污水顶管施工方案.docx
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污水顶管施工方案
XX市轨道交通4号线一期
土建工程一标段
顶管施工方案
编制：
复核：
审核：
中国建筑股份有限公司
XX市轨道交通4号线一标第四项目经理部
二〇一五年九月
顶管施工方案
第一章、编制说明
一、编制目的
在车站正式施工前，需对横穿XX站的雨污排水管水管进行迁改，以排除排水管对车站施工的干扰，从而保障车站施工的顺利进行，同时考虑迁改方案的经济、安全及适用性。
二、编制依据
1、XX市轨道交通4号线1标段招标文件及图纸；
2、XX市轨道交通4号线1标段管线迁改平面图；
3、XX市轨道交通4号线1标段周边现状管线、道路、场地、建筑物及车流量等现场调查资料；
4、《施工现场临时安全用电技术规范》JGJ46-2005
5、《给水排水构造物工程施工及验收规范》（GB50141-2008）。
6、国家、行业、地方颁发的相关其他规范和标准；
第二章、工程概况
一、工程简介
【XX站】位于银杉路与观沙岭路、杜鹃路十字交叉路口，沿银杉路南北向布置，为XX地铁4号线与长株潭城际线XX站的换乘站，拟采用通道换乘。
车站总长202.7m。
车站范围内地势两边高中间低，呈V字型。
标准段车站宽度为22.7米，为两层三跨的箱型框架结构。
本站共设4个出入口、2组风亭、一个换乘通道。
车站东侧有一趟污水管上跨车站附属构筑物，管径2xd600-d1200，管内底标高为32.49-32.20m，由北往南与车站平行敷设，接入观沙岭路污水干管。
顶管施工分两期，一期由W1至W7，共计长度258.8m，二期由W5至W8再至W7，共计长度107.2m。
图2.1排水管改迁后位置图（顶管施工段）
表2.1顶管施工表
序号
分期
污水管位
管径（mm）
开挖基坑数（个）
长度（m）
埋深（m）
1
一期
W1----W2
1200
2
16.1
4.8-4.63
2
W2----W3
1200
2
50.7
4.63-7
3
W3----W4
1200
2
26.3
7.92-8.98
4
W4----W5
1200
2
60.8
8.98-5.9
5
W5----W6
1200
2
85.1
5.9-4.08
6
W6----W7
1200
2
19.8
4.08-3.82
7
二期
W5----W8
1200
2
11
5.9-5.61
8
W7----W8
1200
2
96.2
3.82-5.61
二、场地工程地质和水文地质
（一）工程地质
1、填土<1-2>：
场地内广泛分布，堆积年限不等，一般1年以上，松散～稍密状，但密实度极为不均匀，由粘性土混砖渣、砼块等建构筑物垃圾等，硬质物含量20%～30%，但不均匀。
层厚2.6～9.5m。
2、粉质粘土<3-1>：
场地零星分布，可塑状，具中等的强度、中等的压缩性，属微弱透水层，可视为含水层中的隔水层。
层厚0.5～6.8m，顶面埋藏深度2.6～10.5m。
3、粘土<5-2>：
场地多有分布，硬塑状，具中等强度及中等压缩性，但泡水易软化甚至崩解的工程特点，属弱透水性地层。
层厚0.5～3.5m，顶面埋藏深度4.8～12.5m。
（二）水文地质
勘察时测得各钻孔中测得上层滞水初见水位5.2～7.0m。
勘察期间测得上层滞水、基岩裂隙水综合稳定水位埋深5.5～7.6m。
第三章、顶管施工方法
一、施工工艺流程
根据本段地质条件，拟采用常规带机头的人工掘进顶管机配以对不良地质的管内超前土体加固和强透水层井点降低地下水的施工方法。
管道外压注触变泥浆以减少顶进摩擦阻力和增加地层的稳定。
大体的施工工艺流程如下：
二、施工部署
（一）工作井和接收井
