机械顶管施工方案1.doc

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第一节机械顶管施工技术措施

一、工程概况

根据图纸及现场条件需要，本标段YK0＋350～YK0＋500截污管道采用机械顶管方法施工。

顶管施工采用的管材管径为Φ1600mm钢套管，长度为150m。

我司将采用地面遥控的泥水平衡式顶管机进行施工。

泥水平衡式顶管施工的优点：

1、适用地质范围较广，在地下水位较高以及地质变化范围大的土质条件，效果尤其突出。

2、可保持挖掘面的相对稳定，对周围土层的影响较小，施工后地面沉降最小。

3、与其他类型的机种相比，泥水顶管的推力较小，适宜于长距离顶管。

4、工作坑内作业环境较好，作业比较安全。

由于采用泥水输送弃土直至地面，搬运土方更为方便。

5、由于采用地面遥控操作，施工更加文明安全。

6、由于连续出土，大大提高了推进速度。

采用了方向引导装置，使得顶进速度快、精度高。

二、顶管设备选型

（一）顶管机选型：

针对Φ1600口径较大，顶管出泥量大，施工人员在管道内操作不便，不安全等缺点，结合特有的施工条件和土质情况，我们选用地面遥控操作的泥水平衡式顶管机。

顶管机主要参数详见下表：

顶管机主要参数表

顶管机主要参数

管径规格

Φ1600mm

外形尺寸

Φ1620×2592mm

重量

5.8t

纠偏角度

上下

1.7°

左右

1.2°

可破碎砾石最大直径

320mm

进排泥管直径

Φ80mm

（二）泥水平衡顶管机原理：

泥水平衡式顶管机是利用加压的泥水及刀盘推动切削刀进行挖掘施工的。

压力泥水在挖掘面泥土的表面形成一层泥膜,同时通过压力的作用与挖掘面的土压和地下水压力保持动态平衡，有效的稳定挖掘面，将顶管施工对地面的影响即地面沉降减少到最小。

当掘进机正常工作时，进排泥阀均打开，机内旁通阀关闭。

泥水从进泥管经过进泥阀进入顶管机挖掘面的泥水仓里，挖掘的泥砂经同泥水搅拌后，通过排泥管和排泥泵送到地面的泥水分离装置。

泥水分离装置将泥砂和水分离以后，泥水再次送入刀盘循环使用。

这些工序完全由中央操作盘进行遥控。

详见附图《泥水平衡顶管法系统图》（V-04）。

（三）配套设备：

1、进排泥泵：

选用不仅能泵送清水，而且泵送r=1.3以下泥砂的离心泵作为进排泥泵。

2、基坑旁通：

用于改变泥水循环方向，防止管内堵塞。

3、泥水管路系统：

包括泥水钢管、泥水软管、旁通阀组、流量系统、隔膜式压力表等。

4、千斤顶：

采用2台300t液压千斤顶，行程800mm。

5、高压油泵：

选用额定压力为31.5Mpa的柱塞泵，经分配器、控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。

6、顶铁：

顶铁是传递和分散顶力的设备。

采用钢结构焊接而成，长度为700mm。

三、施工方法及工艺

（一）顶管施工工艺流程图

顶管机出洞

顶管设备就位

机头刀盘运转

顶管机进洞

送排泥泵开启

顶进出土

泥水分离

主顶推进到位

回缩主顶

拆除管内管线

砼管节安装

安装管内管线

弃土出运

顶管机转场

