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顶管施工方案

顶管施工方案

北区萧林、虹桥路污水管道工程，萧林路上共有工作井3座，接收井2座，即1#工作井—1#接收井长250米、2#工作井—1#接收井长250米、2#工作井—2#接收井220米，3#工作井—2#工作井280米。

顶管管材采用￠1000F型钢筋砼管。

方案根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定。

在粘性土或砂性土层，且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法；当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施；在软土层且无障碍物的条件下，管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶管法；　在粘性土层中必须控制地面隆陷时，宜采用土压平衡顶管法；在粉砂土层中且需要控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法。

通过1#、2#工作井下沉，发现地质报告与实际土质有差别,1#、2#井在黄海高程-3.372～-1.164米，地质勘探土质为灰黄色粉质粘土，而通过对1#、2#工作井下沉发现土质为黄褐色粘土。

采用泥水平衡施工工艺,土不化浆,无法进行顶进,且在萧林路有三道老河塘回填,采用泥水平衡工艺顶进时遇到大的石块无法处理。

因此宜采用手掘式施工方案,手掘式法最大的优点，遇到大的石块，可以采用破碎机进行破碎。

手掘式施工方案

一、工艺流程：

顶管施工准备→顶力计算→测量放样→导轨铺设→顶管后靠背 →顶管动力、照明→洞口止水→穿墙→顶进开始试阶段以及纠偏方法→出土方案→安放中继间

（一）、顶管前的准备工作

顶管中的所有设备在顶管前三天前要全部到场，包括：

吊车、空压机、注浆机、油压泵、水泵等，动力和照明电缆线要全部按要求铺设到位，所有顶管施工人员要全部到场。

（二）、顶力计算

1、推力的理论计算：

（Φ1000计算）

F=F1十F2

其中F—总推力

Fl一迎面阻力F2—顶进阻力

F1＝π/4*D2*P（D—管外径1.2米p—控制土压力）

P＝Ko*γ*Ho

式中Ko—静止土压力系数，一般取0.55

Ho—地面至掘进机中心的厚度，取最大值6m

γ—土的湿重量，取1.9t/m3

P＝0.55*1.9*6＝6.27t/m2

F1=3.14/4*1.22*6.27＝7.09t

F2＝πD*f*L

式中f一管外表面平均（根据顶进距离平均粘土）综合摩阻力，取0.8t/m2

D—管外径1.2m

L—顶距

F2＝3.14*1.2*0.8*280＝844.03t。

因此，总推力F=7.09+844.03＝851.12t。

根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。

工作井（Φ1000mm顶管）设计允许承受的最大顶力为500t，管材轴向允许推力450t，主顶油缸选用2台200t（2000KN）级油缸。

每只油缸顶力控制在200t以下，280米顶管所需推力不够，因此我们中间需要额外的顶进系统，需设中继间进行接力顶进。

每段顶管拟在机头后部每隔70米安放一只中继间。

（除3#工作井到2#接受井280米放3个中继间，别的每段顶管放2个中继间。

） 

（三）、测量放样

　顶管管线放线是保证顶管轴线正确的关键。

放线准确就能保证顶管机按设计要求顺利进洞，满足施工质量要求；反之，就可能造成顶管轴线偏差，影响工程进度和工程质量，同时也会造成顶进时设备损坏，使顶管停顿。

顶管管线放线，就是将工作井出洞口和接收入井进洞口的点正确引入工作井内，指导顶管顶进的方向和距离。

从理论上讲，工作井和接收入井的坐标和标高在沉井下沉时都已明确，通过计算很容易确定。

然而由于沉井下沉时的误差，这样从理论上计算放出的线就不一定符合。

目前，顶管管线放线常常是根据工作井和接收井的实际位置，按设计要求，通过测量实际放出管线位置。

具体如下：

1、管线标高的测量使用水准仪测得工作井和接收入井洞底标高，根据标高高差和工作井与接收井距离算出坡度。

2、轴线测量的方法

（1）、通视条件下的测量使用引线法引工作井及接收井预留洞口中心至工作井的井壁。

置经纬仪于接收井中心A点，把花杆放在工作井预留洞中心井上口B点，作AB直线的延长线，并在工作井后部定出一点C。

保证C、A、B在一条轴线上，工作上B点、C点用铅丝将管线轴线拉出来，上吊两个垂球将管线轴线引至坑底B/、C/点用以确定管线顶进轴线。

C/点架设激光经纬仪，对准B/点，确定顶管顶轴线

（2）、在轴线定好后即可安装导轨以及后顶，先根据导轨本身的尺寸计算出导轨顶面至轴线的高差h，至水平仪于井下，在井四周做出4~6个临水点，保证轴线标高，安放导轨时可用线绳在相对的两个临水点拉出一条直线，使导轨顶轻触于线绳既可，然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线重合，导轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程，最后支撑导轨至井壁上。

