顶管工程专项施工方.docx
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顶管工程专项施工方
顶管工程
专
项
施
工
方
案
编制：
审核：
批准：
目录
一、工程概况3
二、施工技术方案3
1、沉井施工3
（1）测量放线：
3
（2）、基坑开挖及处理：
4
（3）、架立内外模:
4
（4）、绑扎钢筋:
4
（5）、砼浇筑5
（6）、沉井下沉：
6
（7）、土方吊运：
7
（8）、测量控制与观测：
7
（9）、下沉倾斜、位移、扭转的预防和纠正：
7
（10）、封底：
9
（11）、施工质量标准：
9
（12）、沉井施工技术保证措施：
9
2、管道顶进施工10
（1）、顶管施工现场布置：
10
（2）、顶管施工技术方案：
11
a、顶管施工工艺：
11
b、顶管掘进机：
13
c、顶进系统14
①、顶力计算14
②、顶机14
d、出泥系统：
15
e、泥浆系统15
f、组合密封中继环16
g、通风16
h、通讯与工业电视监视系统16
i、供电系统16
j、测量系统17
（3）、管道顶进施工技术保证措施18
①．顶管允许最大顶力控制措施18
②．顶管出洞安全措施18
③．顶管线型控制及保证措施19
④．管道抗扭转措施19
一、工程概况
本工程位于XXX县县城内，主管起于大街西北，止点为路交口东北。
，主管管径为800mm，共计1329m。
二、施工技术方案
该段所有工作井、接收井、均采用沉井施工法，施工时严格控制平面位置及高程，精心组织、统筹安排，尽力避免拢动沉井、管道周围的原始天然土状，以确保公路及其它建筑的稳定。
具体施工程序、施工技术方案；
1、沉井施工
本工程全长1329m，共有工作井12座，接收井6座，井型为方形和圆形，根据各井结构形式分别采用两次制作，一次下沉施工。
（1）测量放线：
基坑开挖前，根据设计图纸坐标及甲方提供的导点测量定位，同时在沉井周围布置坐标控制点和临时水准点。
施工过程中，轴线和控制桩应加以保护，并定期进行检查和复测。
（2）、基坑开挖及处理：
为减少沉井下沉深度，降低施工作业面，采取在基坑中制作沉井，开挖深度为１米，考虑到支模操作等工作的需要，基坑宽比沉井宽1米，四周挖排水沟、集水井，挖土采用1台0.6立方米反铲挖土机进行，配合人工修边和平整坑底，土方随挖随运。
基坑开挖结束后，及时铺筑砂砾石垫层，砂砾石垫层厚度20cm，铺筑砂砾石垫层应在四周设置集水井，基坑底部设置盲沟，施工期间应不停抽水，严禁砂砾石垫层浸泡在水中。
砂砾石垫层铺设完毕并经于容量测试合格后，即可在砂砾石垫层上浇注素砼垫层，垫层厚度取15cm，宽度为井壁外各10cm，素砼垫层应保证水平，以便模板施工。
（3）、架立内外模:
模板拼装、围令、立筋应按模板的翻样图施工，2m以上模板要有脚手架提供操作立模条件，预埋件及穿墙洞应在内模架立后完成，并应确保其位置、标高、轴线的正确。
（4）、绑扎钢筋:
①、本工程使用HRB335钢筋，钢筋进场必须有质保书，进场后对原材料按规范要求进行试验，无证或试验不合格的钢筋严禁使用，需要替代其它规格品种的钢筋必须要设计单位认可及符合规范有关规定。
②、按设计要求大样图，算出钢筋配件长度，机械成型，按规格堆放，主筋接头试情况可采用搭接。
③、钢筋绑扎时钢筋的规格、数量、形状、间距均应按设计要求施工，绑扎接头，焊接接头按规定错开，各类施工用预埋件及穿墙洞要精确测放、型号、数量、锚固长度应正确无误，严禁遗漏。
