产业集聚区颍东路至后赵寨段建设工程人工顶管施工方案.docx
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产业集聚区颍东路至后赵寨段建设工程人工顶管施工方案
港口物流产业集聚区颍东路至后赵寨段建设工程
人工顶管专项方案
一、工程概况
本给水工程为港口物流产业集聚区颖东路至后寨段建设工程中的给水工程，位于周口市港口物流园区内，设计起点于交通路与武盛大道（原颖东路）交叉口，大致沿现状S102前行，设计终点为S102周口市界。
长9.325km。
本工程范围内无现状地下管线，排水工程设计内容为本工程范围内的给水干管和支管，与其他交通路路口和街坊预留支管的设置，以及配套的雨水口、检查井的设计。
道路所接港区二路、未来大道、港区一路（南侧）、汇林达到、惠民路已经实施，港区一路（北侧）、港区三路、平原东路均为在建道路，本设计已于被交路施工图及现场实测资料对接。
本项目采用雨、污分流制。
由于被交路车流人流量密集，无法进行开挖施工，故选用顶管施工。
二、施工工艺的选择
根据施工场地的实际情况和地质情况，本工程采用手撅式顶管机施工，工作井及接收井采用拉森钢板桩成井。
三、施工部署
施工现场场区：
施工区域采用彩色锌瓦2米高全封闭围蔽，在路边设置标志牌和反光标志，夜间设警示灯。
开挖土方随挖随运到弃土场堆放；临时用电主干线采用380V三相五线制，接通工作井；坑内及管道内照明采用12V安全交流电源供电。
供电拟采用市电和现场发电机组相结合，在条件许可的情况下尽量接入市电。
生活区：
拟采取就近搭设帐篷，以解决生活问题。
四、 顶管施工措施
根据现场布置，先施工顶管工作井（拉森钢板桩施工）。
顶管采取24小时不间断施工，以缩短工期。
1、 顶管施工流程图：
2、顶管顶力计算
顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力等。
（1）顶力计算：
（以d1500砼管顶进40m为例）
顶管机头正面挤压段压力：
F1=×D2/4×P
其中 ：
F1--顶管泥水阻力（t）
D--顶管外径（m）
P --顶管泥水最大压力（t/m2）
P与土层密实度、土层含水量、地下水位状况有关。
根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算顶管前端面压力为20-30t/m2，F1=×D2/4×P＝×1.802/4×30＝76.34T
（2）管壁摩擦阻力：
F2=S×L×f
其中：
S—顶管外周长（m）
L—最长一段顶管长度（m）
f—综合摩擦力系数（T/ m2）
f与管道的埋设深度、土质、地下水位等因素有关。
根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算综合摩擦力系数f=1.1T/m2。
F2=S×L×f=×1.80×40×1.1＝248.81T
管自重：
F3=B×L=1.95×40=78T
在考虑一次顶进距离为40m时，顶管总阻力为以上阻力之和：
F=F1+F2+F3 =403.15T
顶进的后座采用2个500T的千斤顶，采用的减阻措施，通常减少管壁摩擦阻力的措施有：
管壁与泥土间压触变泥浆减阻（优质膨润土拌制而成），注浆需要管节间的密封良好，否则浆体会在管节间泄漏起不到应有的作用，减阻效果好时，f—综合摩擦力系数可以降低到0.3-0.8 T/ m2左右，将触变泥浆的减阻作为保险系数。
（3）管材受力计算
污水管内径d=1500mm，管壁厚度t=1500mm，外径D=1800mm，每节管长度2000mm，混凝土强度C50，“F”型接口钢筋混凝土管，管的端头采用12mm的多层胶合板作衬垫。
端面受力面积s=× （1.80×1.80-1×1）/4=0.56 m2
可承受的最大顶力为（安全系数为4）：
F=s×5000T/ m2/4=437.5T>403.15T；满足要求。
3、顶进设备
顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运出土设备等。
（1）千斤顶
千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程采用2台500t液压千斤顶。
千斤顶在工作坑内的布置应与管体中心线一致，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时折力偶，造成顶进偏差。
