第一章編制說明1.1編制依據（1）××××工程土建及機電安裝×××標招標文件；（2）××××工程土建及機電安裝×××標設計圖紙；（3）××××工程土建及機電安裝×××標施工組織設計；（4）××××工程土建及機電安裝×××標施工圖設計等文件；（5）本工程現場調查資料；（6）《盾構法隧道施工與驗收規范》（GB50446-2017）；（7）廣東省《頂管技術規程》（DBJ/T15-106-2015）；（8）《給水排水工程頂管技術規程》（CECS246：2008）；（9）《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268-2008）；（10）《給水排水構筑物工程施工及驗收規范》（GB50141-2008）。1.2編制范圍及目的本方案為××××工程土建及機電安裝×××標頂管機選型方案，其范圍為：頂管機選型。第二章工程概況2.1工程簡介2.1.1項目概況××××工程土建及機電安裝×××標主要包括×××分干線×××泵站、×××分干線試驗段項目的×××工作井改造項目、×××分干線。×××泵站位于×××水庫東南側，位于×××水庫三面環山的一塊坳地，現有地面高程22～25m，地勢起伏不大，周圍山體高程約60～70m，站內裝4臺（3用1備）立式抽芯式混流泵，總裝機容量為4×5000kW，總設計抽水流量30m3/s，單機設計抽水流量10m3/s，主要建筑物級別為2級。×××分干線試驗段項目的SZ03#（SY01#）工作井位于×××分干線末端、公明水庫壩下約200m處，×××工作井原為臨時井，本次將臨時井改造為永久工作井，用于×××分干線運營期管理使用。×××分干線長3.6km，設計過流量為15m3/s，采用重力自流的有壓輸水方式，輸水管道結構型式為鉆爆法隧洞、頂管和箱涵，設計過流流速約2.3m/s。2.1.2頂管區間概況××××工程東莞段部分區間采用頂管法施工，頂管區間全長1.97km。本工程包含5個頂管區間，共設置6座工作井。施工籌劃圖及各區間概況如下：圖2.1.2-1頂管施工籌劃圖2.2水文氣象和工程地質資料2.2.1水文氣象（1）水文條件1）×××水庫×××水庫位于深圳市寶安區松崗鎮羅田村，在珠江三角洲茅洲河水系的上游，壩址以上集雨面積20km2，現狀水庫主要任務是以防洪、供水為主。水庫按100年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核。×××水庫總庫容2913.5萬m3，水庫正常水位33.24m，相應庫容2050萬m3，死水位19.15m，相應庫容70萬m3，興利庫容1980m3。水庫由主壩、溢洪道和輸水涵管等組成，大壩為均質土壩，最大壩高25.98m，壩長100m。×××水庫不同頻率不同時段施工洪水見表2.2.1-1。水庫特征水位見表2.2.1-2。水庫施工洪水水位表2.2.1-1水庫分期施工期水位（m）5%10%20%×××水庫全年34.7134.4334.1410～3月33.8033.6633.5111～3月33.7133.5733.44水庫特征水位表2.2.1-2特征水位校核洪水位設計洪水位正常蓄水位死水位水位值36.04m（1000年一遇）35.26m（1000年一遇）33.24m19.15m2）×××水庫×××水庫是一座中型水庫，水庫位于東江支流寒溪水上游，東莞市松山湖科技產業園中心區。水庫于1958年5月動工興建，1959年9月建成蓄水，現在×××水庫主要功能是以防洪、供水為主。