顶管施工方案及质量保证措施.docx

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顶管施工方案及质量保证措施

顶管施工方案与质量保证措施

一、顶管工程概况

本工程共有顶管2处，所有顶管材质均为d800钢筋混凝土管。

具体为纬二路W1～W4（140m）和W5～W26（945m），本工程采用人挖机顶顶管法，与顶管相配套的工作井和接收井均采用钢筋混凝土沉井。

工作井和接收井根据检查井位置间隔布置，即每只工作井向上、下游两头开顶，顶完后工作井、接收井作为管线的检查井，具体工作井、接收井的做法见后设计图。

二、沉井施工

1、沉井施工流程

基坑测量放样→基坑开挖→刃脚垫层施工→立井筒内模和支架→钢筋绑扎→立外模和支架→浇捣混凝土→养护与拆模→封砌预留孔→井点安装与降水→凿除垫层、挖土下沉→沉降观察→铺设碎石与混凝土垫层→绑扎底板钢筋、浇捣底板混凝土→混凝土养护→素土回填。

2、基坑测量放样

根据沉井设计图纸，沉井基坑开挖深度取1.5米，沉井刃脚外侧面至基坑边的工作距离取2米，基坑边坡采用1:

1。

整平场地后，根据沉井的中心座标定出沉井中心桩、纵横轴线控制桩与基坑开挖边线。

施工放样结束后，须经监理工程师复核准确无误后方可开工。

3、基坑开挖

经监理工程师认可的基坑开挖边线确定后，即可进行挖土工序的施工。

挖土采用1立方米的单斗挖掘机，并与人工配合操作。

基坑底面的浮泥应清除干净并保持平整和干燥。

为防止流砂与管涌产生采用在基坑边设置一套轻型井点降水，在底部四周设置排水沟与集水井相通，集水井内汇集的雨水与地下水与时用水泵抽除，防止积水而影响刃脚垫层的施工。

4、刃脚垫层施工

刃脚垫层采用片石垫层、砂垫层和混凝土垫层共同受力。

（1）砂垫层厚度的确定

砂垫层厚度Ｈ可采用如下计算公式计算：

H＝Ｎ／Ｂ＋γ砂Ｈ≤［σ］

根据计算结果，无论是工作井还是接收井，砂垫层厚度Ｈ均为30（厘米）。

砂垫层采用加水分层夯实的办法施工，夯实工具为平板式振捣器。

（2）混凝土垫层厚度的确定

混凝土垫层厚度可按下式计算公式计算：

ｈ＝（Ｇ0／Ｒ－ｂ）／2

根据计算结果，混凝土垫层厚度ｈ为20厘米。

混凝土垫层表面应用水平仪进行校平，使之表面保持在同一水平面上。

5、立井筒内模和支架

由于顶管沉井高度达5.7m左右，因此，井身混凝土分二节浇捣，内模同样分二节安装。

井筒模板采用组合钢模与局部木模互相搭配，以保证内模的密封性。

6、钢筋绑扎

沉井钢筋现场设加工场成型制作，井壁钢筋分二次绑扎接高，ф16以上钢筋采取闪光对焊工艺接长，绑扎时接头相互交叉。

井壁双层钢筋用ф10钢筋撑脚把网片撑开。

钢筋规格、尺寸应符合设计图纸要求和规定，绑扎钢筋时应采用撑件将二层钢筋位置固定，保证钢筋设计间距。

为了保证保护层的厚度，应在钢筋与模板之间设置同强度标号的水泥砂浆垫块，垫块应与钢筋扎紧并互相错开。

钢筋绑扎完成后，应上报监理工程师进行隐蔽验收。

隐蔽验收合格后，方可进行立外模。

7、立外模和支架

沉井制作采用组合定型钢模板，在沉井插筋部位用木模板间隔拼装，拼装的木模表面刨光，拼缝严密平整。

为防止接缝间隙过大易漏浆，在其接缝表面采用粘贴包箱纸。

立模前所有模板涂刷脱模剂，使砼表面能平整、光滑。

内外模板顺序原则上先立内模，后立外模。

模板与钢筋安装应互相配合进行。

模板采用双层钢筋用ф48×3钢管作竖围囹，ф25钢筋弯成与井壁同圆形作水平围囹，内外模用ф16对拉螺杆与模板围囹结合牢固，确保井壁厚度。

螺杆上设一道止水片，止水片与螺杆满焊。

模板支架与脚手架采用ф48×3.5钢管扣件搭设。

支架根据立模与钢筋绑扎，砼浇捣的需要分层架立。

