顶管方案.docx

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顶管方案

人工顶管穿越施工方案

1、施工准备

1.1施工前熟悉施工图纸，了解穿越地点的地质、地貌情况，确认穿越施工处是否存在地下光缆、电缆和地下隐蔽物。

如果存在地下隐蔽物需要得到当地有关部门和人员确定后，采用人工开挖使隐蔽物暴露后取出；如果有电缆和光缆，要争取有关部门和人员的同意后，采取相应的保护措施。

1.2准备好现场的各种施工用料，检查设备运行情况，要做到材料齐全，设备运行良好，方可进行穿越施工。

1.3及时联系有关征地人员，确认是否已经和当地公路路政部门办理好“穿越施工许可证”。

1.4在顶管穿越施工场地，布置好警戒线和警示牌。

1.5平整施工现场场地。

施工场地一般选择在公路一侧较为平坦的施工作业带上，每处穿越点需平整场地，用于设备停放和现场材料堆放。

2、人工顶管穿越施工工艺流程

人工顶管穿越施工流程图

3、测量放线

根据设计控制桩，用全站仪打出穿越管线的中心桩，施工作业带边线，并撒上白灰线，并确定操作坑的位置。

放出操作坑以及接收坑开挖边线，并撒上白灰线。

4、操作坑开挖

顶管作业坑包括一个作业坑和一个接受坑，作业坑开挖选用单斗挖掘机进行。

选择地势平坦的一侧开挖顶管作业坑，超过4m采用分台阶开挖，深度比设计套管底深0.5m，另一侧开挖一个接收坑，深度比设计套管底深0.5m以上。

工作坑底要抄平压实，高差不超过20mm。

顶管平面布置图

5、制作顶管靠背

5.1后座墙位于顶管工作坑内顶进方向的对面，是顶进管节的设备的支撑面，要考虑有充分的强度，在顶进中能承受顶管机的最大反作用力而不破坏。

有必要时，要浇筑厚1.0m、宽2.5m、高1.5m的C25混凝土靠背墙。

5.2当受到顶管机的反作用力时，应使压缩变形小，当反作用力取消时，应能基本恢复原位，以充分发挥顶管机的有效冲程。

5.3靠背表面要平直，并且垂直于顶进管道的轴线，以充分避免产生偏心受压。

5.4根据土质情况，必要时后背墙要采取相应的支撑措施，例如加道木，加止推平台或混凝土基础，避免造成后背墙受力不均，发生倾斜现象。

6、设备安装就位

在操作坑内安装轨道、顶管设备等，并进行预顶管。

顶管轨道的中心线和顶管机的中线必须与穿越套管的中心线重合。

6.1轨道安装时将发送轨道固定在操作坑底部并校正其方向，保证两轨道之间的中心线与设计穿越套管中心线在同一垂直面上，两轨道之间的间距为0.7m－0.8m，轨面与基坑底部之间的高度为0.12m－0.15m，顶管机的尾部要紧靠在靠背墙上。