进洞密封器安装

出洞密封器安装

放样、复核

工作井、接收井回填

全线复核

工作井、接收井施工

（二）工作井、接收井的设计与施工

根据本标段地层情况以及顶进方向等因素，本工程工作井采用方井（6×8m），接收井采用圆井（R=4m），接收井无需施工底板、后座及导轨。

施工中使用到的砼均采用商品混凝土，标号为C50。

1、工作井、接收井的布置

工作井、接收井是顶管施工的工作场所，施工条件优劣直接影响到顶管施工的成败，工作井必须尽可能保证顶管作业要求且必须安全可靠，以保证工程质量。

本标段工作井、接收井布置情况详见“施工总平面图布置图”。

2、工作井、接收井坑的尺寸

工作坑应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，坑底长、宽尺寸可按如下公式：

底宽：

W=D+（2.0～3.2）

式中：

W----工作坑底宽度（m）

D-----被顶进管子外径（m）,本工程为1.620m

底长：

L=L1+L2+L3+L4+L5

式中：

L-----工作坑底长（m）

L1-----管子顶进后，尾端压在导轨上的最少长度，混凝土一般留0.3m，钢管留0.6m

L2-----每节管子长度；本工程为2m

L3-----出土工作间隙，根据出土工具确定，一般为1.0～1.5

L4-----千斤顶长度（m）

L5-----后背所占工作坑厚度（m）

本工程工作井净空确定为6×8m,井内设集水坑。

接收井采用φ8000mm，人工挖井形成。

3、顶管井坑支护

顶管工作井为方形井、接收井为圆井,开挖深度较大,为8.12m,基坑开挖过程中必须有可靠的防水和挡土措施（采用类似人工挖孔桩法施工）。

4、工作坑导轨设置及基础加固

工作坑底可根据土质、砼管重量及地下水情况，做好基础，以防止工作坑底下沉，导致砼管顶进位置的偏差。

（1）导轨作用是引导砼管按设计的中心线和坡度顶进，保证砼管在进洞之前位置正确。

导轨安装是否牢固与准确对砼管的顶进质量影响较大，因此，安装导轨必须符合排水管的轴线、标高以及坡度的要求。

本工程采用32KG钢轨作导轨。

（2）基础底板：

导轨放好后，在基底铺一层400mm厚的混凝土地板，配筋为单层纵横双向钢筋φ25＠200mm。

本工程砼采用商品混凝土,标号为C50，混凝土面应低于导轨面1～2cm。

5、工作井、接收井施工工艺流程图：

一节护壁的土方开挖

拆模

土方吊装及外运

放置钢筋、模板及浇砼

垫层、底板、后座、导轨、集水井施工

下一工序

爬梯制作

测量放线

施工现场准备

6、工作井、接收井成孔施工工艺

（1）工作井、接收井采用人工挖井进行施工，挖土按一次性完成一节护壁的挖土，后一次性绑扎钢筋支模板浇混凝土的施工顺序进行。

人工挖孔护壁原则上每节挖孔深度为900mm，砂层地带就调整为500mm一层。

人工在井内挖土，挖孔土方由人工装进吊斗、采用手绞架吊出井内、提升上地面堆泥场后装车外运。

（2）井壁每节深度900mm,壁厚最宽处600mm,最薄处550mm；配筋形式为单层钢筋，横向为Ф25＠150mm，纵向配筋为Ф20＠150mm,上层护壁的竖向钢筋插入下层护壁500mm（即搭接长度）。

