顶管工程施工方案文档格式.docx

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施工材料，设备及机具必备齐，以满足本工程的施工要求，管节、止水橡胶圈等应有足够的余量。

井上、井下准备施工测量控制网，并经复核认可。

基座安装

顶管基座按设计轴线准确放样，安装时按测量放样的基线，吊入井下就位焊接，工作的轨道按顶管设计轴线并按实测洞门中心放置，并设置支撑加固。

基座上的导轨应顺直、平行、等高，导轨的纵坡与管道设计坡度一致。

导顶安装的允许偏差值如下：

轴线位置：

3mm，顶面高程：

0～+3mm，两轨内距：

±

2mm。

止水装置安装在工作井洞圈上，止水装置采用橡胶止水圈，用环板固定，

插板调节，顶管机吊装就位，调试验收。

待顶管机吊装就位后，后部采用型钢及钢管进行支撑。

管道安装

本项目混凝土管每节按图纸规格，每节管之间的连接在现场工作井内进行，管道采用F型套环管接口。

为了防止钢套环与混凝土管结合面产生渗漏，在该处设了一个橡胶止水圈。

该橡胶止水圈不是用普通橡胶，而是采用了遇水膨胀橡胶，该橡胶在吸收了水分以后体积会膨胀1~3倍。

为了使顶力均匀分布，顶进时先在承口端面加设一个木垫圈。

后背墙

后背墙用来承受主顶油缸后坐力的构件，并将主顶油缸传来的集中力均匀地传递给井壁。

后背墙采用钢筋混凝土浇筑而成，设置在主顶油缸的后面。

后座墙表面应平直，并垂直于顶进管道的轴线，以免产生偏心受压，使顶力损失和发生质量、安全事故。

井壁开孔、洞口加固，安装止水装置

如遇地下水位较高处，计划采用2排高压旋喷桩加固，起到挡土、阻水的作用井壁开孔在沉井高压旋喷桩施工完成后进行，采用切割机进行切割。

顶管进出洞口对顶管来说是非常重要的环节，为了顺利顶进，根据现场情况可采用以下方法处理：

穿墙时为防止工具头处土体渗水导致地面塌陷，发生安全事故，或者在顶进时方向失去控制。

可在工具头穿墙进洞前，对穿墙管前方的土体进行加固，使工具头顺利安全地进出洞口。

为防止顶管机头出洞时土体从该间隙流失和保持工作泥水压力，需要安装洞门洞口防水密封环，洞门洞口防水密封环由钢圈止水橡胶、圆环形板、扇形压板及连接螺栓组成的密封装置，作为施工临时防水措施。

4.4.1地面设备安装

工作井地面设备安装主要包括液压操控平台棚搭设及主顶装置安装、触变泥浆棚搭设及泥浆系统设备安装、通风棚及通风设备、起重设备安装等。

4.4.2场地准备

（1）为了保证施工安全，符合安全文明施工标准，承载力不够的区域应先进行硬化。

（2）对于龙门吊轨道，采用30cm×

30cmC30混凝土条形基础，基础底部土体应夯实、整平。

条形基础施工过程中预埋锚固钢筋，用于锚固龙门吊43kg/m钢轨。

4.4.3起重门吊

（1）准备

1）设备组装前应再次对龙门吊走行线进行符合，确保线路符合规定要求，并在轨道上做好龙门吊组装位置标记，确保两侧走行台车的车轮（以一侧车轮或台车端部为准）在一条直线上，以免组装过程中在调整走行台车的位置。

