DN人工顶管施工方案.docx

1、DN人工顶管施工方案北京市东北热电中心再生水供水工程东坝南二街再生水管线（机场二通道东高路） 顶管施工专项方案 编制人： 审核人： 审批人： 北京城建集团有限责任公司2014年6月20日一、工程概述1.1总体概况为配合东北热电中心工程建设，满足其冷却循环用水需求，新建再生水供水专用管线。本工程再生水供水水源为酒仙桥再生水厂，再生水用户为北京市东北热电中心。本工程采用压力供水，设计供水规模6.0万m3/d，西起机场二通道东，向东与东高路相交。1.2顶管工程概况本工程顶管段分为3段，均为人工顶管，人工顶管处砼管分为DN1600和DN2400两种，套管内穿再生水管为DN1020的螺纹钢管，每节钢管长

2、6m。顶管段概况表：序号顶管段长度（m）顶管方法备注15#7# DN160035.5人工顶管1.3加固处理 本工程顶管段为人工顶管，人工顶管处砼管分为DN1600和DN2400两种，由于地质勘察报告中显示地面9米以上为杂填土，为防止开挖过程中土体塌落需沿管线对管体上方进行注浆加固，孔距1m梅花形布置，加固范围管中心外扩3.44m（即管外壁外扩2m），加固宽度6.88m ,施工工艺同竖井注浆加固方案，注浆量：3.14*2.962*35.5*0.4=488.33m3附图：1.4过河段处理措施1、本工程为北京市东北热电中心再生水供水工程东坝南二街再生水管线（机场二通道东高路）中水人工顶管段，管材为D

3、N1600双胶圈钢承插口钢筋混凝土排水管，本段设计为人工顶管，但顶管需下穿18米宽的河道，且管线在河道下方的覆土为1.2米。2、 施工中遇到的问题在顶管下穿河道时由于覆土为1.2米，且河道内有水，淤泥为0.5米，顶管管头顶到河道下方时，管道上方的土体由于河道内的水长时间浸泡开始出现塌方。3、 施工措施由于管道上方覆土较浅，因此采用开槽方式，首先对管线两侧10米河道进行截流，然后在把截流段内的水抽干，进行前边钩机开槽0.5米，人工配合清槽，后面推顶0.5米，重复施工的方法推进。管线施工完成后再对河道进行恢复。4、人工、材料、机械项目名称工程量150钩机6天土车7车次人工100工日5KW水泵5天5

4、、 附图现况平面图 剖面图二、顶管方法根据地质资料揭露情况，本工程管线穿越之处均处于地下水位以下，根据图纸设计情况，本工程沿线管段均为直线段顶管，在顶管过程中，应控制顶管的走水方向，以及坐标控制，保证管道顶进之后，其坡度、坐标符合设计要求。为保证管道顶进、挖土作业顺利进行，管内及工作井不能有积水现象，在工作井设置集水井，用抽水机抽出至地面的沉淀池，经沉淀后排至市政雨水井。顶管时，在防止塌方管头加一个及可纠偏挤压式工具管，并采用触变泥浆减阻措施，采用机械配合人工掘进出土的方法进行管道顶进。三、施工工艺流程四、地质情况及工作井、接收井的设置（一）地质情况详见地质勘察报告（二）、顶管工作井及接收井的

5、设置1、工作井的位置顶管工作井是顶管起始点，这里除安装有顶进设置外，还设置有穿墙孔、后背以及各种预埋件。工作井根据设计尺寸已考虑管道下放、各种设备进出、人员上下、井内操作等必要的空间以及排放弃土的位置等等。本工程顶管工作井的位置设计院已充分考虑，根据设计院所设计的工作井进行施工。2、后背及后座后背是将主油缸顶力传递到承重工作井墙。后背的结构要根据计算而定，其构造是整体的。本工程井设计考虑了顶管的顶力诸多因素。五、顶管工具管顶管专用钢砼管前面的是工具管，在下钢砼管前，需先顶进工具节，然后顶进钢砼管。工具管主要是控制管线方向、坐标、高程。六、顶力计算及顶时设备的配置对于顶管顶力的计算，管径、埋深、

