松岗河桥污水管DN800顶管工程施工方案.docx
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松岗河桥污水管DN800顶管工程施工方案
松岗河桥污水管DN800顶管工程施工方案
一、工程概况
由于管道穿越砂质土、杂填土及流塑土，加之管道沿线建筑均为高层民居，建成较早，房屋基础一般为砂泥或浅桩基础，若采用原设计大开挖方案，必然影响房屋建筑稳定及安全；河滨路及河滨南路段势必挖破砼路面，造成周围环境行车均受影响；穿松岗河底污水管道段，目前河流呈流塑状态，管道埋设深，在河流开挖3～4m，破土面宽，两侧河堤、道路均须拆除后待完工再修复，实施难度较大。
鉴于上述实际情况，结合本工程工期，决定采用顶管法施工方案。
本工程顶管管材采用预应力钢筋混凝土专用管，d800，壁厚80mm，分节长度均按4m计，全长共286m。
工作井采用钢筋混凝土井，规格为A×B×H=6.5×4.0×5.205m。
二、施工布置
（一）施工方案采纳
顶管施工常见的工艺有手掘式、挤压式、土压平衡式、气压平衡式、泥水平衡式等四种，泥水平衡式又按掘进方式分为刀盘切消式和水力切削式，后三种工艺采用三种不同的理论，均是利用掘进机前端的密封舱，通过保持密封舱内的土压，泥水压力或空气压力以维持掘进断面土体稳定。
挤压式顶管法是用主顶油缸或中继间油缸的推力把工具管挤到土里去，而被挤压的土则从工具管的排土口内挤出的一种施工方法。
根据本工程现场的土质情况，工期要求，及设计污水管埋设深度以及分段长短，拟采用挤压法格栅式工具头组织施工。
现把挤压式方法的优缺点介绍如下：
采用的挤压式工具管是正面带有网格切土装置井将切口刃角放大的工具管。
该施工方法的优点是：
1）该工具管使用于软塑至流塑的粘性土和含水砂性土。
2）施工操作简便，设备少，施工成本低，施工速度快。
3）弃土的运输和存放相对比较方便，对环境的影响较小，对文明施工较为有利。
该施工方法的难点在于：
1）覆土层较薄，容易造成周围地层和地面发生较大的变形，稍有疏忽就有可能发生正面塌陷，可采用打管棚和高压注浆方式来支托或提高土层的密实度，以避免覆土层的沉降。
2）施工中需对推进顶力、推进速度及网格开口面积进行严格计算、控制。
3）当在含水砂性土层中施工时，需采用井点降水来降低地下水位。
（二）施工顺序
施工顺序为：
挖工作井——顶尺设备安装——吊装砼管——装顶铁——装密封圈——开启油泵顶进——出泥——管道贯通——折工具管——砌检查井——回填壁后注浆密实。
（三）顶管施工工艺流程图（如下页）
顶管施工工艺流程图
三、施工准备工作
（一）生产准备
1.临时用电采用380V三相五线制，接到工作井或接收井位置，供卷扬机、油泵车及水泵等用电设备使用，坑内及管道内照明采用36V安全交流电源供电。
2.进行施工测量和现场放线工作，放出工作井、接收井位置及管道走势。
3.平整场地，修通出工作坑道路，丈量采用正式道路及路基。
4.进行钢模板、钢筋网片和顶管所用非标准设备的加工制作。
5.顶进设备的调试和试运转。
试运转正常才能正式施工。
（二）编制施工方案主要内容
1.选定工作坑位置和尺寸，顶管后背的结构和验算。
2.确定掘进和出土的方法，下管方法和工作平台支搭形式。
3.进行顶力计算，选择顶进设备：
是否采用中继间、润滑剂等措施，以增加顶管段长度。
4.遇有地下水时，采取的止排水方法。
5.顶进水泥管时，确定每节管长，管间止水要求，防腐绝缘保护层的防护措施。
6.保证工程质量和安全的措施。
四、主要项目施工方法
（一）顶管施工的准备工作
1.工作坑的布置和尺寸
工作坑是顶管施工的工作场所，顶管工作坑按平面图位置布置。
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＋（2.4～3.2）
式中W—工作坑底宽度（m）
D—被顶进管子外径（m）
底长L=L1＋L2＋L3＋L4＋L5
式中L—工作坑底长（m）
L1—管子顶进后，尾端压在导坑上的最小长度，混凝土管一般留0.3m
L2—每节管子长度（m）
L3—出土工作间隙，根据出土工具确定，一般为1.0～1.5m
L4—千斤顶长度（m）