支架的底脚衬垫30×60木板，支架每隔9m设一道剪力撑与地面的夹角控制在45度左右。

外脚手架的纵向立杆间距为1.4m,横向立杆间距为1.2m。

8、浇捣混凝土

工作井——总高度为5.7m，分二次浇捣完成，二次下沉。

第一次浇捣3.0m（-2.22～0.78）；第二次浇捣高度2.7m（0.78～1.92）。

本工程砼采用商品砼，配砼泵车用布料管直接对称浇筑砼。

浇筑采用水平分层法，每层控制在30cm左右，用插入式振动器有次序的振捣。

每节砼浇捣完成，在砼初凝前，井壁厚度中设一条环形凹型施工缝，深6cm，三分之一壁厚度。

再次浇筑时，施工缝需凿毛，清除浮石，冲浇干净，用同品种水泥高标号砂浆1～2cm进行接浆。

砼养护采用浇水养护，不少于十四天。

每次浇筑砼在同一车内取二组试块一组三块作强度标养检测，加一组六块作抗渗标养检测。

在下一节沉井砼强度达到100%后，再浇捣上一节沉井。

9、养护与拆模

混凝土浇捣完成后应与时养护，养护方法可采用自然养护和塑料膜覆盖法。

在养护过程中，对混凝土表面需浇水湿润，严禁用水泵喷射而破坏混凝土。

养护时应确保混凝土表面不发白，至少养护七天以上。

养护期内，不得在混凝土表面加压、冲击与污染。

在拆模时，应注意时间和顺序。

拆模时间控制在混凝土浇捣后的3～4天内进行，过早或过晚的拆模对混凝土的养护都是不利的；拆模顺序一般是先上后下，小心谨慎，以免对混凝土表面造成破坏。

对于分段浇捣混凝土部位，应保留最后一排模板，利于向上接模。

10、沉井下沉

根据沉井的自重计算下沉系数与稳定系数。

沉井下沉前，割除对拉螺栓的拉杆，并用水泥砂浆分二次对拉杆割除位置进行修补。

（1）抽承垫木

①抽承垫木必须在刃脚混凝土达到设计规定的强度后进行。

②抽承垫木应分区域，按次序、均衡对称同步地进行。

并应注意沉井四周下沉是否均匀、定位支点处的承垫木应最后抽除。

抽承垫木要统计块数，不得漏抽。

（2）排水下沉

①本工程采用排水法下沉。

②下沉前，在沉井外壁涂热沥青。

③排水下沉时，采用机械配合人工进行挖土，先由井中央挖向四周，每层挖土厚0.4～0.5m，在刃脚处留1～1.5m台阶。

沿井壁每2～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀的削落台阶，每次削5～10cm；当土层经不住刃脚的挤压破裂，沉井便在自重作用下均匀破土下沉。

④挖土时各井孔的土面高差一般不宜超过0.5m。

（3）助沉纠偏

①沉井下沉过程中，刃脚下产生地基反力，当沉井下沉系数小于设计下沉系数时，允许采用加载助沉，加载平台应符合重物堆放方便和结构安全等要求，重物堆放重心应根据施工组织设计规定，加载时加载范围内的其他工作应停止。

沉井下沉到设计标高时应先卸载，卸下的重物应随卸随运，不应堆放在沉井边。

②沉井纠偏应根据测量资料随偏随纠，当沉井偏斜达到允许值的1／4时便要纠偏，沉井下沉过程中要做到勤测、勤纠、缓纠。

③沉井初沉阶段纠偏应根据“沉多则少挖”“沉少则多挖”的原则在开挖中纠偏。

刃脚下挖土要逐步扩大，不能一次过量掏挖，不要通过大量挖土来纠偏。

④水或冲气方法纠正井体倾斜时，可在沉井偏高的一例在井壁外插入射水管或冲气管进行射水或冲气，减少井壁摩阻力。

射水或冲气管亦可预埋设在井壁内适当位置，供纠偏时按照偏斜方法进行纠偏。

用射水法纠偏后如留有射水孔宜用厚触变泥浆或砂土填满。

⑤井下沉过快时，在沉井外壁间填粗糙材料，或将井筒外的土夯实，加大摩阻力。

（4）下沉观测

①沉井下沉时应注意观测，刃脚标高每班至少测量一次，轴线位移2～3天测一次，当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。

