排水工程顶管施工方案.docx

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排水工程顶管施工方案

真理道排水工程

顶

管

施

工

方

案

编制人:

审核人：

审批人:

天津市市政道桥建筑工程公司

2009年5月10日

工艺流程图：

放线水泥搅拌桩钢桩工作坑顶进做口、做井

大口井

1测量放线：

4.1.1顶管施工，井中桩位的栓桩、打桩工作尤其重要。

为确保中线的质量，栓桩要距离井中最少保证30米以外，最好设在行人和机动车流量稀少的地带。

为防止人或车碰撞或碾压，护桩采取用砼做基础，埋入直径φ=5~8cm的木桩或直径φ=16mm的圆钢作桩，才木桩上钉小铁钉或在圆钢上用锯条锯十子线，周围用砖砌筑，上面用砖或木板封顶，并且做好标识，定期进行复侧。

尤其在顶管期间，要加密复侧次数，发现变化及时调整，确保工程质量。

2.顶管工作坑的设置

4.2.1土压平衡式顶管的工作坑的布置：

根据管道井位的尺寸及顶管设备的尺寸设置工作坑的位置，顶管工作坑主顶坑尺寸以满足工作要求为宜，切不可过大。

副坑尺寸应以满足出机头尺寸及设计井尺寸。

周圈打12米40#钢板桩,间距0.6m.为了保证管道两侧的建筑物和周围地下各类管线在施工过程中和竣工后不发生沉降绝对的安全，采用打水泥搅拌桩的方法来改善局部土壤，增加土壤的密度和强度、减小土壤的渗透系数、缩小土壤扰动范围。

特采取以下措施：

在工作坑的周圈打单排水泥搅拌桩，主顶方向的后背侧打双排水泥搅拌桩，水泥含量为12%（加固土体的重量比）桩直径700毫米，桩长10米。

桩中间距400毫米，相互咬合呈梅花形排列。

其它三面均为单排。

水泥搅拌桩内侧距工字钢外侧0.2米（详见附图）

打桩顺序先打水泥搅拌桩再打工字钢桩。

打水泥桩应连续施工，避免咬合困难及截水效果差。

4.2.2顶管工作坑施工前一定要先刨验，发现与设计图纸有较大的出入时，要立即通知甲方及设计，及时做出调整，如果是其它的管线不在工作坑以内，但离工作坑又很近时，一定要采取措施进行加固，可以用方木或工字钢做横梁，用吊链吊住，确保安全。

4.2.3土压平衡顶管工作坑视土质情况决定是否打大口井，待打完水泥搅拌桩和工字钢桩之后，就可以挖土。

工作坑有两步框架支撑，一步框架标高为从桩顶下返0.8m，二步框架标高为从设计管顶上返0.3m。

挖土采用挖掘机，先挖到一步框架，待一步框架做好后，再向下挖，挖不到的地方一定不要强用挖掘机挖，确保安全施工。

余下的土方人工挖。

挖到位时，立即卡木板，作二步框架。

卡木板时要竖向卡住，用φ=16毫米的圆钢作横肋与工字钢接。

框架由两根36#工字钢焊接成宽度不变的一根。

框架由焊在钢桩上的角钢支撑，上面再焊上两道φ=16毫米的圆钢，每步框架的4个角上用两头是45°的短八字型钢焊住，上下两步框架之间用槽钢在4个角上焊住，将整个工作坑结成一个牢固的整体骨架。

龙门口处用短工字钢替代长钢桩，在顶进方向上形成半圆，用φ=16毫米的圆钢做横肋与工字钢焊住，手掘式敞口顶管的工作坑挖土、焊框架、卡木板基本相同，只是多了一步框架。

但必须打大口井。

4.2.4工作坑挖到位后，采用人工清底，清底标高为设计检查井底板下平往下返30厘米；在工作坑底四周做盲沟，沟内铺垫碎石滤料，坡度i=1%；在两个对角上做水窝子，水窝子底比盲沟流水面低50厘米，水窝子直径φ=600毫米，盲沟及水窝子与泥土接触的地方用木板卡草袋子隔断，每个水窝子设2寸潜水泵一台。

4.2.5底板：

在清底后直接浇筑C30砼底板，厚30厘米，满铺坑底，底板与坑底工字钢接触处用木板或泡沫板隔开，浇筑砼时同时下厚度t=10毫米的予埋钢板，尺寸长*宽=20*50厘米，沿管道中心线两侧对称布置，共10个，间距平均，每个予埋钢板下面都焊予埋钢筋φ=16毫米的3根，埋入砼中25厘米，钢板上平略高于砼底板上平面3~5毫米。