L5—后背所占工作坑厚度（m）
2.顶管工作井支护
顶管工作坑场地地质条件较差，开挖工作面附近来往车辆较多，所以坑开挖过程中必须有可靠的挡土措施。
本工程的工作井支护结构及尺寸按设计及工艺要求制作，浇注钢筋混凝土侧墙、底板及后靠背。
3.工作坑导轨设置及基础加固
工作坑底根据土质、管子重量及地下水情况，做好基础，以防止工作坑底下沉，导致管子顶进位置的偏差。
1）导轨
作用是引导管子按设计的中心线和坡度顶进，保证管子在顶入土之前位置正确。
导轨安装牢固与准备与否对管子的定金质量影响较大。
因此，安装导轨必须符合管子中心、高程和坡度的要求。
本工程拟采用4.5米长双排30°槽钢作导轨。
2）基础
轨道采用钢筋混凝土基础，当工作坑底土质松软，有地下水时，应采用强度为C10混凝土封底，混凝土底板漏水处应采用灌注水泥浆。
4.顶管工程力学参数确定
顶管的推力就是顶管过程管道受到的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力及工具管气水压力。
1）工具管切土正压力：
与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。
根据有关工程统计资料，软土层一般为20–30t/㎡，硬土层通常在30–60t/㎡。
大于40t/㎡时表明土质较好。
F1=S1×K1
其中
F1—顶管正阻力（t）
S1—顶管正面积（㎡）
K1—顶管正阻力系数（t/㎡）
F1=S1×K1=πr2×K1
2）管壁摩擦阻力：
管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。
根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.1～0.5t/㎡之间。
F2=S2×K2
其中
F2—顶管侧摩擦力（t）
S2—顶管侧面积（㎡）
K2—顶管侧阻力系数（t/㎡）
F2=S2×K2=πDL×K2
通常减少管壁管壁摩擦阻力的措施有：
管壁与泥土之间加泥浆套减阻、管外壁形态规则和表面光洁、减少管道拐弯。
3）泥水平衡压力：
在封闭的冲泥舱内加泥水压力平衡地下水压力，是防止泥砂涌入的重要方法。
泥水压力一定要合理。
压力较小，大量的泥砂涌入，会造成路面破坏，地表设施受损；压力过大，会增大千斤顶负荷，严重的可能产生冒顶现象。
泥水平衡压阻力计算如下：
F3=π×D3×P/4
其中
F3—顶管泥水阻力（t）
D3—顶管外径（m）
P—顶管泥水最大压力（t/㎡）
顶管总阻力为以上三种阻力之和：
F=F1＋F2＋F3
考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.5倍能力储备，根据设计施工图纸顶进长度配置顶时设备，本工程工作井配4台200T千斤顶，设备顶进能力为800T，保证顶进长度要求。
5.后背结构及抗力计算
后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀，所以，应进行强度和稳定性计算。
本工程采用组合钢结构后背，这种后背方便安装，安装时应满足下列要求：
使千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3。
后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向相一致。
当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。
这种弹性变形现象是正常的。
顶管时，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。
后背不允许出现出现上下或左右的不均匀压缩。
否则，千斤顶支承在斜面后背上，造成顶进偏差。
为了保证顶进质量和施工安全，施工时应进行后背的强度和刚度计算。
6.顶进设备
顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运出土设备等。
1）千斤顶