①护壁钢筋绑扎：

将已经加工好的钢筋吊入井下绑扎，用砼块作钢筋保护层垫块，上节护壁钢筋笼伸入下一节护壁钢筋的搭接长度必须满足要求。

②安装护壁模板：

模板支撑要牢固，用钢管作为对撑及圆杂木作为斜撑对模板进行支护，同时可在孔底下插入钢钎将模板脚固定，防止整套模板移动。

③护壁砼浇注：

挖孔护壁砼采用商品混凝土，用吊斗将砼均匀地沿模板的各个方向浇注，混凝土采用人工捣插，防止混凝土受振而偏移。

（3）井壁施工至工作井井底后，施工一堵后座墙，后座墙锚入底部1.5m,后座墙尺寸4.5×3.5m×0.8m，配筋为纵横向钢筋Ф20＠200mm。

（4）后座墙施工完毕后，在顶进的方向放置基坑道轨（路轨钢制作），作为顶管道向用。

在基坑的一角设一0.7×0.7m×0.5m的集水井,导轨放好后,在基底辅一层100mm厚的垫层封底,然后浇注300mm厚的混凝土底板，底板砼用振动棒振捣密实。

（三）顶管施工工艺

1、推力计算

F=F1+F2（F—总推力F1—迎面阻力F2—顶进阻力）

F1=π/4×D2×P（D—管外径P—控制土压力）

P=Ko·r·Ho

式中：

Ko—静止土压系数，一般取0.55

Ho—地面至掘进机中心的厚度，取值5.5m

r—土的重量，取1.8t/m3

P=0.55×1.8×5.5=5.45t/m3

F1=3.14/4×1.622×5.45=11.23t

F2=πD·f·L

式中：

f—管外表面综合磨擦阻力，取0.4t/m2

D—管外径

L—顶距

F2=3.14×1.62×0.4×150=305.21t

F=F1+F2=11.23+305.21=316.44t

顶管工作井允许最大顶进力400t，安全系数取1.25，最大控制顶力为350t。

因此，无须加设中继间接力顶进。

考虑地下工程复杂性及不可预见因素，顶管设备取2倍能力储备，设备顶进能力应达到700t，采用2个350t的千斤顶可满足要求。

2、管材与接口

该段顶管管材采用Φ1620焊接口管材。

选用优良管材并处理好管节接口对顶管施工是十分重要的。

要按有关规范对管材作现场检查验收，如发现不合格坚决予以退回。

顶管管节的第一节和最后一节进行特殊处理。

3、顶管测量与控制

顶管工程的测量工作是整个顶管工程质量的关键，测量工作的准确性将直接影响到管线实际轴线的平顺，甚至影响到顶管的顺利贯通，因此需精心实施，确保无误。

（1）本工程测量包括高程测量和左右偏差测量两部分。

（2）在地面上把永久性水准引测至井下，设临时基准点，再在井底架设激光经维仪，将激光投射到机头的标靶上，由机头内的摄像机将信号传到地面遥控操作台的显示屏上，机头高程和左右偏差一目了然。

4、顶管机进出洞口技术方案

（1）对进出洞口土体采用压密注浆进行加固，加固的范围：

在深度方向，洞口上2m，下2m，左右各2m；在长度方向为6m。

（2）为使进出洞口顶进过程中不发生泥水流失，在进出洞口里安装橡胶止水法兰。

（3）进出洞措施：

①作好进洞前的准备工作，包括人员设备；

②机头出洞后，及时将与机头连接的管子分离，机头及时吊出井外；并抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门止水。

③机头进洞后止水工作抓紧做好，就可避免洞口处土体流失、管子沉降等现象，从而确保顶管质量。

5、顶管注浆

注浆是最大限度降低顶进阻力的关键。

注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进摩擦阻力，注浆时要满足以下几点要求：

（1）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、失水量的动塑比。

（2）在砼管上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。

（3）膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间按照规范进行。

（4）压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。

在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况。

（5）注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。

（6）注浆泵的流量与顶进速度相匹配。

6、顶进

顶进利用千斤顶出镐在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下：

（1）安装好顶铁并挤牢，管前端已入土一定长度后，启动油泵，千斤顶过油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。

（2）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

（3）添加顶铁，重复上述操作，直至安装下一节管子为止。

（4）卸下顶铁，下管，用钢套环连接混凝土管，在混凝土管接口处放一圈麻绳，以保证接口缝隙密封和受力均匀，并采用其他防渗漏措施，保证管与管之间的连接安全。

（5）重新装好顶铁，重复上述操作。

顶进注意事项：

（1）首节管子顶进的方向和高程，关系到整段顶进质量，应勤测量，勤检查及时校正偏差。

（2）安装顶铁应平顺无歪斜扭现象，每次收回活塞加放顶铁时，应换用可能安放的最长顶铁，使连接的顶铁数目为最少。

（3）顶进过程中，发现管前土方坍塌、后背倾斜，偏差过大或油泵压力表指针骤增等情况，应停止顶进，查明原因，排除故障后，再继续顶进。

7、顶管跟踪注浆与顶管结束后补浆控制沉降

为防止顶管顶进过程中地面沉降的发生，在原配浆的基础上，将水的参量降低6%，来提高触壁泥