最新42m69m矩形顶管施工方案汇总.docx
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最新42m69m矩形顶管施工方案汇总
42m×69m矩形顶管施工方案
3.施工筹划
3.1施工进度计划
本工程顶管工程施工计划需根据始发井、接收井的土建施工进度进行安排。
当两井的混凝土结构浇筑完成，并经养护达到设计规定的强度指标后，即认为具备顶管进场施工条件。
我方将根据总包要求的时间组织人员进场进行场地布置，并随即进行设备的安装和调试工作。
总工期30日历天。
附图-03施工进度计划图。
3.2机械设备计划
根据工程量及施工需要，顶管顶进主要施工机械设备配备情况见表3-1。
主要施工机械设备配备表表3-1
序号
机械或设备名称
型号规格
数量
国别
产地
制造
年份
额定功率kW
1
矩形顶管机
及配套设施
4.2m×6.9m（外尺寸）
1套
中国
2010
330
2
主顶装置
自制
1套
中国
2010
3
注浆泵
SYB50-50-1
1台
中国
2005
4
4
汽车吊
300T
1台
中国
2005
\
5
履带吊
150T
1台
中国
2006
\
6
潜水泵
2.2KW
3台
中国
2005
2.2
7
污泥泵
NL100-16
2台
中国
2005
9
8
电焊机
ZXG-300
2台
中国
2006
21
9
空压机
3m3
1台
中国
2006
\
10
全站仪
GTS-6
1台
日本
2006
\
11
经纬仪
J2
1台
中国
2006
\
12
水准仪
S3
1台
中国
2006
\
3.3材料供应计划
根据工程量和施工需要，顶管顶进主要材料供应见表3-2。
顶管主要材料供应表表3-2
序号
主要设备
用量
1
矩形管节（1.5m/节）
23节
2
特殊管节
1节
3
袜套（橡胶帘布）
1根
4
止水带
24根
5
聚硫密封膏
150kg
6
水泥
10吨
7
膨润土
10吨
8
20mm厚胶合板
200m2
9
2寸白铁管
100m
10
1寸白铁管
30m
3.4劳动力安排计划
根据工期及顶管施工工艺要求，现场劳动力配置见表3-3。
劳动力配置表表3-3
工种
人数
工作内容
工长
2
管理和指导各工种工作
电焊工
4
现场焊接、切割等
起重指挥
2
指挥各类吊车
吊车司机
2
现场设备吊运和管节、土箱吊放
挖机司机
2
出土
拌浆工
4
拌制各类浆液
电工
1
电器和电路检修
机修工
2
负责机械设备维修保养
操作司机
2
负责操作顶管机
辅助工
12
负责配合顶管施工
测量人员
2
负责工程放样及测量
合计
3.5施工现场平面布置
根据甲方提供的现场允许使用范围，结合实际的施工需要，在始发井附近地面配置一台150T的桁架式履带吊，同时在场地内进行顶管动力站、集土坑、拌浆系统、管节堆场、料库、危险品仓库、办公区域等设施的布置。
由于涉及到顶管机头和管节的吊装，使用包括300吨汽车吊在内的大量重型机械，要求施工便道具备相应的承载力。
为此施工道路施工前首先使用压路机压实路面，先铺15cm厚的碎石基层压实，在此基础上制作钢筋混凝土道路，承重道路结构为厚20cm的C30混凝土，配筋Φ16@200双向网片。
我方同时配备一定数量的路基板和厚钢板，满足某些重型机械施工临时需求。
场地内各材料堆场采用10cm厚道渣基层，上设10cm厚素砼面层。
为了防止扬尘，在施工围墙内其它位置设5~7cm厚素砼。
