泥水平衡顶管施工专项方案（一）施工前期准备⑴顶管机械设备、管材进场准备及施工人员组织针对地质特点和工程管材选定与之相适应的顶管掘进设备、顶管施工工艺，对顶管配套设备、设施进行检修及调试，使其保持在良好的待用状态；提前做好管材供应计划，将相应的管材技术参数以书面形式向管材生产厂交底；安排具有丰富顶管施工经验的班组进驻现场施工，施工前做好全面的技术交底和安全交底，确保有关劳动安全及施工技术教育，加强工人的劳动安全意识，提高施工技术水平。

⑵对顶管沿线地质情况进行核查为确保顶管成功，需对顶管沿线的地质情况核查，进行补堪，加密钻孔密度，通过补堪资料与原地勘报告相比较，出具更详细、准确的河道内管道穿越地层情况说明和河床覆土情况说明用以指导现场施工和方案编制。

⑶编制专项方案、组织专项技术交底施工前，在项目技术负责人的带领下集中有关技术人员仔细审阅图纸与相关资料，结合现场情况，编制详细的顶管专项方案用以指导施工，方案报送专家评审；并组织召开专题技术交底会，参加人员设计顶管施工的所有工种，认真做好技术交底工作。

⑷测量准备a．井下高程点的设置：施工时地面高程点的导入采用悬挂钢卷尺法。

导入标高之前，首先在工作井的适当位置埋设高程点，待稳定后进行高程导入。

工作井的同一高程点进行三次独立导入标高，其互差必须在规定值以内（精度指标不大于3mm），然后将其作为顶管施工中高程控制的绝对高程点。

工作井内的高程点必须大于2个，并在施工中要定期互相校对。

顶进过程中高程测量可依靠工作井内的任一水准点作为后视高程点，校核激光束高程和已顶进管道高程。

b. 中心测量控制直线顶管施工，首先将管道中心桩用经纬仪（精度2″）引入工作井两侧井壁上或支架上，作为顶管中心的测量基线，然后将其投入工作井内，将激光经纬仪安装在工作井靠近后背并在两侧顶镐架子中间稳定的位置，（固定有独立的特制安装支架）通过调整使仪器强制对中点位于中线位置，对出竖盘角度值使激光束符合设计坡度值。

这样通过调整激光斑点与机头内测量靶中心重合，顶进过程中测量靶中心和激光斑点的偏离值即为顶管中心和高程的偏差值。

此偏差值可通过顶管机内摄像头直接反映到地面操作台，作为顶管中心和高程控制的依据。

定期校核激光束的位置，使管子始终沿着设计轴线前进。

（二）顶管工艺与设备选型1、泥水平衡顶管工艺基本原理泥水平衡顶管工艺基本原理是将已调成一定浓度和比重的泥水，通过送泥水系统送至顶管机头前挖掘面处，泥水在挖掘面上形成一层不透水的泥膜，可阻止泥水向挖掘面里面渗透，同时调节泥水压力来平衡地下水压力和土压力，达到稳定挖掘面的目的；顶管机头前进的同时刀盘切削土体，被切削下来的残土与泥水充分拌和后，由排泥系统输送至地面泥水分离设备进行处理，分离出的残土被运走，泥水再送入送水系统循环使用。

2、泥水平衡顶管施工特点①适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下也可适用；②可有效的保持挖掘面的稳定，对所顶管周围的土体扰动比较小，因此施工引起的地面沉降很小；③与其他类型顶管相比，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土、砂土层表现得更为突出，适宜较长距离顶管；④工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。

由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、搬运土方等容易发生危险的作业；可在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。

⑤泥水输送弃土的作业连续不断地进行，其施工进度快，能有效的保证工期。

3、泥水平衡顶进系统泥水平衡顶进系统主要由以下几部份组成：① NPD泥水平衡顶管机；②机内控制柜；③洞口止水圈；④环形护口铁；⑤马蹄形顶铁；⑥主顶油缸；⑦主顶油泵；⑧激光经纬仪；⑨后背板；⑩基坑导轨；⑾油缸架子。

