符合设计要求，并在贯通后，逐一拧紧。8.4.3管内配套部件的安装8.4.3.1膨润土分配器膨润土分配器属于膨润土润滑设备的执行元件，用于施工过程中补充触变泥浆，润滑管壁，降低推进油缸推力。膨润土分配器从第一节管开始，每四节管安装1个，3个注浆口呈1200均布。顶进过程中，第一个分配器随着进尺同步注浆。其余分配器，根据推进油缸推力变化，适时启用补充注浆。根据试验管施工情况来看，能够满足施工要求。8.4.3.2管线敷设顶管机运行配套设施管线如下：管线支架、液压油管、数据线、气压线、进排浆管、膨润土管等管件。8.4.4不同地质条件下顶进参数及姿态控制不同地质条件的控制要点见下表7，顶进参数以0#管为例，见表8.表7不同地质条件下控制要点序号地质情况特点顶进时控制要点建立泥平衡难易程度注意事项1素混泥土墙强度高、稳定性好顶进速度容易控制住顶油缸推理，不宜过大2搅拌桩加固区域强度较高、稳定性好顶进速度容易　建立泥水平衡后正常顶进3砂层强度低、稳定性差泥水平衡较容易控制进排浆量、观察出渣量4富水砂层强度低、稳定性差泥水平衡难控制进排浆量、泥水平衡泥浆粘度变化5淤泥、淤泥质粘土层强度低、稳定性差泥水平衡较难适时调整泥水平衡泥浆、防止机头被粘土包住表8试验管顶进参数一览表（0#管）序号管节编号进尺（m)刀盘的工作压力(bar)开挖仓泥水压（bar）推进速度(mm/min)主顶推力(T)地质条件100～2.4381.30.39025孔口管21～22.438～10.05190～1200.4310～12040～70素混凝土、旋喷桩 33～1410.051～60.355100～1300.65147～36652～74富水砂层415～3660.355～153.275120～1600.65～0.833～19056～120中细砂、回填土537～42153.275～178.99699～1280.65～0.75310～35090～140富水砂层643～53178.996～223.868120～1440.65～0.8590～15886～154砂层、粉质粘土、回填土754～59223.868～248.398120～1400.85～0.95223～33094～114淤泥质粘土、砂层860～61248.398～256.807127～1330.65～0.911～38170～210素混凝土、旋喷桩、粉质粘土962256.807～259.52500.4360～8570～86接收舱分析：（1）地质条件是试验管顶进的主要影响因素。（2）地层转换时需注意：砂层进入粘土层时，在砂层中正常推进时，发现刀盘工作压力、开挖舱推进压力持续升高，泥浆流量降低，大幅度的降低推进速度也不能解决，可以判断地层中出现粘土，将泥土循环阀门转换为粘土阀门，冲刷刀盘，调节推进速度和泥浆泵转速维持工作压力稳定即可；粘土层进入砂层时，在泥土中推进发现刀盘工作压力一直下降，增加了推进速度，还是下降，说明地层中粘土成分减少，过渡冲刷掌子面，应立即关闭粘土阀门，调整推进速度和泥浆泵转速维持工作压力稳定。8.4.5泥浆泥浆性能主要的控制指标：粘度与比重。8.4.5.1触变泥浆触变泥浆为一次性消耗浆液，泥浆性能确定后，受顶进距离及地质条件的变化的影响较小，其性能指标：粘度≥50s，比重1.03～1.05。8.4.5.2泥水平衡泥浆泥水平衡泥浆受顶进距离及地质条件的影响较大，需要对控制指标做相应的调整。（1）粘度试验管顶进过程中，泥浆的粘度在顶进前与顶进后会随着地质条件的不断变化出现不同的变化，见表9.表9泥水平衡泥浆粘度统计表序号管节编号泥浆黏度/s地质情况泥浆黏度变化情况顶进开始顶进结束11~1065~5035~45富水砂层降低211~1846~6743~90砂层含少量粘土增大319~2837~5337~56砂层基本不变429~3537~4848~76砂层含粘土增大 536~4052~9053~135粉质粘土层、淤泥层增大636~4645~6047~66砂层基本不变747~5235~5846~108粉质粘土层、淤泥层增大843~5938~4738~45砂层基本不变960~6136~3941~49搅拌桩加固层增大（2）比重随着顶进距离的增大，泥水平衡泥浆的比重不断的增加，进而会降低泥浆的携渣能力，特别是黏土层。