6.2传力板采用钢板制作，作用是将顶管机的顶力均匀的分布在套管上，保证套管受力均匀，传力板的中心线与套管中心线、顶管机顶进油缸中心线在同一直线上。

6.3顶管机安装在轨道上，顶管机尾部应紧靠在抗力挡墙上。

6.4工具切屑管的安装

在顶进过程中，若有必要需在第一根套管的前端安装切削管。

在第一根套管上安装Φ140mm×400mm切屑管。

切屑管采用δ=10mm的钢板卷制而成，切屑管的长度约0.4m。

顶管作业坑布置图

7、顶管

7.1顶管设备全部安装就位后，即可开始安装第一节套管，并连接传力板、传力轴。

第一节套管紧贴前壁，开始挖土，挖到约0.5m时进行第一次顶管。

人工在套管里清理和修理，防止套管顶部悬空。

7.2第一根套管顶进方向的准确性是顶管的关键，在顶进之前先校核套管中心线与设计中心线的偏差，其位置偏差不得超过管长的3%。

同时测量套管管顶埋深是否达到设计要求。

7.3套管顶进作业按照掘进开挖→顶进主油缸→回收主油缸→添加顶铁→掘进的顺序循环进行。

7.4套管顶进施工采用人工掘进，电动油泵驱动顶进，人工掘进时只能在套管内进行，开挖完成后应立即顶进套管。

严禁超前开挖掘进。

7.5掘进过程中遇岩石，用风镐进行人工开挖，严禁采用爆破开挖。

7.6挖掘出的土石方采用小车运送出套管，然后采用挖掘机或小型卷扬机将土石方运送出操作坑。

7.7按照上面的顶进程序，逐根顶进套管直到套管到达接收工作坑，然后卸下工具切削管，撤出顶进设备。

顶管具体见下图：

顶管作业示意图

7.8套管每顶进1.0m都必须进行一次顶进方向检测，发现偏移及时纠正。

方向纠偏可以在工具管的前端底部支垫楔形垫块逐渐进行方向纠偏，方向纠偏量每次不能超过5´～20´。

7.9套管顶进允许偏差：

套管顶进中心线偏差不应大于套管长度的5%。

8、接口的处理

由于顶管的管材为F型接口，顶管完毕后，对于管与管之间的缝隙，采用膨胀水泥砂浆压实填抹。

选用硅酸盐膨胀水泥和洁净的中砂，配合比（重量比）为：

膨胀水泥：

砂:

水=1:

1:

0.3,随拌随用，一次拌和量应在半小时内用完。

填抹前，将接口湿润，再分层填入，压实填抹平整后，在潮湿状态下养护。

泥水平衡顶管穿越

1、生产准备

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，如果附近缺少适当民房，在施工现场搭设帐篷作为顶管临时指挥部用房。

临时用水：

生活用水从附近解决，施工用水由现场降水井抽取的地下水提供。

临时用电：

本工程生活用电根据现场提供的位置临时搭接，顶管机施工用电提供，建立临时供电系统，要求供电能力不小于75KW。

临时通讯：

施工工地与公司总部的联系，使用移动通信设施；数据往来采用公司网上交流的方式。

临时道路：

施工前先修建设备和材料进场的临时通道。

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。

顶进坑布置如图所示：

顶进坑平面布置示意图

2、泥水平衡顶管施工工艺流程

竣工测量

完成

施工准备

测量定位

作业坑开挖

作业坑支护

入洞

顶进

出洞

外弃土

对口

测量纠偏

管壁注浆

下管

设备拆除

管缝封闭

设备安装

后背

止水环

导轨

开洞

顶出

泥水平衡顶管工艺流程

3、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线方向发出一束激光，照射到掘进机的光靶上，机手按照激光指示路线操控机械顶进。

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，并使用水准仪，测量已顶进管道高程偏差情况；采用水平尺测量管道水平偏差情况。

测量结果填表上报到项目部。

4、降水施工

机械顶管过程中不需降水，但是在顶管工作坑开挖时需进行降水处理。

拟定采取以大口井井点降水为主、辅以工作坑内集水井明排的降、排水措施。

大口井点设在工作坑周围，沿两个侧边布置，距离坑边的边线1.5米，降水井深度20米。

顶进坑设大口井六口，接收坑设大口井四口，其平面位置如图3-4。

使用反循环钻机成孔，钻孔孔径φ600，井管使用外径DN400、内径DN300的无砂混凝土管，滤料使用3mm的豆石或石屑。

如果在工作坑开挖过程中，降水效果不好，工作面有渗水的现象时，可安装明排水设施，是在工作坑开挖面底部，设置一至二个集水井，排水与开挖同时进行，集水井直径500毫米、深1米左右，井内放水泵，地面设置D100PVC排水干管。

当地下渗水时，排水与开挖同时进行，水泵随时将积水抽出，导入排水干管，随管道流入现况水渠中。

顶进坑

接收坑

顶进轴线

工作坑降水井布置平面示意图

降水施工工艺流程：

场地平整—井点放样—钻机对位—成孔—下放井管—填充滤料—洗井—下放水泵—抽水。

降水施工在工作坑开挖前7天进行，降水工作持续整个工作的全过程，包括工作坑开挖、顶管、直到工程结束。

5、工作坑占地

泥水平衡顶管需开挖工作坑，工作坑分为顶进坑与接收坑。

工作井可采用沉井法施工，如遇地下水较丰富，在沉井施工前可设置双排搅拌桩止水帷幕。

工作井尺寸计算:

工作井宽：

W=D+（2.4～3.2）m

D：

被顶进管子外径（m）

工作井长：

L=L1+L2+L3+L4+L5

L1：

管子顶进后，尾端压在导轨上的᳔小长度，混凝土管一般取0.3mL2：

每节管子的长度（m）

L3：

出土工作间隙，根据出土工具确定，一般为1.0～1.5mL4：

千斤顶长度

L5：

后背所占工作井厚度

沉井下沉力计算

G1=Ks*Tf−（G−Pfw）

式中G1：

需加荷载

Ks：

1.15

Tf:

沉井井壁外侧的总磨擦阻力

Pfw:

