顶管工程施工方案Word格式.docx
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位置
里程
直径
长度（m）
材质
污水
北侧
K4+274-K4+380
d800
106
钢筋砼Ⅲ级管
K4+635-K4+685
50
雨水
K4+200-K4+380
d2000
180
泵房
K4+585
d1000
22
K5+580
Yb2、Yb3
95
2.3工程目标
本工程顶管段施工目标如下：
（1）质量目标：
工程质量标准为优良；
（2）安全管理目标：
无死亡事故，无重大职业健康事故，无重大环境影响事故；
（3）工期目标：
顶管施工工期安排见表2.3-1。
表2.3-1顶管施工工期安排
开工日期
完工日期
备注
雨、污水
386
2013-6-5
2013-7-4
K4+585泵房
2013-8-21
2013-8-26
K5+580泵房
2013-7-12
2013-7-17
（4）文明施工目标：
保证文明施工工地，保证不对周围环境造成滋扰。
第三章施工前期准备
本顶管工程距离较长，地质条件较差，施工难度较大，施工前应做好充分的准备工作。
⑴顶管机械设备、管材进场准备及施工人员组织
针对地质特点和工程管材选定与之相适应的顶管掘进设备、顶管施工工艺，对顶管配套设备、设施进行检修及调试，使其保持在良好的待用状态；
提前做好管材供应计划，将相应的管材技术参数以书面形式向管材生产厂交底；
安排具有丰富顶管施工经验的班组进驻现场施工，施工前做好全面的技术交底和安全交底，确保有关劳动安全及施工技术教育，加强工人的劳动安全意识，提高施工技术水平。
⑵对顶管沿线地质情况进行核查
为确保顶管成功，需对顶管沿线的地质情况核查，进行补勘，加密钻孔密度，通过补勘资料与原地勘报告相比较，出具更详细、准确的地基情况说明用以指导现场施工和方案编制。
⑶编制专项方案、组织专项技术交底
施工前，在项目技术负责人的带领下集中有关技术人员仔细审阅图纸与相关资料，结合现场情况，编制详细的顶管专项方案用以指导施工，方案报送专家评审；
并组织召开专题技术交底会，参加人员设计顶管施工的所有工种，认真做好技术交底工作。
第四章顶管施工方案及技术措施
4.1泥水平衡顶管工艺
4.1.1泥水平衡顶管工艺基本原理
泥水平衡顶管工艺基本原理是将已调成一定浓度和比重的泥水，通过送泥水系统送至顶管机头前挖掘面处，泥水在挖掘面上形成一层不透水的泥膜，可阻止泥水向挖掘面里面渗透，同时调节泥水压力来平衡地下水压力和土压力，达到稳定挖掘面的目的；
顶管机头前进的同时刀盘切削土体，被切削下来的残土与泥水充分拌和后，由排泥系统输送至地面泥水分离设备进行处理，分离出的残土被运走，泥水再送入送水系统循环使用。
4.1.2泥水平衡顶管施工特点
⑴适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下也可适用；
⑵可有效的保持挖掘面的稳定，对所在顶管周围的土体扰动比较小，因此施工引起的地面沉降很小；
⑶与其他类型顶管相比，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土、砂土层表现得更为突出，适宜较长距离顶管；
⑷工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。
由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、搬运土方等容易发生危险的作业；
可在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。