千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程工作井拟配置4个200T液压千斤顶。
千斤顶的工作坑内的布置采用四台组合式，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。
根据施工经验，采用机械挖运土方，管上半部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4～1/5处为宜。
2）高压油泵
由电动机带动油泵工作，选用额定压力为31.5Mpa液压油泵，经分配器、控制阀进入千斤顶，各千斤顶的顶进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。
3）顶铁
顶铁是传递和分散顶力的设备。
要求它能承受顶进压力而不变形，并且便于搬动。
根据位置不同，可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。
4）其他设备
工作坑上设活动式工作平台，平台用30号工字钢梁，上铺15×15cm方木。
工作坑井口处安装一滑动平台，作为下管及出土使用。
在工作平台上设起重架，上装电动卷扬机，其起重量应大于管子重量。
工作棚用彩瓦遮盖，以防雨水及阳光，便于人员在不同气候下的正常操作。
（二）挖土与顶进
工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，即可进行开挖和顶进。
首先将管子下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管中心和管底标高是否符合设计要求，合格后即可进行管前端取土。
1）顶进施工
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）安装好顶铁挤牢，管前端已一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，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，直至需要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止水胶圈，以保证接口缝隙和受力均匀或采用其他防渗漏措施，保证管与管之间的连接安全。
2）顶管管节接头形式及防水措施
由于本管道为污水管道，为防止污水渗漏和地下水涌入，管节间必须有可靠的防水措施。
本工程砼管采用刚性F型接头形式，接头内安装防水胶圈。
3）顶管工作面排水
顶管工作应尽量从下游向上游方向进行，地下水由工作面流向工作井集水坑，再用泵排出地面。
4）不良地层事故处理技术措施
再顶管过程中，由于泥水平衡压力控制不当或停顿时间过长，可能会造成突水冒顶事故和工作面塌方事故。
发生突顶时：
应该逐渐降低工具管内泥水压力，使泥水压力略小于地下水压力，关闭冲泥水枪和吸泥泵，启动千斤顶缓慢顶进一段距离，待顶力升高，采用小水力冲泥，间歇启动吸泥泵排泥，做小量排泥。
发生塌方时：
应该逐渐升高工具管内泥水压力，使泥水压力略大于地下水压力，关闭泥水枪和吸泥泵，启动千斤顶缓慢顶进一段距离，待顶力升高，采用小水力冲泥，间歇启动吸泥泵排泥，做小量排泥。
5）管道渗漏的治理
对管道渗漏点，先凿V形槽，埋入导水水管，用双快水泥封闭管周，待水泥有一定强度后，用手动泵压入水泥水玻璃浆液封堵。
6）管内作业面通风
在顶管中，通风是一个不容忽视的问题。
因为在顶进过程的时间比较长，人员在管子内要消耗大量的氧气，久而久之，管内就会出现缺氧，不仅影响作业人员的健康，而且影响测量。
因此需解决好通风问题。
本项目部拟采用大功率增氧机通风，在施工人员下井前必须先通风，并利用毒气检测仪对有害气体进行检测。
7）顶管坑内检查井的砌筑
管道完成后，按设计图在坑内用砖砌筑检查井，井内外按设计要求批防水砂浆，待砂浆达到一定强度后，回填石屑至管顶面，按设计要求填实。
五、顶进线路的控制方法及其设备
顶进线路的控制主要依靠设备的正确操作来达到纠偏目的。
我项目部拟投入本工程的工具头自身有一段纠偏段，纠偏最大角度范围能达到3.12°。
