某污水管网工程Ф钢筋砼顶管施工方案Word格式.docx

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长江11～5月为枯水期，水位通常在170m以下，6～10月为洪水多发期，20年一遇洪水位为191.04m。

2.3现场施工条件

2.3.1现场环境

管段位于菜袁路旁和长江滨江公路主干道下，沿管道走向标高为187.156～187.786m，相对高差不大。

2.3.2施工道路

本标段施工场地处于市政道路上，交通方便，满足各种施工车辆进入工地。

2.3.3施工用水

施工用水就近联系使用市政自来水。

2.3.4施工用电

采用正式电源，满足施工要求。

2.2.3.5现场通讯

主要施工人员有移动电话。

3、工期安排

根据总工期计划要求，采用三套顶管机具同时顶进，每套顶管机具顶进速度平均为6米/天，在2004年8月30日之前完成。

4、顶管施工工艺和方法

4.1顶管设备选择

本标段管道穿越土层大部分为素填土及杂填土，综合分析穿越土层的地下水及含水量、渗透系数、内摩擦角和粘聚力，可看到管道穿越土层比较复杂，土质自立性较差，硬质物含量高，因此我们选用全断面机械式掘进机。

这种机具是全断面挖掘，顶进时机具上口帽檐切入前方土体中，确保土体的稳定，利用机内挖斗进行挖土，如遇到大的石块可利用人工破除和爆破破碎，挖出土方通过皮带输送机装入土斗车，然后利用卷扬机将土斗车拉至工作井，在利用井上架设的门式起重机将土吊出至土方运输车辆。

我们选择的顶管掘进机，针对本工程土质，机具上方帽檐可以切入土中，安全、可靠并能有效控制顶进过程中的地面沉降及偏差，同时本机结构简单、拆装维修方便。

针对交通压力，本工程顶管井净尺寸已经缩至很小，选用这种顶管机施工非常适用。

4.2顶管施工工艺

4.2.1顶管施工工艺流程图

4.2.2顶管施工基本原理

顶管施工是借助于主顶油缸及管道间中继站等的推力，把顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起，紧随掘进机后的管道埋设在两坑之间，并将两坑连接。

顶管施工除井室外其余不需开挖，占地少，对环境和交通、既有设施及建构筑物影响小。

4.3主要施工技术参数的确定

4.3.1顶管掘进机顶进阻力

由于所提供地质资料相关数据，机具的迎面阻力即为机具外壳与土体间摩擦力。

F1=f1×

[k×

（PV＋PH）×

D×

L＋W]