本顶管龙门吊沿管道走线20m。

2）提前一天清理好拼装现场，在指定位置搭好主梁对接的枕木平台。

龙门吊组装、调试和验收走行线路长度不低于18m，并提前准备好地锚钢丝绳、绳卡、扳手、冲销、撬棍、小撬棍等。

3）提前准备好龙门吊拼装现场的电源和氧气乙炔、电焊机等机具，做好各项配合工作。

4）监督检查组装人员的防护用品、安全绳、铁鞋等安全用品和设施。

（2）组装

1）利用16T汽车吊将走行横梁平行放在走行轨两侧。

并用枕木将行走横梁支设水平。

2）用吊车分别将两个支腿与走行横梁组装成一个整体，垂直放在走行轨两侧。

并在支腿两侧的上部捆好4根风缆钢丝绳，每个绳头至少用3个绳卡将钢丝绳固定牢固。

3）将组装好的支腿分别用吊车立起，立于走行轨上，并用锚绳和链条葫芦将其锚定，并尽量使支腿垂直于走行轨。

链条葫芦应设专人看守，未经允许任何人不得乱动。

4）先用两台16T吊车起吊主梁，离地30cm时暂停起吊，查看吊车和钢丝绳状况，确认安全后继续起吊，并保持两吊车起升速度基本一致。

当主梁地面高度高于支腿上表面高度时停止起吊，吊车摆臂使主梁与支腿上的横梁对位，在对位时，首先与一侧支腿对位连接，然后调整另一侧支腿的位置与主梁对位连接。

在调节地锚钢丝绳时，在一侧放绳时另一侧必须同时收紧，两侧收放葫芦的速度应尽量保持一致，以免一侧钢丝绳受力过大。

5）对位后开始用高强螺栓连接，连接完毕后将所有风缆钢丝绳卸掉。

6）安装操作室、电气控制柜、电缆卷筒等附属设置。

7）布设电气线路。

8）进行龙门吊的调试和试车工作。

4.4.4工作井地面设备系统

工作井的地面需布置一系列与顶管施工有关的设备，如送风设备、泥浆站等。

（1）送风设备

每个施工班组配置1台送风设备进行工作井内送风，保证井内工作人员的施工安全。

另外，现场再预备2台送风设备，保证工作井送风的连续行。

（2）触变泥浆系统

包括膨润土拌合池、压降泵、管道等，对于长距离顶管，应根据计算确定泥浆泵的泵压能力，压力不得低于3MPa。

4.4.5临时防护设施的安装

（1）工作井必须搭设遮雨棚，进行井口、注浆设备、泥浆拌合池、成品管材等材料设备的防雨。

（2）工作井顶部边缘必须安装护栏，并设置专用人行爬梯，以便上下工作井。

4.5工作井内设备安装

如下图4-5.1工作井内布置所示，工作井内设备安装包括后座垫铁、导轨、油缸支架及油缸、测量棚等的安装。

注：

1-顶管专用钢筋混凝土管；

2-洞口止水系统；

3-顶铁；

4-导轨；

5-主顶油缸；

6-油缸架；

7-测量系统；

8-后靠背；

9-后座墙；

10-工作井

图4-5.1工作井设备布置图

4.5.1导轨安装

（1）工作井导轨在顶管施工中的主要作用是：

使顶管机和所顶的管子出洞时可起到导向的作用，可放置顶管机、管子、顶铁等，工作井导轨主要由图4-5.2中所示的整平螺栓、轨道、轨枕三大部分组成。

1-整平螺栓、2-轨道、3-轨枕。

图4-5.2工作井导轨示意图

（2）本工程导轨采用轻型轨道，利用20槽钢焊接而成，安放在混凝土基础面上时，导轨定位必须稳固、准确，在顶进过程中承受各种荷载时不移位、不变形、不沉降。

两根导轨必须平行、等高，导轨纵坡与管道设计坡度一致；

导轨面上的中心标高根据顶管管内底标高设置，也可根据现场情况将导轨高程适当提高2~3cm，避免管头下沉。

（3）导轨安放前先校核管道中心位置，顶进过程中经常观测调整，确保顶进轴线的精度。

工程顶进钢筋混凝土管时，两轨道间距按照

进行计算。

式中：

L-导轨间距（m）；

R1-管材外圆半径（m）；

R-管材外圆内径（m）；

导轨安装允许偏差：

轴线位置3mm；

顶面高程0～+3mm；

两轨内距±

2mm；

导轨高差2mm。

4.5.2后靠板安装

（1）后靠板的主要作用是把主顶油缸的反力分散地均布在后靠板后面的混凝土后背墙的墙体上，不让混凝土后背墙由于压力集中而损坏，因此后靠板应有足够的面积、刚度和平整度。