沿顶管全线一期设计了3座Ф6000㎜的工作井，4座Ф3600㎜的接收井，二期设计了1座Ф6000㎜的工作井，2座Ф3600㎜的接收井，井与井之间管线均为直线，最长的顶线96.2m，最短的11m。
在每个工作井周围需要布置作为管材堆放，渣土转运临时堆场及配电柜，汽车吊、运输车辆、空压机、油泵等设备的施工场地。
（二）施工围挡
施工围挡结合场地的具体情形布置，见附图所示。
（三）施工降排水
顶管施工降排水分两部分，一部分为明排，一部分为降排地下水。
1、在井口设置排水沟，将下雨明水和施工漏水经过沉淀处理排至原排水管中。
在每个井底设置集水坑，用潜水泵抽排地下渗水。
2、在顶管施工的工作面前端，渗水量大的部位，超前布设井点降低顶管施工工作中的地下水位，疏干工作面的土层，保证顶管施工的土体稳定。
（四）固结注浆
应对施工过程中遇到不良地质，每个顶管段设置一组拌浆机，和一组双液浆泵。
三、工作井施工
工作井采用分层开挖+环形支模浇筑素混凝土支护。
图3.1支护简图
（一）、施工流程
图3.2工作井支护施工流程图
（二）测量放线
测量放线确定开挖范围
（三）土方开挖
土方开挖需分层开挖，初定每层1.5m，人工开挖，通过垂直起吊卷扬机出土。
（四）模板制安
模板采用木模板+刚管支撑加固
1、测量
模板制安前先测量确定模板制安的内边线
2、模板制安
模板制安按测量边线施做，与开挖面间距用固定长度木支撑，外侧用长条木方竖向支撑，间距为50cm，环向采用预制环形槽钢，分布在上中下三道，中间采用钢管支撑，预留上下爬梯预埋件。
模板制安必须保证模板紧密接合，无渗漏，模板支撑稳固，防止混凝土浇筑时出现垮塌、爆模等现象。
模板制安后需测量对模板复核校正，并由监理工程师、专业工长及质检工程师对模板进行验收检查。
（五）混凝土浇筑
1、混凝土浇筑采用天泵浇筑，施做前对机械进行调试检查，合格后方可运转。
2、混凝土浇筑采用分层对称浇筑，每层浇筑完后用振动棒振捣，保证混凝土密实后方可浇筑上一层。
3、第二及以下开挖层的模板制安需预留混凝土浇筑口（牛腿式），同时用作振捣棒插入口。
4、混凝土使用商品混凝土，强度C30，坍落度100～140mm。
5、混凝土浇筑完后24小时后方可拆除模板，并浇水养护。
四、顶管施工
（一）顶管机安装
1、后背墙安装：
因工作井是圆形结构，而后背墙必须平整，因此后背墙采用浇筑混凝土墙的方式。
顶铁后背墙平面与掘进线应保持垂直，表面应坚实平整，能有效的传递作用力。
如图
图3.3顶镐安装图
2、导轨安装：
采用钢制导轨，为保证基坑底的稳定，设20cm厚的C30混凝土垫层。
两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡与设计管道坡度一致。
导轨应安装牢固，在使用中不产生位移，并经常校核检查。
R1
R
L
图3.4导轨简图
L=2
L——导轨间距（m）
R1——管材外圆半径（m）
R——管材内圆半径（m）
导轨安装允许偏差：
轴线位置3mm；顶面高程，+3mm；两轨内距±2mm；导轨高差2mm；。
3、顶镐安装
（1）采用液压千斤顶，液压泵开关设于坑口附近，设专人操作，操作员能观察到坑内顶进情况。
（2）千斤顶固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的中心作用点在管道中心的垂线上。
（3）使用4组250t液压千斤顶，规格相同，行程相同，对称布置。
（4）千斤顶的油路并联，每台千斤顶有进油、退油的控制系统。
4、顶铁安装及使用规定。
（1）顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫，管端采用环形顶铁，直径和管道相同。
（2）安装后的顶铁轴线与管道轴线平行、对称，顶铁与导轨和顶铁之间的接触面不得有泥土或油污。