4、泥水平衡进排泥系统它主要由以下几大部份构成：①泥水分离设备（沉淀箱及分离器等）；②进水泵；③排泥管；④进水管；⑤基坑旁通；⑥流量计；⑦排泥泵；⑧进排泥泵控制柜；⑨进排泥软管；⑩流量调节器。

5、顶管掘进机选型NPD型泥水平衡顶管机采用一种新颖的多边形偏心结构，顶管机的刀盘和泥土仓均采用多边形棱体、且刀盘轴线与主轴之间有一个偏心距，本顶管机具有结构简单、轧碎卵石效率高、主轴、减速机泥水密封性能好，泥土仓内的高塑性粘土不易堵塞等优点。

本顶管机是一种土压平衡和泥水平衡的双重平衡顶管机，切削下来的泥土在泥土仓内形成土压的塑性体，以平衡土压力；另外，在泥水仓内建立高于地下水压力10~20Kpa的泥水压力，以平衡地下水压力；同时，把进水添加粘土等成分的比重调整到一定范围内，可以在挖掘面是砂的土质中形成一层结实的不透水泥膜，此时的泥水压力又可以同时平衡地下水压力和土压力，所以该型顶管机施工过后的地面沉降很小。

该机型还具有以下优点:①采用进口减速机，噪声低、寿命长；②纠偏油缸有行程仪指示其伸出长度，机头俯仰有倾斜仪，机偏转（滚动）有偏转仪，对机头的行进状态可一目了然，便于控制。

从而也确保了顶进质量，即可精确控制其高程及左右偏差；③具有破碎120粒径、单轴极限抗压强度≤20Mpa卵石的能力；④由于隔栅板是跟随刀盘一起旋转的，所以，粘附在隔栅板中的粘土会被泥土仓壳体的每一个边刮掉，再当其转到进水管附近时相嵌在隔栅板中的粘土又可被进水冲洗掉。

因此，NPD多边形偏心破碎泥水平衡顶管机能适应各种土质，尤其是一般泥水平衡顶管机不能适应的粘土；⑤地面操作式，用电视摄像系统监视顶管机内状况，各类参数的表示和操作通过电气控制系统实现，使操作员远离机头；⑥采用计算机表示和记录所有数据并作分析。

计算机系统为独立系统，以防止万一故障时不影响正常顶进作业。

顶管掘进机主要性能参数表序号名称NPD1000玻璃钢夹砂管NPD1200钢管1顶管机外径φ1100mm φ1260mm2顶管机总长3500mm 3800mm3刀盘切削外径φ1120mm φ1280mm4刀盘转矩52kN-m 68kN-m5刀盘转速4.0r/min 4.0r/min6刀盘电机功率11KW×2 15KW×27纠偏能力30ton×4根行程50mm30ton×4根行程50mm8纠偏角度30309推进速度50~100mm/min50~100mm/min1 0进排泥管通径100mm 100mm1顶管30KW 47KW1 机装机容量1 2整机重量3t 3.8t6、泥水平衡顶管工艺流程图（三）顶管配套设施、设备⑴基坑导轨基坑导轨是由两根平行的钢结构焊接在轨枕上制成的，其作用主要有两点：一是使推进管在工作坑中有一个稳定的导向，并使推进管沿该导向进入土中；二是让环形、弧形顶铁工作时能有一个可靠的托架。

本工程基坑导轨选用I30b工字钢，为了提高导轨的耐磨性和强度，在导轨的上加筋板。

两导轨平行、等高，与混凝土基础中预埋钢板焊接。

⑵钢后背为增大后背强度和抗力，在工作井后背方向加设一块3.0m×3.0m的钢后背，钢后背采用厚20mm和厚30mm的钢板焊接加工而成，钢后背必须保证垂直，钢后背厚300mm。

⑶主顶油镐、油泵及油镐架为确保管道受力均匀并提供足够的主推力，主顶配备4台二级等推力液压油镐，行程3500mm，单缸推力为200t，总推力为4×200=800t。