式中：

F1――机具顶进阻力（KN）；

PV――管顶以上垂直土压力（KN/m2）,PV=γ×

H；

γ――管顶以上土的天然重度（/m3）；

γ＝20KN

H――管顶的覆土厚度（m）；

H=6.509m

PH――管壁上土的侧向水平压力（KN/m2），PH＝PV×

tg2（45°

-φ/2）；

φ－―土的内摩擦角（°

）；

φ＝12.6°

D――顶管机外径（m）；

D=3.39m

L――顶管机总长（m）；

L=4.8m

W――顶管机自重（KN）；

W＝200KN

f1――管外壁与土层的摩擦系数；

f1＝0.4

k――系数；

取k=1

经计算，F1=147.12t

4.3.2每米长度管外壁摩阻力计算

F3=π×

L×

f=π×

3.36×

1×

0.5=5.3T

f----注入膨润土泥浆后的管外壁摩阻力，这里取0.5t/m2。

4.3.3管材端面允许推力

Fr=δ×

A=1700×

π/4×

（3.362-2.82）=4605T

δ----C50混凝土抗压强度（1700T/m2）

A----管端面积（m2）

4.3.4顶管工作井所能承受的推力

由于顶管中最大允许推力受设备、工作坑承受推力及管材轴向允许承压力的限制，因此，取以上诸因素的最小允许承载力作为顶进时总推力。

因工作井设计变更，根据我们施工经验，初步考虑工作井可以提供500t允许顶力。

在工作坑内我们安装四台200t油缸共计800T。

4.3.5中继环安放位置和需要数量的计算

顶管施工中，顶管中继环位置的设置与顶进允许推顶力有关。

管道的顶进总推力由掘进机的正面阻力和管道外围的摩阻力组成。

4.3.5.1第一中继环位置的计算：

由于顶管属于地下施工，为了防止因地质条件与实际不符等不可预见情况造成的迎面阻力增大，第一中继环计算时要有一定的富余,通常顶力按允许顶力的80%考虑.即T×

80%〉F阻=F1+F2+F3×

L

147.12+5.3×

L＜400

L＜47.7m

每节管材长2.5m，为了确保顶进，我们在机头后安放第一个中继环。

4.3.5.2两个中继环的之间的距离设置

在每段顶管时除第一中继环承受迎面阻力外，其余各中继环均只承受管外壁的摩阻力。

由于顶管中不断的纠偏，导致总阻力会有所增加，为了保证一定的安全系数，其余中继环最大顶力按允许顶力的90%取值。

则两个中继环的安放距离最大为L=500×

90%/5.3=84.9m

理论计算中继环的设置数量，在实际施工时，会有许多不可预见的情况发生，实际数量根据现场情况和主顶压力以及允许顶力进行调整安放。

4.3.6顶管段线型

顶管段主要是曲线顶管：

曲线半径R，弧长L2；

始曲点B.C坐标（X1，Y1）；

终曲点E.C坐标（X2，Y2）；

曲线圆心坐标（Xo，Yo）；

始曲点前直线长度L1，终曲点后直线长度L3；

本段曲线顶管总长度为：

L=L1+L2+L3；

4.4主要工序的施工方法

4.4.1顶管设备的安装和调试

4.4.1.1顶管施工质量的好坏与设备的安装精确度有直接的关系。

安装前，根据已知的控制点、标高，准确无误的测放出进出洞口的标高和顶管的轴线，并依次测放设备的安装位置。

4.4.1.2止水胶板、导轨、千斤顶支架、靠背等设备必须安放准确、牢固，以保证顶管按照设计轴线顺利进行。

在正式顶进前对掘进机、油泵、油缸、注浆设备进行试运转，确定符合性能要求后方可正式顶进。

重点注意以下几点：

止水胶板的安装必须保证胶板的圆心和顶管洞口轴线重合，压紧胶板的钢环板中心也必须保证和洞口轴线重合，使工具头进洞时胶板切入均匀，保证泥浆和土体不从此处流出。

靠背安放时必须精确测放，保证靠背和顶管轴线垂直。

千斤顶和导轨的安装除保证水平位置和顶管轴线重合外，必须保证标高符合设计要求。

基坑的导轨尽可能延长至坑壁洞口附近。

导轨要有足够的刚度，且安装焊接牢固。

安装后的导轨轴线和标高误差小于2mm；

主顶油缸和后座的安装也要满足牢固的要求，其水平和垂直误差小于10mm。

导轨、千斤顶支架必须保证加固牢靠，防止顶进过程中发生位移，影响顶力的传递造成顶管偏差。

4.4.2管道顶进

4.4.2.进洞口处理措施及掘进机进洞