（3）更换顶铁时，先使用较长的顶铁。
（二）顶管进洞
顶管进洞是指顶管机头和第一节钢筋砼管，从工作井中破除前墙洞口封门进入土中，开始正常顶管之前的过程，是顶管的关键工序。
当井内、外的准备工作全部准备好后，可将机头吊放到井内轨道上，调整好方向，开始顶管出洞。
工作井壁前墙有机头及管道出洞的预留洞口，为防止井外水土从预留洞口与机头外壁之间的缝隙流入工作井内，预留洞口与管道间设有密封装置。
1、破墙进洞
当机头前端进入洞口密封圈后，即可破墙进洞，在顶前采用风镐凿除洞口范围围护墙体，然后将机头推进，依靠机头前端刃口破除外层墙体，随即进行顶管正常推进。
如工作井周围地下水较丰富，应预先在出洞口的地层内灌浆，使其土体固结，防止井外的水渗进工作井内。
2、进洞操作
顶管进洞对操作者要求也很高，这是由于工作井施工与进洞口围护墙体拆除不可避免会使洞口外土体扰动，使顶头进洞时正面阻力及周围摩阻力都较小。
而使顶头进洞的主顶站千斤顶顶力是巨大的，因此控制操作哪怕是出现少量的供油不均，使各千斤顶行程不等，也足以使顶头和第一节管子偏离设计轴线。
此时，绕动过的土体难以对机头产生较大反力，也难以对机头起到导向约束作用，故此时产生的偏差很难纠正，甚至纠不过来。
因此，进洞顶进时，一定要十分小心，要实时测量监控，保证机头和第一节管子位置正确。
进洞和初顶时，机头和后续几节管子最好用螺杆连成整体，这在浅层顶管和约束导向能力很差的软土中尤为重要。
机头与第一节砼管项进后，后续几节管子顶进仍需仔细操作，加强测量与控制。
顶管机下方两侧设有止退插销，在顶管机进洞时，当千斤顶松开应插入止退插销，防止顶管机被正面的压缩空气压力向后推回。
（三）管道顶进
完成顶管进洞，即开始管道的正常顶进。
1、顶进时遵照“先挖后顶，随挖随顶”的原则，要连续作业，尽量避免中途停止。
2、顶进，顶进是利用千斤顶顶镐在后背不动的情况下，将管子推入土中，其操作如下：
（1）安装弧形顶铁或圆形顶铁并挤牢，待管前挖土满足要求后，启动液压泵，操纵控制阀，使千斤顶进油，活塞伸出一个行程，将管子推进一段距离。
（2）操纵控制阀，使千斤顶反向进油，活塞回缩。
（3）安装顶铁，重复上述操作，直到管端与千斤顶之间可以放下一节管子为止。
（4）卸下顶铁，下管，在混凝土管接口处放橡胶圈或其他柔性材料，管口内存留有10—20mm的间隙，以利接口处应力均匀。
（5）重新装好弧型顶铁或环形顶铁，重复上述操作。
（四）土方开挖
（1）人工挖土时，管前挖土一般应在管内操作，以确保安全，土质容易塌方时必须随挖随顶，顶镐及出土工作人员的操作，均应听从挖土人员的指挥不得擅自蛮干。
但为了确保施工时不塌方，从而保证施工地面上人、物的绝对安全，须采取打小导管超前注浆的工艺进行施工，有关数据为：
每米打一次，范围是沿圆管上半部分，间距300mm；每根管长2米，在管里注改性水玻璃浆液。
这种工艺是防止暗挖施工时塌方最有效的方法。
具体施工时，根据现场土质及效果可调整打管数量、长度和注浆量，以期达到最好的效果，确保土方开挖时不塌方。
（2）管前挖土是保证顶管质量及管上建筑安全的关键，挖土应遵循下列规则：
a、一般顶管地段，如果土质良好，可超越管端30～50cm；
b、在不允许土质下沉的顶管地段，管子周围一律不得超挖；
c、在一般顶管地段，管外皮上顶允许超挖1.5cm，但下面135度范围内不得超挖。
（3）顶进偏差纠正:
当管道中线偏差1～2cm时，采用挖土校正法进行纠正，当偏差大于2cm时，应用顶木校对法纠偏，如纠偏无效时，则一般使用顶镐校正进行纠偏。
（4）如果水位过高,按后封闭做法：
洞门处现浇200mm厚砼止水墙，按管线中心及管外壁尺寸要求设置。
在规定直径圆弧上钻孔安膨胀螺栓，固定平板橡胶密封圈。
平板橡胶圈中心应与砼管中心同心。