6、顶时长度、土质是否采用减阻措施，挖土工艺等都对顶力具有一定的影响，顶管的总顶力主要分为两个部分：下面阻力和四周的磨擦力，即总顶力F=F1+F2。本工程采用挤压式工具管。F1工具管的正面阻力（KN），由于该工程采用挤压式工具管，故F1=D2（l-e） RD工具管外径（m）E开口率 e=S1/S2S1工具管开口面积S2工具管横截面积R挤压阻力（KN/M2），取R=300500KN/ M2F2管道磨擦阻力（KN），F2=f2LL=管道总长度（m）F2单位长度管道磨擦阻力（KN/M）。管道的摩阻力是指管壁与土之间的磨擦阻力，由于该工程采用触变泥浆减阻措施，故f2=DfD管道外径（m），顶管采用的管材一

7、般其壁厚为其内径的1/10。F管壁与土的平均阻力（KN/ M2）（见下表）触变泥浆中管壁与土地的平均磨擦力（f）土的类别软粘土粉粘土粉细土平均磨擦阻力（KN/ M2）砼管4.06.06.010.010.016.0钢管3.05.05.08.08.012.0本工程采用双胶圈钢承插口钢筋砼管，其顶力计算如下。故5#-7#最大顶力：F=F1+F2=（/4）/ D2（l-e）R+f2L=（/4）/ D2（l-S1/S2）R+ D fL=（3.14/4）/1.922（l-0.4）*400+3.14*1.92*8*35.5=1712.179KN序号顶管段长度（m）最大顶力（KN）备注15#7# DN1600

8、35.51712.179工具管外径、管道外径（m）S1工具管开口面积（m2）S2工具管横截面积（m2）R挤压阻力， 取R=300500KN/ M2D管道外径（m）f管壁与土的平均阻力（KN/ M2）（见下表L=管道长度（m）在选用顶管设备时,每坑采用2个200t的千斤顶作业,上下各两个,额定最大顶力为400t，最大顶力均不超过2个200t千斤顶的顶力，最大工作顶力为1712.2KN，这里暂以1712KN考虑。七、顶管工作平台及棚架搭设（一）顶管工作平台1、工作平台搭设在工作井的顶面，主梁采用型钢，上面铺设150*150枋木，作为承重平台，在平台上口装设有带滚动轮和导轨的活动盖板。2、承重主梁必

9、须根据荷载计算选用，一般采用30号以上工字钢，本工程拟采用32b工字钢，主梁两端伸出工作坑壁搭地不得小于1.2M。3、平台口的长度和宽度各大于管节长度及管外壁0.8M，即平台口的尺寸为：长度LL1+0.8宽度BD1+0.8式中：L1管子长度（M）D1管外径（M）本工程估计每节管道长度为3M，故LL1+0.8=3+0.8=3.8MB D1+0.8=3.36+0.8=4.16M，取B=4.2M。4、工作井口上的平台孔口必须安装护拦，上下入设置牢固的爬梯。（二）、棚架本工程起吊设备采用门吊，具体详见本章第四节顶管设备的选用中的吊装设备，支搭于工作平台上的门吊宜安装在防雨棚下面，防雨棚采用铁支架，上盖

10、镀锌波纹铁皮，并安装牢固。八、设备的安装（一）顶管设施安装1. 后背安全系数的核算土体的被动泥水力：式中：p 土壤的总被动泥水力r 土壤容重（KNm3） r =19.8 （土壤的内摩擦角度） = 15.6c 土壤的粘聚力（KNm2） c = 27h 天然土壁后背墙高度 h = 10.4m以上土质参数是根据岩土勘察报告中的数据，按不同的土层厚度加权平均，计算得出。则： 2282 (kN/m)顶进时所需最大后背宽度：式中： B 后背受力宽度 F 顶管中的最大顶推力，F = 3516KNP 土体被动泥水力，P = 2558kN/m经计算，顶管过程中，需要后背宽度为1米，实际施工时考虑顶镐架后背宽度设