砼振捣要密实，中间设一道流水槽，以便将水引向水窝子，确保不会出现积水。

4.2.6作后背墙：

厚0.7m，长4m，宽4m。

C30砼，尤其要注意的一点是后背墙的平面一定要与顶进轴线垂直。

后背墙中的反力R应为总推力的1.2~1.6倍，R为：

R=α*b*（γ*H2*KP/2+2c*HKP+γ*h*H*KP）

R=1408t

式中：

R—总推力之反力，（KN）

α—系数（取1.5~2.5之间）

B—后坐墙的宽度0.5（m）

γ—土的容重（KN/m3）

h—后坐墙的高度（m）

KP—被动土压系数[为tg2（45°+φ/2）；

C—土的内聚力（kPa）

H—地面到后坐墙顶部土体的高度（m）

4.2.7安放后靠背：

后靠背由钢构件组成，厚度40厘米，宽度4米，高4米。

后靠背应贴紧后背墙，用钢筋焊结实。

4.2.8洞口止水：

在管子顶进前方的工作坑内，浇筑一道前止水墙，墙体可由级配较高的素砼构成，宽度2米，厚度30厘米，高3米，墙面予埋M20毫米的螺栓，间距20厘米一个，双层梅花布置，中间有橡胶止水板，厚度t=20毫米，外压t=15毫米厚的钢板，墙体中间用低标号水泥砂浆砌砖，砌成圆形，比设计管外径周圈大10厘米，为防止地下水和泥砂从该间隙中流入，必须认真、仔细做好此项工作。

4.2.9安放基坑导轨：

考虑到顶距长、顶力大，采用重型导轨2根，每根长6.5—8米，安放时，前端应尽量靠近洞口，导轨可通过槽钢与砼底板上的予埋钢板焊接，导轨可按水平状态安装，2根导轨之间的高程误差应严格按制在2毫米以内。

依据公式：

计算轨道间距

A=2

。

3.土压平衡顶管掘进机选择，工作坑设备安装

本工程选用的多刀盘土压平衡式顶管机特点是出土顺畅，操作容易，维修方便，尤其适用于软粘土层中的顶管施工。

4.3.1安装主顶油缸：

根据以往的施工经验，顶力的计算如下：

P=K（34D-21）L+PF

式中P-计算顶力（KN），D-管道外径（米），L-顶进距离（米），PF-迎面顶力（60T）。

按最大顶距φ2200管径120米计算，得20249KN，合2066T。

由此得R紧大于总顶力P，R不能满足总顶力P的1.2倍，故应安设中继间，以减少R的总推力，具体安装位置参见施工平面图。

顶进设备采用6台，行程3m每台，顶力达200T，其型号为DTD200型等推力双行程千斤顶。

由于管材承载力为1183T，可见管材的承载力不能承受顶管的最大顶力，故需要在顶进过程中注浆减阻，经验分析所知，能降到泵站顶力的40~50%。

注浆减摩设备系统有拌浆机、储浆池和螺旋泵、注浆管路等组成。

拌浆机采用BJ02型机械拌浆机，由专人负责，根据土层及原料性质对注浆减阻进行配比实验。

触变泥浆的配合比如下：

膨润土：

水：

纯碱

25：

83.5：

0.75（重量比）

拌制后的浆液，注入到含量为4m3的储浆池，储浆池的功能：

一是随时存放拌制好的浆液，更重要的是使浆液得到充分的膨胀，一般停置时间为24小时。

注浆设备采用I-IB型螺杆泵，其工作压力可达10kg/cm2，在顶管施工过程中，注浆的起始工作压力1kg/cm2，随着顶管距离的增加，注浆压力也随之上调，保证浆液能注入到管壁外，填充管外土体间隙后形成完成的浆套达到减少阻力的效果。

4.3.2安放测量仪器：

采用激光水准仪监测施工，仪器固定在主顶油缸架中间，镜管轴线与顶管中心线在一条线上，仪器托架做成可调的，便于调整。

若是土压平衡机头，可设固定三角形靶盘，激光点对准靶心。

在顶进的过程中随时监测顶管的顶进趋势。

4.3.3安放机头：

机头在下到工作坑之前，要先进行调试，要保证各种机具、仪器、仪表、电器元件处在良好状态。

机头安放用吊车平稳的吊装到基坑的导轨上，要注意的一点是必须保证机头外皮下部一定与导轨接触要实，不能有翘起或偏斜，以确保顶进质量。

4.3.4安放顶铁：

顶铁由钢构件作成，有0型和U型两种，厚度35厘米，每个工作坑设O型顶铁1个和U型顶铁6个，顶铁平时放在地面上，可用2根15*15厘米的方木作成垫架，上面排放顶铁，为保安全，垫架一定要稳固。