钢筋遇洞烧断，并按设计图设置加固筋。
（5）、砼浇筑
本工程所使用砼除垫层为C20，其余为C30抗渗砼（S6），由于沉井壁较厚，为了避免混凝土凝固时井壁开裂，按照规范规定掺加外加剂或在浇注混凝土时抛填8%的片石，以减少水化热的影响。
钢筋、模板、各类预埋件及井壁预留洞口经验收合格后方可浇筑砼，砼采用分层平铺法浇筑，分层厚度控制在30cm，振捣器振实，砼浇筑面大于2米时应布置串筒。
砼按设计要求控制好配合比，现场必须进行坍落度实验和做好抗压试块和抗渗试块。
砼开始浇筑前应全面检查准备工作情况并进行技术交底，明确各班组分工、分区情况，砼入仓前清除仓内各种垃圾并浇水湿润，同时在砼开浇时上下节施工缝应用与砼同标号的水泥砂浆进行接浆处理，施工中严格控制层差，杜绝冷缝出现，砼振捣时振捣器应插入下层砼10cm左右，注意不漏振、过振，钢筋密集处加强振捣，分区分界交接处要延伸振捣1.5m左右确保砼外光内实，钢筋工、木工加强值班检查，发现问题及时处理保证正常施工，交接班时应交清情况后才能离岗。
施工缝处理，在沉井上、下节井壁间应设置施工缝，在井壁宽度内设置两条凹槽作为施工缝，浇注时用木条成型。
沉井接高前，施工缝应进行凿毛并冲洗干净，使骨料外露，用同标号水泥浆接浆。
砼浇筑完毕后，须覆盖草包，当砼达到一定强度才能拆模板，一般需要养护72小时，底梁模板必须达到设计强度后方可拆除。
（6）、沉井下沉：
沉井下沉采用排水下沉工艺。
下沉前先清除块石基底、凿除素砼封底和刃角砖模将井内碎砖清理干净。
根据土质情况，采用碗形分层取土地，自重破土方式。
从中间开始向四周均衡对称进行，使井能均匀竖直下沉。
每层挖土厚度为0.3—0.6米，在刃角处留1.2～1.5米宽土台，用人工逐层切削，每人负责2—5米一段。
方法是顺序分层逐渐往刃角方向削薄土层，每次削5—15厘米，当上垅挡不住刃角的挤压而破裂时，沉井便在自重作用下破土下沉。
削土时应沿刃角方向全面、均匀、对称地进行，使均匀平衡下沉。
刃角下土方必须边挖边清理。
下沉过程中应根据测量资料随偏随纠。
当沉井偏斜达到允许值有1/4时必须纠偏。
在沉井下沉过程中应做到勤测勤纠，刃角标高每班至少测量一次，轴线位移每天测一次，当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。
沉井初沉阶段每2小时至少测量一次，必要时连续观测，及时纠偏，终沉降阶段每小时至少测量一次，当沉井下沉接近设计标高时应增加观测密度。
下沉应做到均匀，对称出土，贯彻“为纠偏而下沉”的原则，严格控制井内的出土深度及底面高差，当出现平面位置和四周出现偏差时应及时纠正，纠偏时不可大起大落，避免沉井偏离轴线。
在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，周边开挖深度应小于30厘米，避免发生倾斜。
尤其在开始下沉时，其平面位置与垂直度要特别注意保持正确，否则继续下沉不易调整。
在离设计深度20厘米左右时，应停止取土，依自重下沉至设计标高。
（7）、土方吊运：
沉井内挖出的土方，装于容量为0.3立方米的斗车内，用25t吊车吊至井外，用汽车运到弃土场堆放。
（8）、测量控制与观测：
沉井位置的控制、在井外地面设置纵横十字控制桩、水准基点。
下沉时，在井壁上设十字控制线，并在四侧设水准点，于壁外侧用红油漆画出标尺，以测沉降。
