集中供热热力网工程顶管施工方案.docx

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集中供热热力网工程顶管施工方案

集中供热热力网工程顶管施工方案

1、工作坑及顶进中的测量

1.1施工前须将管线的中线点及水准点引至工作坑附近，并作上标记。

工作坑施工完成后，将地面管道中心桩用经纬仪（标称精度不低于6″）引入工作坑两侧坑壁上或支撑上，作为顶管中心的测量基线。

1.2将地面的临时水准点用水准仪（精度指标不低于3mm）引入工作坑的底部，每一个工作坑须设置三个水准点，选择不易碰撞及不遮挡测量的地方设置。

1.3工作坑的中心桩与水准点设置必须牢固可靠，要经常校对并保证准确。

1.4对中心桩设置可靠的延长桩，延长桩设置时采用2″经纬仪用正倒镜实施，结果采用归化法确定。

管道中心桩位置，要考虑到后背或基础变形影响。

1.5检查、校对各种测量仪器及工具均经权威坚定部门检测，切在检测期内使用，凡不符和精度标准且过了检测期的绝对不许使用。

1.6每顶近300mm，用经纬仪测设管中心线位置、水准仪测量流水面高程一次。

下完一根管后用经纬仪及水准仪核测一次中心及管高程。

每天做好现况地面沉降施测，早晚一次做好测量记录。

1.7全段顶完后，应在每个管节接口处测量其中心位置和高程，有错口时，应测出错口的高差。

2、工作坑、接收坑施工

2.1根据直埋管道配管尺寸确定顶管坑尺寸：

2.1.1工作坑布置在地下管线较少且地势空旷地段。

2.1.2工作坑开挖尺寸：

9m×3m×6.0m。

2.1.3接收坑布置在直埋管道出口处。

2.1.4接收坑开挖尺寸：

Φ3m×6.0m。

2.2工作坑施工方法

工作坑采用12m长拉森III型钢板桩支护，明挖方式施工，井壁厚度0.40m，锁口圈梁断面尺寸800mm×500mm，主筋为8根ф20钢筋，架立筋为Φ8＠250。

钢格栅主筋为4根ф20钢筋，蛇形筋为ф14钢筋。

尺寸为25cm×20cm，水平格栅间距为800mm，竖向格栅间距2000mm。

竖向连接筋ф20，间距1m，挂ф6钢筋网150mm×150mm。

在工作坑锁口圈上口砌筑挡水墙240mm厚，高约700mm。

（接收坑同顶管坑）

2.3施工过程中应加强对混凝土的控制

2.3.1原材料的控制：

混凝土的原材料进场均应进行质量检验，进行试验，存放时间一般不大于30min，计量误差小于2％，搅拌均匀，无结团，采用商品混凝土，禁止人工搅拌。

2.3.2施工前的准备：

施工作业前应检查开挖断面尺寸、清除松动的浮石、土块和杂物，清除基脚下的堆积物，用高压风吹净；埋设控制喷射混凝土厚度的标志；作业区有足够的通风、照明装置，做好准备。

