顶管工程施工方案.docx

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顶管工程施工方案

天津市南水北调中线滨海新区供水一期工程输水线路工程

（第9标段）

顶管工程施工方案

编制：

审核：

审批：

北京金河水务建设有限公司

2011年4月26日

一、概述

本标段顶管工程包括直顶钢管5条，分别为迎水道-地铁三号线穿越/红旗南路延长线穿越、津港运河-津淄公路穿越、友谊南路穿越。

采用直接顶入输水钢管的顶管形式穿越。

二、直顶钢管技术要求

主坑内焊接的每道环缝均应拍X光片检验，待接头处内外防腐固结后方可施顶；各环、纵缝皆为一类焊缝，X光评片I级焊缝率不得低于80%，其它不得低于级焊缝标准。

三、顶管施工

1.现场勘察

顶管施工前，对现场调查研究，探明有关水文、地质、有关构筑物、地下管线及障碍物情况，必要时进行坑探。

2.做好外联

顶管施工前，与相关管理单位联系，取得施工许可证明资料。

严格按照设计及现行《给排水管道工程施工及验收规范》进行施工。

3.机头选型

根据地质报告，并结合本公司的施工经验，顶管机头决定采用气压平衡网格（水冲）式机头进行施工。

该机头在顶进过程中，通过气压平衡正面土压稳定机头，减少外部土体对周围地面的影响。

4.顶进设备及顶进工艺

4.4.1主顶

采用4台200吨／台千斤顶作为主顶。

千斤顶动力由油泵提供。

千斤顶后端用道木和分压环将反力均匀作用于工作井，前端顶进分压环，顶铁将顶力传至管节。

分压环制作具有足够的刚性，与管端面接触相对平整，无变形。

4.4.2接口

管节接口主要由外套环（钢套环）橡胶止水带和软土衬垫组成。

钢套环在加工处至现场运输吊装过程中不能变形，接口不损坏，以确保管节在对接过程中，橡胶带不移位、不翻转，确保管节的密封性。

同时，钢环套在进场前还必须做好防腐处理。

橡胶止水带应保持清洁、无油污，并存放在阴暗处，防止老化。

施工中，将橡胶止水带用强力胶水粘贴于混凝土管口凹槽处，并粘贴牢固，在管节对接前涂无腐蚀性润滑油以减少摩阻，防止止水带翻转、移位和断裂。

软木衬垫采用多层胶合板（厚度1cm左右），将其夹于前后管节钢套环间，以均匀管节间的相互作用力，减少接口损坏。

管道顶通后，管道须作内接口处理，将管节间的胶合板凿至同样深度（深度2～3cm即可），并用沥青弹性嵌缝膏或水泥砂浆抹平。

4.4.3顶管施工测量及测量纠偏方法

4.4.3.1测量仪器

轴线测量采用2"激光经纬仪、高程测量采用DS3"水准仪。

4.4.3.2顶管施工测量

（1）顶管轴线的布设

根据招标文件上提供的城市坐标点连接出洞井和进洞井之间的进、出洞门的两点坐标及高程，以坐标值的计算建立相应坐标系，为顶进轴线高程之差决定顶管顶进坡度。

（2）建立施工顶进轴线的观测台

按独立坐标系放样后靠观测台（后台），使它精确地移动至顶管轴线上，用它正确指挥顶管的正确施工。

以后按施工的情况，决定定期复测后台的平面和高程位置。

（3）按三等水准连测两井之间的进出洞的情况，计算顶进设计坡度。

（4）顶进施工测量

在后台架设J2型经伟仪一台，后视出洞口红三角（即顶进轴线）测顶管机的前标及后标的水平角和竖直角测一全测回，计算顶管的头（切口）尾的平面和高程偏差离值，来正确指挥顶管的施工。