⑸泥水输送弃土的作业连续不断地进行，其施工进度快，能有效的保证工期。
4.1.3泥水平衡顶进系统
泥水平衡顶进系统主要由以下几部份组成：
①NPD泥水平衡顶管机；
②机内控制柜；
③洞口止水圈；
④环形护口铁；
⑤马蹄形顶铁；
⑥主顶油缸；
⑦主顶油泵；
⑧激光经纬仪；
⑨后背板；
⑩基坑导轨。
4.1.4泥水平衡进排泥系统
主要由以下几大部份构成：
①泥水分离设备（沉淀箱及分离器等）；
②进水泵；
③排泥管；
④进水管；
⑤基坑旁通；
⑥流量计；
⑦排泥泵；
⑧进排泥泵控制柜；
⑨进排泥软管；
⑩流量调节器。
泥水平衡进排泥系统图
4.1.5泥水平衡顶管工艺流程图
4.2顶管设备的组成
4.2.1主体设备
⑴主控制集装箱
顶管的控制主要在集装箱内进行，内置主动力设备，及操作电脑平台，动力设备主要提供主推进系统、机头掘进系统、膨润土系统及纠偏导向等系统等的动力。
采用液压驱动系统，对比电机驱动，具有运行平稳，过载保护等优点。
对机头、顶进、纠偏及注浆的操作全部在集装箱内的控制台前进行。
采用先进的激光导向定位系统（ELS），能随时显示机头的位置、控制倾斜度并持续提供机头之导向和定位，采用的全自动导向系统，可以在电脑中预设容差值，由系统自动导向纠偏。
并能将顶进过程中的相关数据记录进行打印。
⑵主推进机头
采用标准刀盘并加配锄形刀具，能轻松穿越软、硬及含砂、砾石等土层。
全断面密封装置，对于在地下水位下的施工无需采用降水措施。
刀盘无极调速，易于纠偏。
⑶主液压千斤顶
底部装有可以调整水平的推垫，三级等推力油缸。
全强化一体成型的顶进架，总推力1000吨。
⑷膨润土注入系统
膨润土注入采用电脑控制，以降低管壁的摩阻力，减小推进顶力。
注入量和注入压力在电脑上显示，便于监控。
⑸进排泥系统
采用离心式泥水泵，转速无限可调，通过进水流量、压力及出泥泵的流量、压力的调节来控制泥水仓的压力来平衡前方土体的压力。
可以在电脑前进行操作。
⑹该设备具有以下特点：
①全断面封闭开挖，泥水平衡前方土体，路面沉降小；
②电脑全预设容差全自动纠偏，偏差控制在5mm以内；
③液压驱动，运行平稳，过载保护；
④机头适应复杂各种地质，为全土质型；
⑤装备GTS系统，随时提供机头的定位；
⑥顶进速度快。
4.2.2顶管配套设施、设备
⑴基坑导轨
基坑导轨是由两根平行的钢结构焊接在轨枕上制成的，其作用主要有两点：
一是使推进管在工作坑中有一个稳定的导向，并使推进管沿该导向进入土中；
二是让环形、弧形顶铁工作时能有一个可靠的托架。
本工程基坑导轨选用I30b工字钢，为了提高导轨的耐磨性和强度，在导轨上加筋板。
两导轨平行、等高，与混凝土基础中预埋钢板焊接。
⑵钢后背
为增大后背强度和抗力，在工作井后背方向加设一块3.0m×
3.0m的钢后背，钢后背采用厚20mm和厚30mm的钢板焊接加工而成，钢后背必须保证垂直，钢后背厚300mm。
⑶主顶油镐、油泵及油镐架
为确保管道受力均匀并提供足够的主推力，主顶配备4台二级等推力液压油镐，行程3500mm，单缸推力为200t，总推力为4×
200=800t。
最大主顶动力系统采用2台CY14-1B型（额定容量25L、额定压力31.5MPa）的柱塞式高压油泵并联控制，其中一台使用变频调速机。
当不使用中继间时，开一台油泵顶进速度可在62mm/min至124mm/min调整；
当使用中继间时，主顶系统只起跟进作用，两台泵同时开跟进速度为186mm/min。
油镐架采用[20槽钢焊接制作，顶镐的布置应满足合力点的方向与管道轴线方向一致。
⑷顶铁及护口铁
为满足顶管出泥需要，顶铁选用一1.2m长块马蹄形顶铁，同时为确保管体安全，使管体端面传力均匀，采用1块圆形钢护口铁（厚30cm）。