附图-04施工场地平面布置图。
4.顶管施工方案及技术措施
4.1顶管施工工艺流程
附图-05顶进工艺图。
4.2顶进前的施工准备工作
4.2.1地面准备工作
1）在顶管推进前，按常规进行施工用电、用水、排水及照明等设备的安装。
2）施工材料、设备及机具必须备齐，以满足本工程的施工要求。
3）井上、井下建立测量控制网，并经复核、认可。
4.2.2井下准备工作
1）洞门密封圈安装
由于洞圈与管节间存在着10cm的建筑空隙，在顶管出洞及正常顶进过程中极易出现外部土体涌入始发井内的严重质量安全事故。
为防止此类事故发生，施工前在洞圈上安装帘布橡胶板密封洞圈，橡胶板采用12mm厚钢压板作靠山，压板的螺栓孔采用腰子孔形式，以利于顶进过程中可随管节位置的变动而随时调节，保证帘布橡胶板的密封性能。
2）基座安装
基座定位后必须稳固、正确，在顶进中承受各种负载不位移、不变形、不沉降。
基座上的两根轨道必须平行、等高。
后靠自身的垂直度、与轴线的垂直度对今后的顶进也至关重要。
钢后靠根据实际顶进轴线放样安装时，与始发井内衬墙预留一定的空隙，固定后在空隙内填C20素砼，使钢后靠与墙壁充分接触。
这样，顶管顶进中产生的反顶力能均匀分部在内衬墙上。
3）顶管机吊装下井
矩形顶管机头设计总重量约130余吨，可以分为前后两段：
前段重约80吨，后段重约50吨。
吊装时选用性能优良的300吨汽车调来吊装机头，为了避免顶管机头吊装中工作井、路面及路面下管线的损坏，在起吊时，在四个支腿下方铺钢制路基箱（7m×2.2m×0.43m）四块，降低吊车对地面的压强。
顶管机头的吊装：
顶管机从平板车上被吊起后，要作片刻的停顿，一是确定顶管机头的实际重量是否在吊车的起重范围内；二是观察吊车对路面及工作井的影响。
在确定是安全的情况下，将顶管机头缓慢吊入工作井，准确地停放在基座的轨道上。
先吊前段再吊后段，分两次吊装完毕。
在顶管机头起吊过程中，加强对周围地面的观测，如发现路基变形，立即将机头放下，吊车移位，同时对井周围原有的混凝土地面下进行注浆加固。
4）主顶的定位及调试验收
主顶的定位将关系到顶进轴线控制的难易程度，故在定位时要力求与管节中心轴线成对称分布，以保证管节的均匀受力。
主顶定位后，需进行调试验收，保证12个千斤顶的性能完好。
5）顶管机就位、调试验收
为保证顶管出洞段的轴线控制，顶管机吊下井后，需对顶管机进行精确定位，尽量使顶管机轴线与设计轴线相符。
在顶管机准确定位后，必须进行反复调试，在确定顶管机运转正常后，方可进行顶管出洞和正常顶进工作。
附图-06始发井内平、剖面布置图；附图-07管节断面布置图。
4.2.3技术交底、岗位培训
在顶管施工前，对参加施工的全体人员按阶段进行详细的技术交底，使施工人员全面了解施工中将可能出现的各种工程难点，并努力提供施工人员的质量和安全意识。
参与施工人员需按工种进行岗位培训，考核合格后方可上岗操作。
4.3顶管出洞段顶进施工
顶管机顶出洞圈至顶管机切口距工作井2.65m范围为出洞段。
4.3.1封门形式
本工程始发井围护为Ф800钻孔灌注桩，混凝土挡墙内预埋钢洞圈，灌注桩外采用4排三轴搅拌桩做出洞加固，靠近灌注桩的一排三轴搅拌桩内密插型钢，该排密插型钢的三轴搅拌桩即为工作井的洞圈封门，顶管的出洞过程即为凿除出洞口范围内灌注桩，搅拌桩内拔除H型钢和顶管机头经过出洞段加固区并进入原状土体的过程。
4.3.2顶管出洞的施工步骤