11、为5米，可以满足施工需要。2. 后背安装基坑验收合格后，安装顶管设备，首先安装后背。（1）机械顶管后背结构为：锚喷墙+混凝土后背+后背铁。（2）混凝土后背为钢筋混凝土结构，与锚喷墙浇筑成为一个整体，长度为5米，高度为5米，厚度0.6米。22钢筋双向双层排列，混凝土强度C30。（3）在混凝土后背前垂直地面放置后背铁，后背铁与锚喷墙面之间的空隙以C10素混凝土浇灌填充。（4）后背墙表面要平顺，并且垂直于顶进管道的轴线，避免产生偏心受压。（5）后背的安装允许偏差为： 垂 直 度：0.1% H 水平扭转度：0.1% L 其中 H为后背的高度，L为后背的宽度。（6）顶管完成后需对后背进行破除。3. 基坑

12、导轨安装导轨安装是顶管施工中一项重要的工作，安装的准确与否直接影响管道的顶进质量。1. 导轨内距的确定：其中：A两导轨内距（mm） D管内径（mm），D=1600mm d 管壁厚（mm），d = 160mm 则： 导轨安装内距为1061毫米，这样确定的导轨顶面与管道流水面高程相同。2. 导轨安装1. 在基坑底部设置 150150 毫米的方木，方木长度为2米，方木间距为400毫米，测量每根方木的高程，使其与顶进坡度相一致。2. 将钢质导轨平铺于方木之上，测量导轨的中线位置与高程偏差，其允许偏差为： 导轨内距：2mm； 中 心 线：3mm； 顶面高程：010mm。3. 两导轨要平行、等高，或略高于

13、该处管道设计高程，其纵坡与管道设计坡度一致。4. 使用30#工字钢稳固导轨，工字钢一端须牢牢抵在基坑侧墙上，另一端与导轨焊接，每根导轨不小少三根工字钢。5. 安装后导轨要牢固，不得在顶进施工中发生位移，且设专人每天进行检查。（二）、 洞门处理若土质松散，为防止顶管入洞时土体滑塌，涌入基坑，可对洞门采用全断面注浆加固。设置DN32、长度 4.0米的注浆导管，导管之间间隔 0.5米，加固范围宽度5米、高度5米。向小导管内注入水泥+水玻璃浆液，注浆压力维持到 0.1-0.15Mpa。注浆24小时后，使用风镐将洞门处的混凝土凿除，洞口为圆形，直径为1500毫米。 洞门处使用22钢筋将钢格栅内、外连接焊

14、牢后，再将其钢格栅割断。洞口处，人工向前挖土 300500毫米，将混凝土、钢筋及其它杂物清除干净。（三）、出泥设备本工程由于顶管的管段距离较长，出泥拟采用轨道矿车进行运输，采用人工手推车运土。（四）、通风设备及送风对于长距离和超长距离顶管，操作人员在地下作业要不断补充新鲜空气，作业中产生的废气需要及时排除，管道通风是必要的。地下作业通风的最低标准是每人每小时30M3，即0.5 M/min。管内通风通常采用鼓风机，并配上鼓风管。鼓风管一般采用塑料布加工的软皮管，距离增加后再设轴流风机接力通风。但它受季节性的影响。本工程拟采用一套专用通风设备，该设备采用压缩空气通风。九、顶进设备的试车运行1、设备

15、试车运行及顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并应随时观察顶铁有无异常迹象。2、顶进开始时，应缓慢进行， 待各接触部分密合后，再按正常顶进速度顶进。 3、顶进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进。4、液压油缸活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。十、顶管施工照明一、施工照明要求1、一般场所采用电压220V的照明器材。对下列特殊场所及地下管道应选用低压36V安全电压照明。（1）管内照明灯具高度为2.2米电源电压不大于36V。（2）在潮湿和易触及带电体场的照明电源电压都不得大于36V。（3）在特别潮湿的场导电良好的地面或金属容器内的工作照明，电源电压不得大于12V。2、照明系统工有每一单相

