机械顶管及竖井锚喷工作坑施工设计方案Word下载.docx
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2.3现场施工环境
2.3.1现场地上情况
本段顶管工程分别在工程节点T1～T2和T5～T6两处，顶管要穿越的部位分别是金鼎小区中路段和杨庄东路段，顶管工作坑分布在道路两侧，地面高程起伏不大，施工场地范围内是现状阜石路南侧绿地，场地条件较好，便于解决临设、材料堆放、加工场地等用地问题，施工材料、顶管设备的运输较为便利。
2.3.2现场地下情况
地下其它管线在施工处通过的具体情况有详细的物探资料，机械顶管穿越施工时，地下管线对施工的影响较大，施工前须通过物探、坑探寻找现况地下管线，对地下管线位置进行校对，确保现况管线的运行安全。
2.4工程地质、水文情况
2.4.1地质情况
根据现场钻探与原位测试成果的综合分析，在本次岩土工程勘察最大勘探深度范围内所分布的图层按沉积年代、成因类型可分为人工堆积层、新近沉积层和第四纪沉积层三大类，按地层岩性及工程特性进一步划分为4个大层。
现分述如下：
表层为人工堆积之粘质粉土素填土①层，杂填土①1层；
其下为新近沉积之粉质粘土②层；
之下为第四纪沉积之卵石③层，卵石④层，细砂④1层。
2.4.2地下水情况
2.4.2.1本次岩土工程勘察期间（2010年5月下旬）采用SH－30钻机套管护壁冲击钻进工艺，共完成勘探孔5个，孔深均为20m。
本次勘察期间，在勘探深度内未观测到地下水。
2.4.2.1历年最高水位记录
根据场区区域水文地质资料，拟建场区1959年和1971～1973年的最高地下水位标高为60m；
近3～5年最高地下水位标高为38m左右（不包括上层滞水）。
根据以上地下水位情况，本工程施工中不考虑施工降水。
2.5施工工期
阜石路天然气顶管工程计划总工期45日历天，在这期间需要完成：
顶管工作坑开挖、设备安装、管道顶进、钢管焊接、注浆固化等工作。
2.5.1施工准备5历天，主要事项如下：
2.5.1.1生活区、办公区临时设施的建设，施工用水、用电电源的安装与架设：
2.5.1.2测量交桩，测量放线及复测、审核报验；
2.5.1.3设计图纸会审与设计交底，施工组织设计的编制、上报和审批：
2.5.1.4主要材料计划、采购、进场。
2.5.2工作坑开挖控制在18日历天内完成。
2.5.3顶管施工顶管需要15日历天。
安装顶管机械设施，3日历天：
顶管施工，10日历天
顶管设备拆除，2日历天
2.5.4收尾交验5日历天
管缝处理，换浆处理，雷达检测，竣工测量。
2.5.5清场2日历天
清理场地，退场
2.6工程特点及必要措施
2.6.1本工程穿越金鼎小区中路和杨庄东路，并且设计管线在金鼎小区中路下横穿一条电力管线；
设计管线在杨庄东路下横穿多条雨水、污水、上水、电力、电信、天然气管线及一条2600*2350热力方沟，沟底高程64.10m，设计顶管管底62.00m，设计顶管管外顶63.71m。
在施工过程中应制定详细的施工保护方案保证现况地下管线和市政公共设施的安全，并协助各相关的管理单位做好管线及公共设施的各项保护工作，以确保顶管工程的顺利施工。
在管道穿越金鼎小区中路和杨庄东路时，为保护现况地下管线和市政公共设施安全和保障顶管工程顺利施工，在管道周围注浆进行土体加固。
同时，为防止管道穿越金鼎小区中路和杨庄东路范围内上部路面沉降，道路沿路宽铺设2㎝厚钢板，长20米，且在铺设钢板路段两端设置减速坎，对施工路段通行车辆进行限速慢行。