根据施工经验，采用人工挖运土方时，管上半部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4～1/5处为宜。
（2）高压油泵
由电动机带动油泵工作，选用额定压力为62MPa的ZB－500注塞泵，经分配器，控制阀进入千斤顶。
（3）顶铁
顶铁是传递和分散顶力的设备。
要求它能承受顶压力而不变形，并且便于搬动。
根据顶铁位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。
（4）其它设备
工作坑上设活动式工作平台，平台用30号工字钢梁，上铺15×15cm方木。
工作坑井口处安装一滑动平台，作为吊土使用。
工作平台上设起重架，上装电动卷扬机。
工作棚用彩瓦遮盖，以防雨水及阳光，便于人员在不同气候下的正常操作。
4、工作井
（1）工作坑的布置
工作坑是顶管施工的工作场所。
其位置可根据以下条件确定:
①单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；
②考虑地形和土质情况,有无可利用的原样土做后背；
③工作坑与可能穿越的管线，建筑物要有一定安全距离；
④距水、电源较近的地方；
⑤工作井不影响地面交通等。
（2）工作坑的尺寸
工作坑应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，坑底长、宽尺寸可按如下公式：
底宽W＝D＋（2.4～3.2）
式中 W──工作坑底宽度（m）；
D──被顶进管外径（m）；
底长 L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5
式中 L──工作坑底长（m）；
L1──顶进后，尾端压在导轨上的最小长度一般留0.2米；
L2──每节管子长度（m）；
L3──出土工作间隙，根据出土工具确定,一般为1.0～1.5m；
L4──千斤顶长度（m）
L5──后背所占工作坑厚度（m）。
考虑到坑内后背采用钢板，本工程工作井为内径4.5m×4.5m的工作井，
（3）工作井施工顶管工作井场地地质条件一般，开挖工作面附近来往车辆较多，所以工作井开挖过程中必须有可靠的挡土措施。
本工程的工作井采用拉森钢板桩施工，当土层条件较好时，可从上到下分层开挖，并在一定高度做围檩支护。
（4）工作坑基础加固
工作坑底根据土质、管重量及地下水情况, 做好基础，以防止工作坑底下沉，导致管子顶进位置的偏差。
采用级配碎石基础，当工作坑底土质松软，有地下水时, 应采用强度为C25混凝土封底,厚度为20cm，混凝土底板漏水处应采用灌注水泥浆。
井内设一个集水坑，平面尺寸为50cm×50cm，深50cm，用砖砌筑，水泥砂浆抹面，以便收集地下水和雨水，用潜水泵将水排出地面。
工作坑受力面用拉森钢板桩作为受力面。
（5）工作坑导轨设置
导轨：
作用是引导管按设计的中心线和坡度顶进，保证管在顶入土之前位置正确。
导轨安装牢固与准确与否对管子的顶进质量影响较大。
因此，安装导轨必须符合管中心、高程和坡度的要求。
（6）接收井施工方法同工作井（略） 管节安装
1、接口质量保证措施
（1）施工员必须督促保证施工人员在驳接管材时安装橡胶止水带，且位置、方向正确。
（2）在驳接顶进时，要边顶边观察止水带的位置，发现偏差要及时纠正。
（3）严格按图纸及施工规范的要求操作；
2、管体材料
每节长度为2000mm，壁厚度150mm，内径1500 mm，Ⅲ级钢筋混凝土管。
出土与顶进工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，即可进行出土和顶进。
首先将管子下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管中心和管底标高及接口处是否符合设计要求，合格后即可进行管前端取土，凿开护壁进行进洞施工；当管体进洞后，不要急于顶进，首先要封堵好洞口处管体外壁与土体之间的缝隙，保证管体外壁泥水不会渗漏入工作坑，以免因出洞引起的护壁外土体的塌方。
1、顶进施工
顶进利用千斤顶出，靠在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下:
（1）安装好顶铁挤牢，管前端已掏挖一定长度后（视土质情况而定最长不得大于30㎝），启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管推向一定距离。