②初沉阶段每2h至少测量一次，必要时应连续观测、与时纠偏。

③终沉阶段每小时至少测量一次，在软土地层中如停止挖土后沉井仍不能自沉时应立即采取措施控制下沉。

当沉井下沉接近设计标高时应加强观测，待8h内沉井自沉累计不大于10mm时方可进行封底，此时井体的标高位移和倾斜应在允许偏差范围内，并经检验合格。

11、沉井封底

（1）准备工作：

①沉井下沉至设计标高的要求范围内，经沉降观测沉降率在允许范围内即可进行封底。

②封底方法应根据设计规定，若排水封底有困难需改变封底方法时主动与设计单位联系。

③沉井封底前应绘出沉井内开挖锅底简图。

④封底前应准备好集水井筒。

（2）干封底与浇筑钢筋混凝土底板：

①封底前应整理好锅底和清除浮泥，对新老混凝土接触面应凿毛清洗，井内积水应尽量排干并在每个井格底部中央设置至少一个集水井，其深度和大小要满足水泵吸水要求。

②本工程封底前按照设计规定，先铺片石，填平整实后再浇筑素混凝土封底，此类工作均须沿井壁四周向中央进行。

素混凝土封底应一次浇筑、分格、逐段、对称进行，不得中途停顿，避免产生施工缝而造成渗漏现象。

混凝土封底的同时集水井不得填没，排水工作继续进行，以保证混凝土在终凝前不浸水。

素混凝土封底的表面应平整，当强度达到设计强度的25％以上时才允许在上面绑扎底板钢筋。

钢筋扎好经检验合格后方可浇筑底板混凝土。

③当底板钢筋混凝土强度达到设计要求时，根据抗浮计算，地下水位控制值可适当提高。

沉井能满足抗浮要求时方可封填集水井，封填先应清洗干净，封填必须密实防止渗漏。

④钢筋混凝土底板表面应平整，整个底板不得有渗漏现象，如发现渗漏点应压浆堵漏。

漏水严重时应设置临时泄水管引流，在压浆堵漏后再封闭泄水管。

⑤封底根据底梁分格情况进行对称分格置换，先清除1～2个井格内的土体，抛大石块铺填碎石，浇筑素混凝土垫层，然后依次进行。

12、沉井施工质量要求

（1）基坑开挖后，下设砂填层1m，井壁四周均匀设置垫木，垫木长度为2m，厚度0.2m，宽度0.3m，每米内垫木不少于于四块，垫木中心浅与刃脚中心浅重合，埋置深度为其侧壁厚度的一半。

（2）沉井开始下沉时，抽除垫木应在有人指挥下，分组编号按顺序依此对称，同步地抽除，抽垫过程中，应随抽随填夯砂石或砂砾石，在刃脚外填筑土堤并分层夯实。

（3）如果采用水力机械冲泥时，应以集泥坑为圆心逐渐向四周冲射，并注意在刃脚内侧保留0.5～1.0m，宽的土台，均衡对称地自上而下一层层冲去，严禁用水枪掏挖刃脚踏面以下的土层。

（4）采用人工挖土时（本方案主要采用挖土），次序是先中央后四周，均衡对称地进行，并应根据需要留有土台，逐层切削，使沉井均匀下沉。

（5）沉井施工刃脚底离设计标高2米时，应减缓挖土速度，严禁超挖以免超沉。

（6）施工必须定时观测井外四角点沉降情况。

有异常与时汇报处理。

（7）井壁施工时，不能遗漏地梁，墙板、平台、水管与中间隔板出水管等预留钢筋，并应留出足够搭接长度和铲开接头。

三、顶管施工

1、工具管选型

（1）顶管机型的选择，我们主要从环保等方面考虑，选用多刀盘土压平衡式工具管，该机型切削后的土体皆为原状土，利于弃土的外运，不会对环境产生污染。

（2）工具管施工原理与主要特点

多刀盘土压平衡式工具管机型源于DK式大刀盘土压平衡式工具管，所不同的是用四个对称布设小刀盘（70%的切削断面）代替了全断面刀盘，这样就解决了大刀盘的昂贵而笨重的驱动系统，使整机重量、成本大为降低，机内空间大增，且维修简单、操作方便。