如果泥浆比重过大，容易造成进、排泥浆失衡，从而导致顶进面压力过大，引起地表隆起。泥浆比重大小的适用性还取决于泥浆泵的功率大小，如果泥浆泵的功率够大，而携渣运距又不是很远，泥浆比重偏大，具有一定的经济性。试验管施工过程中，泥水平衡泥浆的比重控制在1.03～1.3。8.4.6顶进过程中异常事件8.4.6.1土压力盒角钢缠绕刀盘时间：2013年6月28日16:05地点：3号监测断面过程：0#管顶进过程中，顶管机头靠近监测断面，土压力盒频率的读数不断上下变化，但整体呈逐渐增大的趋势。15:59土压力盒的频率读数突然增大很多，存在异常；16:01土压力盒的频率读数消失；16:05监测人员发现土压力盒被破坏，土压力盒和角钢一起下沉。分析：监测断面的土压力盒和分层沉降管破坏时，顶管机机头并未经过监测断面，因此我们猜测可能出现的原因是监测断面附近有障碍物或者孤石。8.4.6.2分层沉降管机头残骸时间：2013年8月27日14:47地点：3号监测断面事件：5#管顶进过程中，根据0#管土压力盒时间推测，加强3号断面监测点的监测。在机头经过3号断面时，分层沉降管诗句监测5-7m范围数据突然无法进行监测，同时机头经过3号断面时，刀盘工作液压油缸压力变化较大，泥水舱压力也出现不稳定变化，经过3号断面后，顶进数据正常。顶管接收完成后，在机头发现分层沉降管残片。原因分析：3号断面处存在不明障碍物。4#或6#管顶进时注意观察监测数据。8.4.6.3分层沉降管损坏时间：2013年7月10日00:00~15:00地点：5号监测断面过程：监测人员到5号断面发现编号为5F02(即5#管正上方的分层沉降管)的分层沉降孔孔口充满淤泥，监测人员将分层沉降仪放入孔内，发现里面全是淤泥。同时，沉降孔管被挤出地表约8cm，挤出部分被过往车辆压坏。分析：顶进过程中，在泥浆作用和土压波动引起土层中有小型块状物挤压情况使得分层沉降管缓慢向上运动，当其运动到超过地表时被口岸内来往的车辆撞断，由于分层沉降管的底部压力值比较大而使得孔外的淤泥向管内流动。 8.4.6.4监测断面测孔冒浆时间：2013年7月20日17:30地点：3号和5号监测断面测孔冒浆过程：监测人员接到口岸内的工作人员的通知，得知3号监测断面的土压力计埋设孔往上不断冒水泥浆，大量的水泥浆从3号监测断面的土压力计埋设孔往上冒水泥浆，污染了口岸内的大部分通行面积，导致口岸内的交通和人员过往受阻。分析：在接收过程中，由于刀盘前切口水压过大，导致地层内的淤泥从地质勘查孔内往地表冒；3号断面的土压力计破坏，监测人员没有采取措施堵住该断面上的土压力埋设孔。8.4.6.5贝壳对顶进施工的影响推进过程中，地层中出现贝壳，刀盘无法破碎贝壳，泥水仓工作压力从0.65bar，开始出现变化，从0.5bar-0.75bar一直不停跳动，贝壳堵住排浆口；此时开启进浆阀门，增加泥水流量，使用高压水流冲刷一会，等压力不再变化，关闭进浆阀门即可。8.4.7中继间（1）中继间的作用试验管平均长度256.025m，中继站安装于机头后50m左右，在推进油缸顶力超过450t时启用，起到传递推进力的作用。中继站由10个油缸并联组成，可提供的最大推力为650t，（2）试验管阶段应用情况在试验管顶进过程中，0#管推荐油缸最大推力210t，5#管推进油缸最大推力只有296t，均为接收段破除素混凝土墙时最大推力，正常推进过程中最大推力约160t，顶进过程中均未启用中继间。（3）结论顶管施工属于暗挖工程，存在很大不确定性。特别是曲线顶管，地处杂填土层，遇到大块孤石等障碍物，如果主顶顶力不足，在没有安装中继站的情况下，会造成该条管道，顶进失败。所以，虽然中继间的加工、安装拆除均费时、费工，但为了保证顶管施工的顺利进行，作为一个顶力储备，中继间的安装还是必要的。8.4.8设备的维保按照生产厂家提供的未报批大纲加强维保；配备专业的维保工班在施工过程中跟踪检查、定期进行维护保养。在机器运行前，进洞检查机器刀盘润滑油脂数量是否充足，是否存在漏油，泥浆泵油脂数量，是否漏浆等。接收贯通完成后对机器进行全面检修，维护，8.5、接收阶段8.5.1接收阶段定义曲线顶管在顶头离接收一定距离时，为了精确的进行接收，要求必须进行机头的姿态调整，从进行姿态调整开始至顶进终止属于接收阶段。