3、顶管方法

采用泥水加压平衡机械顶管施工方法。

4、顶管推力计算

设计管线管径为D=1220mm，顶进距离按最长30m计。

计算总顶力：

P=n×G×L=3×2.5×30=225T

P－计算总顶力

G－管子单位长度管自重（T）

L－顶进总长度

n－土质系数，取3

由于顶距较长，为减小顶管过程中的摩擦力，宜采用管四周注入触变泥浆可减少顶力20%~30%。

故顶力为P=225×75%=168.75T。

所以，根据计算和管子受力均匀两方面考虑，选用1台QYS320型的液压千斤顶，其推力每台为250T。

5、护铁及顶进工具头

由于顶进长度较大，护口铁根据顶进情况选择U型或圆形护铁，以确保管体安全，保护管子端面，使端面受力均匀。

管道的最前端是顶进工具头，在顶进过程中，顶铁与顶的行程长度配合传递顶力。

6、基坑基础及导轨

基坑基础采用150mm×150mm×3000mm枕木,间距600mm，坡度与设计管道坡度一致。

基坑导轨起导向作用，钢轨宜采用QU80的导轨，其高度为130mm，上顶宽度80mm。

两轨间距按下式计算：

A0=A+a

A=2√（D-h-e）（h-e）

=2√（2.1-0.13-0.02）（0.13-0.02）

=0.93

式中A0-两导轨的中距（m）

A-两导轨上部的净距（m）

a-导轨的上顶宽度（m）

D-管外径（m）

h-导轨高度（m）

e-管外底距基础面的距离（一般为0.01~0.025m）

实际操作过程中根据e值的高度变化进行调整。

7、后背墙

后背墙为型钢、钢筋砼后背，钢筋砼厚0.5米，型钢厚度为40cm，宽度为4米，高度为2.4米地下埋深0.7米，前立两根40cm×40cm×200cm立铁。

后背每米宽度土壤的被动土压力（KN）：

p=½rh²tan²（45º+φ/2）+2Chtan（45º+φ/2）

式中r—土壤的容重（吨/立方米）；

h—天然土壁后背的高度（米）；

φ—土壤的内摩擦角（度）；

C—土壤的粘聚力（吨/平方米）；

P=½*2*4²*tan²（45º+28°/2）+2*10*1.92

=0.5*2*16*2.77+2*11*1.66

=80.84吨/米.

所以，此后背墙均满足使用要求。

8、平台及起重架

出土及下管采用卷扬机，设5t卷扬机1台，2t卷扬机1台。

安装平台作业时按照安全交底的要求选用材料。

工作平台主梁采用40号工字钢，次梁采用30号工字钢，平台口尺寸为3.5m×2.0m，其余位置满铺方木及大板，主梁两端与工作井侧墙接地长度不少于2m。

平台设不低于1米的防护栏，作业人员出入口设不低于1.2米的护身栏。

起重采用4根φ159mm钢管组成，钢管壁厚12mm，长度7米，顶部穿杠采用70mm圆钢连接，圆钢两端，连接必须锁紧。

支架做四道横拉杆。

起重架底部焊接在平台横向放置的30号槽钢上，起重架底部支脚加肋焊接。

9、顶管平台下管

管材在顶坑的一侧排放在两根平行立放的30#工字钢上，底部横铺150×150mm方木，间距500mm，方木用土填平实。

下管时，工作平台上也平行立方两根30#工字钢，高度、宽度与排放管的工字钢相同并与其用钢夹板、螺栓相连一起，这样就可以人工向前滚动管材直至下管口，与起重架的大钩垂直起吊。