（5）注意问题

顶管施工初次放样及顶进极为重要。

另外由于顶管后靠顶进中要造成变化，后台的布置应保持始终不动，来确保顶管施工的测量的正确性。

4.4.3.3测量纠偏控制

（1）为了使顶进轴线和设计轴线相吻合，在顶进过程中，要经常对顶进轴线进行测量。

在正常情况下，每顶进一节管节测量一次，在出洞、纠偏、进洞时，适量增加测量次数。

施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。

（2）在施工过程中，要根据测量报表绘制顶进轴线的单值控制图，直接反映顶进轴线的偏差情况，使操作人员及时了解纠偏的方向，保证顶管机处于良好的工作状态。

（3）在实际顶进中，顶进轴线和设计轴线经常发生偏差，因此要采取纠偏措施，减小顶进轴线和设计轴线间的偏差值，使之尽量趋于一致。

顶进轴线发生偏差时，通过调节纠偏千斤顶的伸缩量，使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置。

在施工过程中，应贯彻“勤测、勤纠、缓纠”的原则，不能剧烈纠偏，以免对管节和顶进施工造成不利影响。

4.4.3.4地面沉降控制

在顶进过程中，应在顶管沿线合理布置地面沉降监控点，管道顶进中保证每天一测，确保周边管线及土体稳定。

如果发现地面沉降量超过10cm时，应予以报警，并及时向项目领导反应，合理分析沉降原因，以合理的方法解决地面沉降现象。

4.4.3.5顶管进洞前后的测量

当顶管机头逐渐靠近接收井时，应适当加强测量的频率和精度。

减小轴线偏差，以确保顶管能正确进洞。

顶管贯通前的测量是复核顶管所处的方位、确认顶管状态、评估顶管进洞时的姿态和拟订顶管进洞的施工轴线及施工方案等的重要依据，使顶管机在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的姿态进洞，准确无误地座落到接收井的基座上。

4.4.4顶管准备工作

1）根据设计轴线、高程、进行顶管中线、高程放样，以确定导轨的安装高度和方向，测量放样严格按三级放样制度进行测放复核，确定无误后，放可进行下道工序施工。

2）安装洞口止水橡胶板。

3）根据测放效果,安装导轨,导轨安装要求平稳、牢固，中线、高程与设计无误，偏差符合设计要求规范要求。

4）主顶设备安装

①在主顶千斤顶安装要求位移中线两侧,且两边等距,千斤顶坡度符合设计坡度。

②主顶油泵车安装到位后,需对油泵车进行调试,调试完成后,用高压油管与主顶千斤顶连接,并对主顶千斤顶进行调试。

如发现问题及时调换或检修。

③工具管安装,工具管吊入工作井接通电源,对工具管开顶前作最后一次检测,并作好记录。

5）进出洞口加固

由于地质条件较差而工具管自重相对较重,因此在进出洞口区域需进行土体加固。

在洞口进行压密注浆，以防止土体工具管出洞时，工具管发生下沉而直接造成顶管的质量发生问题。

6）顶进施工

1）工具管等主顶设备检修完毕,确认无故障后,方可破预留孔封样,把工具管顶入土中。

2）顶力控制

①最大允许顶力计算,一般取沉井后座的被动土压力作为最大允许顶力,估算最大顶力为600t。

②主顶力计算

根据经验公式估算顶力为：

F=F1+F2

式中：

F1工具管迎面阻力F1=r（H+2/3D₁）tg²（45º+Ø/2）A

r：

土容量取1.8t/m³

H：

管顶到地面深度（m）

D₁：

工具管直径1.036（m）

F2：

管道周边摩阻力F2=πDLF

D：

管外径2.6（m）

L：

顶进长度（m）

f：

单位面积周力阻力取注浆减摩后数值为0.8t/m²

③掘进机方向控制

保证顶管机严格按设计轴线推进,不偏离设计轴线方向,必须及时观测顶管动态数据,从而调整顶管各施工参数,指导顶管正确、安全推进。

在工作井后靠背前设置一牢固的测量平台，平台高度与轴线标高相匹配，并可作不量调节，经纬仪安置在平台上，调整经纬仪方向、高度与设计轴线一致。

在机头后壳体圆心处有一测量尺，根据经纬仪的观察即可读出尾部的实际偏差，现场结合机头前后壳体间隙角、机头滚动角、二维倾斜读数即可算出机头的现存偏差及发展趋势，从而进行纠偏操作。