3、纠偏方法与措施

（1）有严格的放样复核制度，并做好原始记录。

顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：

施工组测量员→项目管理部→监理工程师，确保测量万无一失。

（2）布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。

（3）顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10’～20’不得大于0.5°。

并设置偏差警戒线。

（4）初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。

（5）开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。

（6）、平面纠偏，采用经纬仪测量检查，高程偏差采用水准仪测量。

测量的频率一般每天四次，出洞前更要勤测量。

（四）、导轨铺设：

　　基坑导轨是安装在工作井内为管子出洞提供一个基准的设备。

导轨要求具备坚固、挺直，管子压上去不变形等特征。

由于顶管重量重，为此我们采用了复合型基坑导轨。

   基坑导轨铺设应注意管线轴线、导轨标高和导轨支撑稳定性几个方面的问题。

1、管线轴线：

根据管线轴线测量结果，铺设轨道时，将轨道中线与管线轴线重合。

2、管线标高：

由于采用的是复合型轨道，因此铺设轨道时必须了解轨道的基本结构。

（五）、顶管后靠背

　　工作井的顶管，后座墙用两块各20MM厚钢板,中间用浇筑C20砼，在钢板与井壁之间浇筑C20砼，和厚钢板一同作为后座墙。

待其混凝土达到75%以上强度后方可进行顶管的顶进工作，否则就可能造成顶管过程出现各种意想不到的事故，影响顶管顶进。

对于后座墙附加层的做法，采用以下方法

1、后座墙附加层工作面必须与顶管管线垂直。

2、后座墙附加层的宽度应满足主顶油缸发射长度，厚度根据工作井的直径和后靠背顶铁的宽度而定。

3、后座墙附加层做法采用钢筋混凝土，标号C20以上，当后座墙附加层覆盖洞口时，应在洞口处用型钢加固。

4、后座墙附加层严禁采用方木，因木材具有弹性，顶管顶进时，主顶油缸反复作用会造成木材反复受力，形成疲劳破坏，影响顶进质量，同时也会造成顶进设备损坏。

六、顶管动力、照明

动力电缆设置：

管内设置一路电缆，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低问题，放大电缆截面，以减少电阻，电缆接头采用电缆接头箱。

井下施工的所有移动电机具和设备，必须有严格的接地措施。

井下、管道内的照明必须用12V安全电压。

（七）、洞口止水　

1、顶管工程中，为使管子能顺利从工作井内出洞，一般采取工作井预留洞口比管节外径略大些（一般为100mm）的方式，顶进时此间隙需采取有效措施进行封闭，否则地下水和泥砂就会从该间隙流到工作井内，会造成洞口上部地表的塌陷，甚至会造成事故，殃及周围的建筑物和地下管线的安全。