8.5.2姿态调整顶管推进至接收段时，对顶管机的位置进行精确的测量，明确掘进机中心轴线与隧道设计中心轴线的相对位置，同时对接收孔中心进行复核测量，确定顶管机的贯通姿态并制定掘进纠偏计划。 在考虑顶管机的贯通姿态时注意两点：一是顶管机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收孔中心位置的偏差。综合这些因素在管道设计中心轴线的基础上对机头的姿态进行适当调整。纠偏要逐步完成，每一节纠偏量不宜过大。8.5.3接收舱（1）接收舱结构接收舱采用16mm钢板制作，内径为1880mm，总长5.3m，由稳压管、前舱、中舱、尾舱(密封舱)及附属闸阀（注浆阀、排浆阀、稳压管阀等）几部分组成。（2）舱内铺设滑板为了控制机头的姿态，需在孔口管、密封舱、中舱、前舱内铺设滑板，机头进入孔口管内可以平滑的过度到接收舱内。（3）灌浆保压在接收舱关闭后，通过注浆阀，把接收舱填满泥水平衡泥浆，然后关闭注浆阀，打开稳压闸阀。8.5.4三线控制法（DL,BL,SL）为了控制素混凝土墙破碎的时机，减少素混凝土破碎时大块混凝土存在的几率；同时控制接收精度，控制机头按照预计方案进入接收舱，在始发段制定了三线控制法。三线控制法：减速线（DL）、坡墙线(BL)、顶进终止线(SL)，减速线是指当机头刀盘顶进至素混凝土墙剩余50cm时，控制刀盘顶进速度，尽可能控制素混凝土墙破碎时的厚度，越薄越好，进而降低因大块混泥土影响机头顺利接入接收舱的概率。破墙线是指机头顶破素混泥土墙线，影响破墙线的因素有素混凝土强度、顶推力大小、泥水压力等。0#、5#管破墙线离素混泥土墙面分别为30cm、22cm，现场试验证明，减速线的制定有效的控制了破墙线提前发生的概率，试验管破墙素混凝土墙后顶留的混凝土块厚度约20～30cm。顶进终止线是指机头完全进入前舱，过渡段通过孔口管法兰时，处于密封舱位置。顶进终止线的控制可以有效的控制机头进入接收舱的长度，避免因机头进入接收舱过长引起接收舱门的破坏，另一方面可避免因机头不到位引起1号管节无法到达指定位置，从而给后续施工带来不必要的麻烦。8.5.5接收密封接收密封包括接受舱的密封和开舱前泥浆置换。（1）接收前必须保证接收舱各连接件之间是密封状态，各部件之间采用橡胶密封圈进行密封连接。（2）开舱前置换注浆开舱前泥浆置换注浆目的是为了防止接收舱打开泄压，引起环空浆液的流失，进而避免地层内水土流失，防止土体分层沉降的发生。8.6、测量8.6.1顶管施工概况本工程掘进机海瑞克AVN1200TC配备的UNS导向系统指向精度为1mm/m，在管幕顶进中，随着进尺的增加，测量系统误差积累，因此每掘进一段距离，需要进行人工测量复核。人工复核水平面位置测量采用索佳SET1X一套，测距精度2+2ppm、测角精度为1‘‘。高程采用S3水准仪进行加密及测设。8.6.2顶管控制测量主要包括两个方面：掘进机标靶测量及管节轨道测量，相关技术指标见表10 表10检测项目及控制指标表序号监测项目监测内容控制范围报警值监测仪器1顶管机标靶坐标±50mm±30mm全站仪高程±50mm±30mm全站仪2管节轨迹水平偏差±50mm±40mm全站仪、水平尺高程偏差±50mm±40mm全站仪、水平尺8.6.2.1掘进机标靶测量方法管内控制测量采用支导线法，施工测量观测机头标靶的三维坐标，对其水平偏差、垂直偏差及里程进尺三要素进行复核。观测的难度在于后视距离过短，管节空间小，作业场地拥挤，管内温度高，湿度大。为保证观测的数据的可靠性，同时缩短观测所以时间，我们在竖井的地下连续墙上架设支架，制作为强制对中器，布设了两个起始控制点。并随着顶管的推进，在管节的某些位置也安装强制对中点。8.6.2.2管幕曲线偏移测量方法在管节法兰连接处，将水平尺两端卡在管节上并保持水准气泡居中，观测水平尺上反射片的十字丝得出三维坐标（a，b，c），坐标反算可得测点处的里程S，则可推算出此里程的设计值（X,Y,Z）,其中：x=a,y=b,z=c+l-r,实际值和理论值比较得出偏差值（△X,△Y,△Z）.8.6.3数据分析由人工监测所得偏差参数与UNS系统自测参数比较，使用EXCEL进行数据分析，对机头进行偏差纠正，见表11.当人工测量发现测量系统存在偏差后，将测量差值输入导向系统，并可设置掘进机回归方式。