（2）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。
（3）掏挖取土，添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。
（4）卸下顶铁，下管，接下一节管。
（5）重复上一工艺流程，直至全段贯通。
2、顶管工作面排水
地下水由工作面流向工作井集水坑，再用泵排出地面。
3、管内作业面安全措施
管内主要采用人工来掘进、纠偏、排土及顶进，考虑管内工作环境要求，必须采取以下措施：
（1）管内施工属于潮湿环境，管内照明必须采用安全低压照明，管内沿线间距10m，在管体右角上安装一盏12V、60W的灯泡。
（2）在顶管中，通风是一个不容忽视的问题。
因为在顶进过程中的时间比较长，人员在管子内要消耗大量的氧气，时间长了，管内就会出现缺氧，不仅影响作业人员的健康,而且影响测量。
因此需解决好通风问题。
由于本工程施工管道长度不大，采用鼓风式通风，选用小型风扇。
在施工人员下井前必须先通风，并利用鸟类以及有害气体检测设备对井内气体进行检测，确认安全后方可下井操作。
4、纠偏顶进措施
顶管测量：
采用经纬仪和光学水准仪。
①测量次数：
开始顶第一节管子时，每顶进20—50cm/次，正常顶进时，每顶进1m/次。
校正时，每顶进50cm即测量一次。
②中心线测量：
首先在地面用经纬仪确定顶管方向桩，然后在工作坑边的两方向桩上挂小线，其上吊2个垂球到工作坑底部，在工作坑中用激光水准仪照准两垂球，读管前端的中心尺刻度，若与中心尺的中心刻度相重合，说明其方向准确，否则其差值即为偏差值。
③高程测量：
在工作坑内引设水准点，停止顶进，将激光水准仪支设工作坑同内，测量前端管底高程。
⑵顶进偏差的校正
顶进中发现管位偏差10mm左右，即应进行校正。
纠偏校正应缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛纠硬调。
5、减阻润滑
触变泥浆通过制造、储存、压浆系统，从第一节管注浆孔处压入触变泥浆，形成一定厚度（15mm左右）的泥浆套，间距6～8m设一道补浆孔，使顶管在泥浆套中向前滑行，减少摩阻力，根据压力表和流量表，计量桶控制注浆量，压力应控制在地下水位的1.1—1.2倍。
材料：
膨润土：
烧碱：
水=1：
0.05：
4.5配比，经试验，确保泥浆性能良好，必要时加其他外加剂为使泥浆能及时将管壁空隙灌满，灌浆速度要与顶进速度相适应，注意观察，防止跑冒，并保证泥浆达到量。
造浆后应静置24小时后方可使用。
6、排土和泥土外运
顶管土体在管内用人力手推车运输到工作坑，由提升设备将泥土运至地面堆土区，然后用环保运输车运至弃土场。
7、正常顶进施工
顶进速度应根据出土情况确定，要即挖即顶，防止塌方。
顶进过程中，若摩擦力过大时，采取边压触变泥浆边顶进，以减少管体的阻力。
顶进一节后，回缩千斤顶，拆开通风、照明等管线，吊入下一管段，校直对中，接好接头，安装回各顶铁，接通各管线，开动油泵顶进一千斤顶行程，回缩千斤顶，测量、加顶铁，重复顶进至一节管体后，又重复上述流程。
8、主要技术措施
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等。
（3）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。
9、其它有关问题的处理 后座土体支持力不足时：
①在座土体表面堆放压重决，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。
10、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；本顶管工程的地理位置处于新地涌边，地质条件差，管体主要穿越于淤泥层，场地不宜采用搅拌桩进行淤泥层处理，所以采用本措施是对流沙、软泥层的一种行之有效的施工方法。
（二）、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。
施工方法
（一）、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）。
（二）、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。
（三）、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。