（2）雷锋水质净化厂（一期）污水重力管-顶管工程所用管材口径较大，DN1200，后靠板设置为左右对称的两块，用钢板焊接而成，整体厚度30cm。

后靠板主要由前后两块面板3和竖向及主编的筋板及吊耳1组成，如下图,4-5.3所示。

（3）后靠板安装时要注意与主顶油缸的轴线保持垂直，安装前将后靠板位置对称的用红漆与后座墙上作好标志。

另外，后靠板必须紧贴后座墙，当后靠板与后座墙之间有空隙时，应用薄木板填实。

图4-5.3后靠板示意图

4.5.3主顶装置安装

（1）主顶装置由主顶油缸、主顶油泵和操作台及油管等四部分组成。

其中，主顶油泵是管节顶进的动力，成双数对称固定在油缸支架上。

本次顶管根据计算，采用6台300t等推力主顶油缸作为主顶设备，成上、下、左、右对称布置，如下图4-5.4所示。

图4-5.4主顶油缸布置示意图

（2）利用槽钢焊接支架进行主顶油缸的固定，以防止油缸在顶进过程中受力发生偏移影响施工质量。

油缸支架利用地面25t汽车吊和龙门吊配合安装，并根据管线设计调整支架的纵向轴线和高程。

（3）利用汽车吊和龙门吊将油缸吊装到安设稳固的支架上，并利用调整垫对主顶油缸的位置进行微调，使6台油缸合力作用点位于管总高的1/4处，并保证低于后座墙被动土压力的合力点，以使后座墙所能承受的推力最大。

（3）油缸支架及油缸的定位安装尺寸误差控制在2mm以内。

（4）顶进设备安装注意事项：

1）安装前对液压缸、高压油泵、液压管路控制系统进行检查，设备完好方可安装。

2）应根据顶管坑的施工设计，安装高压油泵、管路及控制系统。

油泵宜设置在液压油缸附近；

油管应直顺、转角少；

油泵应与液压油缸相匹配，并备有备用油泵。

3）液压油缸的油路应并联，每台液压油缸应有进油、退油的控制系统。

4）液压油缸的着力中心应，且不小于组装后背高度的1/3。

4.5.4顶铁安装

顶铁是具有一定形状和一定厚度的钢结构件。

它的作用是将主顶油缸较集中的顶推力均匀地分布到所顶管道的管端面上，并起到保护管端面的作用。

本顶管工程采用泥水平衡式顶管，采用弧形顶铁，如下图4-2.5所示。

弧形顶铁主要作用如下：

一是当主顶油缸行程比顶进管节短时，起到垫块的作用；

二是传递顶力比较均匀，且弧形开口朝上，便于泥浆。

图4-2.5泥水平衡掘岩机顶管顶铁示意图

4.5.5工作井集水井排水

在顶进井的一侧设一0.5m×

0.5m×

0.3m的集水井，浇筑底板时四周向集水井位置倾斜，形成排水坡度，收集由管道内流出的水及基坑积水，集水井内布置一个潜水泵抽水到三级沉淀池沉淀后，排到市政下水管道。

4.5.6其它设施的安装

（1）主顶坑内要布置低压电源插座，以供坑内照明使用，位置应靠近后背墙，以便接线。

（2）在距后背墙1m处安装激光经纬仪，安装时应先安装经纬仪特制支架，支架用Φ40钢管和5mm厚的钢板制作，用Φ14膨胀螺栓将支架底盘和混凝土基础固定。

（3）工作坑内作固定式踏步走道，30#槽钢做主梁，将5×

5的角钢焊在指定位置，在角钢上用50mm厚木板卡住，侧面用Φ50钢管作为栏杆扶手与槽钢焊接。

4.6顶进施工

工作井、接收井施工完毕，相关设备安装调试合格后方可进行顶进施工。

顶管工作原理：

顶管施工是以顶管工作井为起始点，在工作井内安装千斤顶系统提供水平推力，将安装在导轨上的顶管机头从前墙预留的出洞口破封门推入土中，由机头导向，然后将钢筋混凝土管跟随机头一节一节地推向前顶进。