2.6.2本工程设计管道位于土层土质多为沉积卵石层，为保证现况地下管线和市政公共设施的安全和满足技术要求，施工时必须固化土质。
同时对地面的隆起和沉降进行实时监测，地面隆起、沉降最大极限值控制在±
30㎜，公路沉降最大极限值控制在-20㎜。
2.6.3本工程跨越雨季施工。
施工组织实施中，将结合工程进展情况制定有效措施，保证工程质量。
2.6.4工程施工过程中，管节底部135°
范围内不得超挖，管上部超挖不得超过1.5㎝，管前挖土长度在路基下，不宜超过管端10㎝，在以外，不宜超过管端30㎝，并应随挖随顶。
第3章顶管施工
3.1施工准备
3.1.1组织准备
3.1.1.1选派施工经验丰富、曾多次承接机械顶管施工的人员出任项目经理，配备具有丰富施工经验的技术、测量、施工、质控人员。
3.1.1.2组织有关部门的技术、业务能手到本工程部，在项目经理、总工的领导下，各尽其职。
3.1.1.3本项目部组织机构由项目经理、总工程师及“四部一室”（即：
工程部、技质部、材料设备部、商务部及办公室）组成，下设降水、竖井、顶管3个专业施工队（见图3-1项目经理部组织机构图）。
3.1.1.4项目部人员构成（见图3-2项目部人员构成图）
图3-1项目部组织结构图
3.1.2技术准备
3.1.2.1完成项目部组建，完成施工组织设计方案的编制与审批；
3.1.2.2完成现场顶管范围内可能与施工矛盾的现况管线调查；
3.1.2.3完成测量桩位交接及控制网点的布设工作。
图3-2项目部人员构成
3.1.3人员准备
计划人员详情参见表3-1
表3-1工程施工人员计划表
劳动力分配
计划人数
工长
1人
机械顶管
20人
测量员
工作坑施工
30人
材料员
杂工
质控员
降水施工
10人
电工
2人
安全员
合计
87人
3.1.4生产准备
3.1.4.1临时设施
临时生活区建设：
现场搭设帐篷，供施工人员居住。
临时办公室建设：
施工现场附近租赁民房，作为临时办公用房。
顶进坑施工区布置：
占地面积为50m×
30m。
接收坑施工区布置：
占地面积为30m×
20m。
3.1.4.2用水、用电根据现场的具体情况确定。
临时用水：
生活用水从附近解决，施工用水由降水井提供。
临时用电：
生活用电根据现场情况临时搭接，顶管机施工用电需建立临时供电系统，顶管机组要求供电能力为250KW。
3.1.4.3临时通讯
施工工地安装对讲机和视频监控设备；
与公司总部的联系，使用移动通信设施；
公司数据往来采用网上交流的方式。
3.1.4.4临时道路
施工前先修建设备和材料进场的临时通道。
3.1.4.5临时场地
选好弃土暂存场地及施工配套设施的安装场地；
确定配浆工作区、管材暂放区及顶管辅助设施排放位置。
3.1.5材料准备
根据上程实际需要提出材料计划，选择供货厂家，为材料及时进场做好前期准备。
施工主要材料为顶管用管材，顶管管材采用DNl550混凝土管。
管材为钢筋混凝土钢承口管（III级）。
表3-2顶管施工所需管材表
序号
顶段
管材种类
规格
单位
数量
备注
1
T1～T2
机头管
1550
节
2
普通管
13
T5～T6
14
图3-3顶进坑平面布置示意图
3.1.6机械设备
本工程所投入的主要机械为顶管施工工具，主要设备及用量，详见表3-3。
表3-3顶管施工主要机械设备表
机械设备名称
顶管掘进机
套
土压平衡
电焊机
22KW
台
3
注浆泵
4
灰浆搅拌机
5
主顶泵站
YG-200
6
主顶油缸
个
12
7
全站仪
GTS-722
8
经纬仪
GJG22