地下水浮托力

6、工作井（接收井）施工方法

工作井（接收井）采取两次浇筑成型的方式制作，即刃脚混凝土浇震憾这到一定强度后，再浇筑上部混凝土井壁，每次浇筑均须连续施工，不留施工缝。

做好钢模板设计计算，确保沉井筒体大体积混凝土施工安全。

脚手架搭设、钢筋笼制作安装、模板安装均应符合规范要求，特别应注意对拉螺栓定位准确与沉井平面位置准确。

沉井下沉必须保持垂直，可根据地质状况采取不排水挖土下沉、钻吸排土法下沉和带水下沉等方法。

沉井排土地下沉中，应加强观测，如下沉困难，及时采取措施。

7、顶力计算

通常确定机械顶管总顶力，使用经验计算公式：

P＝NGL

其中：

G—单位长度管体自重（KN/m）

N—土质系数

P—总顶力

L—最长顶距

本工程管道位于粉砂层，N取2。

8、后背安装

工作坑验收合格后，安装顶管设备，首先安装后背。

机械顶管后背结构为：

锚喷墙+混凝土+后背铁。

在锚喷墙壁前垂直地面放置后背铁，后背铁与锚喷墙面之间的空隙以C10素混凝土浇灌填充。

顶进坑后背要有足够的强度，在顶进过程中能承受千斤顶的最大作用力；

后背墙表面要平顺，并且垂直于顶进管道的轴线，避免产生偏心受压。

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。

9、基坑导轨安装

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：

其中：

A—两导轨内距（mm）；

D—管外径（mm），

d—管壁厚（mm），

这样确定的导轨顶面与管道流水面高程相同。

在工作坑底部上铺洒一层厚约15厘米的豆石，豆石之上铺设置150×150毫米的方木，方木长度为2米，方木之间的间距为400毫米，测量每根方木的高程，使其与顶进坡度相一致。

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。

两导轨要平行、等高，或略高于该处管道设计高程，其纵坡与管道设计坡度一致；

使用30#工字钢稳固导轨，工字钢一端须牢牢抵在工作坑侧墙上，另一端与导轨焊接，每根导轨不小少三根工字钢。

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；

10、顶管机就位

使用50吨吊车吊装，将掘进进机轻轻放入顶进坑内的导轨上，前端距井壁约400毫米。

就位后检查掘进机的轴线是否与顶进坑轴线、导轨轴线以及主顶油缸的轴线保持一致，发现偏差立即调整。

一切正常后再进行电路、油路、注浆系统的安装调试。

11、机头入洞

因地下水丰富，为防止顶管入洞时泥砂涌入工作坑，在洞门顶部须预设管棚。

在洞门之上方加设Ф32毫米，长度4.5米的注浆小导管，小导管之间间隔200毫米，共设14根小导管，总宽度为2.6米。

向小导管内注入水泥浆，注浆压力维持到0.1Mpa。

注浆24小时后，使用风镐将洞门处的混凝土凿除，洞门处的钢筋需进行侧向连接后，再将其割断。

洞口处，人工向前挖土500～800毫米，将混凝土、钢筋及其它杂物清除干净。

将机头徐徐推进洞口里，待刀盘全部进洞，调整止水圈位置，使其完全封闭地下水。

然后开动顶管机刀盘，待土仓压力升到0.1MPa时，螺旋输送机的土压也上升到0.07MPa左右时，可以进行排土操作。

掘进机开始入土时，机头外露，只存在轨道对机头的摩擦力，机头易发生旋转，故在入土前两米顶进时，顶进速度控制在5毫米/分钟以下，以防机头整体旋转，并观测机头倾角和旋转变化，及时修正和调整。