根据校核距离20m和测量系统偏差值≤±2cm，采取缓和曲线回归，不宜一次输入较大纠偏曲率，应以“勤纠，缓纠”为原则，切忌回归速度太快，以防掘进机越过设计轨迹朝相反的方向再次偏差。回归速度控制在5mm/m以内，机头距设计轨迹2cm时，调整掘进机方向与设计轨迹平行。掘进机与设计轨迹偏差很小时，小幅度纠偏，缓慢调整掘进机至设计轨迹。表11机头纠偏差表日期单次顶进距离（m）UNS测量值偏移差值（mm）顶进里程差值（mm）航向偏差偏移数据（mm）顶进里程(m)偏移数据（mm）顶进里程（m）建议值输入值2013-6-11　-17-1.649-14-1.649　　　　2013-6-124.19-302.54-132.541171.000.25830.062013-6-14-166.779-236.779-70.00-0.04520.06 4.2382013-6-144.185-2410.964-1910.96450.000.13610.062013-6-174.207-2415.717-3315.171-90.00-0.07620.062013-6-194.02-3519.191-919.191-280.00-0.38340.062013-6-194.215-723.432-2323.406-16-26.00-0.18170.062013-6-204.217-1227.642-927.6233-19.000.10530.062013-6-218.452-836.0382736.0753537.000.32360.062013-6-2315.787-251.794651.8624872.000.25360.062013-6-2512.7171964.517464.5795569.000.33530.062013-6-264.2074468.847668.78632-54.000.5442-0.062013-6-264.194173.037672.97635-54.000.4718-0.062013-6-274.2337677.277377.209-3-61.00-0.10510.092013-6-278.4342285.693785.64315-47.000.20320.092013-6-288.397-494.113294.04-28-70.00-0.12230.062013-6-288.4322102.4728102.4760.000.10530.102013-6-298.436-8110.956110.90614-44.000.20570.102013-6-3012.62510123.5952123.53142-59.000.31180.108.6.4测量成果（1）0#管于7月15号贯通，贯通面里程为YK2+642.825。贯通点坐标偏差见表12（1）。表12贯通点坐标偏差（1）项目XYH里程偏距东工作井2457948.771453328.829-0.798K2+642.8230.009西工作井1457948.766453328.827-0.802K2+642.8250.004偏差(mm)-52445由表可见0#管最终横向贯通误差为-5mm，纵向贯通误差为2mm，高程方向贯通误差为+4mm。 （2）5#管于9月2号贯通，贯通面里程为YK2+388.532。贯通误差见表12（2）。表12贯通点坐标偏差（2）项目XYH里程偏距东工作井2457978.608453580.796-3.114K2+388.5173西工作井2457978.574453580.788-3.105K2+388.532-29偏差(mm)348-9-1532由表可见5#管最终横向贯通误差为34mm，纵向贯通误差为8mm，高程方向贯通误差为-9mm。（3）管节轨迹偏差管幕轴线偏差每顶进40-50m检核一次，通过历次数据比较发现管节轴线整体偏移趋势一致，没出现已完成管节个别大幅偏移的现象，整个路线1/4、2/4、3/4、4/4处历次观测数据结果比较见表13。表13历次观测数据结果比较距离1次2次3次4次5次6次7次1/4（64m）747776797873772/4（130m）　　75767268703/4（186m）　　　　　38324/4（252m）　　　　　　-5注：顶进距离是大概值，各次之间略有差距异。