2、推力的理论计算

以一个井段为例，工作井段顶管计算：

F=F1+F2

其中F—总推力

F1—迎面阻力F2—顶进阻力

F1=π/4*D2*P（D—管外径0.86mP—控制土压力）

P=KO*γ*HO

式中KO--静止土压力系数，一般取0.55

HO--地面至掘进机中心的厚度，取最大值6m

γ--土的湿重量，取1.9T/m3

P=0.55*1.9*6=6.27T

F1=3.14/4*0.862*6.27=3.64T

F2=πD*f*L

式中:

f—管外表面综合摩阻力,取0.5T/M2

D—管外径0.86m

L—顶距50m

F2=3.14*0.86*0.5*50=67.51T

F=F1+F2=3.64+67.51=71.15T

经计算得知顶管的总推力为71.15T，小于设计沉井后靠最大承载力（加固土体为6000KN，既600T），顶管时只能用其80%，600*0.8=480T。

主顶使用二台100T级油缸，因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。

3、顶管措施

（1）顶管注浆

顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。

注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力，当顶管位于粉砂土层，管周阻力较大时，拟采用注浆减小阻力，我们在注浆时做到以下几点：

Ⅰ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、失水量和动塑比。

Ⅱ在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。

Ⅲ膨润土的贮藏与浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建议但都必须按照规范进行。

Ⅳ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。

Ⅴ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。

在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔，从而影响注浆效果。

Ⅵ注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。

Ⅶ注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相应配。

（2）地下管道内通讯方式

顶管施工中地下通讯采用敷设有线电话，其设置位置：

掘进机操作台一部，工作井顶进控制台一部，地面一部，中继间设一部，以此方式加强通讯联系，协调指挥作业。

（3）通风设施：

由于管道顶进距离长，埋置深度深，管道内的空气不新鲜，加上土体中会产生有害气体，因此，必须设置供气系统。

通风设施用一台柴油空压机将压缩空气输入空气滤清器，再进入储气桶，经过气压调节阀，将压缩空气传输至管道最前端，并将管道最前端的空气排出，以此进行空气循环。

（4）电源布置：

在顶管过程中，主要的电源为动力用电和照明用电。

①动力用电

由于管道内的电机采用380V动力电，因此，进入管道的动力电必须做到二级保护和接地保护措施，动力电源线设置在操作人员不易接触处，并在电源线外增设护套，保证用电安全。

②照明用电

由于管道内的空气湿度较大，因此，采用36V低压照明电，低压电须通过变压器降压。

灯具采用防水防爆灯具，

（5）地表隆沉控制

①本顶管掘进机是采用土压平衡，可以先计算出各顶管段的开挖中心处的主动土压力和被动土压力，然后将掘进机的土压力设定在此主动土压力和被动土压力之间。

②在刀盘切削搅拌的同时，主顶和中继间徐徐推进，土仓内的土压力便会徐徐升高，当土压力升到大于控制土压力P时，把螺旋输送机打开，一部分土被螺旋输送机排出，只要把推进速度调节到与螺旋输送机排土量相符，则可保持土压力为恒值。

③但在实际推进过程中，不可能完全处于上述理想状态，如推进速度快于排土速度，我们就推推停停，保持向前推进；反之，则可将螺旋输送机开开停停。

无论出现哪种情况，都必须使土仓内的土压力保持在控制土压P±20KPa的范围内，这就能保证土压平衡，如果土仓内的土压力小于主动土压力，地面将产生沉陷，反之，地面将隆起。

因此，控制土压力的设置和土仓内土压力的保持是关键。

（6）测量与方向控制

顶进的测量与方向的控制，是采用激光经纬仪辅以水准仪测量，通过油缸进行纠编，遵循先纠上下后纠左右的原则，我们要做到以下几点：

①有严格的放样复核制度，并做好原始记录。

②布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并与时调整。

③顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10'～20'不得大于1°。

④初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。

⑤在每一顶程开始前必须制定坡度计划，可对设计坡度线加以调整，以方便施工和最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。