根據2011年×××水庫安全鑒定報告，集雨面積為54.2km2，總庫容5897.80萬m3，水庫正常水位24.74m，相應庫容3970萬m3，死水位15.24m，相應庫容172萬m3，興利庫容3798萬m3。水庫按100年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核。水庫由主壩一座，大小副壩六座，溢洪道、輸水低涵、高涵、上下湖水閘、上下湖溢流堰等建筑物組成。主、副壩均為輾壓式均質土壩，主壩最大壩高20.70m，主壩長220m。×××水庫不同頻率不同時段施工洪水見表2.2.1-3。水庫特征水位見表2.2.1-4。水庫施工洪水水位表2.2.1-3水庫分期施工期水位（m）5%10%20%×××水庫全年25.7725.5625.3410～3月24.9824.9224.8711～3月24.9224.8824.83水庫特征水位表2.2.1-4特征水位校核洪水位設計洪水位正常蓄水位死水位水位值26.73m（1000年一遇）26.12m（1000年一遇）24.74m15.24m（2）氣象條件工程所在地區為珠江三角洲，面臨南海，屬亞熱帶季風氣候，常年氣候溫和，雨量充沛，空氣濕度大，日照時間長，蒸發量大，臺風頻繁，熱帶氣旋常伴有大暴雨發生。氣溫、日照：工程所在地年平均氣溫在20℃～23℃之間。日照時間長，年平均日照數約1900h。濕度：年平均相對濕度80%，最小為10%，最大接近100%。風速：冬季陸風風速較強，常達5m/s左右。夏季海風風速約3m/s，夏秋臺風風速可達40m/s，并引起風暴潮，易造成嚴重災害。本工程涉及×××水庫、×××水庫等工程，工程所在地多年平均年最大風速及風向見表2.2.1-5。各工程多年平均年最大風速及風向表2.2.1-5位置年均氣溫（℃）多年平均年最大風速（m/s）年最大風速常見方向×××水庫22.6313E×××水庫22.5823ESE降雨：珠江三角洲多年平均年降雨量等值線變幅為1600～2600mm，呈現沿海大—腹地小—北沿大的地區分布特征。蒸發量：珠江三角洲多年平均年蒸發量890～1120mm，地區變化趨勢為由北向南遞增。一般夏季高溫期比冬季期蒸發強度大，夏秋季5～9月份約占全年的70%。2.2.2工程地質（1）工程地質概況1）地形地貌及地層巖性×××泵站布置于×××分干線0+000樁號處，順庫尾沖溝近南北向布置。所處地形為×××水庫庫尾處一狹窄沖溝的溝首處，沖溝近NS走向，向北延伸。溝底寬30m～80m，底高程21m～22m；溝的東、西兩側分別為剝蝕殘丘，其中東側殘丘山頂高程約52m，坡度約30°，西側殘丘山頂高程約61.5m，坡度30°~35°；溝的南側山頂高程約86m，坡度25°~30°。擬建泵站區植被茂盛，有一狹窄的林場簡易土路與外連通，交通不便。×××水庫水位隨季節、氣候變化較大，勘察期間觀察其水位最大變幅大于1m，水位25m～27m。×××分干線在×××水庫北側取水，向西北前行至×××水庫，沿線屬丘陵地貌，沖溝和山間盆地發育，地形起伏較大，途經大朗鎮區人口密集帶，全長約3.6km，地表高程25m～100m。×××泵站場區內分布地層按成因類型自上而下可分為第四系坡積層（Qdl）、中元古代（Pt2C）變質石英巖兩大類。各巖土層特征論述如下：第四系坡積層（Qdl），廣泛分布于山體表層、坡腳及沖溝底，分布位置不同則其顆粒組成，層厚差異均較大，整體表現出坡腳、溝底層厚，山坡層薄的規律。