凿除出洞口范围内钻孔灌注桩→设备调试→顶管机头靠上搅拌桩封门→H型钢拔除→顶管机切削加固土体→机头切口进入原状土、提高正面土压力值至理论计算值。
4.3.3出洞段顶进施工
1）起拔H型钢前的准备工作
对全套顶进设备做一次系统调试，由于本工程始发井出洞加固区搅拌桩设计强度为1.2MPa，在顶管机进入加固区时，应注意刀盘在穿越加固层时的切削性能，把机头顶进洞圈内距SMW桩10cm左右。
H型钢拔除前工程技术人员、施工人员应详细了解现场情况和封门图纸，分析可能发生的漏水情况，并准备相应措施，制订拔桩顺序和方法，分工明确，并由专人统一指挥。
2）起拔H型钢措施
H型钢拔除按由一边向另一边一次拔除的原则进行。
起拔时，起重吊装人员应配合默契，保证H型钢拔出时迅速和安全。
3）顶进施工
在洞圈内的H型钢全部拔除后，应立即开始顶进机头，由于正面为全断面的水泥土，为保护刀盘，顶进速度应放慢。
另外，可能会出现螺旋机出土困难，必要时可加入适量清水来软化或润滑水泥土。
顶管机进入原状土后，为防止机头“磕头”，拉紧机头和前三节管节之间的拉杆螺丝，同时适当提高顶进速度，使正面土压力稍大于理论计算值，以减少对正面土体的扰动及出现地面沉降。
4.3.4出洞段的各类施工参数
顶管机从始发井出洞后，应尽量减少水土流失，控制好地面沉降。
应不断根据地面沉降数据的反馈进行参数调整，及时摸索出正面土压力、出土量、顶进速度、注浆量和压力等各种施工参数最佳值，为正常段施工服务。
4.4顶管正常段顶进施工
4.4.1各类施工参数的控制
1）正面土压力的设定
本工程采用土压平衡式顶管机，是利用土压力平衡开挖面土体，达到支护开挖面土体和控制地表沉降的目的，平衡土压力的设定是顶进施工的关键。
土压力采用Rankine压力理论进行计算：
P上＝K0γZ上
P下＝K0γZ下
P上：
管道顶部的侧向土压力
P下：
管道下部的侧向土压力
K0：
软粘土的侧向系数（参考《基坑开挖手册》及本工程详堪资料），此处取0.57
γ：
土的容重，取17.7
。
Z：
覆土深度。
Z上约为5.68m，Z下约为9.88m
根据以上理论计算，本工程初始土压力设定为P上＝0.057Mpa，P下＝0.10Mpa。
以上数据为理论计算值，只能作为土压力的最初设定值，随着顶进施工，土压力值应根据实际顶进参数、地面沉降监测数据作相应的调整。
2）主顶力的设定
总拉力为初始拉力与各种阻力之和。
F0：
总顶力标准值（KN）
D1：
管道的外径（m）
Fk：
管道外壁与土的平均摩阻力（KN/m2），此处取5.0KN/m2
L：
顶进长度（m）
：
顶管机的迎面阻力（KN）
=4.2×6.9×17.7×5.0=2565KN
则总顶力F0=2×（4.2+6.9）*36*5+2565=6561KN
主顶力随顶进距离的增加而增大。
顶管掘进机头出洞，在进入原状土且正面土压力没有建立之前，要控制主顶力不能过大。
在正常推进中，要注意主顶力的增大应该是缓慢的，而不允许有突变。
经计算，实际最大主推力为6564kN，远小于顶管机额定主顶力（为24000kN），小于管道允许顶力（
，取
=0.309
计算，为23127KN）。
3）出土方案及出土量控制
本工程管节内铺设16kg/m轨道，采用1台平板车和1只3.0m3土箱出土运输方案。
在主顶平台上固定一台卷扬机用作拖动平板车的动力。
一节管节的理论出土量为6.9×4.2×1.5=43.47m3，在顶进过程中，应尽量精确地统计出每节的出土量，力争使之与理论出土量保持一致，确保正面土体的相对稳定，减少地面沉降量。