吊装顶铁采用对钩，吊钩用1厘米钢板制成，钢丝绳长度一致，吊装顶铁设专人指挥。

4.3.5地面设备安装：

在坑内布置的同时，地面上应同时进行油泵、拌浆设备的安装及搭设工作台等工作，油泵采用32Mpa高压油泵2个，备用1个，用高压油管同坑内油缸连接，拌浆机选用BJ02型，注浆机用螺杆型，拌浆机安放最好采用半卧式，埋入地下一部分，利用人员操作。

并且供浆设备应安放在雨棚下，工作台选行人车辆流动少的一侧搭设，不要设在顶进方向。

工作台要搭设雨棚。

为了减阻，设专人将管子外皮刷石蜡减阻，所有的其中工作均由吊车完成，现场设40t吊车1部，25t吊车1台。

吊车设专人指挥。

4.注浆材料准备

4.4.1采用触变泥浆：

参考管材的纵向时承受力和后背的反力，此段顶管应注入触变泥浆减阻。

拌浆工作应提前于顶管进行，因膨润土系列的润滑浆，不仅需要搅拌，而且要有足够的时间浸泡，这样才能使膨润土颗粒充分吸水、膨胀。

4.4.2为保持膨润土的干燥，防止地面水使它受潮，应将膨润土堆放在架子上，上面还需搭个雨棚。

4.4.3膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建议但都必须按照规范进行，使用前必须先进行试验。

一般性能见下表：

膨润土

纯碱

掺加药剂

漏斗粘度

视粘度CP

失水量ml

终应力

比重

稳定性

8％

4‰

Cmc、PHP

l’19”2

21

12.6

80

1.048

0~0.001

4.4.4压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。

在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况。

4.4.5注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。

在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔，从而影响注浆效果。

5.机头进洞：

4.5.1机头进洞时测量很关键，应在机头距洞口10米时，对激光水准仪的中线及高程进行仔细精确的复核，随着顶进离洞口越来越近时，应加密复核。

4.5.2机头与管子的联接，将机头用吊车吊到地面上，设专人清理机头。

4.5.3在管子顶到位后，管子与洞口之间的孔隙用砖砌堵或用水泥砼封好，进行换浆，用水泥加水制成的浆置换膨润土的润滑浆，水泥：

水=1：

3（重量比）

6.顶进、土方外运

4.6.1管材运送、起吊均应有专用夹具，搁置时应用方木垫高，防止管接口的套环受压变形。

在顶进过程中，管材的供应是非常重要的，如果供应不及时造成顶进停止，后果是非常严重的，由于机头重量一般较大，长时间的滞留会造成机头沉降，使轴线发生偏差；或已顶好的管子和周围土体固结，使得摩阻力增大。

因此，在开始顶进前，需指定详细周全的供应计划，现场应备有足够余量。

4.6.2顶管注浆是顶管的关键，只有确保注浆质量，才能缓解后背的顶力，注浆前严格检查注浆设备，注浆量为管道与土的间隙的2倍，注浆压力随地面的控制情况调整，初始压力为0.1Mpa。

在机头后3节管子用钢筋与机头焊接，在这3节管子上钻孔，每节钻4个，内、外对称布置，孔径φ20毫米，以后每隔3节管子钻1节。

注浆干管采用直径φ50毫米的钢管。

法兰连接，上有直径φ20毫米的短，钢管，与注浆孔上的短管之间用压力胶管联接。

4.6.3每顶进50cm测量一次，在顶进中纠偏，小角度纠偏，根据以往的经验，当高程偏差为1cm，左右偏斜1.5cm时开始纠偏。

为控制质量，在顶管施工过程中，如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。

操作人员必须严格遵守这样一条规定：

无论何种情况，超过允许偏差一律停下来，并且如实汇报情况，以便分析原因，找准对策。

顶进过程中由项目经理直接负责，质量负责人实行现场监控。

4.6.4因土压平衡原理是用机头土舱内土的压力来平衡机头所处土层的土压力和地下水压力，因此掌握油缸的顶力和土舱内土的压力尢为重要，在机头伸缩部位设有上、下、左、右四个油压千斤，根据误差数据随时调整千斤。