16、回路上，灯具数量不、超过25个，每个照明开关箱控制均为3KW功率，电流为15A。3、实用行灯应符合下列要求：（1）电源电压不得超过36V。（2）灯体与手柄稳固，绝缘良好并耐热潮湿，灯头无开关。（3）灯泡外部有金属保护网。（4）金属网、反光罩、悬节挂钩应固定在灯具的绝缘部位上。4、照明变压器必须使用比绕组型，严禁使用自藉变压器。5、单相及二相线路中，零线截面与相线截面相同。6、三相四线制线路中，当照明器为白炽灯时，零线截面按相线载流量的50%选择。当照明器为气体放电进，零线截面与相线截面相等，若数条线路共用一条零线时，零线截面按最大负荷相的电流选择。7、照明灯具的金属外壳必须做接零保护，单向回路

17、的照明，开关箱内必须设置隔离开关及漏电保护器。十一、触变泥浆减阻为了减少顶时阻力，增大顶进力度，并防止塌方，顶管时一般管壁与土壤的缝隙间注入一种具有润滑作用的泥浆，形成泥浆套，减少管壁与土壤之间的磨擦阻力，这种泥浆就是触变泥浆。触变泥浆除起润滑作用外，静置一定时间泥浆固结，产生强度。泥浆在输送和灌注过程中具有流动、可泵性，灌注主要从顶管前端进行，顶进一定距离后应从后端及中间进行补浆。泥浆在高于水压力的情况下向周围渗透，同时在土体表面形成泥皮，泥皮的形成阻止泥浆向土中渗透，泥皮在泥浆压力的作用下又平衡土压力，不使土体坍塌。触变泥浆套的形成依赖于工具管，工具管的外径一般比管道外径大25CM，随着管

18、道的顶进，工具管后面逐渐形成12.5CM厚的环状空间。与此同时，工具管向管外压注触就泥浆，填充环状空间，形成泥浆套。在长距离或超长距离顶管中，由于施工工期较长，泥浆的失水将会将会导致触变泥浆失效，因此必须在管道沿程，工具管开始每隔一定距离设置补浆孔，及时补充新的触变泥浆，本工程拟在中继环附近均设置被浆孔。（一）触变泥浆的配制触变泥浆是由膨润土、水和掺合剂按一定的比例混合而成，其中膨润土是主要万分，水占大部分，而掺合剂对触变泥浆的影响极大，含量虽小，也不容忽视。膨润土运到现场后要分批测得触变泥浆的胶质值，并按下表配制泥浆。触变泥浆胶质值触变泥浆水碳酸钠6070100524237080100524

19、1.52809010061423901001006141.52泥浆要充分拌合并停滞12小时以上方可使用。为了在顶进完毕后使触变泥浆固结增强，可掺入凝固剂（石灰膏），但为了在施工使用时保持流动性，还必须掺入缓凝剂（工业六糖）和塑化剂（松香酸钠），本工程触变泥浆总用量（详见主要措施材料汇总表），其配比（重量比）按下表：膨润王石膏工业六糖松香酸钠（千重）水1004210.128附注：石灰膏的含水量为110%，实际石灰占膨润土的比重为20%（二）应用触变泥浆设备包括：泥浆封闭设备、调浆设备和灌浆设备泥浆封闭设备包括前封闭管（产端刃脚工具管设封闭环）及后封闭圈，主要作用是防止泥浆从管端流出。前封闭管的外

20、径比所顶管子的外径大4080MM，即管外形成一个2040MM厚的泥浆环。前封闭管前端应有刃脚，顶进进切土前进，使管外土壤紧贴前封闭管的外壁，以防漏浆，或者前封闭前另行安排具有刃脚并有调向设备的顶进工具管，调浆设备包括拌合机及储浆罐。灌浆设备包括泥浆泵、输浆管、分浆罐及喷浆管等。注浆泵采用BW250/50型注浆泵，压力为2050 Kg/CM。排量为：150250L/min，在注浆时压力控制在0.10.2Mpa左右。（三）注浆孔的设置注泥孔一般设置在环形套筒的下面，套筒向后开口，环向连通。同一断面上一般设置3个，顶面一个，两侧各一个，底部不设注浆孔，管道在泥浆中都成上浮状态。因此在正常情况下，管道