单位：毫米（4）5#管顶管前后对0#管产生的影响距离顶管前顶管后差值1次2次3次4次5次6次7次1次1/4（64m）-12-12-9　　-17-15-9-62/4（130m）　719080　73706643/4（186m）　　　7672685466-124/4（252m）　　　　　384344-1注：顶进距离是大概值，距离以从小里程至大里程为路线前进方向，单位为毫米。由表可见，0#管轴线数据在5#管顶进前后数据最大偏差为-12mm，顺顶后行管对先行管的影响较小，可以正常施工。8.7、监控量测8.7.1目的（1）通过对施工过程中的某些参数的跟踪监测，分析地基和结构物的安全稳定性，对可能发生危及基坑工程及周边结构物的安全隐患进行及时准确的预报，确保工程的安全和顺利实施；（2）根据监测数据，检验工程设计中采用的参数的准确性，及时调整设计参数，做到信息化施工，为工程建设的安全和合理提供实测依据。8.7.2内容试验管有如下监测项目，具体见表14.表14暗挖段监测汇总表位置编号项目单位数量测点数监测仪器备注 试验管1地表竖向位移点389389水准仪　2深层竖向位移点66位移仪　3地下水位孔1010钢尺量测　4土体分层沉降管10　分层沉降仪　5深层土体位移管10　测斜仪管深35m6孔隙水压力组22孔隙水压力计每组5测头7土压力孔55土压力盒　另外，为摸清深层沉降情况，我方在试验管上方主动加密6个深层竖向位移测点，进行重点监测，为后续施工提供第一手资料。8.7.3平面位置对试验管布置如下监测点，具体位置见图。8.7.4监测成果（1）深层沉降点深层沉降测点探杆长4.5m，距离管节上方约2m，分别设置在桩号K2+408、K2+410、K2+412、K2+414、K2+416、K2+418，见图44、图45、图46。结论：a在顶管尚未到达测点位置时，基本没有发生沉降；b当顶管行进到测点附近时，测点发生2～3mm的沉降；c当管头离开测点位置后，观测到的沉降值基本在观测误差范围内，可以认为此时测点沉降基本不受顶管影响。（2）地面竖向位移在口岸内布设5组沉降观测点，其中K2+410里程布设的C2排地面沉降测点的沉降观测结果见表15.表15C2排地面沉降观测结果时间CJ2-3CJ2-4CJ2-5观测日期观测高程(m)累计沉降(mm)观测高程(m)累计沉降(mm)观测高程(m)累计沉降(mm)6月9号5.796605.804705.807806月13号5.79650.15.8049-0.25.80760.26月16号5.796605.804705.80750.36月17号5.796605.8048-0.15.80710.76月18号5.7967-0.15.8048-0.15.8070.86月19号5.79590.75.8048-0.15.80690.96月20号5.79570.95.80450.25.80720.66月21号5.795615.80430.45.80631.56月22号5.79580.85.80450.25.80671.16月23号5.79570.95.80450.25.80651.36月25号5.79551.15.80430.45.80611.7表中结果表明，在试验管头通过该断面时，地面测点基本没有发生沉降。（3）侧向位移东工作井围护墙斜管CX95和暗挖区测斜管TS02的实测曲线见图48. 图中结果可见，围护墙上的侧向位移很小，约只有1mm；测斜管TS02离试验管的距离约5m，在试验管顶进通过该测斜管位置附近时，测到的水平位移值很小，可以认为单管顶进时，对5m处的土体不会产生挤压影响。（4）孔隙水压力和地下水位孔隙水压力KY02和地下水位WS02离试验管边线4～5m。孔隙水压力和地下水位观测结果见表16和表17.