⑸进、排泥管
进水管与排泥管均采用φ114×
4mm无缝钢管制作，每节长度4m，接头处采用活动卡环连接，卡环内设置止水胶圈；
为满足长距离顶管施工，考虑给每套顶管设备准备总长1000m的进排泥钢管；
部分施工点位于道路上，距离水源及排泥位置太远，需沿途安装引水管和排水管，管材可采用φ150mmPVC管，6m长一节，管与管之间用螺栓、法兰连接，过交叉路口段采用φ150×
6mm钢管铺设，并设置缓坡道，根据现场实际情况，每套顶管设备配备引水管和排水管长度各1500m，共3000m，隔200m左右设置一台6寸接力渣浆泵。
⑹泥水箱
为保证顶管进水和排泥流量，现场设置进水蓄水池、排泥沉淀池，蓄水池与沉淀池采用钢制箱体结构，便于现场搬运和安装，两池之间采用DN200钢管连通，使沉淀后的泥浆能够循环利用。
⑺工作井吊装设备
顶管工作井吊装采用25t汽车吊车或自制门式吊装行车（载重5t），自制门式吊装行车结构及布置另见专项方案。
⑻止水洞口
顶管过程中，无论是出洞还是进洞，管道和洞口之间都必须有一定的间隙。
为保证顶管机进出洞时泥浆和地下水不从顶管机外壳周围涌出，需在顶进方向安装洞口止水装置。
洞口止水装置安装在工作井与接收井沿管线方向的侧壁预留洞上，该预留洞的直径应比顶管机外径稍大（约10cm），其由预埋螺栓、钢压环及橡胶圈组成。
4.2.3设备安装
⑴起重设备安装
初期设备安装，在龙门吊尚未安装时，所有设备、构件吊运均采用汽车吊，包括龙门吊安装。
在龙门吊安装完成后，井内所有吊运工作均由龙门吊来完成，包括顶进设备的装拆、顶进管道的吊放和顶铁的装拆、材料的垂直运输。
⑵后背安装
后背较坑底深0.5m，采用长2.5m、断面15cm×
15cm方木码放，高度为4m，并尽量贴紧墙壁，后背平面要求垂直于管道中心线，如有空隙用砂石填充严密，方木前埋设立铁3根，间距1.0m。
立铁前码放横铁，横铁要求码放平整，顶镐后座与横铁结合处严密，以便均匀地将顶力传到后背上。
⑶导轨安装
导轨使用高度为140mm的钢轨，安装道轨用木枕，经计算D=800mm（外径厚度80mm）钢筋砼管导轨宽度为635mm（见计算式），导轨高程用顶管坑内的水准点测设。
钢制道轨与木枕用道钉固定，两侧用方木与槽壁撑紧固定。
导轨宽度计算及安装图（图4.2-1）如下：
导轨宽度计算式：
图4.2-1导轨安装图
⑷千斤顶、油泵安装
顶进设备为500t油压千斤顶，行程L=700mm。
根据顶力计算，安装2台千斤顶，与管道中心线对称布置。
油泵设置在千斤顶附近，油管应顺直、转角少；
油泵与千斤顶匹配，同时配备了备用油泵；
油泵安装完毕，先进行试运转，再进行管道顶进；
顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度进行；
顶进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进；
千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。
⑸顶管机安装和调试
①顶管机安装前做一次安装调试，清洗油管，防止灰尘等污物进入油管，保持电路系统干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。
②顶管机的尺寸和结构应完全符合实际工作要求，在吊装前做详细地检查。
③顶管机采用钢丝绳外套橡皮吊放，吊装时应平稳、缓慢、避免任何冲击和碰撞。
④顶管掘进机安放在导轨上后，测量前后端中心的方向偏差和相对高差，并作好记录，顶管机的接触面必须相互吻合。