倾角的变化用纠偏千斤顶调正，旋转角大于±30°时，可使用刀盘反转调正，顶进2米以后掘进机在不旋转的情况下可逐渐加大顶进速度。

机头完全入土后，土仓压力控制在30～50KPa，下第一节混凝土管做反封闭。

12、正常顶进

土仓压力的设定：

根据掘进机所处土层压力而定，估算土仓压力约为0.1Mpa，施工时设备自控可保证10%的土仓压力：

遇有砂层、砂砾石层、下穿道路、离构筑物较近时，土仓压力设定适当加大到30%左右，以提高安全系数。

触变泥浆减阻：

顶管过程中，须同步注入减阻泥浆，它是减少顶进阻力、提高顶进速度的重要一环，减阻泥浆采用膨润土配制而成。

膨润土一般要求胶质价在80以上。

膨润土进场后，先测定其胶质价，根据胶质价确定配合比，见下表：

膨润土泥浆重量配合比

膨润土胶质价

膨润土

水

碱

60～70

100

524

2～3

70～80

100

524

1.5～2

80～90

100

614

2～3

90～100

100

614

1.5～2

触变泥浆的拌合和程序：

将定量的水放入搅拌罐内，放入定量的碱粉，碱完全融化后。

在搅拌机转动的情况下，将定量的膨润土徐徐加入搅拌罐内，一般10至20分钟就可搅拌均匀。

泥浆制备后，须静置24小时才能使用。

使其充分吸水，膨润成胶体，使用比重计测其比重，掌握在大约1.2g/cm3为宜。

在机头尾部设置有触变泥浆注浆孔，顶进施工的同步注入触变泥浆，以形成原始浆套；每节混凝土管均有三个注浆孔，顶进过程中，通过注浆孔持续补浆。

注浆使用挤压式注浆泵，注浆口压力控制在0.1～0.2MPa。

现场视储浆池内触变泥浆下降的速度及顶镐压力表读数调节注浆压力。

顶进测量：

顶管测量主要使用激光经纬仪，安装于顶管坑后背处的顶管掘进中心线上，激光经纬仪的安装必须保证顶进过程中的稳定。

在掘进机内安装有激光靶，激光束的照射角度与管道的设计坡度相一致，激光照射到光靶上形成一个激光点，机手根据激光点的位置变化确定掘进机的方向变化。

初始顶进每1米测量一次，测量管道的顶进长度，顶管掘进机的水平偏差、高程偏差，并做记录。

正常顶进时，每顶进一节管测量一次，遇有纠偏每1米测量一次，测量时要注意照射到机头激光靶上的激光点和管道中心轴线的一致性，若出现偏差先计算夹角，再根据顶进延长线推算出速度和顶进长度到恢复理想轴线的距离和时间，通知机手及时调整。

测量后分别绘制出管道中心及高程曲线图，随时预测机头的前进趋势。

顶进纠偏：

顶管掘进机由前、后两节组合而成，两节之间安装有8个千斤顶，分为上、下、左、右四组，靠这四组千斤顶，可以进行四个方向的纠偏操作。

连续观察光靶上激光点的行走轨迹，如发生偏移大于20毫米，预测机头又有向偏差大的方向发展的趋势时，要采取纠偏措施。

纠偏时开动纠偏千斤顶，千斤顶顶出最大不超过1.5°。

纠偏时每1米测量一次，并做机头和机尾的数据比较，有回归趋势时，保持一段顶进距离后，要停止纠偏，防止左右摆动。

纠偏的原则是勤纠、微纠，每次纠偏量不要过大，而且要注意发展趋势，当上下、左右均发生偏差时，先纠上下、后纠左右。

顶进速度：

顶进速度控制在30毫米～50毫米/分钟，入洞后的前10米以及纠偏时用较低速度，以后视出土情况、刀盘扭矩情况适当加快顶进速度，

出土外运：

掘进机刀盘切削破碎土体，由螺旋输送机将泥土输入到管道内部，使用土车通过管道将泥土运入顶进坑中，再使用吊车运到地面，倒入泥土暂存区，定期外运。

安装管节：

管节下坑前先进行外观检查，包括管端面是否平直、管壁表面是否光洁、管体上有无裂缝等等，检查合格的管子用吊车放到顶进坑内的导轨上，进行顶进。

下管时，掘进机在停止顶进的状态下，刀盘转3～5分钟，在停机和同时螺旋输送机出土的情况下，关闭排土液压闸门，保证土压仓土压达到平衡。

下管工序完成后，再顶进时，应先开刀盘，再依次开螺旋输送机、推进系统。

若出现顶进管段回弹的现象，需要在顶进油缸回收前加方木支撑，或者超前顶进100～200毫米，使前几节管的回弹时，不影响后面管节的安放。

机头出洞：

机头推进到距接收坑约2米处，拆除接收坑洞口处的墙壁，从接收洞口中心部位打进一根钢钎寻找机头，洞口处的土体开裂并向外凸出，此时掘进机的土仓压力也会随之消失，没有土压，螺旋输土机停止出土。

仔细测量机头上、下、左、右的四个方向，与出洞口的大小、位置合适时，启动主顶油缸继续推进，至中心刀露出时，停止推进。

安置机头接收托架，然后，慢慢将机头推入接收坑内。

机头出坑：

拆除掘进机的电源线、注浆管、油管，并折除掘进机与第一节混凝土管的连接板。

使用不小于50吨的吊车，将掘进机吊运出坑。

设施拆除：

混凝土管顶进、换浆、检测全部完成后，拆除顶镐设备、后背铁及导轨，工作坑内保留原顶管用垂直升降设备，以便利用其作为检查井施工的平台，工作坑及接收坑内的支撑不拆除，留做检查井施工时继续做保护支撑。