起吊后将工字钢拆开向两边移动，让出下管口，就可以下管了。

平台上的工字钢必须与主梁工字钢搭接，严禁悬空或探头，两侧要用钢管或方木卡固，并在上面焊钢挡板。

10、掘进机

掘进机采用刀盘式，刀盘一边旋转切削土砂的同时还一边作偏心运动把石块轧碎，长度1.5m，套在首节管前上方与管节固定在一起。

11、顶管洞门的开启

根据管道中心和高程，确定洞口的位置，先进行对管顶上方180°范围内的土壤加固（超前小导管），防止在开启洞门时管上顶塌方。

洞口开启完成后，掘进机顶入洞口。

12、管道顶进施工

12.1顶管施工工艺流程

12.2主要工序施工技术措施

12.2.1工作井内顶管设备布置

在井内顶进轴线的后方，布置2台2500KN的主千斤顶。

将顶进管段放在主千斤顶前面的导线轨道架上，导轨全长11m。

采用型钢。

导轨按管子设计中心线和坡度进行安装，以保证管在顶入前的位置正确。

工作井顶进方向一侧安装“之”字型扶梯。

沉淀池、安放在井上平台一侧配电箱主顶进液压机组、操纵台设于集装箱工作间内。

12.2.2顶管施工顺序

顶管施工顺序见下图所示：

12.2.3顶管施工准备

（1）认真了解图纸，切实作好现场调查，充分掌握现场的工程地质资料，详细编制顶管施工方案。

（2）调查顶管地段地下管线的位置和标高。

（3）测量放线

根据导线控制网确定线路里程和检查井及排水管位置，同时根据水准基准点作为整个管道高程的控制点。

（4）地面沉降观察

为确保地面房屋及道路的安全，避免沉降过大，顶管施工前建立地面沉降观察点。

沉降观察点埋设在顶管轴线上及两侧30m范围内。

每隔30m设一组观察点，每组2~3个点。

观察点要设置在轴线上危房及可能影响最大处。

（5）工作井、接收井施工

本工程顶管段的工作井、接收井均采用竖井结构。

井壁混凝土为C30砼，封底混凝土为C20砼。

出入洞口处采用D500mm水泥搅拌桩进行加固及止水。

工作井为内尺寸9000×3000mm的矩形井，接收井为内尺寸Φ3000mm的圆形井。

竖井施工方法为：

1）基坑开挖

根据设计要求进行放样边线后，竖井基坑可用挖掘机挖土及人工配合削边及整平基底，土方可随即用车辆外运。

沿基坑底周边处设置集水井，供基坑地下水排放之需。

2）竖井施工

开挖到竖井深度后，在墙身投影下放置木板或钢板作为隔离层，然后沿井壁四围钢筋网，复核验收符合规范规程要求。

浇筑井壁砼，然后进行养生使砼达到设计强度。

3）封底

竖井施工至设计标高后观察其稳定性，在8小时内自沉累计量不大于10mm情况下可进行干封底。

干封底的方法如下:

人工整平基底，向井内抛填块石和碎石10cm厚，井中央设置一只钢制集水井抽水，在块石上面铺筑一定厚度的砂垫层可过滤地下水的作用，在砂垫层面上铺设隔层带（油毛毡三层或防水塑料布二层）防止地下水上升，阻止浇素砼垫层的水泥浆流进砂碎石层中堵塞地下水通道，让集水井发挥作用。

在隔离层上浇素砼垫层20cm，其上绑扎底板钢筋完毕后，浇灌底板C25砼，从井中央顶面的平台上往下挂漏斗串筒至底板面，砼从漏斗串筒中往下灌，倒在底板内，由人工以振动器把砼底板振捣密实，只留下集水井的部位让地下水从集水井中向井外抽排，使底板砼不承受水压，底板砼经养生达到设计强度，即为竖井封底作业全部结束。

4）竖井施工措施

为了提前加速竖井的施工时间，井壁砼采用C30。

底板砼浇注，防止收缩裂缝和渗漏的措施底板砼浇注完毕后用草包覆盖洒水养生可防止砼裂缝产生，气温高的情况下可向井内灌水淹没底板在水中进行养生，达到强度后可抽水也是防止砼渗漏的措施。

井中央的钢制集水井要有明显的抽水效果，也就是所封底的各道工序做得完善符合要求。

始终让地下水在素砼垫层下面经过砂石垫层的过滤作用后流入集水井中被抽出井外，砼底板始终不承受水压的作用砼底板达到设计强度后，就不会发生裂缝渗漏现象。

防止基底可能发生流砂、管涌、隆起的措施，其锅底土体干燥一般不会发生流砂、管涌和隆起的现象。

如果情况特殊一旦有流砂管涌和隆起的现象，随即向沉井内灌水压重，不让地下水自由流动带动砂土涌流，消除流砂管涌和隆起的现象，然后进行水下封底，稳定竖井。

水下砼达到设计强度后抽干井内水，在井内进行清淤，浇素砼垫层或做过滤层尔后绑扎底板钢筋，浇灌底板砼。

12.2.4管道下管及顶进

（1）下管采用12t吊机下管或三星架5t手动葫芦人工下管，下管采用两点起吊法。

（2）顶进采用泥水平衡掘进机进行施工：

在掘进机工作时，刀盘一边旋转切削土砂的同时还一边作偏心运动把石块轧碎。

被轧碎的石块只有比泥土仓与泥水仓联接的间隙小才能进入掘进机的泥水仓，然后从排泥管中被排出。

另外，由于刀盘运动过程中，泥水仓和泥土仓中的间隙也不断的由最小变到最大这样循环变化着，因此，它除了有轧碎小块石头的功能以外还始终能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达泥土仓中，从而保证了掘进机不仅在砂土中，即使在黏土中也能正常工作。