（5）做好后封闭是顶管能否用好触变泥浆减阻的重要措施，否则，触变泥浆在管外壁形不成减阻的泥浆套。
（五）膨润土泥浆注浆减阻
优质膨润土泥浆具有良好的触变性与润滑性，将其压到管外壁，包裹住管子，形成一层触变性好，摩擦系数小的泥浆套，可大大减小管外壁与土壤问的摩阻力。
若压浆技术得当，压浆管分布合理，膨润土质量好，摩阻力可大为降低。
膨润土泥浆按规定配合比拌制储存，用压浆泵通过泥浆总管、支管、球阀及管节上预留注浆孔压到管外。
1、注浆孔布置
机头后面管道每3节砼管设置一道注浆管，以及时补充膨润土泥浆，使全线管壁都包裹在泥浆套中。
2、压浆设备
压浆系统，包括：
①注浆泵：
润滑浆用螺杆泵（排量l000L\MIN，压力3Mpa）；②搅拌机；③注浆管道（主管Φ50mm钢管，支管Φ25mm）；④管道阀门和压力计。
3、浆液配置
本工程釆用膨润土润滑泥浆。
润滑浆配合比为土：
水=1：
10。
4、注浆操作
注浆时要安排专人操作，地面拌制泥浆也要安排专人，润滑浆视顶进管道的长度安排1～3人。
注浆前，所有注浆孔阀门关闭，注浆时，从管道前方向后方的顺序注浆，首先打开一个阀门注浆约20秒钟，然后打开第二个阀门，检查第二个阀门注浆顺通后，关闭第一个阀门。
如此类推，从第一个阀门到最后一个阀门反复多次注浆。
膨润士注浆效果的好坏与膨润土质量、注浆压力、注浆口在管道上的分布以及注浆操作程序有关。
（六）顶管出洞
顶管出洞是指一段管道顶进完毕后，机头破出洞口封门进入接收井，并作好相邻机头后面的管节与出洞口密封联接的过程。
机头出洞前，应对洞口外侧周围土体进行防渗注浆，并留有足够的固化时间。
机头进入加固土体并到达洞口外侧时，清除洞口混凝土墙，将机头顶入接收井。
机头出洞前应做好以下几方面工作：
1、检查机头的位置；
2、清除洞口混凝土；
3、及时将机头顶入接收井内预先安放的平台上；
4、按设计要求封堵首节砼管与接收井洞口之间的空隙。
（七）顶管纠偏
纠偏的整体原则是在顶进中进行纠正，增加测量次数，小角度渐进纠偏，具体方法如下：
1、挖土校正法。
偏差1—2cm时可采用此法，运用不同部位增减挖土量，使管子局部受力扭头或俯仰。
2、强制校正法。
（1）衬垫法。
在首节管外侧管口位置，支垫刃板（钢板或木板），造成局部阻力，迫使管子转向。
（2）支顶法。
用圆木在偏向设计中心的一侧内口上支顶，两头皆垫木垫板，支设牢固后利用顶进时支顶分离，使管子得到校正。
（3）顶镐法。
顶距在15m以内，利用顶铁造成一侧受力，使管子转向。
顶管误差校正方法根据具体情况而定，但一次纠偏不宜急于都安慰，只能使管子逐渐移位走上正确方向。
（八）管道内通风
在长距离顶管中，通风是一个不容忽视的问题。
地下长距离管道中空气质量本来就很差，若遇到一些土层内的有害气体逸出，或施工中电焊、气割等有害烟雾，不仅影响作业人员健康，而且也影响管道内测量，这些问题，都必须靠通风来解决。
本工程采用气压式通风。
气压式是接气管进入管道内，在管道内安装若干放气阀，每间隔一定长度安装一个放气阀，通过地面上的空压机不间断向管道内供气。
（九）管道内供电
本工程选择的工艺，管道内只需气压、液压、注浆、照明等线路，所有动力电机机均布置在地面，管道内不需要动力供电。
管道内的照明用电采用36V低压电，灯具采用防水防爆灯具，因此，管道内用电安全。
五、检查井施工及回填
（1）采用砌体检查井，且先施做C15钢筋混凝土底板，井底砌筑时砌块要放平，砂浆饱满，特别要注意管头下部及管子周围必须砌筑密实且使用遇水膨胀橡胶密封圈及双组份聚硫密封胶。
（2）井的各部位尺寸均符合设计要求，踏步按设计放平，上下对正，砂浆密实，砖要压紧，砂浆在凝固前，不得碰撞，更不允许受力，以免造成松动。
（3）检查井的流槽在井壁砌到管顶以下即行砌筑，并用砂浆分层压实抹光。