因此，顶管过程中洞口止水是一个不容忽视的环节，必须认真、仔细地做好此项工作。

2、我们采用的洞口止水方法是在工作井制作时，需在出洞口处做一弓形的止水墙，以便将洞口止水装置安装在平面上。

止水墙的混凝土标号同工作井混凝土标号，预先在洞口预埋一个10mm厚钢法兰，在钢法兰上焊接螺栓，安装16mm厚橡胶法兰，用10mm厚钢压板压紧。

（八）、穿墙

　　从打开封门，将掘进机顶出工作井外，这一过程称为穿墙。

穿墙是顶管施工中的一道重要工序，因为穿墙后掘进机方向的准确与否将会给以后管道的方向控制和井内管节的拼装工作带来影响。

穿墙时，首先要防止井外的泥水大量涌入井内，严防塌方和流沙。

其次要使管道不偏离轴线，顶进方向要准确。

1、防止井外泥水涌入井内的措施：

为防止井外泥水涌入井内，在沉井下沉时首先应在洞口处砌挡土墙，同时在井壁外侧预埋钢板桩随同沉井一起下沉（钢板桩吊钩应漏出自然地面。

注意：

当沉井下沉时，要注意防止沉井周围建筑垃圾（如：

钢筋、碎砖石等）随沉井一同下沉，必须将其清理干净。

否则当掘进机出洞时，钢筋等杂物将进入绞笼，损坏绞刀，致使顶管不能正常顶进。

由于掘进机出洞碰上碎钢筋，导致绞刀损坏，修理绞刀时，顶管停顿，以后重新启动顶管顶进时，引起了一些其它的故障，处理起来时很麻烦。

2、若土质较软或有流沙，则必须在管子顶进方向距离工作井边一定范围，对整个土体进行改良或加固，视情况一般采用井点降水、注浆、旋喷桩、深层搅拌幕墙等措施，以提高这部分土体的强度，防止掘进机出洞时塌方。

3、当掘进机准备出洞时，应先破除砖封门并将杂物清理干净，将掘进机刃脚顶进工作井井壁中.

4、顶管出洞时，掘进机要调零。

5、要防止掘进机穿墙时下跌。

下跌的原因一是穿墙初期，因入土较少，掘进机的自重仅由两点支承，其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。

这时作用于支撑面上的应力很可超过允许承载力，使掘进机下跌；二是工作井下沉时扰动洞口土体且掘进机较重。

为防止掘进机下跌，可采取土体加固、加延伸导轨、保留洞口下部预留缝隙的砖墙、顶力合力中心低于管中心（约R/5--R/4）或将前部管子（一般3节左右）同掘进机用连接件连接成整体，同时掘进机头亦可抬高一些。

6、防止掘进机和前几节管子后退。

产生这种现象主要是因为掘进机的主顶面上主动土压力大于掘进机和管子的周边摩阻力和它们与导轨间摩阻力的总和。

一般采取在主顶油缸回缩前，用螺旋出土机部分土适当卸压，或在洞口两侧安装手拉葫芦拉住，或用木（钢）柱将管子顶住，使其不向后退。

7、由于顶管出洞是制约顶管顶进的关键工序，一旦顶管出洞技术措施采取不当，就有可能造成顶管在顶进过程中停顿。

而顶管在顶进途中的停顿将会引起一系列不良后果（如：

顶力增大、设备损坏等），严重影响顶管顶进的速度和质量，甚至造成顶管失败（九）、顶进开始调试阶段以及纠偏方法

1、顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。

机头下井后刀盘应离开封门1米左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不超过5mm，即可开始凿除砖封门，砖封门应尽量凿除干净，不要遗留块状物，同时可进行土体取样工作，使用Ф100，L=500mm的两根钢管在洞口上下部各取长400mm的土样，取样工作完成后随即顶机头，使机头刀盘贴住前方土体。

土压力表所显示的土压力为泥仓土压，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差ΔP，此值一般取15-30T，由于进泥口是衡定的，机头的土压控制主要通过顶速来调节，顶进过程中的方向控制