（3）本工程采用两个千斤顶并列顶进，千斤顶采用二级等推力油缸，行程2~3m，不需另加顶铁一次顶进完毕。

根据施工经验，千斤顶的着力中心宜在管横剖的1/4高左右，各千斤顶的中心要与管道中心对称。

使用多台千斤顶时，其油管要并联在一起，以便油泵加压时能同时顶进。

（4）顶进工作要24小时连续进行，以避免中间停歇而导致摩擦力增加造成顶进困难。

（5）顶进时要每班填写施工记录，并定时观测顶管的位置偏差。

如发现偏差较大时，要及时纠正，以防偏差继续增大。

（6）压浆与补浆

使用触变泥浆是长距离顶管减少摩阻力的重要技术措施。

顶进长度大于80m时，要合理使用触变泥浆，可保持土体稳定，减少坍方，起到减阻和护壁的作用。

现采用工具管压浆，中继环补浆，砼管每五节设一节补浆管段。

（7）管内接口施工

当管顶至指定位置后，在按设计进行接口的抹缝、压浆固定施工。

12.2.5触变泥浆减阻施工

为了减少顶进中的阻力，防止塌方，采用在管壁与土壁之间注入触变泥浆，形成泥浆套，减少管壁与土壁之间的摩擦阻力。

触变泥浆除起润滑作用外，静置一定的时间泥浆固结，产生强度。

（1）泥浆配比及注浆操作。

同常规方法。

按市政操作规程要求进行。

为使泥浆能够达到较好的充满度，每2节管设一处注浆孔（从管体顶进10m至15m后开始注触变泥浆。

随顶随注，注浆压力应达到0.2Mpa,以保证注浆饱满，确实起到润滑减阻作用。

调浆设备：

搅浆机及储罐

灌浆设备：

注浆泵、输浆管

触变泥浆材料主要成分：

膨润土、碱（碳酸钠）和水

触变泥浆的拌和和程序：

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（碱水必须在膨润土上搅拌均匀后加入再搅拌均匀，放置12h后即可使用）。