井内中心线与垂直度的观测系在井筒内壁纵横四或八等分标出垂直轴线，各吊垂球一个，对准下部标板来控制。
挖土时随时观测垂直度，当垂秋离墨线边达50毫米，即应纠正。
沉井下沉过程中，每班至少观测两次，并应在每次下沉后进行检查、做好记录。
当发现倾斜、位移、扭转时，应及时通知工长，指挥操作人员纠正，使在允许偏差范围以内。
当沉至离设计标高2米时，对下沉和挖土情况应加强观测。
（9）、下沉倾斜、位移、扭转的预防和纠正：
沉井下沉过程中，有时会出现倾斜、位移及扭转情况，应加强观测，及时发现并采取措施纠正。
对倾斜产生的可能原因有：
a、刃角下土质软硬不均；
b、挖土不均，使井内土面高低悬殊；
c、刃角下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉；
d、排水下沉，井内一侧出现流砂现象；
e、刃角局部被大石块或埋设搁住；
f、井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。
操作中可针对原因予以预防。
如沉井已经倾斜，可采取在刃角较高一侧加强挖土，并可在较低的一侧适当加填砂石，必要时配以井外射水、或局部偏心压载，使偏斜得到纠正，等其正位后，再均匀分层取土下沉。
如倾斜是由于被大石块或破损污物搁住，可用风镐破碎或爆破成小块取出。
位移产生的原因多由于倾斜导致的，如沉井在倾斜情况下下沉，侧沉井向倾斜相反方向位移或在倾斜纠正时，如倾斜一侧土质较松软时，由于重力作用，有十也沿倾斜方向伴随产生一定位移。
因此，预防倾斜应避免在倾斜情况下下沉，加强观测，及时纠正倾斜。
位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿倾斜方向下沉，至刃角中心与设计中心位置吻合时，再纠正倾斜；因纠正倾斜重力作用产生的位移，可有意向位移的一方倾斜，纠正倾斜后，使其向位移相反方向产生位移纠正。
沉井下沉产生扭转的原因是多次不同方向倾斜和位移的复合作用引起的，可按上述纠正位移、倾斜方法先纠正位移，然后纠正倾斜，使偏差在允许范围以内。
（10）、封底：
当沉井沉到距设计标高10cm时，停止取土，让其自然下沉。
视其下沉情况逐渐取土。
经2～3d下沉已稳定或经观测，在8h内累计下沉量不大于10毫米时，即可进行沉井封底。
本沉井采取排水封底方法，分两步进行：
第一步进行抛砌块石挤密，使之呈锅底形，自刃角向中新做放射形排水沟，填小石子做成滤水暗沟，在中部设3～4个集水井，井深1—2米，插入直径0.8米，周围有孔的钢套管，四周填以卵石，使井底的水都汇集到渠水井中，用水泵排出。
使地下水位保持低于井底面30—50厘米。
刃角砼凿毛处应洗刷干净，然后在井底块石顶对称均匀浇一层大于1.10米厚砼垫层，强度达到30%后，绑钢筋，浇筑上层400毫米厚的防水砼底板。
浇筑应在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，每层厚30～40厘米，并振捣密实。
在封底砼的养护期间，在封底的集水井中应不间断抽水，待底板砼达到70%强度后，进行第二步，对集水井停止抽水，进行封堵，方法是在抽出井筒手后，立即向滤水井管中灌入C25早强砼，装上法兰，再在上面浇筑一层砼，使之与底板齐平。
（11）、施工质量标准：
沉井制作尺寸的允许偏差和沉井下沉完毕的允许偏差详见《市政排水管渠工程质量检验评定标准》。
（12）、沉井施工技术保证措施：