与此同时，机头挖掘的泥土被不断排出，经水平运输至工作井，再经垂直运输至地面外运弃土。

采用24小时连续施工，直至机头进入接收井回收，完成该次顶管管道铺设。

根据顶管施工现场情况，本工程顶管施工采用泥水平衡法，相比于土压平衡顶管，泥水平衡法不需要大体积的土方外运处理系统，占地少，适合本工程施工场地狭小，征地难度大的特点。

4.6.1顶进前检查

（1）顶进施工全部设备经过检查并试运转合格。

（2）机头于导轨上的中心线、坡度和高程应符合规定要求。

（3）止水封门止水性能良好，且制定了防止机头进洞时流动土或地下水涌入工作井的防止措施。

（4）工作井处于不稳定地层进行顶进时，封门拆除后立即将机头顶入土层。

4.6.2出洞控制

（1）机头自重30~40t，利用120t吊车将其吊至井内，平稳放置于导轨上，保证管外皮与导轨之间接触严实，并使其靠近洞口。

120t吊车起吊机头计算如下：

顶管工程吊运材料包括机头、管材（2.5m）、相关材料、设备等，为保证施工安全，选取重量最大的机头作为安全验算基础，M=37t（机头35t，其他2t），安全系数K0=1.2，则M0=K0×

M=1.2×

37=44.4t；

现场利用QAY120汽车吊进行吊装，吊车支座停靠在基坑边缘外2m，支腿距汽车吊中心线2.7m，工作井中心线距井壁距离取3m，则吊车最小工作半径rmin=2+2.7+3=7.7m。

查QAY120全地面起重机操作手册得：

主臂长16.6m、仰角61°

时，工作半径r=8m，起吊重量M吊=48t。

此时，r>

rmin，M吊>

M0，满足机头起吊要求。

（2）机头安装完毕、降水满足安全要求后，拆除砖封门进行机头顶进出洞。

将掘进机推进到洞口内时，洞口止水圈已能发挥作用；

然后快速顶进机头入土实现安全出洞。

（3）为预防机头下跌，出洞时应加强机头与机头后第1、2、3节管之间的联结，在第1节管与机头间加M40螺栓4组。

初始顶进时，只启用下方4个千斤顶，上面2个关闭不开，以防扎头，如图4-29所示。

图4-29机头与第1、2、3节管联接示意图

4.6.3顶管方法

顶管正常顶进施工的操作：

顶进施工主要利用机头在前端取土，千斤顶在后背不动的情况下将管材向前顶进，其操作过程如下：

①安装好顶管各系统。

然后采用机械切割，凿开位于工具头位置的沉井井壁，推进工具头。

工具头顶进到位后，吊放第一管节，将管节与机头连接，然后在工具管后管节内安装工具管辅助设备。

②先开动工具头，转速由慢至快，然后启动进排泥泵出泥，然后操作主顶系统进行顶进，直到顶进第一节节管。

拆除进排泥管，电缆连线，缩回油缸，吊开顶铁。

③吊入管节，对准接口插入就位，在砼管接口处设置止水圈和软木衬垫，以保证两节砼管的接口受力均匀，防止渗漏。

④安装顶铁，接通各管线。

启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推进一定距离。

⑤停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

⑥填加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管节为止。

⑦重复顶进下一节管节，直至顶进结束。

⑧顶进至即将到位时，放慢顶进速度，准备测量出工具头的轴线和高程，并控制方向，使工具头能顺利地顶进至接收井洞口。

⑨在接收井内安装好接引导轨后，机械切割凿除接收井井壁洞口，将工具头推入至接收井，此时刀盘和进排泥浆泵均不运转。

⑩拆除管线，分离工具头与管节，吊出工具头，将顶管设备吊出沉井，顶管结束。

正常顶进注意环节：

1）地面监测，优化掘进机参数。

在推进阶段，要精心组织地表监测，在轴线上方布设沉降控制桩，通过

地表监测得到隆起或沉降量与相对应的掘进机主参数（包括推进速度，开挖面土压力值，出土率等）进行比较，从而优化掘进机参数，指导以后的顶管推进。

2）注浆稳定措施

除了在初始推进阶段，优化推进参数以外，在顶进过程中加强同步注浆也是有效手段之一，必须尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动，形成连续的环浆套。