9
水准仪
DS3
10
吊车
50T（100T）
11
运土车
辆
空压机
水泵
20
表3-4机械顶管施工主要物资计划表
品名
顶铁
1.5m
块
1.2m
后背铁
2×
3.5×
O.4m
护口铁
2400×
200
基坑道轨
6m
2m
管内道轨
m
72
土车
土斗
油缸支架
经纬仪支架
储浆池
600×
900
注浆钢管
DN32×
6000
100
高压橡胶管
20000
根
15
低压变压器
16
电闸箱
17
低压铝线
10mm2
260
18
低压灯泡
36V,60W
19
碘钨灯
1000W
架子管
30
21
2000
22
1000
23
铅丝
8#
KG
24
围档
80
25
十字扣卡
50
26
挂勾
27
钢丝绳
16×
4000
28
方木
29
工字钢
32#
钢板
20mm
31
膨润土
吨
32
碱
250
33
液压油
桶
34
水泥
换浆
35
粉煤灰
36
风镐
3.2测量
3.2.1对建设单位提供的施工区内的导线网与水准网及其控制点进行复测，经核对无误后方可使用，测量工作从外业到内业必须做到步步校核。
3.2.2平面测量控制
施工测量按《工程测量规范》GB50026-2007的有关规定执行。
3.2.3高程测量
高程控制采用城市四等水准测量的技术施测，使用DS3水准仪往返观测各一次，高程闭合差在l2
mm之内（L为水准跨线长度，以千m计）为合格。
3.2.4顶管施工测量
顶管施工采用连续测量与间断测量结合的方式。
连续测量：
在顶进坑后方安放一台激光经纬仪，激光经纬仪按照设计顶进轴方向发出一束激光，照射到掘进机的光靶上，施工人员按照激光指示路线顶进。
间断测量：
每顶进一节管后，测量人员对激光经纬仪进行校核，并且采用水准仪测量管道高程偏差，采用水平尺测量管道水平偏差。
3.3顶管施工方法和技术措施
3.3.1顶管方式
根据此次施工所穿越的土质、顶进长度、钢管顶进、管道内径等因素综合考虑，确定采用机械顶管，土压平衡机械顶管施工方式。
长度为90.625m；
顶管工艺流程图见图3-4。
图3-4顶管工艺流程图
3.3.2项力计算
通常确定机械顶管总顶力，使用经验计算公式：
P=NGL
其中：
G一单位长度管体自重（KN／m）
N一土质系数
P一总顶力
L一最长顶距
本工程的管径为1550㎜，管长3m，管重2267千克，单位长度管体自重（G=2267×
9.8÷
1000=22.22KN／m。
顶管长度最长为L=48m。
本工程管道位于砂质粉土与粉质粘土层之间，N取2。
P=2×
22.22×
48=2134KN
根据总顶力计算出最大顶力为2134KN，实际施工过程中选用的顶镐设备为4台200吨的顶镐，可以提供7840KN的顶力，大于实际需求的顶力，可以顺利进行顶进施工。
3.3.3工作坑尺寸
顶管需开挖工作坑，工作坑分为顶进坑与接收坑，综合顶管机具尺寸及作业要求，确定顶进坑与接收坑的净空尺寸：
3.3.3.1顶管进坑长度计算
L=Ll+L2+L3+L4
L—顶进坑长度，m
Ll—顶管机长度，m，Ll=5.2m
L2—千斤项长度，m，L2：
1.7m
L3—出土工作间长度，m，L3=1.0m
L4—后背厚度，m，L4=O.6m
L=5.2+1.7+1.0+O.6=8.5（m）
接收坑长度取5.0m
3.3.3.2顶管顶进坑宽度
B=D+S
B—顶进坑宽度，m
D—管外径，m，D=1.98m
S—操作宽度，m，每侧1.2m，S=2.4m
B=1.98+2.4≈4.5m，取5.0m