（2）泥水浓度控制

掘进机工作时，泥浆泵要配给适当浓度泥水以平衡泥土的压力，泥水浓度必须大1.03，即必须是含有一定粘土成分的泥浆泥。

但是在泥水平衡顶管施工过程中，要针对各种不同的土质条件，来控制不同的泥水。

详细情况可参见表

土质名称

渗透系数（cm/s）

颗粒含量（%）

泥水相对密度

粘土及粉土

1*10-9～1*10-7

5～15

1.025～1.075

粉砂及细砂

1*10-7～1*10-5

15～25

1.075～1.125

砂

1*10-5～1*10-3

25～35

1.125～1.175

粗沙及砂砾

1*10-3～1*10-1

35～45

1.175～1.225

砾石

1*10-1以上

45以上

1.225以上

在粘土层中，由于其渗透系数极小，泥水相对密度可较小。

但顶进时如停止时间过长时，也会使挖掘面失稳，从而导致地面下陷。

在渗透系数较小，如K≤1×10-3cm／s的砂土中，泥浆相对密度要适当增加。

这样，在挖掘面上使泥膜在较短的时间内就能形成，从而泥水压力就能有效地控制住挖掘面的失稳状态。

在渗透系数适中，如1×10-3cm／s≤k<1×10-2cm／s的砂性土中，挖掘面容易失稳。

这就需要注意，必须保持泥水的稳定。

即进入掘进机泥水仓的泥水中必须含有一定比例的粘土和保持足够的相对密度。

为此，在泥水中除加入一定的粘土以外，再须加一定比例的膨润土及CMC作为增粘剂。

以保持泥水性质的稳定，从而达到保持挖掘面稳定的目的。

在砂砾层中施工，泥水管理尤为重要，稍有不慎，就可能使挖掘面失稳。

由于这种土层中一般自身的粘土成分含量极少，所以在泥水的反复循环利用中就会不断地损失一些粘土。

这就需要不断地向循环用泥水中加入一些粘土，才能保持住泥水的较高粘度和较大的相对密度。

也唯有这样，才可使挖掘面不会产生失稳现象。

12.2.6纠偏控制

（1）穿墙和纠偏阶段要求每顶进10cm～30cm左右测量一次。

正常顶进阶段为50～100cm测量一次。

（2）工具管纠偏要在顶进过程中进行，绘制工具管侧点行进轨迹曲线图来指导纠偏，管轴线偏差不允许大起大落。

（3）纠偏控制由纠偏千斤顶进行，掘进机共有纠偏千斤顶4个，纠偏角度2.5°，能上下左右四个方向进行全方位纠偏。

一般情况每次纠偏角度不大于0.5°，以适当的曲率半径逐步的返回到轴线上来，做到精心施工。

（4）纠偏由激光经纬仪进行测量，激光经纬仪发出的激光束照射在位于钻掘系统内的光靶上。

根据测得的偏斜数据，操纵液动纠偏系统，使掘进系统前部铰接的机头产生偏摆，从而实现铺管方向的调节。

纠偏过程分四步进行，具体方法如下图所示：

12.2.7泥浆处理

泥浆由泥浆沉淀池经过两级沉淀后，收集顶管产生的泥浆，然后用泵抽至运泥浆船或车，外运至指定地点排放。

绝对不能排入河涌及下水道。

12.2.8顶进注意事项

（1）当掘进机停止工作时，一定要防止泥水从土层中或洞口及其他地方流失。

不然，挖掘面就会失稳。

尤其是在出洞这一段时间内更要防止洞口止水圈漏水。

（2）在掘进过程中，要注意观察地下水压力的变化，并及时采取相应的措施和对策，保持挖掘面的稳定。

（3）在顶进过程中随时要注意挖掘面是否稳定，顶进是否出现偏差并及时纠偏。

定时检查泥水的浓度和相对密度是否正常，注意进排泥泵的流量及压力是否正常。

要防止排泥泵的排量过小而造成排泥管的淤积和堵塞现象。

（4）顶进时要及时观察压力升降情况，当压力高时，须检查掘进机工作头前是否有不明障碍物，并作排除处理。

（5）触变泥浆使用时应注意事项：

搅拌均匀的泥浆应静置后方可灌注，注浆孔在未下管之前用冲击钻成孔，每节管中间设一孔，环氧树脂埋固钢管。

下管时将注浆孔放置斜上方，且前后两节的孔应错开布置。

灌浆前，应注水检查灌浆设备，确认设备正常后方可灌注。

灌浆压力可按0.1Mpa开始加压，在灌浆过程中再按实际情况调整。

每次顶进同时灌浆，按灌浆孔断面位置的前后顺序进行依次进行，灌浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后方可继续顶进。

（6）为了控制好路地面沉降，使其保证在规范要求以内，主要采取了以下措施：

1）等体积置换：

即在管内挖掘土方的体积Q土完全等于顶入管子的体积Q管（Q土=Q管），所以每次顶进都经过一定的计算，尽可能相等。

若Q土＞Q管时，地面易于沉降；Q土

2）减少扰动：

顶管是静荷载作用于土体，然而，顶管在采取纠偏措施时，虽然仍属静力范围，但对土体却有周期性的扰动。

因为纠偏时对土体一侧加荷的同时，另侧又强迫卸荷，促使土体内发生应力变化，导致扰动和变形，而且，这样的变化是周期性的，即扰动还没有恢复第二次扰动又发生，如此重复动作，使土体疲劳，以致变形加剧，并扩散至地表。

为了减少这种对土体扰动，故尽量:

①减少纠偏次数

压注泥浆不使管壁与土体之间形成空隙：

顶管设计时，为了减少摩擦阻力，降低主千斤顶的顶力，工具头的外径常常比顶入管材的外径大10mm~20mm，因此，顶管时在顶入管与土体之间就存在一定的空隙，导致土体可能的沉落，为此，必须及时压注泥浆于空隙中，并且边顶进，边压注，更需要在中间补浆，使在顶管中形成完整的泥浆套，既消除了空隙，又能平衡其上土体之自重，防止沉落。