（四）、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。
注浆注意事项
（一）、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。
（二）、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。
（三）、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。
（四）、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。
其他构筑物的施工
1、在顶管施工完毕后，砖砌井筒壁，砂浆批荡，井筒壁与工作井之间回填砂土。
顶管施工完成后，工作坑按已选定规格改成检查井。
2、水泥砂浆砌砖施工完成后，进行批内壁施工。
施工前，应将砌体表面粘接的杂物清理干净，并洒水湿润。
水泥砂浆抹面宜分两道抹成，第一道抹成后应刮平，并使表面造成粗糙纹，第二道砂浆抹平后，应分两次压实抹光。
施工缝留成阶梯形，接搓时，应先将留搓均匀涂刷水泥砂浆一道，并依次抹压，使接搓严密。
阴阳角均应抹成圆角。
抹面砂浆终凝后，应及时保持湿润养护。
3、砂浆与基层及各层间应粘结紧密牢固，不得有空鼓及裂纹相象。
抹面平整度不宜大于5mm。
4、回填
待砂浆达到一定强度即可回填石屑，分层夯实至检查井顶面。
主要施工机具设备及人力使用计划
1、主要施工机具设备
机具名称
规格、性能
单位
数量
用途
翻斗汽车
陕汽奥龙
台
1
运土
注浆泵
L150
台
1
灌注水泥砂浆
灰浆搅拌机
150L
台
1
搅拌砂浆
水泵
QS32×25－4
台
20
基坑排水
电焊机
ZX-400IGB
台
2
维修焊接
油压千斤顶
500t
台
8
顶管
高压油泵
ZB－50
台
4
顶管
顶压装置
全套顶铁、垫座、滑道
套
4
顶管
冲击打夯机
QT－70型
台
1
回填土实
全站仪
NTS-360
台
1
测量
水准仪
AHO-32
台
4
测量
发电机组
30kw
台
1
供电
2、劳动力使用计划
采用综合梯队形式，以便相互配合，发挥多面手作用，现场配备技术负责1人，施工员1名， 电工1人，测量员1人。
顶管工人采用每天两班连续作业，计划4个施工小组，每小组6人，共24人。
挖桩工每组4人，计划4组，共计16人。
泥水工8人。
质量控制与管理
使工程符合设计施工技术标准和施工规范要求。
具体做法是：
建立质量管理。
从工作质量抓起，做到认真细致，严格标准和计量，保证各工序质量，控制好各施工阶段质量，以提高总体工程质量。
施工前将建设单位下发的技术规范、地下管线施工规范、验收规范、质量控制点部位和验收标准内容下发到各施工班组，施工中对照检查落实，针对容易影响工程质量的某些工序，某些结构部位，制定质量控制点，确定控制点应达到的质量目标，在施工中 检测控制点的现状与制定的质量目标对比，如不能满足验收要求，分析产生原因，采取技术措施和管理措施，消除质量影响因素，不断提高工程质量，达到质量目标为准。
同时积极配合业主监理工程师共同完成质量监控。
工作中具体任务、责任、权力及惩罚，做到事事有人管，办事有标准，工作有检查。
3、编制质量方针目标和实现方针目标的标准。
顶管施工质量控制
项目
允许偏差
管线轴线+偏差
L≤100m
50mm
标高偏差
L≤100m
+30~-40
相邻管节接口符合：
①《给排水管道工程施工及验收规范》（GBJ50268-2008）
②《城镇给水排水技术规范》（GB50788－2012）要求
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
+10
地面沉降的最大极限
-10
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°
施工进度
根据实际情况：
计划每处用20个日历天完成此段顶管的施工全部内容。
在工期安排时需综合工序间的合理搭接、现场施工影响因素、天气影响因素、不可预见因素等的影响。
序号
施工内容
持续 时间（天）
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1
进场准备
3
2
测量放线
1
3
围蔽施工
1
4
井位施工
2
5
顶管施工
5
6
检查井施工
5
7
路面恢复
3
8
闭水试验
4
9
竣工验收
1
升级会员 