接收坑宽度也取5.0m
3.3.3.3顶进坑深度
Hl=Al-A2+A3
H1一顶进坑净空深度，m
A1—地面高程，m
A2一管内底高程，m
A3一机坑导轨安装高度，O.4m
3.3.3.4接收坑深度
H2=Al-A2
H2—顶进坑净空深度，m
A2—管底高程，m
如此，确定顶管工作坑净空尺寸为：
顶进坑：
8.5m×
5.0m
接收坑：
6.0m×
表3-5接收坑深度
节点号
工作坑
类型
尺寸（m）
L×
B×
H
地面
高程
管底
T1
顶进坑
8.5×
5.0×
8.471
69.76
62.50
T2
接收坑
8.30
69.65
T5
8.520
69.37
62.00
T6
8.42
69.29
3.3.4顶管工作坑做法
图3-5工作坑施工工序
图3-6顶进工作坑支护平面示意图
图3-7接收工作坑支护平面示意图
图3-8顶进工作坑井圈梁配筋示意图
图3-9接收工作坑井圈梁配筋示意图
为了保证顶管工作坑能够承受顶进施工中的顶力，安全顺利地完成施工，确定工作坑采用钢筋锚喷混凝土+工字钢支撑的联合支护方式。
工作坑施工工序见图3-5。
工作坑的施工原则：
快开挖、强支护、小分块、短进尺、早成环。
3.3.4.1管线调查：
工作坑施工前需进行地下管线的调查，提出对原有管线的保护方案，施工中不得损坏原有管线。
3.3.4.2探槽：
工作坑施工须先开挖探槽，开挖相互垂直的二条探槽，以探查地下管线及其它构筑物的情况，深度通常在2m左右。
3.3.4.3地圈梁：
工作坑上口设混凝土地圈梁，地圈梁尺寸为宽×
高=800mm×
500㎜，主筋使用8Φ22和4Φ22的螺纹钢，箍筋使用Φ12@150和Φ12@500的钢筋，混凝土强度C25。
3.3.4.4土方开挖：
待圈梁混凝土强度达到90％后进行基坑土方开挖，开挖顺序由上至下进行，同层间隔开挖，每层除中心土外分成六个开挖断面，间隔、对称进行，严禁同层贯通挖土，每一循环挖深为每步格栅距离，出现土体松散、地下水较大、有流沙时，可根据情况缩短每循环的挖深距离。
3.3.4.5支撑：
选用2[18a对焊沿竖向每隔一榀钢格栅设一道，最低一道临时支撑距竖井底不小于1.75m，以便于安装顶管设备。
每道支撑有直撑与角撑两种形式。
顶进工作坑在四个角内侧焊接角撑，角撑长度为2.775m，直撑长度5.14m；
接收坑在四个方角内侧，焊接角撑，角撑长度2.447m。
工作坑施工过程中，应根据现场实际情况及时调整临时支撑。
临时支撑与钢板之间焊接牢固，且与井壁间连接可靠。
图3-10顶进工作坑临时支护平面、断面示意图
图3-11接收工作坑临时支护平面、断面示意图
3.3.4.6钢格栅：
其主筋使用Φ22的螺纹钢4根，其断面尺寸为288×
180㎜，支撑钢筋使用Φ12的钢筋弯成波浪形与主筋焊接牢固。
箍筋使用Φ8@300钢筋。
钢格栅分段加工现场组装，钢格栅之间的连接采用焊接方法，钢筋相互搭接时，其搭接长度要求为：
双面焊接为5倍的钢筋直径，单面焊接为10倍的钢筋直径。
水平钢格栅自埋深4m以上竖向间距0.75m，自埋深4m以下0.5m，其间洞口上方1m范围内设置3榀钢格栅。
3.3.4.7网片：
网片采用Φ6的钢筋焊接而成，网格间距150×
150㎜，在钢格栅内、外放置双层网片。
网片搭接重叠一个网格宽度。
3.3.4.8连接筋：
地圈梁与钢格栅之间及每个相邻的钢格栅之间均需使用连接筋，连接筋使用Φ18的螺纹钢，在钢格栅内、外两侧同时使用连接筋，内外两侧交错排列，连接筋间距定为0.5m。