顶力的显示，由四个千斤串联组合，每个千斤活塞直径30厘米。

15×15×3.14×4=2826cm

2826×10.1972=28.82kg

当压力表显示1Mpa时，实际顶力为28.82吨。

4.6.5刀盘削顶进：

计算挖掘面的稳定性：

h=（4c/T）tg（45°φ/2）=2.94m>2.80m,前方土体稳定。

计算敷土深度的安全

Z=[TbsBc+2c×tg（45°φ/2）tgφ（Bs+Bc）-2C（Bs+Bc）]

（Bs+Bc）Ttg2（45-φ/2）tgφ

=3.6米

4.6.6土压平衡顶管时，主油缸一推进，机头刀盘跟着转动削土，绞笼也跟着转动出土，同时伴随着注浆。

当机头前方土较硬时，打开土舱壁上高压水管球阀，用水冲。

4.6.7由于顶管内一般都潮湿，管内照明用低压线路，36伏以下灯泡，并且不要和注浆管路放在同一侧。

间隔4米设1个灯泡。

4.6.8管道内保持清洁，管子里因运土而掉的土，要随时铲走，以利于人员的行走。

4.6.9采取土压平衡的顶管方法，管内均铺设轻轨，由人工装车运至管外，土压平衡顶进时要注意时刻观察土压力表的读数。

7、出洞口准备：

4.7.1机头稳好后，用风镐将洞口处的砖土破除，为防止机头在洞口时产生叩头现象，可在洞内下部填充一些硬粘土或浇筑低标号砼。

另外，洞口止水圈与管外皮的间隙也应用硬粘土填充。

4.7.2为防止土压平衡机头在刚出洞口时，由于大刀盘转动所产生的扭矩，易使机头偏离正确轨迹，应在坑内洞口两侧各安装一个手拉葫芦，将机头拉住，不让它转动。

8.做接口

4.8.1换浆后，立即拆注浆管，对管道进行全面的清扫。

同时做管子的接口。

因顶管只有内管箍，接口很关键，接口制作时采用微膨胀水泥掺石棉做法，作时将管内壁凿掉一个小八字，向管壁接口深处多剔3~4cm，将石棉水泥拌合物灌入、腻严、压紧，外露部分成弧状，弧高2~3毫米，长4~5厘米。

4.8.2如果以该段顶管作为后背向相反方向顶管时，暂时先不作口，待顶完另一段之后在做。

4.8.3管子接口为钢承口，贴橡胶板，厚度不小于15毫米，管壁外作楔型胶圈，对口时一定要对正，防止错台。

9.注意事项：

4.9.1

顶管时，人员流动大，顶管坑要采取全封闭施工，而且吊车下管和起吊设备时，坑下不准站人。

4.9.2加强用电管理，合理布置线路，施工现场夜间必须有足够的照明设备。

4.9.3因施工地段内既有企事业单位也不居民住房，故施工时一定要注意文明施工，树立良好的企业形象。

4.9.4掘进机在累计顶进达500米时，需对刀盘主轴密封进行检查，看看是否良好，如果不良则应更换。

如果良好则应在加好油的情况下安装好。

4.9.5当液压油出现乳化时，说明液压油己严重氧化，应予以更换，更换液压油之前须把油箱内清洗干净。

加油必须用精滤车过滤后方可加入。

另外，一旦发现油管老化应予以更换。

4.9.6电气系统应保持干燥，保持指示灯及各仪表正常。

4.9.7纠偏系统要经常检查是否漏油、油液质量、油压情况，如发现不正常情况及时更换。

五、保证工程质量与进度的组织措施

工艺流程：

放线水泥搅拌桩钢桩工作坑顶进做口、做井

大口井

施工用电拟向沿线单位借电。

考虑到土压平衡顶管施工。

工期紧，计划开展2个顶管施工同时进行，故现场配备2台180KW和1台90KW低噪音、环保型柴油发电机。

总功率W（总）计算如下：

W（总）=[W（土压平衡顶管掘机）+W（高压油泵）+W（制浆、注浆设备）+W（焊接设备）+W（生活通电）]*2=[74+7.5+2.2+30+7]*2

=240千瓦

经上述计算得知需用3处电源。

架设方式：

沿线架设动力线VV22-1KV，5*75㎜2电缆，长200米，采用地下埋设，埋入地下不低于80cm。

动力线路为三相五线制，工作坑处设专用顶管配电柜，由专业电工人员操作，闸箱设置在不经常过人的地方，闸箱绑扎要牢固稳定，里面必须配备漏电保护器和良好的接地装置。

以上是我单位对真理道排水工程顶管分部的专项施工方案，不足之处现场验证后及时修改。