另外，在机头前方筒还安装有倾斜仪传感器，向操作人员显示机头的倾斜角度，以指导纠偏。

④纠偏

顶管允许偏差值：

中心线位50mm；高程+30mm，-40mm。

设置报警中心线：

中线±25mm，高程+15mm，-20mm。

在顶管中，由于周围穿越土层的变化，顶力的不均匀，管道联接的误差等因素，均可能造成顶管中线偏离设计中线位置，当管道偏差超过10mm时，需采取纠偏措施。

纠偏动作主要由方向控制测量的成果指导。

对某一纠偏动作，机头前后壳体即在这方向上产生一定量的折角，在顶进时，机头即沿此方向纠偏。

每次纠偏操作的执行均需仔细讨论、记录，并密切观察其后反映，当班人员须将整个管道的线型偏差量以曲线图形绘出，以利操作控制。

为消除测量基准的误差，在顶进50m处还要对测量基准作一次全面复测。

机头进洞前25米处，对机头的偏差进行一次精确的测量，确定纠偏控制措施，以确保机头以尽可能小的偏差进洞。

纠偏时指导思想是“减缓发展，稳慢回归，平行找顺，纠偏一半，反曲靠线，主动微调”。

发现误差时，不能急于归位，找出原因，减缓误差发展。

第一步，找出误差大的一面进行纠偏工作，纠偏千斤顶在原基础上的伸出量不超过2-4mm，这时误差虽仍在增加，但已有回归趋势。

第二步，经过一段顶程后（3m左右）出现顶进轴线与设计中心线平行时，可多顶一段距离（5～10m）。

管体在顶进中会接顺一些已弯曲的土洞，第三步向设计中心靠拢，仍将千斤顶继续伸出2mm左右，本着稳慢原则，每顶2-3m可向设计中心靠近5mm，当误差已校正1/2时，反向纠偏千斤顶开始伸出（2mm），这时的机头仍然向设计中心靠拢，但其轨迹可能已向反方向演变，故称“反曲靠线”，只有这样才能避免“矫枉过正”，轨迹忽左忽右。

纠偏工作操作要点：

纠偏前，要根据机头本身已存在的斜率和轨迹综合分析，确定校正方向及纠偏千斤顶的伸出量。

纠偏时要坚持勤测、勤调、微动的原则，每次纠偏一般情况不大于0.5，切忌猛纠、硬调。

纠偏操作必须在顶进中进行，严禁在停止时纠偏。

当进行主动纠偏时，应会同技术人员共同研究进行。

⑤注浆减摩系统

注浆减摩是顶管施工中非常重要的一个环节,尤其在长距离顶管中,它是顶管成功与否的一个极其重要性的环节。

一般如果注浆效果较好，土的周围摩阻系数f可从0.8下降到0.4～0.5，大大加强了顶管的顶进长度。

注浆可在管道外周形成一浆套，填补了工具管在顶进过程中形成的空隙，其对地面沉降有一定的防护效果。

注浆减摩措施可分两种，第一种是顶管机头尾端的同步压浆；第二种是中继间和混凝土管适当点进行跟踪补浆。

两种注浆措施采用同一种浆液。

掘进机后设置的3-4带注浆孔的管节进行顶管机头尾端的同步压浆，使浆液能连续充满整个空隙。

在整个管道中每间隔4个管子设1个补浆断面，每个补浆断面设3-4个注浆孔。

补浆应按顺序依次进行，定量压注。

注浆压力为2-3rH。

注浆量为管道外周环行空隙的2.5～3倍。

触变泥浆的配方和性能指标

膨润土

纯碱

掺加剂

漏斗粘度

视粘度

（CP）

失水量

（ml）

终切力

（10¯8KPa）

比重

12%

36"

30.5

9

130

1.073

5.辅助施工

混凝土管内的辅助管道设置于管道内壁，用钢架将其有序地固定在混凝土管壁上。

5.1通风设施

由于管道顶进距离长，埋置深度深，管道内的空气不新鲜，加上土体中会产生有害气体，因此，必须设置供气系统。

通风设施用一台9.3的柴油空压机将压缩空气输入空气滤清器，再进入储气桶，经过气压调节阀，将压缩空气传输至管道最前端，并将管道最前端的空气排出，以此进行空气循环。

5.2电源布置

在顶管过程中，主要的电源为动力用电和照明用电。

5.3动力用电

由于管道内的电机采用380V动力电，因此，进入管道的动力电必须做到二级保护和接地保护措施，动力电源线设置在操作人员不易接触处，并在电源线外增设护套，保证用电安全。

5.4照明用电

由于管道内的空气湿度较大，因此，采用36V低压照明电，低压电须通过变压器降压。

灯具采用防水防爆灯具。

5.5施工用电

施工用电为150KW／h。

5.6垂直运输和水平运输布置：

下管、挖土、运土、和泥水排除的方法

基坑上下吊装采用门式吊车，门吊的起吊能力以满足吊运件为主，根据施工需要拼装成不同高度和不同跨度，以适应施工的流动性和不同跨度要求。

出土方式：

在工具管挖出的土由架子车运至工作坑中，龙门吊至坑口，再由装载车运至指定堆土场。

5.7顶进减阻措施

5.7.1顶进减阻是为了利用润滑剂减小管道外壁与其周围土层