进洞口处的止水胶板安装质量的好坏对后续顶管施工影响较大。

为了保证顶管进洞及后续顶进的顺利进行，控制管道外部水土和注入的膨润土泥浆流入顶管工作井，必须采取有效的处理措施。

根据地质资料，本工程未有地下水，所以洞口不会出现涌砂等水土流失,不需要进行地基加固。

在顶管机具进洞前，在洞口内侧安装止水胶皮板，并用外夹钢板夹紧固定，完全可以满足顶管进洞要求。

如下图所示。

洞口止水胶皮板安装示意图

工具头进洞前必须对所有设备进行全面检查，并经过试运转无故障，同时认真核对止水胶板安装位置是否准确，外夹板安装是否牢固，确认无误后才可破除洞口外护壁。

进洞时注意止水胶板压入是否均匀，有无翻转、破损等问题，如有将工具头拔出处理好后重新进洞。

掘进机进洞时，要严格控制进洞时的顶进偏差。

中心偏差不得大于20mm，高低偏差宜抛高5～10mm。

若达不到上述要求，也应拉出作第二次进洞。

顶进初始阶段的质量对后续管道轴线等有重要的影响。

1、预埋钢板2、钢压板3、止水胶皮板4、安装钢环5、砼管6、井壁

洞口止水圈工作状态

4.4.2.2管道顶进

在掘进机进洞时，严格控制其水平偏差不大于2mm，其高程为设计标高加以抛高数（其数值可根据土质情况、管径大小、工具管自身重量和顶进速度等因素设定），以抵消工具管出洞后的“磕头”引起的误差。

为防止工具管出现“磕头”，可采用以下措施：

在工具管后两节管子上预埋钢板，通过螺栓将工具管与其连接起来；

在预留孔处填入良性粘土，使导轨与预留孔底保持水平。

若出现“磕头”时迅速调整，必要时应拉出后重新顶进，但必须抓紧时间迅速完成，以减少对正面土体的扰动。

掘进机进洞后顶进的起始阶段，严格控制前5m管道的顶进偏差，其左右及高程偏差均不能超过5mm。

在顶进过程中坚持“勤测、勤纠、缓纠”的原则。

纠偏角度保持在10′～20′，不大于1°

。

产生偏差及时纠正；

纠偏逐步进行，坚持“缓纠、慢纠”的原则。

偏差不能超过如下标准：

管道顶进偏差

项目

长度（m）

偏差（mm）

管线轴线偏差

L≤100m

50mm

L＞100m

100mm

标高偏差

＋30～-40mm

L＞100m

＋60～-80mm

注浆与顶进同步进行，其原则是先注浆，后顶进；

随顶进，随注浆；

以保证管外围泥浆套的形成，充分发挥减阻和支承作用。

在顶进过程中避免长时间的泥浆停注，保证顶进的全部管段形成良好的泥浆套。

顶进过程中根据顶力变化和偏差情况随时调整顶进速度，速度一般控制在35mm/min左右，最大不超过50mm/min。

顶进过程中根据顶力计算和实际顶力变化情况及时安放中继环，并立即对中继环进行试运转，确保性能良好。

中继环坚持安放后即使用，以减小后方千斤顶的工作负荷，减小设备磨损。

通风设施的使用根据顶进距离的延伸和管道内空气质量的变化提前安装到位，并根据距离的延伸调整通风机的开启频率，保证管道内有足够的新鲜空气。

管道顶到离工作井前方内壁50cm时卸载，收回油缸和垫铁,安装管节，然后继续顶进。

4.4.2.3安装管节

当一个顶程结束收回千斤顶和环型垫铁即可在工作井内再下一根管节。

在管节吊入工作井以前，首先在地面上进行质量检查，确认合格后，在管前端口安放楔型橡胶圈，并在橡胶圈表面涂抹硅油，减小管节相接时的摩擦力。

在F口端面安放20mm厚松木衬垫，衬垫采用胶粘在管端面，以防止顶进过程中管端面局部破坏。

下管时工作坑内严禁站人，当管节距导轨小于50cm时，操作人员方可下井准备管道对口。

以上工作完成后再将管节吊放在工作坑内轨道上稳好，使后部管节插口端对正前管的承口中心，缓缓顶入，直至两个管节端面密贴衬垫，并检查接口密封胶圈及衬垫是否良好，如发现胶圈损坏、扭转、翻出等问题，拔出重新插入，确认完好后再布置顶铁进行顶进。

4.4.2.4管道出土

由于土的可松性，在理论上切削下的土体混合体积增大1.1倍。

实际产生土方量可用下式计算：

V=π×

D2/4×

1.10×

1.0=π×

3.392/4×

1.1=10m3

即每顶进一米产生的泥土量为10m3。

因出土的快慢直接影响到顶管速度，所以我们采用大容量出土车（2m3），在工作井和掘进机内各设置一台卷扬机作为牵引动力，并设置连续轨道供出土车行进，保证以最快的速度顶进。