a、由具有相应资质的单位提供砼配合比设计，随机测试砼塌落度，按规定做好抗压、抗渗试块，到龄期后进行抗压和抗渗试验。
b、沉井制作时，除用新模外，要及时对模板进行整修和保养，模板损坏严重的，不得重新使用。
c、插筋和沉井局部几何尺寸不规格处需用木模，模板使用前经过刨光，并应与定型钢摸拼接严密。
d、浇筑砼前，须用风镐将刃角以上，底板以下的部位全部凿毛，以保证沉井封底的质量。
e、下沉前，要将井内的脚手管，扣件和大的硬骨料清理干净以保证下沉的顺利进行。
f、下沉时，要多观测，勤观测，开始下沉时，要二小时观测一次，终沉前，须每小时观测一次，如遇特殊情况应增加测量次数。
g、沉井下沉至设计标高后，应进行沉降观测，当沉井在8小时内累计沉降小于等于10mm时，方可进行封底。
2、管道顶进施工
（1）、顶管施工现场布置：
根据顶进井的结构尺寸，顶管工作井现场最大需占地86m2。
施工现场顺顶井方向布置10t桁车一台，以工作井两侧井墙为轨道基础。
负责现场砼管的吊装及井下拼接砼管时的起重任务。
工作井一侧为料库、泥浆房、自动控制室。
工作井另一侧为砼管堆场、弃土场。
为便于晚上施工，在现场设二座镝灯照明。
生活及施工日常用水量约15t/天，利用现场附近的水源施工。
上下爬梯沿工作井周边环绕布置，井内沿顶进轴线方向依次安装穿墙止水装置、导轨、顶铁、主推千斤顶（支架）及后背墙。
后座千斤顶中间设置工作平台一座。
安装测量设备及3t卷扬机。
导轨一侧为井内及管内配电箱。
工作井一侧沿沉井壁依次安装供浆、供电、供水等施工管线。
（2）、顶管施工技术方案：
a、顶管施工工艺：
本工程砼管顶管管径为DN800，管采用双插口橡胶圈借口钢筋砼管。
工作井根据现场施工需要设置双向顶进或单向顶进形式。
顶管施工流程如下：
b、顶管掘进机：
本工程管道施工采用土压平衡式顶管掘进机。
土压平衡式顶管掘进机采用干取土，大刀盘切削正面土体通过螺旋输送机出来，由胶带运输机运输至出泥系统。
纠偏系统由四组油缸组成，与轴线呈45O方向布置，每组油缸最大顶力520KN，最大纠偏角7O。
它的优点如下：
①、由于刀盘呈辐条状,开口率达90%,土仓的土压力就是挖掘面上的土压力,是真正意义上的土平衡,可使操作人员更方便,直观设置工作土压力,从而使地面变形极小。
②、刀盘切削下来的土经刀盘后面的搅拌棒搅拌,由“生”土变成了“熟”土，此土具有较好的塑性流动性。
③、如在砂砾层中顶进，可通过设置在刀盘排前面和中心刀上的注浆孔，直接向挖掘面注入泥浆，经刀盘搅拌后，可改善正面土体塑性、流动性和止水性。
土压平衡控制原理如图：
P1＜P0
此土压力为控制目标，对实测土压力P1和P0值进行比较，以压力差决定排土量。
c、顶进系统
①、顶力计算
总推力F=F1+F2F1—迎面阻力F2—顶进阻力
F1=π/4×D2×PD—管外径1.2mP—控制土压力
P=K0×γ×H0
式中K0—静止土压力系数，取0.55
H0—地面距掘进机中心的厚度，取最大值7.5m
γ—土的湿容，取1.9t/m3
P=0.55×1.9×7.5=7.84t/m2
F1=3.14/4×1.22×7.84=8.86t
F2=π×D×f×L
式中D—管外径1.2m
f—管外表面平均综合摩阻力，取0.8t/m2
L—顶距，取最大值266.146m
F2=3.14×1.2×0.8×266.146=802.27t
总推力F=8.86+802.27=811.13t=7949KN