要选择触变性能良好的膨润土制浆材料。

注浆过程中，注浆孔应合理分布，机头及其后面10节管每节都设有注浆孔，使泥浆及时填充管壁与土体的全部孔隙，其后逐步过渡到每两节加设一节带有注浆孔的关节，及时补浆，使全线管壁都包裹在泥浆套中。

3）置换泥浆措施

由于本工程管道穿越地层主要为淤泥质粉质粘土层，地基承载力较低，为保证管道稳定，在管道顶进就位后，立即进行管道基础注浆加固，以防止管道下沉。

利用管道内的注浆孔向管外注浆加固，置换顶管施工过程中的触变润滑浆，最大限度的填充管道周围的土层空隙。

置换水泥浆的水灰比为0.45，压力P=0.2～0.5Mpa，并加强对管线的监测措施。

4）压浆工艺及压浆操作规程

对于中距离顶管，当顶进困难时，为了减少土体与管壁间的摩阻力，应在管道外壁压注润滑泥浆。

为确保减小管道外壁的摩阻力，需要有切实可行的技术措施来保证润滑泥浆，在施工期间不失水沉淀，不固结，合理布置压浆孔，在管节断面一侧安装压浆总管，每2m处安装三通阀门至管节注浆孔，总管与阀门用软管连接，制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行，

为使顶进时形成的建筑间隙及时用润滑泥浆填补，形成泥浆套，达到减少摩阻力及控制地面沉降，压浆时必须坚持“先压后顶，随顶随压，及时补浆”的原则，泵送注浆压力控制在0.1-0.125MPa。

压浆工艺流程：

地面拌浆→总管阀门打开→开启管节阀门→启动压浆泵→送浆（顶压开始）→管节阀门关闭（顶进停止）→总阀门关闭→井内快速接头拆除→下管节→接总管→循环复始。

5）管节顶进

当顶进设备从地面到井内安装试运转全部良好，即可开始管节顶进。

工具管出洞后的方向正确与否，对以后管节的顶进将起关键的作用，在中距离顶进中，纠偏是关键，要认真对待，及时调节工具管纠偏千斤顶，使其及时回复到正常状态，要严格按实际情况和操作规程进行，勤测报表，勤纠偏，应严格控制工具管大幅度纠偏，不使管道形成大的弯曲，防止造成顶进困难，管节碎裂等。

在正常施工时，由于种种原因顶管机头及管节会产生自身旋转，在发生旋转后，可根据实际情况利用顶管机械的大刀盘正反转来调节机头和管节的自身旋转，必要时可在旋转方向加压铁块。

6）顶管测量控制与校正，纠偏

①顶进线路的控制主要依靠设备的正确操作，来达到纠偏目的，我项目拟投入本工程的工具头具有一段纠偏段，纠偏的最大角度范围能够达到3度。

②顶进线路的控制主要依靠施工操作的预见性，纠偏只能作为辅助措施，为了使管段按照设计要求的高程和方向进行顶进，在顶进过程中应不断对工具管的高程、方向，转动进行测量，为保证管道按设计轴线顶进，要求“勤测勤纠”，即根据测量结果发现的机头偏差，操作纵机头纠偏，使其按设计轴线前进。

③短距离管段的上下位移采用连通管，左右位移采用DJ2经纬仪测量，超过距离顶进的测量采用激光全站仪，对扭转可用垂线测量。

④工具管在穿墙时，每顶进30cm测量不少于1次，及时指导纠偏，偏差变化较大时应增加测量次数，每顶进30cm须做一次校核，并根据测量数据做出偏差曲线图。

⑤测量要求，仪器经校正，固定牢固，做好记录，及时联系，指导纠偏，控制点严格校核。

⑥工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，根据测量反馈的结果，调整纠偏千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控制，如果工具头的方向偏差超过5mm，即应采用纠偏千斤顶进行纠偏。

⑦混凝土管顶出井壁及在长度30-40m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度短，工具头重量大，近出洞口土质易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时，应该综合运用工具头自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管的方向。