②使土体中不产生附加应力：

土的变形，归跟到底是主体有了附加应力，顶管时，此类附加应力源于以下几种外力：

A、泥浆压力的影响。

为此，在压浆时要控制好压力。

恰好能平衡“泥浆套”以上主体的压力，故事先要根据估计上压力确定泥浆的压力，并非泥浆压力越大越好。

B、道路汽车行驶时的荷载，包括重载汽车急驶中的轮压力，主体的疲劳反应，以及紧急制动压力等。

C、邻进施工影响及堆载影响等。

（7）顶进中导向要好，除了管端正面挖掘要均衡、对称外，还要：

1）经常检查工作井内的导轨，穿墙门洞与顶管间的空隙等有无异常；

2）千斤顶的中心应和正面阻力及摩阻力的合力重合，尽量减少偏心，这一点在开始安装时必须考虑，若在开始顶进之后调正，就困难了；

3）经常注意后座的刚度是否足够，其变形的大小和均匀度，以及弹、塑性变形值的比例等，随时设法消除各种影响异向精度的因素；

4）顶进不宜求快，在穿越道路的顶进中，更需要慢，通常每次顶20~30cm。

在过道路时，改为10~15cm。

每次顶进少一些，异向就相对易于掌握。

（8）注浆注意事项

1）统计好注浆量，一般每米注浆用水泥量约为90～100kg为宜，若注入过多会造成不必要的浪费，注入太少又形成不了足够厚度的保护层。

2）调制水泥浆要控制好水灰比（1：

0.45～0.5），水灰比太小难以注入，容易堵塞注浆管，影响水泥浆的渗透；水灰比太大又起不到凝结硬化土体的作用。

3）注浆压力一般可控制在0.8～2.5Mpa左右，对于管顶覆土较浅的地段，注浆压力不可过大，以免引起地表面膨胀隆起，或影响附近原有的地下构筑物和管道的使用，因此，一般每1m覆土厚度的注浆压力可按0.44Mpa考虑。

4）注浆时要注意观察管内工作面浆液流动情况，以工作面有少量浆液渗出为宜，即可停止注浆。

（9）其它有关问题的处理

1）后座土体支持力不足时

①在座土体表面堆放压重块，使主体封板桩墙或其它型式的后座墙增加被动上压力，提高土体的支持力。

但这种措施只适用于墙后的正常土质条件下的土体，如砂性土或粘土；绝对不能用于淤泥质土和其它稳定性差的土层。

采用这类措施时，如果挡土深度较大，插入深度较小，可能造成滑波或向坑内涌土。

因此一定要经过土力学计算决定。

②在后座土体中灌注水泥砂浆，填充土体空隙，增加上体的抗剪强度，弥补土体支持力的不足。

这种方法只适用于砂性土层，如属粘土层，灌浆可能失效。

2）遇到流沙、流泥软土层超前注浆处理措施

超前注浆主要是在顶管施工过程中针对流沙、流泥等不利地质的一种施工措施。

超前注浆是将管体需要穿越的路径周围的土体，在管体未顶进之前，用高压注浆泵将水泥浆注入土体，使土体在水泥浆的作用下凝结硬化，使之在将要顶进的管体路径周围形成一周环形的水泥混合层，工人在挖掘施工中不会产生流沙流泥，便于顶管工作能够顺利的穿过不利土层，以达到完成施工任务的目的。

顶管施工过程中，如遇流沙流泥时，立即停止顶进，在管内前端工作面上用锤击法，将预先加工好的专用注浆钢管打入工作面前端的土体中，打入注浆管时要成放射状沿管子四周向外围打入。

打入深度一般为2～4米为宜（以土质情况而定）。

用高压注浆软管将打入土体的注浆钢管接口与工作井上的注浆泵连接好，连接处必须牢固，不渗漏浆液。

用拌合机调制好水灰比为1：

0.5的水泥浆，储存于储浆箱，将注浆泵进料吸管头放入储浆箱浆液内，然后开启注浆泵将浆液通过注浆管压入流沙或流泥层中。

注浆完成后4h即可恢复正常顶进，待顶完注浆段后，又可重复上叙注浆操作，如此循环直至穿过不利土层为止。