②、顶机
根据总推力计算,主顶装置采用国产的双作用油缸四只，该油缸行程1100mm，顶力2000KN，油压31.5Mpa。
主顶千斤顶合计顶力可达8000KN。
四只油缸有其独立的油路控制系统，可根据施工需要通过主顶装置来进行辅助纠偏，根据本工程工作井的后座允许顶力调整油压值并锁定之，以满足工作井所允许的顶力要求。
d、出泥系统：
土压平衡式顶管掘进机为干取土式，原状土经螺旋输送机、胶带运输机装入出土泥斗。
在顶进开始时，出泥车依次运至胶带运输机下，出土车由卷扬机牵引拉出管内，再吊运至地面。
出土小车的底盘有4只硬质尼龙轮子，能够自动调整重心，确保小车在牵引过程中不会翻身，小车装有警示灯装置，在运输过程中可以提供报警信号。
e、泥浆系统
①．泥浆减阻
用泥浆减阻是中、长距离顶管减少摩阻力的重要环节之一。
在顶管施工过程中，如果注入的润滑泥浆能在管子的外围形成一个比较完整的浆套，则其减摩效果将是十分令人满意的，一般情况摩阻力可由12～20KN/m2减至3～5KN/m2。
本工程采用顶管掘进机尾部同步注浆和后面管段补浆两种方式进行减阻。
补浆管布置为每四节管道后布置一节注浆管。
补浆孔按1200设置3只。
每道补浆环有独立的阀门控制。
润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土、纯碱、CMC。
初步物理性能指标；比重1.05～1.08g/cm3，粘度30～40S，泥皮厚3～5mm。
施工时按具体情况设置。
②．注浆设备
符合物理性能要求的润滑泥浆用BW-200压浆泵通过总管、支管、球阀、管节上的预留注浆孔压到管子与外管土体之间，包住砼管。
f、组合密封中继环
中继环每隔60m设置一道，布置300KN千斤顶15台。
中继环设计允许转角为10。
中继环止水橡胶可通过径向调节螺丝自由调节，在圆周方向可以根据需要进行局部或整体调节，具有良好的止水性能。
每道中继环安装一套行程传感器及限位开关与自动控制台相连。
g、通风
在长距离顶管中，通风是一个不容忽视的问题，它直接影响至管内工作人员的健康，为获得理想的通风效果，采用长鼓短抽组合式通风，通风系统安装在距掘进机12～15m处，抽风风筒与鼓风风筒分别安装于管内左右两侧，两风筒必须重叠5～10m，抽风机的吸入口在前，鼓风机的排风口在后，并在管道中间配置若干外轴流风扇，向井内排出浑浊空气。
h、通讯与工业电视监视系统
①管内通讯与工作面现场通讯采用HE系列自动电话总机，用机械拨盘式电话机互相联系。
电话设置在压浆棚；各工种间、中控室、办公室、掘进机、每道中继环、工作井内。
②配备2只低照度摄像头，一只安装于掘进机操作台处，监测操作台各项数据；一只安装于工作井内，监测主千斤顶的动作，监视器安装在中央控制室，以利技术人员正确指挥。
i、供电系统
工作井现场设变压器供电，为适应供电要求配置电容补偿柜。
输出端电缆分三路，分别供工作井上供电系统、井下顶管机头及井内主千斤顶。
第一路：
泥浆间：
2×10KW
各工种间：
10KW
现场照明：
20KW
第二路：
电焊机：
2×17KW=34KW
后座油泵：
2×22KW=44KW
第三路：
工具头：
70KW
中继环：
1×11KW（最多1台中继环同时工作）
管内照明：
10KW
管内用三相五芯式25mm2电缆供电。
管内供电系统配备可靠的触电、漏电保护措施。
井上井下与管内照明用电采用36v的低压行灯。