4.4.2顶进轴线控制
顶管在正常顶进施工中，必须密切注意顶进轴线的控制。
在每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以免土体出现较大扰动及管节间出现张角。
由于是矩形顶管，因此对管道的横向水平要求较高，所以在顶进过程中对机头的转角要密切注意，机头一旦出现微小转角，应立即采取刀盘反转、加压铁等措施回纠。
顶进轴线偏差控制要求：
高程+100mm，-80mm；水平：
+100mm。
4.4.3地面沉降控制
在顶进过程中，应合理控制顶进速度，保证连续均衡施工，避免出现长时间搁置情况；不断根据反馈数据进行土压力设定值调整，使之达到最佳状态；严格控制出土量，防止欠挖或超挖。
4.4.4管节减摩
为减少土体与管道间摩阻力，在管道外壁压注触变泥浆，在管道四周形成一圈泥浆套以达到减摩效果，在施工期间要求泥浆不失水，不沉淀，不固结。
1）泥浆配比（按公斤每立方米计）见下表:
表5-2
膨润土
水
纯碱
CMC
稠度
400
850
6
2.5
12～14
备注：
此配比为重量比。
2）压浆孔及压浆管路布置
压浆系统分为二个独立的子系统。
一路为了改良土体的流塑性，对机头内及螺旋机内的土体进行注浆。
另一路则是为了形成减摩泥浆套，而对管节外进行注浆。
3）压浆设备及压浆工艺
采用泥浆搅拌机进行制浆，按配比表配制泥浆，泥浆要充分搅拌均匀。
压浆泵采用HENY泵，将其固定在始发井口，拌浆机出料后先注入储浆桶，储浆桶中的浆液拌制后需经过一定时间方可通过HENY泵送至井下。
注浆压力控制在0.05MPa左右。
4）压浆施工要点:
（1）．压浆应专人负责，保证触变泥浆的稳定，在施工期间不失水，不固结，不沉淀。
（2）．严格按压浆操作规程施工，在顶进时应及时压注触变泥浆，充填顶进时所形成的建筑空隙，在管节四周形成一泥浆套，减少顶进阻力和地表沉降。
（3）．压浆时必须遵循“先压后顶、随顶随压、及时补浆”的原则。
（4）．压浆顺序
地面拌浆→启动压浆泵→总管阀门打开→管节阀门打开→送浆（顶进开始）→管节阀门关闭（顶进停止）→总管阀门关闭→井内快速接头拆开→下管节→接2寸总管→循环复始。
5）压浆量的计算（每节管节）
为了保证注浆效果，注浆量应取理论值的2～3倍。
V=（6.960×4.260-6.9×4.2）×1.5×（200～300%）=2～3m3
4.4.5止退装置
由于矩形顶管掘进机的断面较大，前端阻力大，实际施工中，即使管节顶进了较长距离，而每次拼装管节或加垫块时，主顶油缸一回缩，机头和管节仍会一起后退20～30cm。
当顶管机和管节往后退时，机头和前方土体间的土压平衡受到破坏，土体面得不到稳定支撑，易引起机头前方的土体坍塌，若不采取一定的措施，路面和管线的沉降量将难以得到控制。
本工程采取特有的止退装置，可有效阻止管节的后退和避免由此带来的前方土体沉降问题。
4.5顶管进洞段施工
4.5.1接收井封门形式
本工程接收井围护为钻孔灌注桩，灌注桩外采用4排三轴搅拌桩做出洞加固，靠近灌注桩的一排三轴搅拌桩内密插型钢，该排密插型钢的三轴搅拌桩即为工作井的洞圈封门。
顶管机开始顶进时，即可开始灌注桩混凝土的剥离凿除工作，顶管机进洞前预留20cm左右厚度的混凝土，待机头进洞时拔除H型钢后，再开始凿除预留的混凝土。
4.5.2顶管机位置、姿态的复核测量