井内流槽应平顺圆滑，尺寸准确，过水断面不应小于上游和下游管径的过水断面。
（4）井砌好后安装预制混凝土井筒，井筒顶设C30素混凝土找平座浆，井圈用钢筋混凝土现场浇筑，且井座需预埋进井圈且与井圈钢筋焊接，焊接点不少于6处。
（5）回填应从管道、检查井等构筑物两侧同时对称进行，确保管道和构筑物不产生侧移，必要时宜采取临时限位措施，防止上抬。
（6）从坑底到管顶以上0.5m范围内必须采用人工回填，严禁用机械推土回填，管顶0.5m以上部分的回填可采用机械从管道轴线两侧同时回填、夯实。
（7）回填时坑内应无积水，不得带水回填，不得回填淤泥、有机物及冻土，且回填土内不得有石块、砖及其他杂硬物体。
（8）回填时分层夯实，密实度应在96%以上。
第四章、施工策划
一、施工顺序及工期计划
根据总体施工工期计划，一期管线改迁施工工期为2015年9月1日至2015年11月25日。
二期管线改迁施工工期为2016年12月6日至2017年1月9日。
顶管一期长度总长为258.8m，二期长度总长107.2m，预计每天顶进长度5m。
根据总体施工计划，一期先施工W6-W5段85.1m，W6-W7段19.8m,W2-W1段16.1m，W2-W3段50.7m；一期围挡施工完毕后即可开始施工W4-W3、W4-W5段26.3m，60.8m。
二期施工W8-W5段11m，W8-W7段96.2m。
表4.1顶管具体工期计划表
序号
分期
项目
开始时间
结束时间
工期
1
一期
工作井W6、W2施工及顶进准备
2015年11月1日
2015年11月10日
10d
2
W6-W5顶进
2015年11月11日
2015年11月27日
17d
3
W2-W3顶进
2015年11月11日
2015年11月20日
10d
4
W6-W7顶进准备
2015年11月28日
2015年11月30日
3d
5
W6-W7顶进
2015年11月31日
2015年12月3日
4d
6
W2-W1顶进准备
2015年11月21日
2015年11月23日
3d
7
W2-W1顶进
2015年11月24日
2015年11月27日
4d
8
工作井W4施工及顶进准备
2015年11月21日
2015年11月30日
10d
9
W4-W3顶进
2015年11月31日
2015年12月5日
6d
10
W4-W5顶进准备
2015年12月6日
2015年12月8日
3d
11
W4-W5顶进
2015年12月9日
2015年12月20日
12d
12
接收井W1、W3、W5、W7施工
2015年11月9日
2015年11月17日
9d
13
接收井W1检查井施工及回填
2015年11月28日
2015年11月31日
4d
14
接收井W7检查井施工及回填
2015年12月4日
2015年12月7日
4d
15
接收井W3检查井施工及回填
2015年12月8日
2015年12月11日
4d
16
接收井W5检查井施工及回填
2015年12月21日
2015年12月24日
4d
17
工作井W2、W6检查井施工及回填
2015年12月4日
2015年12月8日
5d
18
工作井W4检查井施工及回填
2015年12月21日
2015年12月25日
5d
19
二期
工作井W8施工及顶进准备
2016年12月6日
2016年12月15日
10d
20
W8-W5顶进
2016年12月16日
2016年12月17日
2d
21
W8-W7顶进准备
2016年12月18日
2016年12月20日
3d
22
W8-W7顶进
2016年12月21日
2017年1月9日
20d
23
接收井W5施工
2016年12月9日
2016年12月14日
6d
24
接收井W7施工
2016年12月1日
2016年12月6日
6d
25
接收井W5检查井施工及回填
2016年12月18日