顶进线路的控制主要依靠施工操作的预见性，纠偏只能作为辅助措施。
为了使顶管段按照设计要求的高程和方向顶进，在顶进过程中，应不断对工具管的高程、方向、转动情况进行监测。
为保证管道按设计轴线顶进，要求勤测勤纠，即根据监测结果，若发现机头出现偏差，运用千斤顶操作机头纠偏，使其按设计要求顶进。
对管段的上下位移控制采用连通管进行测量；顶管的左右唯一控制采用2″经纬仪测量；超长距离顶进的监测采用激光全站仪；对顶管的扭转控制采用垂线测量。
工具头在穿越土层时，每顶进30cm测量不少于一次，用测量数据及时指导纠偏。
偏差值较大时增加测量次数。
每顶进30cm做一次校核，并根据测量数据作出偏差曲线图。
测量要求：
仪器经校正、固定牢固、做好施工纪录，及时联系指导纠偏，同时控制点须要个校核。
纠偏是顶管施工的关键环节，具体方法如下：
工具头前端有纠偏节，纠偏节中有安装千斤顶位置。
顶进施工中，根据测量反馈的结果，调整纠偏千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控制。
如果工具头的方向偏差超过10mm，即应采用纠偏千斤顶进行纠偏。
顶管顶出穿墙管即长度30～40m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度短，工具头重量大，进出洞口土体易受扰动等因素的影响，往往会导致顶管向下偏。
此时，应该结合运用工具头自身纠偏和调整千斤顶的作用力合理中心来控制顶管方向。
纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，必须做到严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏，尽量做到纠偏在管段偏位发生的萌芽阶段。
六、防止地面沉降
1.根据工作井开挖的土质状况，本顶管施工所穿越的地层主要为杂填土、细砂层、卵石，并且含水量大。
我项目部决定采用格栅式工具头施工顶管，能够尽量减少地面的沉降。
2.进行地面沉降监测。
在顶管施工沿线按一次间距布设沉降监测点，在特殊位置设置适当的控制点，用于顶管顶进施工期间的地面沉降量控制。
根据监测情况及时采取相应的措施对路面的沉降进行处理。
七、引发沉降因素
1.开挖端面的取土量过多或过少，造成地面沉降或隆起。
2.管道外壁空隙（工具头外径与管外径之差）引起的地质土体损失。
3.纠偏造成沉降。
工具头纠偏后，刃角后形成一个空隙。
纠偏角越大，空隙越大，管道顶进时周围的土体便会塌入空隙，造成地面沉降。
4.处理措施：
施工前应对工程地质条件和环境情况进行周密细致的调查研究，制定切实可行的施工方案，并对距管道较近的建筑物和其他设施采取相应的加固保护措施。
避免管壁和土体之间形成空隙。
顶管设计时，为了减少摩阻力，降低千斤顶的顶力，工具头的外径比DN800顶管的外径大10mm～20mm。
因此顶管时在管段与土体之间就存在一定的空隙，导致土体可能的塌落。
为此必须及时压注泥浆于之中，并且边顶进边注浆，更需要在中间注浆，使顶管中形成完整的水泥浆，既消除了空隙，又能平衡其土体的自重，防止沉落或施工结束及时用粉煤灰等置换润滑泥浆。
也可利用砼管上预设的注浆孔对土层进行填充物压注，以提高土层的密实性，减少土层的地面沉降量。
顶管顶进时，要严格遵守操作规程，及时进行测量，避免大角度纠偏。
严格控制管道接口的密封质量，防止渗、漏，避免因渗漏引起的土层流失，并最终导致地面沉降。
出土顶进时严格控制出土量，使土体中不产生附加应力。
土的变形，归根到底是土体内有了附加应力。
顶管时，还要考虑以下几种外力：
（1）泥浆压力的影响
为此，在压浆时要控制好应力，恰好能平衡“泥浆套”以上土体的压力。
所以实现要根据估计的压力，确定泥浆的压力，并非泥浆压力越大越好。
（2）车辆行驶时的荷载
包括重载车行驶的轮胎压力、土体的疲劳反应以及紧急制动压力等。
（3）临近施工影响及堆载影响等因素。
八、管壁外的减阻措施
在长距离顶管中，随着距离的增长，管段经过不同的土质时推力上升得很快，一旦顶力超过砼管所承受的极限时，砼管就有可能破坏，因此管壁外的减阻是工程顺利完成的必要措施。