表16暗挖区孔隙水压力监测结果表（KY02）测点编号K2-1K2-2K2-3K2-4K2-5时间读数孔压值kpa读数孔压值kpa读数孔压值kpa读数孔压值kpa读数孔压值kpa6-131742.16.41669.639.71699.775.91649.1106.815601446-271740.37.41672.338.41702.373.31652.1103.81558.2145.36-281740.27.41672.238.51702.173.51652.3103.61558.1145.46-291740.37.41672.538.31702.573.11652.4103.51558.5145.16-301740.17.51672.338.41702.273.41652.1103.81558.3145.2表17暗挖区地下水位监测结果表（WS02）观测日期管顶高程(m)仪器读数(m)水位高程(m)累计变化量(m)6月11日5.75653.3892.367506月12日5.75653.5522.20451636月18日5.75653.5092.24751206月19日5.75653.5082.24851197月1日5.75653.5212.2355132表中结果表明，在顶管通过该区段时，孔隙水压力和地下水位均没有发生明显变化。（5）分层沉降分层沉降是顶管施工环境效应的重要数据之一，能反映不同高程土层在施工过程中的位移变化情况。0#和5#试验管沿线工布置10个分层沉降孔，在东西工作井之间共布置五个横向监测断面，用来测定土体内部的沉降量、沉降速度以及有效压缩层的厚度，观测顶管进出口洞时的工作状态。0#和5#实测的结果见分层沉降汇总表18表18分层沉降孔沉降情况汇总表0#试验管分层沉降汇总表项目1号断面2号断面3号断面4号断面5号断面1F011F022F012F023F013F024F014F025F015F02隆起值mm31321-2　2- 最大隆起初始深度m4.4864.9482.9125.5193.167-3.954　3.356-沉降环号42141-4　3-最大沉降隆起值mm104436-11　3-初始深度m4.9397.035.3866.0165.644-5.025　4.68-沉降环号56655-6　5-最大沉降隆起值mm2212--10--初始深度m3.5876.01315.395.519--3.954---沉降环号2464--4所有环--最大隆起隆起值mm1213--210--初始深度m5.4757.035.3866.534--3.9546.116--沉降环号6666--46--0#变化规律为：在顶进机机头还未进过监测断面，并距离监测断面较远时，分层沉降的空间位置几乎不变；当顶管机机头经过监测断面时，部分分层沉降产生隆起现象；顶管机机头通过监测断面后，土体内部发生沉降。5#试验管顶进过程中分层沉降的变化规律为：在顶管机机头还未经过监测断面，并距离监测断面较远时，分层沉降环的空间位置几乎不变；顶管机机头通过监测断面后，土体内部发生沉降，具体的结果见分层沉降总表。8.8、泥浆置换试验管顶进完成后，为防止触变泥浆失水造成地基沉降，应进行置换注浆。8.8.1注浆参数及方法试验管顶进完成后，进行置换注浆，浆液采用PO.42.5普通硅酸盐水泥浆液，水灰比1:1，注浆压力0.3～0.5MPa，由触变泥浆注浆注入。采取三进、三出的注浆方式，每次置换长度为16m。注浆效果：注浆过程中，观察到顶部出浆孔流出水泥浆液，即完成置换注浆。8.8.2注意事项（1）注浆过程中应特别注意防止置换浆液通过监测孔道、及地层裂隙进入口岸内部，影响口岸内正常通行，需安排人员在口岸段现场进行观察，并提前做好应急预案。（2）应对整个泥浆置换过程及完成后的土体分层沉降进行持续监测，通过监测数据，分析注浆前后土体分层沉降的变化规律，为注浆提供参考依据。8.9、辅助施工8.9.1通风管道采用9-19-A式高压离心通风机进行通风，风机功率11KW,风筒采用DN200PVC管。8.9.2照明管道内敷设照明电缆及工作灯满足现场施工照明需求。8.10.安全、环保、文明施工（1）试验管顶进期间，未发生安全事故。期间采取以下安全措施：a对班组人员进行班前安全培训教育，内业、外业资料完整；b 施工过程中注意施工现场临边防护工作，如：工作井周边护栏、操作平台两边护栏、临时楼梯搭设等。（2）对废弃泥浆采用絮凝系统、离心机对粘土、膨润土进行分离，分离出的弃渣集中堆放处理，分离的水进行循环利用。、（3）专人清洁，工完料尽场清。8.11、小结及体会8.11.1阶段划分及保障措施通过试验管施工总结，管幕顶进的施工控制可分为三个阶段及两大保障。