现场配电间为适应上述要求，安装600A主受电柜一只，分别输入3只配电屏，经3路分别送至各用电部门。
现场配备250KVA发电机备用，以防突发情况发生。
j、测量系统
按设计院提供的井位轴线控制桩定向，采用WILDT2经纬仪进行地面控制网的测量，精度在±2〃之内。
①用T2经纬仪将顶管轴线引至工作井上平台及工作井内壁上，井上、井下点位传递投放采用索佳PD-3天底仪。
（精度＜1/200000）
②顶管轴向测量采用高精度激光经纬仪进行测量，测量主要哟感导线测量法，测量平台设在顶管后座处，测量光靶安装在掘进机尾部，测量时激光经纬仪安装在测量平台上，直接测量机头尾部光靶的位置，并根据机头部的倾斜仪计算机头实际状态。
顶管水准测量另采用精密水准仪进行测量，水准仪与激光经纬仪安装在同一测量平台。
（3）、管道顶进施工技术保证措施
①．顶管允许最大顶力控制措施
我们选用的主推千斤顶达8000KN。
为防止顶力超过允许值，在主顶泵站设备调试时，调整压力阀以使系统压力控制在工作井允许顶力内。
且用螺栓锁锁死压力阀，这样施工中就避免了超过允许顶力的发生。
调整中继油泵车压力在相宜的范围内，当后座主推千斤顶接近允许顶力时，启动已加入的中继环，降低后座顶力。
②．顶管出洞安全措施
掘进机出洞口时由于工作井下沉时周围土体被破坏或在出洞时洞外泥水流失过多，造成出洞十掘进机因自重太重而下磕，为防止这一现象的产生，采取以下措施：
Ⅰ、掘进机就位后，将机头垫高5mm，保持出洞时掘进机有一向上的趋势。
Ⅱ、调整后座主推千斤顶的合力中心，出洞时观察掘进机的状态，一旦发现下磕趋势，立即用后座千斤顶进行纠偏，由于距离较短。
这一方法效果会非常明显。
Ⅲ、对洞中外侧进行土体加固措施，也进一步防止了磕头现象的发生。
③．顶管线型控制及保证措施
顶管要按设计要求的轴线，坡度进行。
主要是掘进机头部测量与纠偏的相互配合。
纠偏是完成管道线型的主要手段。
纠偏原则如下：
Ⅰ、勤测勤纠：
即每顶进一段距离，测量一次工具头轴线及标高偏差情况。
用电话通知工具头纠偏人员，纠偏人员再将工具头现在纠偏角度、各方向上千斤顶的油压值、轴线的偏差等报给中控室，输入微机。
微机将显示出纠偏方法、数据，再按此进行纠偏。
Ⅱ、小角度纠偏：
每次纠偏角度要小，微机每次指出的纠偏角度变化值一般的都不大于0.5O，当累计纠偏角度过大时应与值班工程师联系，决定如何纠偏，此时应特别慎重。
Ⅲ、纠偏操作中不能大起大落，如果在某处已经出现了较大的偏差，这时也要保持管道轴线按设计要求逐步地返回到轴线上来，避免相邻两段间形成的夹角过大。
④．管道抗扭转措施
顶进过程中由于周围土质的变化，纠偏的影响及管内设备的不均匀性会造成推进时管道发生不同程度的扭转，直接影响到工程质量。
因此主要采用以下措施；
Ⅰ、在管内设备及管道安装时，根据重量平衡原理，在安装设备及管材的另一侧配以相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡。
消除人为造成管道扭转的因素。
Ⅱ、顶进时在掘进机及每个中继环处设有管道扭转指示针。
一旦发现微小的扭转即用单侧加压配重的方法进行纠扭。
因此配备了一定数量的压铁。
单块重量为2kg。
掘进机若发生扭转，则将左右两只抗扭转翼板向外推出。
推出越长，抗扭力矩就越大，当掘进机平衡时则缩回翼板即可。
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