顶管出土不能随意排放，由顶管机排出后立即运至指定的弃土场。

4.4.2.5膨润土泥浆的压注与置换

顶力控制的关键是最大限度的降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是注入膨润土泥浆。

我们设想在管外壁与土层之间形成一个完整的环状泥浆润滑套，变原来的干摩擦状态为液体摩擦状态。

这样就可以大大地减少顶进阻力。

为达到这一目的，采取如下措施：

（1）由地质资料可知，顶管所处土层的含水量较少，成分复杂，因此，触变泥浆的浓度需适当大些，才能在管外围形成润滑浆套，触变泥浆的耗量略大于地层土体的损失量，经计算每顶进1m触变泥浆的消耗量为：

V=π/4×

（3.392-3.362）×

2.0=0.33m3

（2）选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试，主要指标为造浆率、失水量、静切力、动切力和动塑比。

这些指标必须满足设计要求。

（3）在管节制作时根据设计要求预埋压浆孔，设计压浆孔时在掘进机后连续放置三到四节有注浆孔的管子，不断注浆使浆套在管子外面保持的比较完整，然后再间隔一节管子放置一节有注浆孔的管子用以补浆；

安装注浆管时，每个预埋压浆孔里要设单向阀，防止管外壁泥浆液倒流，且便于检修。

（4）触变泥浆的配制、搅拌、静置时间，都必须按照膨润土的特性要求执行。

A．一般膨润土的配制按如下比例进行，根据实际试拌情况再行调整：

膨润土：

水：

纯碱：

化学浆糊（CMC）

100：

500：

3.0：

0.3

B．由地质资料可知，对于本标段管道穿越土层中的砂砾、圆砾含量较高，渗透系数较高，为防止泥浆扩散较快，在泥浆中加入一定比例的粘土，还增加粉煤灰、木屑等，泥浆的相对密度保持在1.4～1.8之间。

C．泥浆的拌制要均匀。

首先将定量的水放入拌和桶内，开动拌和机徐徐投入膨润土，拌和2-3min，静置片刻，再搅拌7-8min，即成泥浆，制成的泥浆排放入贮浆池内贮存10h，使膨润土、水、碱发生置换作用，形成稳定性良好，且有一定粘度的泥浆，使用时用注浆泵通过连接注浆孔的管道注入管道外围。

D．为了防止贮浆池内泥浆离析，间歇地对贮浆池内泥浆进行搅拌。

（5）泥浆的压注方法

A．注浆压力的确定,

PA=（2～3）γh

h---管道的覆土深度，h=6.509m；

γ---土的重度,γ=20KN；

经计算PA=260.36～390.54Kpa。

B．注浆时泥浆压注压力不宜过低，如果触变泥浆压注压力P＜PA，则管外侧压力大于注浆压力，触变泥浆无法注入到管道四周，不能形成泥浆套；

如果P≥PA，太高了容易产生冒浆，泥浆流失增加，不易形成浆套；

而且过高的压力作用在管子上时，会增加管子周边的正压力，使顶进时的推力增加。

C．为了使触变泥浆套的压力在停注后不能过快降低，在工作井内注浆总管上设置单向阀，不使其回浆。

D．泥浆的压注采用在顶管机压浆，管节、中继环等处连续补浆的方法。

对掘进机压浆要与顶进同步，以迅速在管道外围空隙形成粘度高、稳定性好的膨润土泥浆套。

E．补浆是在已有的泥浆套基础上改善泥浆套，补充其损失量。

掘进机尾部第一压浆孔后设置第一道补浆孔，此后根据设计管节上的补浆孔及时补浆，以保证管道外围空隙连续充满触变泥浆，补浆始终要坚持从后向前补压和及时补浆的原则。

在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况，还可以通过中继环和主顶装置的油压值推算出各段的注浆减阻效果，从而及时加以改进。