最大主顶动力系统采用2台CY14-1B型（额定容量25L、额定压力31.5MPa）的柱塞式高压油泵并联控制，其中一台使用变频调速机。

当不使用中继间时，开一台油泵顶进速度可在62mm/min~124mm/min调正；当使用中继间时，主顶系统只起跟进作用，两台泵同时开跟进速度为186mm/min。

油镐架采用[20槽钢焊接制作，顶镐的布置应满足合力点的方向与管道轴线方向一致。

⑷顶铁及护口铁为满足顶管出泥需要，顶铁选用一1.2m长块马蹄形顶铁，同时为确保管体安全，使管体端面传力均匀，采用1块圆形钢护口铁（厚30cm）。

⑸进、排泥管进水管与排泥管均采用φ114×4mm无缝钢管制作，每节长度4m，接头处采用活动卡环连接，卡环内设置止水胶圈；为满足长距离顶管施工，考虑给每套顶管设备准备总长1000m的进排泥钢管；部分施工点位于道路上，距离水源及排泥位置太远，需沿途安装引水管和排水管，管材可采用φ150mmPVC管，6m长一节，管与管之间用螺栓、法兰连接，过交叉路口段采用φ150×6mm钢管铺设，并设置缓坡道，根据现场实际情况，每套顶管设备配备引水管和排水管长度各1500m，共3000m，隔200m左右设置一台6寸接力渣浆泵。

⑹泥水箱为保证顶管进水和排泥流量，现场设置进水蓄水池、排泥沉淀池，蓄水池与沉淀池采用钢制箱体结构，便于现场搬运和安装，两池之间采用DN200钢管联通，使沉淀后的泥浆能够循环利用。

⑺工作井吊装设备顶管工作井吊装采用25t汽车吊车或自制门式吊装行车（载重5t），自制门式吊装行车结构及布置另见专项方案。

⑻止水洞口顶管过程中，无论是出洞还是进洞，管道和洞口之间都必须有一定的间隙。

为保证顶管机进出洞时泥浆和地下水不从顶管机外壳周围涌出，需在顶进方向安装洞口止水装置。

洞口止水装置安装在在工作井与接收井沿管线方向的侧壁预留洞上，该预留洞的直径应比顶管机外径稍大（约10cm），其由预埋螺栓、钢压环及橡胶圈组成。

（四）顶管进、出洞口土体加固措施顶管机进出洞口是关键工序，由于顶管机重量大，在软弱地层中顶进，为防止顶管机在出洞时产生“叩头”现象，需对洞口外土体进行固化处理，同时还要有良好的止水效果，防止洞口开启时泥沙涌入井坑内，造成危险，采用高压旋喷桩加固洞口周围土体。

旋喷桩平面布置：在洞口位置布置三排密扣旋喷桩，单桩有效桩径φ500mm，桩与桩搭接150mm，中心间距350mm，梅花桩布置，加固宽度比预留洞口每边多出1.0m 的范围，之后沿管道方向布置五排独立桩，起到承托机头的作用，每排布置三棵桩，管道中心线布置一棵，两边对称各布置一棵，桩与桩之间纵横间距为800mm。

旋喷桩加固范围：加固深度从地面至管外底以下4米，采用通长实桩结构。

旋喷施工：旋喷压力控制在20MPa左右，桩径φ500mm，水泥用量250kg/m，桩体单轴无侧限抗压强度0.8MPa ，垂直允许偏差1.5%。

（五）顶管施工布置1、工作井井区布置顶管工作井在完成进出洞口加固后布置。

⑴施工平面重点考虑的因素：①发电机组；②存在及下管；③触变泥浆设备；④泥水分离设备；⑤现场办公室；⑥交通；⑦生产用水；⑧施工道路；⑨场地排水。

⑵施工平面布置原则：少占地，满足顶管需要，便于管理，减小噪声影响和场地环境的破坏。

工作井上的设备如下：①在工作井轴线与顶进方向垂直，根据不同的管径设置不同吨位的龙门吊。

②设配电间，无木四防工棚搭制。

③设触变泥浆搅拌、储存、输送设备。