2016年12月21日
4d
26
工作井W8、接收井W7检查井施工及回填
2017年1月10日
2017年1月14日
5d
二、施工配置
表4.2顶管人员计划表
序号
工种
2015年11月
2015年12月
2016年12月
2017年1月
1
管理人员
7
7
7
5
2
后勤人员
4
4
4
4
3
挖掘工
16
16
8
8
4
操作工
4
4
2
2
5
地面运土工
4
4
2
2
6
杂工
4
4
2
2
7
总计
39
39
25
23
表4.3顶管机械计划表
序号
机械名称
数量
用途
1
反铲挖掘机
2辆
土方外运
2
25t汽车吊
1辆
管道下井
3
自卸机车
3辆
土方外运
4
起重卷扬机
3台
垂直运土
5
千斤顶
8台
顶进
6
顶铁
8套
顶进
7
斗车
10台
出土
8
注浆泵
4台
注浆
9
照明设备
2套
坑道照明
10
全站仪
1台
测量放线
11
水准仪
1台
顶进过程测量控制
12
经纬仪
1台
顶进过程测量控制
13
高压污水泵
6台
井内抽水
表4.4顶管材料计划表
序号
项目名称
单位
数量
1
D1200型承插口管
m
210
2
水泥
t
150
3
混凝土
m3
300
4
导轨
根
4
5
编织袋
个
3000
6
膨润土
t
500
第五章、测量与监测施工
一、顶管测量控制与相关措施
（一）测量控制网及井下测量平台的建立
根据业主提供的测量控制点布置整个工程的控制网，并在井周围布设不少于3个控制网点，用于测放、检查和修正工作井井区和井下的测量点，如轴线点、井下的测量起始点和后视点等。
测量平台置于井下顶管轴线上，靠近后靠背处，通过控制网将顶管测量起始点测放其上，并在井中布设2～3个稳固的后视点，以便互相校核。
起始点对顶管测量精度至关重要，故井下测量平台要单独设置，不与管道、设备、后靠背接触，不受顶管操作影响，以保持其稳定性。
（二）顶管轴线与标高控制
顶管方向与高程监控可直接用置于井下测量平台起始点上的全站仪进行观测控制。
（三）顶管测量注意事项
由于顶管的部分操作在工作井内进行，顶管过程中起始点和后视点发生位移是完全可能的，故每周均需对其进行检查校核，发现偏移过大需查明原因并及时修正。
地面测量控制网上的部分点在顶管轴线上或工作井附近，可能因地面沉降等原因而移动，故也需不定期进行校核检查。
每段顶完后，应重新进行一次管道的中心和高程的测量，每个接口一点，错口处测两点。
二、监测施工
为了确保地面管线的安全，在控制好出土量的情况下，还需对地面实行沉降监测。
在顶管穿越管线地段，在地面设置沉降观测点，测量机头到达前、到达时和通过后以及顶管完成后的变化。
通过测量监控，以掌握是否有沉降，如有下沉，必要时采取专项措施。
第六章、质量保证措施
一、质量方针
追求行业一流，满足业主期望，建造精品工程，提供满意服务。
二、质量目标
工程质量须符合国家、湖南省、行业现行有关标准、规范和规程，必须符合现行工程施工验收质量规范及设计要求，创XX市“市优”工程。
三、质量保证体系
项目质量管理体系横向到边、纵向到底，对施工过程施行全面质量管理，贯彻执行ISO9001质量保证体系，建立完善的质量管理机构，健全质量管理制度和质量控制程序。
（1）健全质量保证体系，严格按照质量体系文件进行质量管理，做到从资源投入和过程控制上保证工程质量。
质量保证体系运行流程见图5.1。
（2）项目经理部成立质量管理组织机构，严格在质量保证体系下进行管理，作业队成立全面质量管理小组，对主要工序的施工质量进行有组织的控制。
配备质检工程师和质检员，推行全面质量管理和目标责任管理，从组织措施上使工程质量保证真正落到实处。
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