顶部的连接筋需弯折成90度，并插入地圈梁长度不小于300㎜，弯折长度不小于500㎜。
连接筋之间搭接要求为双而焊接5倍、单面焊接10倍钢筋直径。
图3-12顶进工作坑格栅展开图
图3-13接收工作坑格栅展开图
3.3.4.9墙壁锚喷：
工作坑施工时应依次向下逐层施工，土体开挖、安装外网片、内连接筋、安装钢格栅、内连接筋、内网片、锚喷混凝土。
锚喷混凝土厚度为30㎝，混凝土强度等级C20，材料为水泥、中粗砂、豆石（粒径在5～l0㎜），并加入速凝剂，经验配合比为水泥：
砂子：
石子=1：
1.9：
1.9，速凝剂掺入量为水泥重量的3～5％。
3.3.4.10底板：
工作坑采用钢筋混凝土封底，在挖深达到工作坑底标高后施工。
采用Φ14@150和Φ14@200螺纹钢，单层双向排列，底板厚度为250㎜，混凝土要求强度为C20。
3.3.4.11集水坑：
在工作坑的底板，均需预留500×
500×
500㎜集水坑一个，坑内安装潜水泵一台，以保证施工时坑底干燥。
图3-14分部挖土顺序平面、断面及网片大样图
3.3.5顶管设备安装
3.3.5.1后背安装
工作坑验收合格后，安装顶管设备，首先安装后背，根据我公司的施工经验，后背采用后背铁，后背铁尺寸为2×
0.4m。
3.3.5.1.1机械顶管后背结构为：
锚喷墙+混凝土+后背铁。
3.3.5.1.2紧贴锚喷墙垂直地面放置后背铁，后背铁与墙面之间的空隙以C10素混凝土浇灌填充。
3.3.5.1.3后背的安装允许偏差为：
垂直度：
0.1%H
水平扭转度：
0.1%L
其中H为后背的高度，L为后背的宽度。
3.3.5.2工作坑坑导轨安装
导轨安装是顶管施工中一项重要的工作，安装的准确与否直接影响管道的顶进质量。
导轨内距的确定：
A=2
A一两导轨内距（mm）；
D一管外径（mm），D=l870mm；
d一管内径（mm），h=1550mm；
则：
A=2×
=1130（mm）
导轨安装内距为1130㎜，这样确定的导轨项面与管道流水高程相同。
3.3.5.2.1在工作坑底部上铺洒一层厚约15㎝的豆石，豆石之上铺设置150×
150㎜的方木，方木长度为2m，方木之间的间距为400㎜，方木顶面高程与顶进坡度一致。
3.3.5.2.2将钢质导轨平铺于方木之上，测量导轨的中线位置与高程偏差，其允许偏差为：
导轨内距：
±
2mm；
中心线：
3mm；
顶面高程：
0～3mm。
3.3.5.2.3安装后导轨要牢固，不得在顶进施工中产生位移，且需设专人经常进行检查。
3.3.5.3止水环安装
为防止推进机入洞时泥砂涌入工作坑，在顶进方向的墙壁上需安装止水环。
首先，进行测量，确定止水环安装的位置；
其次，将止水环底圈固定到墙壁上，用混凝土封闭底圈与墙壁之间的缝隙；
然后，在底圈上固定防水橡胶板；
最后，安装止水圈压板。
在推进机入洞之前才允许将止水环内的墙壁凿除。
3.3.5.4掘进机就位
使用吊车吊装，将掘进机轻轻放入顶进坑内的导轨上，前端距井壁约400㎜。
就位后检查掘进机的轴线是否与顶进坑轴线、导轨轴线以及主项油缸的轴线保持一致；
检查导轨下沉幅度是否过大。
一切正常后再进行电路、油路、注浆系统的安装调试。
3.3.6入洞
将掘进机徐徐推进洞口，观察主顶泵站压力，在可以顶进的前提下，尽量向前顶进，土体进入管道内部，人工只在管道内部挖土，边挖土边顶进。
待掘进机全部入洞后，连接第一节管做反封闭，掘进机与首节管要连接牢固。
3.
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