21、向洞穴的顶部靠近，管道底部的泥浆会自动向下流动，故管道底部不设压浆孔。（四）触变泥浆的拌合程序1、将定量的水放入搅拌罐内，并取其中一部分水溶化碱；2、在搅拌过程中，将定量的膨润土徐徐加入搅拌罐内，搅拌均匀；3、将溶化的碱水倒入搅拌罐内（碱水必须在膨润土搅拌均匀后放入），再搅拌均匀，入置12h后即可使用。4、触变泥浆掺入凝固剂时的拌合程序：A、用规定比例的水分别将工业六糖及松香酸钠溶化；B、将溶化的工业六糖放入石灰膏，拌合成均匀的石灰浆；C、再溶化的松香酸钠放入石灰浆内，拌合均匀；D、将上述拌合好的掺入剂，按规定比例倒入已拌合好并放置12h的触变泥浆内，搅拌均匀，即可使用。（五）注浆工艺程序顶管

22、的注浆工艺程序是：先压后顶，随顶随压。如果先顶管，工具管向前移时泥浆套的容各扩大，产生抽吸作用，极容易造成洞穴的坍塌，特别是砂性土，砂土坍入泥浆套，使泥浆套残缺不全，因此先停顶管。（六）触变泥浆使用应注意事项1、注浆孔的布置宜按管道直径的大小确定，一般每个断面可设置34个，并具备排气功能。2、搅拌均匀的泥浆应静置一定时间后方可灌注。3、灌浆前，应通过注水检查灌浆设备，确认设备正常后方可灌注。4、灌浆压力可按不大于0.1Mpa开始加压，在灌浆过程中再按实际情况调整。5、灌浆时，按灌浆孔断面位置的前后顺序依次进行，并应与管道和中继环间的顶进同步。6、灌浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，应

23、经处理后方可继续顶进。十二、建筑物附近监测1、测点布置纵断面观测点沿顶管轴线每隔10m 布置一个，横断面观测点，每断面为轴线左右3米，设置五个沉降观测点，如图所示：2、监测方法及时间：采用水准仪、经纬仪进行静态连续路面位移及沉降观测。 观测时间为：.顶进前测定桩顶原始标高；.顶进到达时测定地面隆陷情况；.机头通过后的沉降值；.13日后的沉降值及沉降速率；.710日后的沉降值；.在有特殊要求时还须测最终沉降值；在坚实路面处设置观测点，应凿除坚硬路面及基层，将桩埋入土体。3、 数据采集及处理方案数据采集采用人工记录方式，并需多人观测记录。数据用软件处理，做到数据清晰、分析合理、及时准确。4、 减少

24、测量误差的措施、对测量仪器进行定时检查。、观测时须多人进行观测，确保观测值准确。、采用模型改正法减小误差。、连续长时段进行观测。十三、管道顶进施工 （一）下管就位1、检查管子：下管前应对管子外观进行检查，管子应无破损及纵向裂缝，端面要平直，管壁无井陷或鼓包，管壁应光洁。检查合格的管子方可用起重设备+吊到工作井的导轨上就位。2、检查起重设备：本工程使用门吊，施工时应经检查、试吊，确认安全可靠方可下管，下管时工作井内严禁站人。当距导轨小于50CM时，操作人员方可进前工作。3、管子就位：第一节管子下到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方中顶进。第一节管为工具管，顶进方向与高程

25、的准确，是保证整段顶管质量的关键。（二）顶管挖土管前挖土是控制管节顶时方向和高程，减少偏差的重要作业，是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键，因此管前挖土有如下要求：1、管前挖土的长度：在一般顶管地段，土质良好，可超越前端3050CM；上面有一般构筑物地段，不昨超越端以外1.5CM，随挖随顶，在构筑物下方外附近，不得超过1.5CM。2、管子周围的超挖：在不允许土下沉的顶管地段（如上面有重要构筑物或其它管道），管子周围一律不得超挖。在一般顶管地段，上面允许超挖1.5CM，但在下面135范围内不得超挖，一定要保持管壁与土基表面吻合。（三）穿墙从打开穿墙管闷板，将工具管顶出井外，到安装好穿墙止水，这一