（6）注浆设备的选用

在顶进中，选用螺杆式注浆泵。

（7）泥浆的置换

本段管道顶完后，立即用2:

1水泥浆掺适量粉煤灰的迟凝泥浆置换润滑泥浆，以确保管道外围土体有足够的支撑和减少渗漏水。

然后对管缝及注浆孔按照设计要求进行封堵。

4.4.3出洞口处理措施及机具出洞

本工程地质资料揭示本工程未有地下水，所以洞口不会出现涌砂等水土流失,不需要进行地基加固。

顶管机头出洞时，我们先拆除接收井洞口处护壁，然后缓慢推进机具进坑。

在接收坑内予先安置枕垫和滚筒。

当管节顶进入接收坑后施工技术人员考虑顶进坑和接收坑各留出的管节长度，以：

（1）尽量避免敲拆混凝土管。

（2）方便接口施工。

（3）露出的管段小于管长的三分之一，以使管节重心继续留在土层中。

掘进机脱离管子时必须采取措施，防止管节接头中橡胶圈的松动。

4.4.4顶管扫尾

在顶管结束后，迅速拆除设备，对工作井、接收井预留洞的环向间隙使用快硬微膨胀水泥进行封堵，封堵在顶管结束时迅速进行。

管道顶进完成后，利用管节上的注浆孔向管外壁注入迟凝水泥浆对膨润土泥浆进行置换，待水泥浆从注浆孔流出后确认置换完毕，即封堵注浆孔并清理管道。

4.4.5顶进测量

本段顶管施工主要在长江滨江路上进行施工,控制好地面沉降及确保按设计管道轴线顶进是顶管施工中的核心问题。

4.4.5.1前期测量

顶管前，先根据导线点，利用全站仪准确测放出本工程的平面控制点及临时水准点，将每个工作井的中心测出并设置管道轴线控制桩和临时水准点、工作井护桩，以便复核顶管轴线和工作井位置是否移动。

在工作井施工完成后，管道顶进开始前，准确测量掘进机中心的轴线和标高偏差，并作好原始记录。

本项目曲线顶管采用全站仪来控制。

4.4.5.2顶进测量

（1）测量仪器固定安放在工作井的后部、千斤顶架子中心，并在工作井内建立临时测量系统。

顶管过程中必须按要求测量和控制管道标高及中心偏差，并作好记录。

每顶进100cm必须测量一次，要勤测量，多微调，纠偏角度保持在10′～20′并不得大于1°

每节管道顶进结束时，及时测量管道中心的轴线和标高偏差，记录交工程师审核确认；

每顶进完成一段测量仪器校正一次，每一次交接班时必须校核测量一次。

（2）距离小于200米的直线顶管测量采用激光经纬仪，直接将激光点打在掘进机内的靶盘上，机具操作人员通过靶盘即可了解机具的即时偏差，以便进行纠偏。

距离大于200米的直线顶管或曲线顶管，测量时采用全站仪，此时需在掘进机内架设反射棱镜，通过全站仪测得机具中棱镜的坐标，经过计算即可准确掌握机具的即时偏差。

在每一顶程开始推进之前，我们必须先制定坡度计划，该坡度计划根据工作井及接收井的洞口实际高差进行测放，可对设计坡度线加以调整，以便施工最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。

4.4.5.3竣工测量

管道顶完后，立即在每节管道上选点，测量其中心位置和管底标高。

根据测量结果，绘制竣工曲线，以便进行管道质量评定。

管段经过周围房屋建筑或已有管线时，在顶进过程中必须测量周围地面的沉降及管道沉降，并随时调整顶进速度及注浆压力，以确保顶管施工对周围环境的影响降低到规范允许的范围之内。