⑧纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，必须做到严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。

4.7中继间设置

（1）中继间原理

当顶进阻力即顶管掘进迎面阻力和管壁周围摩擦阻力之和超过主千斤顶的容许总顶力或管节容许的极限压力或工作井后背极限反推力，无法一次达到顶进距离要求时，应采用中继接力顶进技术，实行分段使实施每段管道的顶力降低到允许顶力范围内。

采用中继接力时，将管道分层数段，在段与段之间设置中继间，中继油缸工作时，后面的管段成为前方管段的受力后座，承受中继千斤顶反力将前方管段顶进。

中继间按顶进方向依次启动，起到管道分段顶进，减小每段顶力的目的。

（2）中继间设计

顶进部分检查井段距离达到240m，需要设置中继间，采取接力顶进。

中继间按50%顶力、70%顶力进行设置。

中继间主要由壳体（钢板制）与千斤顶组成，千斤顶分布固定在壳体上，安装独立的电、油路系统，壳体结构强度应符合实际顶力要求。

周边千斤顶分布应下半部间距小，上班不间距大，中继间与前后管的连接缝不得大于1.0cm，具体组成如下：

1）短冲程千斤顶组，本顶管采用冲程为20cm的千斤顶组，性能要求一致；

2）独立的液压、电路与操作系统；

3）钢板制壳体和千斤顶紧固件、止水密封圈。

由于中继间使用特性，其启动伸缩次数很多，密封圈极易磨损失效而发生漏水、漏砂等现象，给工程带来严重的后果，甚至发生安全施工。

本次顶管中继间采用二道密封圈，在两道密封圈之间设置4只可以压住润滑油脂的油嘴，通过油脂润滑作用减轻密封圈的磨损；

同时，设置4只注浆孔，进行同步注浆。

4）承压法兰片

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合格后方可使用。

4.8下管

下管前回缩千斤顶，将管道内所有的工艺管路全部临时断开，管内及坑内所有电源断掉，井内人员进入管内或上到地面。

下管安排专人指挥，用25t门吊将管子下到导轨上时，管外皮与导轨之间不能有空隙。

下管要注意插口朝前，承口朝后。

在插口安装胶圈时要涂抹凡士林，以使开镐顶紧管接口时胶圈均匀被压缩，不被扭曲、翻转，防止漏浆漏水。

1、破除井壁

2、第一节管道顶进

3、第二节管道顶进

4、管道循环顶进至接收井

4.9减阻泥浆系统

触变泥浆减摩是顶管施工中减少顶力的一项重要技术措施，在顶进过程中，通过顶管机头尾部的同步注浆与顶管管节上预留孔向管节外壁压注一定数量的减摩泥浆，采用多点对称压注使泥浆均匀地填充在管节外壁和周围土体的空隙来减小管节外壁和土体间摩阻力，起到降低顶进时阻力的效果，如下图4-9.1所示。

图4-9.1注浆减阻示意图

减阻泥浆用量主要取决于管道周围空隙的大小及周围土层的特征，一般按5cm管壁空隙计算理论压浆量，由于泥浆的流失及地下水的作用，泥浆的实际用量要比理论用量多，一般可达理论值的4～5倍，但在施工中还要根据土质、顶进情况、地面沉降等要求作适当调整。

（1）压浆设备的组成

1）注浆泵：

选用螺杆泵，以使流量波动小，注浆压力平稳。

2）搅拌器：

应具备充分拌和泥浆的功能，具有所需要的供浆容量，每次配制时膨润土泥浆搅拌时间必须大于30min。

3）储将箱：

为了保证注浆连续、充分，地面储浆箱尺寸：

L×

B×

H=2×

1.5×

1=3m3。

4）注浆管路：

总管选用Φ50mm的钢管，从泥浆站直通机头，主管沿线每间隔10m设一个三通连接注浆支管，支管采用Φ30mm高压橡胶管，沿顶管横断面弧形布置，支管上设3~4个三通，连接管壁上预留的注浆孔。

顶管过程中应安排专人交替打开注浆孔阀门，不间断向管外壁注浆。

顶进过程中，机头尾端要紧随管道顶进同