由于机头本身所具有的方向诱导装置，纠偏操作就变的简单易行了，操作员只要通过纠偏动作，始终保证激光点在二号光耙的中心既可。

2、纠偏方法与措施

（1）、有严格的放样复核制度，并做好原始记录。

顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：

施工组测量员→项目管理部→监理工程师，确保测量万无一失。

（2）、布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。

（3）、顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10/～20/不得大于0.5°。

并设置偏差警戒线。

（4）、初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。

（5）、开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。

（6）、平面纠偏，采用经纬仪测量检查，高程偏差采用水准仪测量。

测量的频率一般每天四次，出洞前更要勤测量（附平面布置图）

（十一）、出土方案

由于本工程顶管管上为原来老土层，所在顶管作业中必须严格遵循“先顶后挖”原则，严禁超挖。

人工掏土必须先上部后下部，挖土坡度不得大于60°。

为防止事故。

掏土深度每次为300mm。

制作专用运土斗车，每道管二台交替使用。

斗车行进由卷扬机拉动。

斗车装土运到工作坑内后由12t吊车吊到自然地面，用1m3履带液压挖机装车,4t自卸王运到8km以外的存土场地。

（十二）、中继间安放：

1、中继间千斤顶的数量应根据该段单元长度的计算顶力确定，根据计算每段顶管拟在机头后部每隔70米安放一只中继间。

2、中继间的外壳在伸缩时，滑动部分应具有止水性能；

3、中继间安装前应检查各部件，确认正常后方可安装；安装完毕应通过试运转检验后方可使用；

4、中继间的启动和拆除应由前向后依次进行；

5、拆除中继间时，应具有对接接头的措施；中继间外壳若不拆除时，应在安装前进行防腐处理。

二、雨季施工措施

    本地年平均降水量为936.19mm，施工过程中应随时掌握天气的变化情况，合理地组织进行施工，做好施工现场的防护工作，如遇大风、暴雨，应做好防台、防汛工作。

施工时采取如下几方面的措施，确保工程和财产不受到损失。

1、做好工作井和接收井内排水设施，工作井和接收井内四周均设置排水沟。

2、雨季对施工用的各种材料妥善保存，避免遭受雨淋。

当施工中遇雨时立即停止施工，雨季施工时运输车辆及现场配有防雨设施，以保护各种集料避免受到雨淋：

同时切实做好井四周排水工作，雨停迅速排除表面积水，恢复施工。

3、施工要做好防雨工作。

（1）掌握气象信息并安排好值班人员；

（2）必须了解工程周围情况，对施工需要重点保护的部位，事先应采取防护措施；

（3）住地及施工场地周围的排水设施，应完整通畅，保证积水能及时排干；

（4）材料堆放应分类堆放整齐，保证材料清洁和减少浪费；

（5）雨季施工一定要充分做好防雨措施，确保雨季施工的工程质量，备足彩条布等防雨材料。

（6）固定电箱必须离地1.2米，并要有接地装置，流动电箱必须使用标准安全电箱，保护装置必须有效、可靠，并在每天使用前检查电源和电器设备是否符合安全要求，并要有记录；

（7）过路电线必须架空或埋入地面下30cm，不能有接头。

（8）事先备好检修用设备，并做好防污排涝工作。

三、顶管施工质量控制

1、顶管施工质量控制

项目

允许偏差

钢筋砼管最大偏角

0.5°

管线轴线偏差

L≥70M

50MM

标高偏差

L≥70M

+30～-40

相邻管节错口

≤15MM无碎裂

接口抗渗试验应达

0.11MPa

内腰箍不渗漏，橡胶止水圈不脱出

 顶进过程中地面沉降控制范围

项目

允许变化范围（MM）

地面隆起的最大极限

+30

地面沉降的最大极限

-30

 顶管在纠偏过程中，应勤测量，多微调，每项纠偏角度应保持10´～20´，不得大于1°

2、控制路面下沉措施

（1）、在正常顶进时，管下部135o范围内不得超挖；管顶以上（超挖量不得大于1.5cm），采用手掘式施工顶进，严格控制喇叭口开口、出土量以及顶进速度。

（2）、可采用1:

1水泥浆置换触变泥浆。

1:

1水泥浆置换触变泥浆，宜采用活塞泵或螺杆泵。

管路接头宜选用拆卸方便、密封可靠的活接头。

注浆孔的布置宜按管道直径的大小确定，每个断面可设置3～5个，并具备排气功能；相邻断面上注浆孔可平行布置或交错布置。

1:

1水泥浆的配合比，应按管道周围土层的类别、膨润土的性质以及技术指标确定。

水泥浆的注浆量，宜按管道与其周围土层1米估算。

注浆压力可按不大于0.1MPa开始加压，在注浆过程中的注浆流量、压力等施工参数，应按减阻及控制地面变形的量测资料调整。

每个注浆孔宜安装阀门，注浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后可继续顶进。

四、文明施工措施

1、挂牌施工，接受群众监督。

2、建立建全文明管理制度，并定期召开文明施工大会，对成绩突出者予以奖励，对屡教不改者予以重罚。

3、工地材料及机械应堆放整齐，既有利于施工取用，又可保证周边环境卫生的清洁。

4、健全安全文明施工保证体系，落实各项安全、文明施工措施。

5、充分发挥现场党员、团员的作用，积极做好广大参建员工的政治思想工作，激发广大职工的劳动热情。

6、加强民工管理，加强“七不规范”和文明意识教育，提高民工的整体素质，促进工程施工顺利进行。

7、施工区域通道要指派专人清扫养护，确保道路平整、通畅、无积水。

8、施工区、生活区分隔明确，生活区做到整齐洁净，施工区建设机具设备排放整齐，有条不紊。

9、在施工中做好排水工作，在雨期加强值班巡逻。

10、加强施工现场管理，每次做到工完场清，各施工段的落手清工作。

11、生活区做到“五小”设施齐全，强化专人管理搞好室内环境卫生。

12、食堂要有卫生许可证，炊事员事先做好体检，食堂内必须做到无“四害”，熟生菜分开，预防疫病。

13、加强卫生教育宣传力度，使卫生落实到工地每个员工。

14、建立卫生管理组织，施工现场的卫生管理由项目经理负总责，分管专职人员具体负责日常管理工作。

15、、工地办公室做到整洁有序，窗明地净，桌椅摆放整齐，无积灰，图纸文具整齐划一，进入室内使人感到庄重大方、井井有条。

16、职工宿舍确保窗明地净，人上物品摆放整齐，宿舍保持通风良好，空气新鲜。

合理安排卫生值日。

17、遵守法律，服从政府的一切法令及法规，及时与当地政府有关部门订立治安协议，在政府部门的指导和支持下，共同搞好治安保卫工作

18、管道内出土，要随出随运，路面要有专人打扫。

五、安全施工保证措施及急救方案

（一）、安全施工保证措施

1、井下施工的所有移动电机具和设备，必须有严格的接地措施。

井下、管道内的照明必须用12V安全电压。

2、往井内运砼管等材料时，采用机械吊运时，吊斗下方严禁站人。

吊运应有专人指挥，并严格遵守起重机械的安全技术操作规程。

上下操作人员应相互配合。

严禁将各种砌筑材料向井内抛扔。

3、泥浆泵的架设和吊设必须牢靠，吊设泥浆泵的栏杆或固定物体，必须有足够大的拉力。

4、在隧道内安装一路排风管路,保证管内空气流畅,每个班组定时检查通风管道的情况,保证有足够的空气进入管内。

5、每个班次用专用仪器检测管内有毒及易燃气体的浓度，并在管内配备防毒面具，预防不测。

6、由于本区间管道顶进正处于汛期及台风季节，要专人接听天气预报，做到早了解早防范，要汛期及台风来临前，做好在工作井内布置一台渣浆泵、四台潜水泵及草包等，在工作井四周砌30cm踢脚。

在暴雨及台风时处理可能发生的事情，吊车吊运管材下井，要注意防风。

7、在施工平面总体规划上，工作井、接收井内的积水，用水泵及时排除。

“两及时”，即遇雨要及时检查，发现井内积水尽快排除。

8、每个班组每天上班不超过八个小时，特别是进入管内气操作工人，要保证有充足的精力，发现有头晕、胸闷，应立即上井。

9、土要做到随挖随运，防止土积多造成塌陷。

10、开展安全检查活动，对查出的安全隐患，必须定人定时定措施整改，使安全工作横向到边，纵向到底。

11、加强电器安全检查，现场电气设备严格实行接地和三相四线制，电动机械及电动工具设置漏电开关。

12、加强吊装作业安全，吊车垂直运输不得用“一点吊”，严格执行“十不吊”规程。

13、施工现场实行全封闭隔离，井边上设置安全护栏，上下扶梯必须设置扶手，严禁井上下抛物品。

14、夜间施工增加照明，安放红灯示警。

（二）、急救方案

1、如发生气体中毒事件，情况不明不能冒然下井，所有救援人员要在自身安全情况下才能救人，下井施救人员必须要配有防毒面具和氧气，并立刻拔打119、120急救电话，把吸入毒气人员放在安全通风的地方，等待医务人员急救。

2、在发生顶进时，如发现土质有变化，立即停止顶进，把顶头前封门关死，通知业务代表和总监，等业主代表和总监确认没有问题和没安全隐患的情况下才能顶进。

在顶管顶进中如发生穿孔现象，在有条件情况下关闭机头封门，管内人员要有顺迅速离开，撤到安全地方，在这方面，我们项目部在顶管顶进之前，要进行培训和演练，并及时作出总结，对存有的问题在日后的工作中加以提高。

北区萧林、虹桥路污水管道工程

2006．5．24