当顶管机头逐渐靠近接收井时，应加强测量的频率和精度，减少轴线偏差，确保顶管机能准确进洞。
对洞门位置的坐标测量确认，根据实际标高安装顶管机接收基座。
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方案实施，以良好的姿态进洞，正确无误地坐落到接收井的基座上。
4.5.3进洞接收架搭设
由于机头重量重达100吨，加上土仓内残留的土，重量将达到135吨左右，如果机头直接推进到接收井底板上，容易造成接收井底板结构的损伤，因此，进洞前，应在接收井内预先搭设接收架。
接收井施工时底板上预制两条400cm宽的钢筋砼梁作接收架的基础（高度为底板至洞圈面，长度为接收井后壁至洞圈前200mm），上部焊接δ=30钢板和12#工字钢轨道制作而成。
接收架的具体高程根据进洞前实测的机头姿态计算确定，应保证机头顺利跑上接收架，同时不产生大的落差。
4.5.4顶管进洞
因接收井洞门和管节间存在15cm的周边间隙，顶管机头进洞时容易引起水土流失，严重时会导致路面沉降、损害地下管线，所以必须采取相应的措施，让顶管机头顺利进洞。
1.在顶管机到达距接收井6m后，开始停止第一节管节的压浆，并在以后顶进中压浆位置逐渐后移，保证顶管进洞前形成完好的6m左右的土塞，避免在进洞过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升。
2.在顶管机切口进入接收井洞口加固区域时，应适当减慢顶进速度，调整出土量，逐渐减小机头正面土压力，以确保顶管机设备完好和洞口结构稳定。
3．顶管机切口距接收井H型钢50cm左右时，顶管机暂停顶进，等待H型钢的拔出。
H型钢拔除后，顶管机继续推进，缓缓地靠上预留混凝土。
此时要掌握好实际顶进距离和主顶的压力，当主顶压力突然升高，立即停止推进，等待预留混凝土的凿除。
4．当预留混凝土凿除完毕后，应立即进行推进，第一节管节前端离接收井内壁约35cm时停止推进。
然后将顶管机头与管节脱开，当顶管机完全推入接收井内，用300吨吊车将顶管机头吊出。
4.6顶管进洞后的施工
4.6.1顶管机头吊出
顶管机吊出接收井的具体实施步骤如下：
1）清除机头土压仓内和螺旋机内的土体；
2）拆除刀盘、螺旋机系统相关的液压油管和电线电缆；
3）拆除两台螺旋机，将拆下的螺旋机用出土小车拉至工作始发井，吊上地面；
4）通过伸缩纠偏千斤顶和加设垫块使机头与管节脱开，机头整体向前顶出，并平稳地落在接收平台上；
5）利用300吨吊车将顶管机头吊出接收井。
4.6.2浆液置换
顶管机头吊出接收井后，马上用砖头砌墙，将两头洞门与管节间的间隙封堵。
然后在首末各三节管壁后注入双液浆，双液浆注入24小时后，在中间管节后注入水泥浆，置换出触变泥浆，对管节外的土体进行加固。
浆液置换结束后尽快将管节和工作井钢洞门用钢板焊接连成一体，浇注混凝土，和工作井内壁浇平。
4.6.3管节间嵌缝
顶管施工结束后，管节间的缝隙采用双组分聚硫密封膏填充。
嵌缝前必须将缝隙内的杂质、油污清理干净，做到平整、干净、干燥。
配制好的聚硫膏在缝两侧先刮涂一遍，第二次在缝中刮填密封膏到所需高度。
要求压紧刮平，防止带入气泡而影响强度和水密性。
密封膏表干时间为24h，7天后才达到80％强度，在密封膏在未充分固化前要注意保护，防止雨水侵入。
4.7顶管施工测量
4.7.1顶进轴线架设
按业主所提供的城市坐标点和水准点连接出洞和进洞之间的两点坐标及高程，以坐标值的计算建立独立坐标系。