三个阶段为始发、顶进和接收阶段。两大保障：测量和监测，即以测量成果保证顶进施工的精度，以监测成果确保顶进施工对土层的扰动和周边环境的影响控制在最小范围内。8.11.2遵循泥水平衡原理是顶管施工的基本要求顶进过程中必须建立泥水平衡，包括工作压力应略大于自然水、土压力、排浆量略小于进浆量与开挖量之和，以及建立接收舱的保压系统等。8.11.3设备性能评价AVN1200TC顶管机能够满足本工程需要。UNS系统结合人工校核，精度能够达到曲线顶管的要求。8.11.4管节及配套部件适应性8.11.4.1管节长度在试验管阶段采用4.2m和4.0m不同长度管节，两种长度管节对测量及设备纠偏性能均无明显影响。通过对顶进数据的分析，顶力无明显变化、测量轨迹无明显偏差。8.11.4.2注浆孔布设通过试验管注浆效果来看，16m一组注浆孔能够满足试验管同步注浆、补充注浆及置换注浆的要求。8.11.5测量与监测除常规检测外，根据地质和环境条件应适时修补补充监测内容。本次增加了6个深层测点。监测点破坏后涉及后续顶管使用的，应补充埋置。顶进过程中，测量数据与UNS系统显示数据存在偏差。因此针对以上问题采取以下措施：（1）重要节点如孔口管安装定位，始发和进入接收阶段须换镜换人复测。（2）强制对中器及附件要求较高，统一制作使用。顶进过程中，个别管节轨迹偏差超过设计规定5cm范围，主要有以下几点原因：（1）检测UNS系统在没有人工复核的条件下，顶进20m精度控制的能力。通过试验管试验表明，顶进进尺20m需进行人工复核，特殊情况下需加大人工复核频率。（2）当地质条件处于淤泥层时，为防止机头下垂，增大顶进速度，在顶进速度较快的条件下，不宜纠偏油缸，造成偏差。下一步注意事项：（1）了解设备性能，找出最佳扔复核测量进尺，控制顶进精度。（2）在淤泥及富水砂层中顶进时，总结经验，提前调整纠偏油缸伸缩量，控制顶进轨迹。8.11.6不同地质、环境条件下的顶进参数试验管阶段地质情况比较复杂，0# 管施工过程中地质变化较频繁，主要通过素混凝土墙、旋喷桩加固区域、砂层、富水砂层、粘土层、淤泥层、淤泥质粘土层等复杂地层；5#管施工过程中地质情况较稳定，主要通过素混凝土墙、搅拌桩加固区域、淤泥、淤泥质粘土、砂层等地质。下面以0#管顶进时地质情况为例列出不同地质条件下顶进参数统计一览表，见附表2通过试验管管顶进适时数据分析，素混凝土墙掘进速度一般不超过2cm/min，土体加固层顶进速度一般在15～26cm/min，淤泥层、富水砂层顶进速度一般在26～36cm/min;粘土层顶进速度一般为10～17cm/min，顶力的大小随着距离的增大呈线性增加，处于粘土层时顶进压力较大。8.11.7试验管施工阶段施工进度分析施工进度分析见表19.表19试验管施工进度一览表序号管号施工阶段进尺长度(m)施工日期施工天数(天)备注10#管始发12.86.8～6.148　2顶进223.086.15～7.1227　3接收207.13～7.153　合计255.88　38　15#管始发12.88.16～8.194　2顶进223.4248.19～8.3113　3接收208.31～9.23　合计256.22　18　说明：（1）0#管最大日进尺20.8m，5#管最大日进尺33.6m。（2）新设备、新工艺，0#管施工过程中工效较低，5#管施工过程中，工效有较大提高。8.11.8双向顶进的差异性曲线顶管，圆曲线与缓和曲线段互为始发、接收具有较大的差异性。通过试验管阶段0#、5#管始发、接收控制精度分析，缓和曲线段顶管的始发与接收精度均较容易控制，圆曲线始发、接收精度控制均具有一定的难度。综合考试始发与接收的精度控制，总体来说始发的精度控制较容易，接收精度控制较难。因此圆曲线始发，缓和曲线接收更有利于管幕工程整体精度控制。8.11.9体会试验管顶进工艺试验的成功，标志着本工程核心技术和关键施工工艺取得重大突破，使我们充分认识到“科技是关键，细节定成败”，一定要遵循“以我为主，自主创新，科技领先，注重细节，固化工艺，优化组织，不断总结”的工作思路，以及秉承“求实严谨，精益求精，实践上升到理论，理论落实到工艺，以拱北隧道为起点，抢占隧道科技制高点”的科学精神，赢得管幕施工的全面胜利，为后续工程的顺利实施奠定坚实的基础。'