在山坡表層主要由黃紅色、紅褐色砂質黏土、礫質黏土等組成，黏性好，韌性好，可塑狀，表層夾雜有腐植質，揭露層厚3.0m左右。坡腳處則夾裹有碎石塊，由灰褐色黏土質砂、碎石土等組成，松散狀，取芯呈團塊狀，礫石、碎石分選性差，棱角狀為主，以巖屑及石英礫組成為主，揭露層厚4.9m～8.9m，平均厚約7.1m。沖溝底揭露的坡積層厚1.8m～6.0m，平均厚約4.4m，表現出向庫內變薄的規律；其中表層坡積土為灰黑色腐植土，分布層厚1.6m～2.0m，平均厚1.8m，味臭，成分雜亂無序，腐植質碎屑、砂、礫及碎石等相互夾雜；下部則為砂礫質黏土等組成，分布層厚1.1m～5.0m，平均厚3.0m，可塑狀，黏性好，韌性好。在坡積土層的砂質黏土層中取得原狀土樣6組，主要物理力學指標平均值為k20=2.08×10-7cm/s，p=2.0g/cm3，pd=l.67g/cm3，w=19.8%，e=0.637，Ip=l5.1；壓縮性指標平均值a1-2=0.3MPa-1，Es=5.7MPa；飽和抗剪強度指標標準值為cQ=10kPa，ΦQ=24.2°。中元古代長安巖組（Pt2C），主體巖性為云母石英片巖、石英巖組成，根據鉆孔揭露情況，可將孔深范圍內巖體分為全風化帶（V）、強風化帶（IV）、弱風化帶（Ill）。各巖體風化帶特征及工程特性詳述如下：全風化帶（V）：場址區鉆孔均有揭露，揭露厚9.8m～30.8m，平均厚15.5m，底高程-0.2m~16.2m，起伏大；上部巖體風化較透，原巖結構已完全破壞，呈粉質黏土、砂質黏土狀，可塑～硬塑土，黏性好，韌性好；下部巖體風化不透，局部可辨原巖結構，呈黏土質砂礫狀，密實土，黏粒含量低，巖芯遇水易崩解成散粒狀，夾有少量強風化巖塊，但強風化巖塊巖質極軟，水泡可用手捏碎。本層標貫試驗共15次，擊數為6擊~39擊，平均值26擊。參考×××分干線及前期勘察成果資料，主要物理力學指標平均值：k20=6.57×10-7cm/s，ρ=1.5g/cm3，pd=l.50g/cm3，w=28.1%，e=0.782，Ip=17.2，av=0.36MPa-1，Es=5.4MPa，cQ=11.4kPa，ΦQ=23.2°。強風化帶（Ⅳ）：該帶分布不連續，部分鉆孔缺失，鉆孔揭露厚0.5m～4.7m，平均厚2.1m，底高程-1.0m～9.5m，起伏大；分化劇烈，原巖結構大部分破壞，風化、構造裂隙極發育，且相互切割，沿裂面有泥化夾層充填，夾有全風化土，巖體呈碎裂結構，極破碎，巖芯呈碎石夾土，碎塊狀，巖質較軟，錘擊聲啞，易碎。弱風化帶（III）：該帶整體埋藏較深，本階段鉆孔未揭穿，揭露最大厚度為12.2m，埋深6.0m～35.5m；巖體為碎塊狀結構，構造裂隙發育，以中陡傾角為主，面較平直，多被風化蝕變呈銹黃色，巖體較破碎，巖芯呈短柱狀夾塊狀為主，局部為長柱狀，質堅硬，錘擊聲清脆，振手。巖芯統計RQD值6%～100%，平均值52.9%。參考×××分干線及前階段勘察成果資料，巖石主要物理力學指標平標：顆粒密度ρp=2.75g/cm3，飽和塊體密度ρs=2.74g/cm3，飽和彈性模量Ee=65228MPa，飽和泊松比μ=0.2，烘干彈性模量Ee=65940MPa，烘干泊松比μ=0.2，飽和單軸抗壓強度Rs=88.6MPa（沿裂隙面破壞）～132MPa。×××分干線為丘陵及山間盆地地貌，第四系以人工填土（Qs）及坡積層（Qdl）為主，零星分布有內陸河流相沉積，為全新統內陸區大灣鎮組（Q4dw）。根據鉆孔揭露有以下地層。