顶管控制桩及轴线图：

工作井

井护桩

接收井

顶管护桩

控制桩

4.4.6管道内气体检测以及通风

根据空气质量要求：

在地下管道中，必须保证施工人员所吸入的空气中氧气（O2）不能低于20%，而硫化氢（H2S），甲烷（CH4）以及其它有毒或有害气体与灰尘等污染物的浓度，不能大于有害于身体健康的浓度，并考虑时间、温度、湿度和集中污染物的综合作用的影响，易燃气体的浓度不能超过低爆炸下限（最小爆炸浓度）的10%。

我们配置气体检漏仪，每天对管内气体检测一次，如发现上述两个极限有一个超出的话，检测次数增加，并立即改善通风，以确保有足够的新鲜空气。

另外在长距离管道顶进过程中，管内的温度及湿度的增大会影响测量的准确性，都要求我们向管内输送新鲜空气。

（1）选择离心式通风机通过风管直接向掘进机工作面压入新鲜空气，排除管道内的污浊气体。

在地面设置一台9-19-5A型离心式鼓风机，经Ф300mm的PVC维纶布拉链式软风管向掘进机处提供新鲜空气；

拉链式软风筒按一定长度定制，通过拉链实现风筒之间的连接。

（2）通风机安装在地面上，软风管挂设在管道的一侧，挂设平顺无堆积、扭曲、缠绕等现象；

软风管保持完好无破损，发现破损及时修复或更换；

不得靠风管安放工具或长杆件，以防供风时杆件伤人。

（3）通风机有关参数：

9-19-5A型通风机：

功率7.5KW风量3166m3/h全压5326Pa

通风量应按下式计算：

Q=K×

n

其中：

Q---每小时供气量（m3/h）

K---每人每小时供气量，K=（30～50）m3/（h·

人）；

n---工作人数，每班人数最多为10人。

n=500m3/h

由于供风量较大，所以能够保证向管道内施工人员提供足够的新鲜空气。

4.4.7中继环的使用

（1）本工程采用前后特殊钢管的中继环，前管的预埋钢板为710mm长，在后管上设计安放两道半圆形橡胶止水圈；

中继站在下入管道前必须对钢管外壁进行防腐处理，并在前后管之间安装固定中继站油缸；

每个中继站安装28个50T油缸，通过高压油管与中继站油泵连接并提供动力，保证每个油缸同步工作。

（2）中继站油缸供油采用单向供油方式，回镐靠后方推力收回。

施工结束后，依次从第一个中继站拆除油缸，靠下一个中继站顶推合拢，直至全部拆除完毕。

前后中继管合拢后按设计要求处理好接缝，并在管内浇注混凝土后形成永久管道。

4.4.8管材的木垫、橡胶圈与管接口

（1）选用符合设计要求的成品管材。

管材由厂家供货时必须同时提供管材的内、外压报告及产品出厂合格证。

并按管材的验收要求对管材进行进场验收。

（2）管端之间的木衬垫是管节间均匀传递后方顶力、防止混凝土直接接触造成管端损坏的重要措施。

根据设计要求采用20mm厚的松木板，并将木芥去除。

按照设计尺寸可分块加工，使用时采用胶粘固定在管节承口端的管端面上，有效保护管端口由于顶进推力造成混凝土顶裂。

（3）作为管材接口止水的楔形橡胶圈的外观和任何断面都必须致密均匀，无裂纹、孔隙、凹痕等缺陷，并符合设计的规格尺寸；

橡胶圈保持清洁，不能在有油污的环境存放，也不得在阳光高温下直晒。

（4）管材的F口钢套环必须按设计要求进行防腐处理，刃口无疵点，焊接处平整，脐部与钢板平面垂直，堆放时整齐搁平。

（5）管道施工完成后，按设计要求对管缝嵌塞单组份聚氨密封膏，表面与管内壁平齐。

4.5主要设备与劳动力配置

4.5.1主要设备

4.5.1.1掘进机

根据本工程地质条件，采用机械式全断面顶管掘进机。

4.5.1.2起重设备

起重作业主要为管材，其中管材重量为17.6吨/根（2.5m/根），考虑到