⑤按设计要求进行定位。
⑥将顶管掘进机和电路、油路、水路、气压、泥浆管路和控制系统等进行统一连接，各部件安装正确、连接牢固、不得渗漏，安装后对各分系统进行认真检查和试运行，以达到正常运转。
⑦顶管掘进机下坑后，刀盘离开封门1m左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不应超5mm，然后开始凿砖封门，砖封门尽量凿除干净，不要遗留块状物，使掘进机刀盘贴住前方土体。
⑹泥水系统的安装
①泥浆沉淀尽量靠近工作井边，减少排泥管路过长而产生的管路摩阻力，沉淀池的配置可沉淀块状物，防止块状物直接进入排泥泵引起排泥泵堵塞和损坏。
②注浆系统使用螺杆泵以减少脉动现象，浆液保证搅拌均匀，系统应配置减压系统。
在注浆泵出口处1m外以及掘进机机头注浆处各安装一只隔膜式压力表，便于准确观测注浆力。
4.3测量控制
4.3.1测量放线与纠偏
4.3.1.1测量放线
⑴根据监理单位审核批准的桩点施测污水管线的中心线和高程桩。
⑵根据中线控制桩用全站仪将顶管中线桩分别测设在顶管工作坑的前后，使前后两桩互相通视，并与管线在同一条线上。
⑶顶管工作坑内的水准点由坑上一次引测，经过校核，误差不得大于±
5mm。
每座顶管坑内设2个水准点。
4.3.1.2顶管测量与纠偏
在顶第一节管时，以及在校正偏差过程中，测量间距不应超过30cm，以保证管道入土的位置正确；
管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不宜超过100cm。
中心测量、高程测量与纠偏均采用激光导向定位系统（ELS）进行。
每班工作要做好顶管记录和交接班记录，全段顶完后，应在每个管节接口处测量其中心位置与高程，有错口时应测出其错口的高差。
4.3.2顶管测量记录
⑴在顶进过程中，管道一直处于动态，加强顶进施工中的动态管理，是提高顶进质量的首要保证。
顶进施工记录则是反映管道在顶进过程中动态情况的依据，因此，应认真填写顶进施工记录，做好交接班，掌握顶进的动态，做到情况明、问题清、有对策、处理及时。
⑵顶进中每班必须如实填写记录，记录中应包括顶进长度、土质情况、顶力数值、每次的测量记录、校正情况、机械运转情况及其它注意事项。
⑶认真执行交接班制度，交接时当班的负责人必须向接班负责人交清记录，并说明在顶进操作中所出现的问题及处理情况。
⑷整个施工段的顶进分阶段的进行自检，不可等到全段顶完再全面检验。
日常的顶进原始记录（交接班记录），只反映了当班的情况，但顶进的管道在动态过程中的变化情况则应掌握，所以每顶进20m时即全面检验一次施工质量，存在的问题应在继续顶进中得到解决。
⑸顶管记录由质量检查人员每日收集一次，并将顶进质量及时向项目经理汇报。
4.3.3地面沉降监测
4.3.3.1测点布设
⑴地面沉降测点布设
根据监测内容和目的在道路两侧设置基准点和监测点。
⑵基准点的设置
水准基准点（又称监控点）是沉降观测起始数据的基本控制点，本工程要求精度较高，拟布设深埋砼结构水准基准点4个，其为埋设的永久性标志，形成监控网。
基准点设置在距所观测施工部位50m处。
4.3.3.2基准点的保护
⑴监测点是一切测试工作的基础，因此特别加强对各监测点的保护工作，完善检查、验收措施；
⑵在每个监测点埋设完成后，立即检查埋设质量，发现问题，及时整改；
⑶确认埋好后，埋设人员及时填写埋设记录，并准确测量，作为开挖时监测的参考；
项目负责人应进行实地验收，并在埋设记录上签字确认；
⑷对于所有预埋监测点的实地位置应做精确记录，露出地坪的做出醒目标志，并设保护装置；
⑸加强与施工单位的联系，作好双方的配合工作；
⑹详细了解施工动态，预先作好预埋件的保护。