①人工填土層：多為路基填土，以粉質黏土、砂質黏土、塊石以及砂礫為主，成分較雜亂，局部含生活及建筑垃圾。分布在城區地段，揭露厚度為2m～8m。②-4黏性土層：花斑狀、灰褐色粉質黏土、砂質黏土、黏土為主，局部夾有泥質粉細砂、中細砂，可塑狀，黏性好，分布在城區地段，揭露厚度為1.6m～6m。③坡積層：多分布丘陵地帶表層，由紅黃色砂礫質黏土組成，可塑狀，質較均，黏性好，局部見有少量塊石。揭露厚度約4m～8m。基巖：沿線基巖為中元古代長安組（Pt2c）石英巖和奧陶系（01ηγ）侵入花崗巖，兩者分界線約在DG0+960左右，為侵入接觸。沿線石英巖全風化帶厚度大多6m～14m，強風化帶較薄，厚度１m左右，頂面高程22.6m~90.0m，弱風化帶頂面高程23.45m～78m；花崗巖區段全風化較厚，多在20m~40m，局部未揭穿；強風化帶揭露厚度1.4m～9.8m，頂面高程-5.01m~20.65m；弱風化帶未揭穿，弱風化頂面高程-8.96m～35.61m。全風化帶（V）：風化較透，呈粉質黏土、砂質黏土狀，局部風化不均，本段線路全風化帶廣泛分布且連續，局部夾強～弱風化巖塊。本層標貫試驗共123次，擊數為5擊～50擊，平均值30.7擊，基本呈硬塑～堅硬土狀，表層可塑。取花崗巖土樣16組，主要物理指標平均值：k20=6×10-7cm/s，ρ=1.83g/cm3，pd=l.37g/cm3，w=33.9%，e=0.968，Ip=21.1，IL=0.35。土的力學指標平均值：av=0.49MPa-1，屬中等壓縮性土；Es=4.19MPa，cQ=14.4kPa，ΦQ=21.5°。強風化較薄，破碎，未取得巖樣。弱風化石英巖分布在羅田森林公園內，巖芯多呈柱狀，RQD值多在60%～90%，巖石CAI磨蝕值為1.49，磨蝕性等級低，本層共取3組石英巖樣，試驗成果：顆粒密度平均值ρp=2.70g/cm3，飽和塊體密度ρs=2.69g/cm3，飽和單軸抗壓強度Rs=125MPa，堅硬巖；弱風化花崗巖分布在羅田森林公園外至×××水庫，巖芯多呈柱狀，RQD值多在50～90，巖石CAI磨蝕值為1.8，磨蝕性等級低，本層共取2組花崗巖樣，試驗成果：顆粒密度平均值ρp=2.68g/cm3，飽和塊體密度ρs=2.67g/cm3，飽和單軸抗壓強度Rs=133MPa，堅硬巖。2）水文地質條件①地表水場址區地表水體以×××水庫庫水為主，庫周山體間季節性的沖溝流水為輔。×××水庫庫水位隨季節、氣候變化大，勘察期間測得水位高程25m～27m，變幅達2m。場址區內地表水體與外界水源聯系微弱，補給來源主要為大氣降水或地下水的滲出補給為主。取×××水庫庫水樣進行環境水腐蝕性測試，其測試成果表明庫水對混凝土結構具有中等腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋無腐蝕，對鋼結構具有弱腐蝕性。②地下水地下水賦存于松散的殘坡積土、全風化帶的孔隙內，及基巖斷層裂隙內。殘坡積土、全風化帶含水層為孔隙含水層，近地表分布，受大氣降水補給，通過蒸發或向下滲補給下部地下水。坡積土層原狀土樣測得滲透系數k20范圍值為1.61×10-6cm/s～7.61×10-8cm/s，平均值為2.08×10-6cm/s，為微透水～極微透水層。全風化帶原狀土樣室內試驗測得滲透系數k20范圍值為3.0×10-6cm/s～6.3×10-8cm/s，平均值為1.5×10-6cm/s，為微透水～極微透水層。基巖裂隙水賦存于斷層、強風化帶、弱風化帶裂隙中，埋藏深，水位比較穩定，強風化帶以中等透水～強透水層為主，弱風化帶為弱透水～中等透水層。