26、过程中叫穿墙。穿墙是顶管中一道重要工序，因为穿墙后工具管方向的准确与否将会给以后管道的方向控制和井内管道的拼装工作带来影响。穿墙时，首先要防止并外泥水大量涌入井内，严防塌方、流砂和流泥，其次要使管道不偏离轴线，顶进方向正确。穿墙塌方时有发生，特别是深工作井处，水柱压力高，。更容易发生。为了避免地下水和泥砂大量涌入工作井造成塌方，拟采取下列措施：1、穿墙孔应昼置于粘性土内，并要求该土层有一定的强度，土体基本稳定，2、在流塑状态的淤泥中穿墙林防止管道回弹。因为穿墙时，工具管下面阻力较大，管壁四周的摩阻力很小。流塑状态的淤泥，可以促使工具管回弹，严惩时主油缸回缩，管道同时回缩，以致造成正面大量塌方，

27、无法正常施工。3、在砂性土中穿墙，则需要对穿墙管外地基局部加固或降低地下水位。地基加固方法有深层搅拌，旋喷加固等。采用深层搅拌机和旋喷加固土体时，在井壁附近必然存在盲区，自穿墙壁管管口开始应等于或大于工具管的长度，但不小于3M，如采用降水固结土体，应降至管底。4、穿墙管内应充填填充物，起临时止不和挡土的作用于。穿墙时防止塌方是保证管道按设计轴线面进首要条件，为了使管道顶进方向不偏离轴线，除采用防止塌方的措施外，还应采取如下措施：1、工具管要严格调零。工具管外形在轴线上要调正成一条直线时，此时仪表反映的角度应该零。调零后应将油缸锁住，不再让工具管纠偏角变动。2、要防止工具管穿墙时下跌，管道下偏。

28、工具管下跌的原因，并非因为工具管太重，工具管比同体积的土相比要轻，入土垢管底的地基应力只会减少，所以不会因工具管的自重而下沉。但在穿墙的初期，因入土较小，工具管的自重仅由两点的支承，其中一点是导轨，另一点则是入土较汪的土体，为时作用于土体支撑面上的应力很可能超过允许承载力，使工具管下跌。为了防止工具管下跌，穿墙管下部要有支托，不使工具管下沉，并要加强管段与工具管，以及管段与管段之间的联结。3、穿墙阶段可利用主油缸纠偏，工具管尚未入土，或者工具管虽已入土，但后续管入土还少，此时工具管无法纠编，纠了偏甚至效果适得其反。这时为了纠正管道的走向，可变化主油缸的合力叫心，停止向某一油缸送油。如果合力中心

29、左移，管道向右纠偏，合力中心右移，管道向左纠偏。4、工具管穿墙时宜带上一个向上的初始角（约+5）以弥补管道下跌。5、在浅层或者无地下水的土层中穿墙比较简单，但对于本工程管道埋置较深，水压力可能较大的土层中穿墙，技术措施要周全，准备工作要充分，特别是闷板开启要快，工具管推进要迅速，不使穿墙管内的土体暴时间过长。暴露时间越长，危险性越大。因为闷板开启后，穿墙管内的土体失去侧向压力，土体随时间而变位，变位到一定程度后就要塌方，工具管必须抢在这一渐变的间息穿墙顶进，待工具管接触土体，土体恢复了侧向压力，又会趋于稳定，而且工具管对土体的挤压，使穿墙管与工具和这之间的环状被挤实，阻止井外的泥水向井内渗透。

30、1、本利用主油缸将工具管顶住闷板，拆除闷板四周的螺体，这时闷板上的土压力全部作用在工具管上。2、主油缸少量缩回，同时迅速吊起闷板，一旦闷板吊了，工具管迅速顶进，同时出泥。3、当工具管的尾部接近穿墙管而泥浆未进洞时，应停止顶进，装第一挡环，接着绕盘极，再装上第二个挡环和轧兰，最后焊轧马。然后借助管道顶进的力量，通过轧马将盘留下一定的压缩余量，以供盘根磨损后再次压紧，达到止水止泥。采用盘根止水的穿墙管，能随较大的水压力，磨损后修理比较方便并且可以作为永久止水。同时，这种穿墙止水有一定的阻力，每延长米可达50KN左右，要损失一部顶力，利用这一阻力在淤泥中穿墙可防止管道回弹。（四）管道顶时1、顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部分密合后，再按正常顶进速度顶进。2、顶进中若发现油路子压力增高，应停止顶进，检查原因并经过处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。3、