4.7.2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。
4.7.3坡度计算
按三等水准连测两井之间的进出洞的高程，计算实际顶进坡度。
4.7.4施工顶管测量
在后台架设J2型经纬仪一台，在井壁上设置后视控制点（顶进轴线）测顶管机的前标和后标的水平角和竖直角的全测回，采用fx4500P计算器编排程序计算顶管的头尾的平面和高程偏离值，正确指导顶管施工。
4.7.5注意事项
由于顶管施工不同于盾构施工，所以初次放样及顶进中测量极为重要。
另外由于顶管后靠位置在顶进中可能发生变化，后台的布置应保持固定不动，确保顶管施工测量的正确性。
4.8施工用电
4.8.1顶管内照明
隧道照明电源电压采用220v，带隔离变压器和漏电开关，供电线路采用三相五线制，用蝴蝶绝缘夹子敷设电线。
4.8.2场地照明
在工作井井口处，管节堆放场地及其它需要照明处设置场地照明。
场地照明采用投光灯立杆架设，每杆装设投光灯二个和相应电缆配线。
井口照明采用DDG-3500镝灯，在井口安置二个。
4.8.3施工用电负荷统计
顶管施工用电负荷统计表表5-5
设备名称
功率（Kw）
动力设备
330
照明
25
其它
30
合计
因此需要总包单位提供不少于400KVA的箱变供本工程施工用电。
4.9管节生产、运输、堆放
4.9.1设计概况
本车站顶管工程设计采用外形尺寸6900mm×4200mm的矩形钢筋混凝土预制管节，标号为C50S8，每环管节为一整体，管节厚度450mm，宽度1500mm，整个工程管节总用量为24节。
管节两端分别预埋钢套环和钢环，管节内还预留对称压浆孔和起吊孔及翻身孔。
两管节之间接头形式为F型承插式。
4.9.2管节的制作
矩形管节制作模具采用可拆式，并具有足够的刚度和精度的内外模和底模三大部分组成的整体性良好的钢结构模具。
钢套环、钢环和钢筋笼采用机械成型和专用靠模焊接的制作工艺，钢筋骨架在标准模架上定位焊接成型，并采用专用吊具由行车将钢筋笼骨架整体吊运和入模。
4.9.3管节的运输
⑴管节出厂到工地时，管节应承口朝下平稳地放于有专用支架的运输车辆的车斗内。
⑵管节运输、堆放时下面应搁置柔性材料的垫料。
⑶配备能满足施工需要的管节运输车辆，确保顶管推进连续性。
⑷管节运输时，必须注意，不要使其损坏，对于运输过程中被损坏的管节，应按技术负责人的指示处理。
⑸运输时，对混凝土管节的棱线部分，必须采取适当的防护措施，以防止损坏这部分，同时在装卸等搬运时也必须加以充分注意。
⑹管节接头等附件，必须分别打包，注明品种、数量后再运输。
⑺运输和搬运过程中损坏的管节，必须按技术负责人的指示，作废、修理等处理。
4.9.4管节的贮存及堆放
⑴管节应按生产日期及型号排列堆放整齐，并应搁置在柔性垫条上，垫条厚度要一致，搁置部位上下一致。
⑵管节堆场坚实平整，堆放整齐，堆放高度在生产地点不超过一层。
⑶管节贮存时，必须充分注意，不要让管节产生有害的裂纹或永久性变形等，需要选择适当的贮存场所和贮存方法，以免因其自重造成的贮存场所不均匀下沉和垫木变形而产生异常应力和变形。
贮存时，必须注意，不要让油类、泥等污损管节。
⑷管节接头必须按要求做好防腐处理，不要让这些附件因接触到雨水和露水等产生锈蚀，不要粘附灰尘、砂粒等，以防降低品质。
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