（2）×××分干線工程頂管隧洞段地質條件及評價根據鉆孔揭露，覆蓋層厚度約5～l3m，主要為第四系人工雜填土及沖積粉質黏土層。下伏基巖為奧陶系（01ηγ）侵入巖花崗巖，沿線全風化帶厚度大多6m～46m，局部未揭穿，頂面高程15.84m～28.93m；局部揭露有強風化，厚度1.4m～9.8m，頂面高程-5.01m～20.65m；弱風化帶未揭穿，揭露厚度0.5m～9.8m，頂面高程-9.25m～15.25m。設計采用頂管，沿線布置有5個出發井，1個接收井。隧洞底板高程14.5m～20m。DG臨01#頂管井～DG01#頂管井～DG臨02#頂管井～DG臨03#頂管井共三個區間，洞身大多位于全風化花崗巖內，局部洞頂有少量沖積黏土、砂質黏土層，坡積層含有砂礫石，全風化花崗巖呈硬塑土～堅硬土狀，局部風化不透含強風化巖，總體適合頂管施工。其中在DG2+050～DG2+100左右，洞身中下部為強風化花崗巖，夾有石英塊石，為堅硬巖，全風化花崗巖中局部有強～弱風化球狀風化體，不利于頂管施工。DG1+840附近有斷層通過，與管軸線大角度相交，斷層破碎、透水性強，可能存在較大滲涌水，需采取合適的平衡措施；全風化花崗巖中局部夾有強風化巖塊，強～弱風化球狀風化體，不利頂管施工。DG臨03#頂管井～DG臨04#頂管井～DG02#頂管井共兩個區間，洞身大多沿全風化面附近布置，洞身上部或頂部為沖積黏土或砂土層，其余部分為全風化花崗巖，總體適合頂管施工，沖積砂土層透水性強，可能存在較大滲涌水，需采取合適的平衡措施。DG臨01#頂管井（樁號DG1+407）、DG01#頂管井（樁號DG1+792）、DG臨02#頂管井（樁號DG2+353）、DG臨03#頂管井（樁號DG2+586）、DG臨04#頂管井（樁號DG3+127）及DG02#頂管井（樁號DG3+380，兼做東莞分千線出水口閘門井）設計井深分別為17.8m、17.8m、13.3m、14.8m、10.1m及20.4m。根據鉆孔揭露：井身上部為坡積土、中下部位千全風化花崗巖內，施工時應注意加強井壁支護及排水措施，井底板基礎為全風化花崗巖，承載力較高，中等壓縮性，工程地質條件較好。2.3施工條件2.3.1對外交通條件（1）對外交通條件本標段各項目所在位置周邊均分布有多條高速公路、國道、省道及市政道路通過。×××泵站位于×××水庫東南側，沿線分布有S33南光高速、S31龍大高速、G9411莞佛高速、G107莞長路、S358公常路等，陸運便利。東莞分千線從×××水庫西側取水后，向北穿越低矮丘陵后在邁科路、美景西路下布置至×××水庫，沿線分布有S31龍大高速、G9411常虎高速、邁科路、美景西路等陸運便利。×××工作井位于深圳市光明新區公明水庫壩下約200m處，沿線分布有S31龍大高速、S358公常路、光僑路等，陸運便利。2）場內交通條件場內交通包括進場道路以及場內臨時道路。×××泵站進場道路可利用現有施工臨時道路（土建施工D2標負責改建或新建）和×××泵站進場道路（土建施工D2標負責新建）與現有道路連接；同時，根據施工規劃，新建或改建場內臨時道路。×××分干線以及×××工作井進場道路擬新建和改建的施工臨時道路與現有道路銜接。2.2管節設計管節采用鋼筒混凝土管（JCCP），管節外徑3600mm，內徑3000m，長3000mm。第三章頂管隧洞段施工重難點及措施3.1.頂管下穿既有公路沉降控制重點分析：頂管在DG01#工作井～DG臨02#頂管井～DG臨03#頂管井～DG04#頂管井共三個區間段存在下穿既有公路（楊朗路和青田路等道路），穿越段地質主要為V類花崗巖體全風化地層，局部為IV類強風化花崗巖和沖積黏土。頂進過程中對渣土進行改良，及時調整注漿量，防止過大或過少的注漿導致道路不均勻沉降。