4.3.3.3采用仪器设备
序号/名称/精度/作用
⑴精密水准仪/0.01mm/路面测量沉降
⑵铟钢尺/路面测量/沉降
注：
铟钢尺，其原理就是一根用铟钢带尺刻划，并按一定条件固定在尺框内，主要用于精密水准测量。
该尺主要精密在：
用铟钢带作刻划读数的基质，热膨胀系数较小，材料很贵；
另一个是刻划精度较高（并不要求刻划等分很细），一般水准尺是做不到的；
再一个就是固定铟钢带有讲究，基本上是正好自由状态，用手触动可以感觉到。
综合以上要素，铟钢尺刻划很严密，精度高，热膨胀系数小，受外界温度影响几乎可以忽略（正常工作范围内，极限条件另论），所以，精密水准测量首选该类尺子。
4.3.3.4工作计划安排
本次施工过程中的变形观测随现场施工进度进行。
自顶管施工开始至顶管施工完毕后，沉降稳定为止，在顶管施工过程中，每天进行监测，顶管施工完后，减少观测频率，当连续两周沉降速度小于0.2mm/d时，则判断为沉降已经稳定，可以结束观测。
具体安排随工程进度，初估约18个工作日。
4.3.3.5质量保证措施
⑴相关规定
①监控量测小组与监理工程师密切配合工作，及时向监理工程师报告有关情况和问题，并提供真实可靠的量测资料；
②制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施；
③成立专门监测组承担施工监测，量测人员保持固定，保证资料的连续性；
④仪器的管理采用专人专用，专人保养，专人校检的方法；
⑤仪器设备和元器件在使用前均经严格的校验，合格后方可投入使用；
⑥在监测过程中，必须遵守相应的测试细则及相应的规范要求；
⑦量测资料均应经现场检查、室内复核两道程序后方可上报；
⑧量测资料储存、计算、管理采用计算机系统管理,进行信息化管理。
⑵作业规范
①五固定：
固定观测人员；
固定观测仪器；
固定观测水准尺；
固定观测路线；
固定观测方法。
②每次观测之前将仪器露天放置30分钟。
③烈日下观测使用观测伞；
温差变化较大时使用仪器罩。
④常规水准观测顺序为后前前后。
⑤在线路上预先测量距离，水准仪与水准尺之间的距离不超过50m，分别在水准尺和水准仪摆设处作相应标志。
4.3.3.6信息反馈
在施工过程中，对现场测得所有观测数据，均实行信息化管理，由富有经验的专职人员根据不同的观测要求，绘制不同的变形或形变
曲线，预测沉降发展趋向，定期以简报的形式汇报，分为周报、月报等。
根据工况，监测人员做到随叫随到。
4.3.3.7安全保证措施
⑴监测人员进入施工现场戴安全帽，佩带标识，服从指挥；
⑵未经工地批准，不得擅自拉引电源线；
⑶监测人员登高时，使用坚固可靠的工作梯，不得登踏斜木板或木箱；
⑷监测人员在有车辆通行的路面工作，穿好安全背心，必要时要设置车辆绕行或缓行标志。
4.4顶管进、出洞口土体加固措施
顶管机进出洞口是关键工序，由于顶管机重量大，在软弱地层中顶进，为防止顶管机在出洞时产生“叩头”现象，需对洞口外土体进行固化处理，同时还要有良好的止水效果，防止洞口开启时泥沙涌入井坑内，造成危险，采用高压旋喷桩加固洞口周围土体。
旋喷桩平面布置：
在洞口位置布置三排密扣旋喷桩，单桩有效桩径φ500mm，桩与桩搭接150mm，中心间距350mm，梅花桩布置，加固宽度比预留洞口每边多出1.0m的范围，之后沿管道方向布置五排独立桩，起到承托机头的作用，每排布置三棵桩，管道中心线布置一棵，两边对称各布置一棵，桩与桩之间纵横间距为800mm。
旋喷桩加固范围：
加固深度从地面至管外底以下4米，采用通长实桩结构。
旋喷施工：
旋喷压力控制在20MPa左右，桩径φ500mm，水泥用量250kg/m，桩体单轴无侧限抗压强度0.8MPa，垂直允许偏差1.5%。