通常我们采用的砼管周围注触变泥浆，将砼管与土体之间的干摩擦变为湿摩擦，达到减阻的目的。
一般砼管与砂层土体的摩擦力达到2～3t/㎡时，采取触变泥浆减阻，摩擦力可以减少到0.3t～1.0t/㎡。
在长距离砼管顶进中，必须采取触变泥浆减阻措施，以增加一次顶进距离，提高施工效率。
触变泥浆通过制造、储存、压浆系统，从工具头及前三节管段的注浆孔压入触变泥浆，形成一定厚度（25mm左右）的泥浆套，以后的管节以间距5m设一道补浆孔，使顶管在泥浆套之间滑行，减少摩擦阻力。
根据压力表和流量表、计量捅来控制用浆量。
制备泥浆的材料及配比：
膨胀土∶烧碱∶CMC∶水=0.4∶0.2∶0.01∶1
配比须经过试验以确保泥浆性能良好。
必要时可加其他外加剂。
造浆后应静置24小时后方可使用。
为达到良好的减阻目的，在施工操作上必须先压浆后顶进，边压浆边顶进，“停顶进勤补浆”的办法维持泥浆套的性能。
九、通过不稳定流砂及淤泥层的处理
1.在流砂性质的地层和淤泥层顶进采取如下措施
（1）先顶进，注入泥浆后出土。
（2）控制泥浆的比重压力，使其有利于平衡水压力。
（3）控制顶进长度，防止盲目顶进造成冒顶。
（4）格栅处每顶进一次采用钢筋、稻草封堵，以免流砂涌入管内使地面产生沉降。
2.预防管道整体不均匀沉降措施
每段管顶进完成后，利用触变泥浆注入口注入填充料，增加管外壁土体的密实度，防止管道出现不均匀沉降现象。
3.入岩的处理
根据我段的地质状况有孤石等障碍物，采用格芟式工具头，顶管施工时采用风镐或爆破碎石块，然后顶进砼管，严禁过多超挖，并且顶管施工完成后，对于超挖部分采取注浆措施，将风化层部分填实，防止地面下沉。
十、安全处理措施
1.管内排风采用0.9m3压风机送风，以达到管内空气清新，并且交接班时间用小鸟探毒，避免顶管内发生中毒现象。
2.工作井旁放置防毒面具及氧气筒，如遇有险情，立即带防毒面具到管内进行抢险。
3.下井人员必须使用钢爬梯，并在腰上系安全带（保险绳）上下工作井。
4.开机人员必须带安全帽和安全带施工。
5.工作井四周全封闭施工，禁止非工作人员入内。
十一、主要施工机具设备
机具名称
规格、性能
单位
数量
用途
翻斗汽车
东风5t
台
2
运土
注浆泵
L150
台
4
灌注泥浆
灰浆搅拌机
150L
台
2
搅拌泥浆
振动器
HZCX–50
台
2
振动
水泵
QS32×25–4
台
8
基坑排水
电焊机
BX–330
台
2
型钢焊接
卷扬机
1t
台
1
竖井提升
卷扬机
2t
台
1
顶进坑提升
油压千斤顶
200t
台
4
顶管
高压油泵
ZB–50
台
4
顶管
预压装置
全套顶铁、垫座、滑道
套
1
顶管
冲击打夯机
QT–70型
台
2
间填土实
十二、施工进度计划（见附页）
施工进度计划
项次
工作名称
进度计划
2005年1月
2005年2月
2005年3月
2005年4月
5
10
15
20
25
30
31
5
10
15
20
25
30
31
5
10
15
20
25
30
31
5
10
15
20
25
30
31
一
工作井
二
接收井
三
施工平台
四
管节预制
五
顶管施工
六
检查井砌筑
宝安大道北二段市政工程松岗河桥工程
松岗河桥污水管顶管工程
梅州市市政建设总公司
宝安大道北二段市政工程松岗河桥项目部
编制日期：
二○○五年一月
深施监统A1编号：
施工组织设计/施工技术方案报审表
工程名称：
宝安大道北二段市政工程松岗河桥合同号：
致：
铁科院（北京）工程咨询有限公司深圳分公司（监理机构）
现呈报宝安大道北二段市政工程松岗河桥污水管顶管工程施工组织设计/施工技术方案，请予审批。
承包单位：
梅州市市政建设总公司
项目经理：
日期：
年月日
附件：
施工组织设计
施工技术方案
相关文件及编号：
监理工程师意见：
监理工程师：
总监理工程师：
日期：
年月日日期：
年月日
附注：
1、本表根据《深圳市施工监理规程》11.1制定；
2、本表一式四份，业主、监理工程师、承包商、档案馆各一份。
深圳市建设局监制
深圳市城建档案馆印制
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