應對措施：（1）項目部成立下穿建（構）筑物應急小組，做好過程監控。（2）頂進施工過程中加強出土量控制，防止超挖。（3）頂管穿越過程中對每節管節進行姿態復測，及時反饋監測數據。（4）頂進過程中及時注入觸變泥漿，保證管節壁厚與土體間的間隙及時填充。3.2上軟下硬地層頂進沉降控制是工程重難點重點分析：本標段頂管隧洞段在鉆孔ZKCE07～ZKCE08兩孔段揭露存在上軟下硬地層，頂管洞身上部位V類全風化花崗巖，下部為IV類強風化花崗巖，不利于頂管施工。易導致開挖面失穩沉降，工程性質較差，在該地層中掘進沉降控制是本工程重難點。應對措施：（1）選用合適的刀盤配置，采用復合式刀盤，有助于頂管頂進施工和開挖面穩定控制。（2）項目部成立下穿建（構）筑物應急小組，做好過程監控。（3）頂進施工過程中加強出土量控制，防止超挖。（4）頂進過程中及時注入觸變泥漿，保證管節壁厚與土體間的間隙及時填充。3.3頂管機在V類全風化花崗巖中掘進渣土改良重點分析：頂管機在V類全風化花崗巖中掘進，易結泥餅，造成刀盤開口率相對減小，頂力加大而掘進速度及貫入度降低，掘進工效降低。應對措施：（1）頂管機選型及刀盤類型的選擇上應適應本標段地層，盾構機應選擇開口率約35%～40%復合刀盤。（2）通過合理有效的渣土改良方式，提高渣土改良效果，以改善刀盤前方土體和易性，使刀盤前方土體更加容易排出。第四章頂管機選型4.1頂管機選型原則（1）根據招標文件對頂管機的要求。（2）頂管機制造商成熟經驗和成功施工的范例。（3）根據本標段特有的線路設計、地質水文、工期、施工條件、頂管管節類型等因素進行針對性設計，滿足××××工程×××標頂管隧洞段的施工要求。（4）頂管機的設計能滿足施工中多次拆卸、多次組裝和滿足多項隧洞工程的實際特點。4.2頂管分類4.2.1按頂管施工分類4.2.2按頂管工程分類（1）人工頂管（刃口式頂管）人工頂管（刃口式頂管），即是開放式（或敞口式），在施工時，采用手工的方法來破碎工作面的土層，破碎輔助工具主要有鎬、鍬以及沖擊錘等。最簡單的手掘式頂管只有頂進工具管，即只有一個鋼質的圓柱形外殼加上楔型的切削刃口。根據工作面的進入方式以及多種多樣的可選擇的手掘式施工工具，在無需采用輔助措施的情況下，手掘式頂管既可應用于不含水的松軟地層，也可應用于不含水的硬地層。圖4.2.1-1人工頂管工作原理圖（2）土壓平衡頂管（機械式頂管）土壓平衡頂管指的是一種全斷面機械化掘進，并采用機械的方法來平衡地層壓力的頂管。對工作面的壓力平衡，是由幾乎封閉狀的上面鑲有切削具的刀盤來完成。其進土口或者是固定不變的或者其大小是可以調節的，由切削刀盤破碎下來的渣土首先通過螺旋輸送器輸送至位于其后的運輸裝置（人力車、軌道式的礦車或者傳送帶等），再由此輸送到地表。土壓平衡頂管機適用于軟土、粉土、粘土以及含水量較小的砂土等地層施工。圖4.2.1-2土壓平衡頂管工作原理圖泥水平衡（3）巖石頂管（TBM）泥水平衡巖石頂管穿越技術是一項新的穿越技術，適用于一般硬度的巖石穿越工程，具有成本低、效率高的特點。這類掘進機所面臨的基本問題是如何破巖，保持掘進的高效率和工程順利。巖石頂管技術一般需要注意一下幾項內容：頂管機內更換切削滾刀較容易，避免刀頭