4.5工作井井区布置
顶管工作井在完成进出洞口加固后布置。
⑴ 施工平面重点考虑的因素：
①发电机组；
②下管；
③触变泥浆设备；
④泥水分离设备；
⑤现场办公室；
⑥交通；
⑦生产用水；
⑧施工道路；
⑨场地排水。
⑵ 施工平面布置原则：
少占地，满足顶管需要，便于管理，减小噪声影响和场地环境的破坏。
工作井上的设备如下：
①在工作井轴线与顶进方向垂直处，根据不同的管径设置不同吨位的龙门吊。
②设配电间，无木四防工棚搭制。
③设触变泥浆搅拌、储存、输送设备。
泥浆拌和每天只需2小时，封闭设置。
④设泥水分离设备和泥水沉淀池，之间连接管采用6寸钢，沉淀池用钢板制作。
⑤设置现场临时材料库，主要用于存放施工电缆、五金材料及设备配件等。
4.6管道顶进
⑴初始顶进
顶进准备工作完成后，开始初始顶进。
初始顶进在顶管工作中起着很重要的作用，一要穿过工作井洞口，在这过程中保证洞口结构不被破坏，同时泥水不进入顶坑；
二要保证高程、中心偏差最小，为正常顶进打下良好的基础。
初始顶进长度、机头和第一节管约15m。
①初始顶进速度控制
顶进用工作井顶进设备进行速度控制，分为两个部分，机头入洞阶段速度控制在3～5mm/min，此阶段重点是找正管子中心、高程，偏差控制在±
5mm之内，所以速度不要太快。
②初始顶进泥水控制
顶进时泥水流量控制在1.4～1.5m3/min，泥水容重γ=1.2。
泥水作用润滑刀、切削杂物泥水带出，此时泥水分两部分流出，一部分由机头外流入集水井，集水井设4吋泥浆泵排入泥水分离装置；
另一部分由机头出泥管排入泥水分离装置。
⑵顶管机正常顶进
①顶进主要参数
泥浆在整个顶管过程中起着关键作用，泥浆的压力、浓度影响挖掘面的稳定性。
泥浆浓度流量影响到切削下土体能否正常送到地面。
泥浆配比要在优选货源的前提下优化配比，并能根据土质变化及时变化。
泥水初定参数：
泥水比重1.15t/m3
泥水仓压力245KPa
泥水流量Q1≤0.65m3/min
排泥流量Q2≤1.07m3/min
机头顶进速度设定100mm/min，如要加大顶进速度，在保证泥水仓泥压的条件下，要先加大泥浆流量，再计算顶进速度，否则排泥管会堵塞。
流量计设定1.07m3/min。
②顶进操作程序
A无中继间时顶进
启动刀盘系统；
启动输泥管和排泥管道泵，泥路循环，自控系统调正管路压力，使压力达到设定压力并稳定；
机头顶进：
当没加中继间时，工作井顶进千斤顶设定顶进速度100mm/min，如加中继间，中继间设定顶进速度100mm/min。
同时，流量计测量流量，调整工作井变频泵，使排泥管流量保持在1.07m3/min。
压力计测量压力，控制电动阀的开启度，保持泥水仓压力。
B中继间顶进操作程序
顶进时先起动中继间，顶进到1000mm后，将中继间停止工作，起动主顶站千斤顶，靠主顶站的推力使管道前进并使中继间千斤顶回位，顶进1000mm后停顶，重复以上程序，直到管顶进完。
顶进同时，打开电动阀Z3，关闭电动阀Z1、Z2，保持泥水仓压力。
同时泥水冲洗排泥管，刀盘不停旋转，因没顶进也就不切削土。
C下管时的操作程序
打开基坑傍通阀门，保持泥水仓压力，同时打开冲洗阀门冲洗排泥管路；
全部中继间停止顶进，停止油泵；
机头刀盘停转；
待排泥管路冲洗干净后，停止输泥泵、排泥泵；
关闭触变泥浆、输泥管、油管、排泥管阀门。
拆除工作井管接口各种管线、电缆，管内应急灯工作。
下管对口。
⑶顶进测量控制
初始顶进后500mm，顶进测量开始，测量仪器使用日本TOPC
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