（7）进出洞口措施

①出洞措施

Ⅰ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。

Ⅱ为防止掘进机出洞时产生叩头现象，可以采用延伸导轨，并将前三节钢砼管与机头做成钢性联接。

Ⅲ紧贴工作井洞口外侧安插一排钢板桩，作为钢封门，防止洞口打开后外侧土体涌进井内。

钢板桩的深度为管底以下1.5M，宽度为3.5m。

②进洞措施：

Ⅰ同样在接收井外侧施打一排3.5M宽的钢板桩作为钢封门，便于凿除洞口，并做好进洞前的准备工作，包括人员设备；

Ⅱ机头进洞后，与时将与机头连接的管子分离，机头与时吊出井外；并抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门止水。

Ⅲ机头进洞后止水工作抓紧作好，洞口处土体流失、管子沉降等现象就不会发生，也是保证顶管质量的关键。

（8）顶管时的意外应急措施

根据本工程的特点与地质勘察报告，顶管如遇粉砂土层中，易产生流砂，因此本工程在顶管施工时可能遇到一些意外情况，如土质突然变化、遇到障碍物等，必须采取有效的措施来处理。

①地质发生很大的变化，突然间变硬或变软。

这可以通过刀盘的转矩来判断，如果突然变硬了，则向土仓内加入水或泥浆，掘进机上设有加泥孔，其目的就是用来加泥的。

如果太软，这没有多大问题。

但为了防止土的承载力急剧下降，出洞时已把第一至第三节管子与工具头都联成了一个整体，以增加它们的刚性，从而可避免机头突然沉陷。

②如果发生漏水，可把螺旋输送机出土口关闭或并得很小，同时加快推进速度，快速通过滞水层。

如果是明水，除了关闭出土口外必须把螺旋输送机倒转，不使水涌入，同时，尽快找出水源，加以堵漏。

此种情况在封闭式土压平衡机头中比较容易处理。

③遇到障碍物时，可以在机头前进行注浆固结土体，然后将机头上人孔打开进行清除。

④在顶管施工过程中，如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。

操作人员必须严格遵守这样一条规定：

无论何种情况，超过允许偏差一律停下来，并且如实汇报情况，以便分析原因，找准对策。

⑤还有一条就是建立意外情况立即报告制度。

即当意外情况发生时，当班人员必须采用任何可采用有效通讯方式，尽快地与公司有关领导取得联系，向上级报告情况，以便与时采取行之有效的措施。

四、顶管施工质量保证措施

1、顶管前准备工作

（1）顶管施工方法的选定应根据施工沿线的地形、工程和水文地质、交通状况、地上建筑物、地下管线和有无地下障碍物等实际情况和对地表变形控制的要求综合考虑后作出选定，必须确保安全，保证质量，经济适用，节约用地。

（2）顶管的施工顺序，应从整个排水系统考虑，一般宜从下游开始，在进行起始掘进段顶管时，应选择施工条件较好、技术风险较少，顶程较短的地段进行，同时作必要的现场技术数据的测试和分析工作，以便了解地下实际土质，适应施工环境，掌握顶管设备运转规律，合理组织操作人员，通过起始掘进段的顶进小结，进一步调整各项施工技术参数，优化下一步顶管施工工艺。

（3）所有顶管设备必须经过维修保养，经检验合格后方可运入施工现场。

在进入工作坑安装时必须进行单机和整机联动调试，在顶进中必须贯彻例行保养制度。

（4）应按保证工程质量、安全、文明施工、保护地面建筑物与地下管线、维持道路交通等要求，根据不同工程地质、水文地质与施工环境和条件合理选择顶管机头。

2、管道顶进

（1）测定实际土层中的压力值：

顶管掘进机徐徐推出洞口0.8～1.0m的土层后停止顶进，静等2Oh后，观察顶管掘进机土层压力表上的值，若此时值与计算值不符时，以实际测定值为准，对原来计算的推进压力控制值和总推力值进行相应的调整。

（2）出洞时管道顶迸方向控制：

机头后的两节混凝土管与掘进机头采用刚性连接以提高顶进时的直线度。

（3）顶进控制参数

①出土控制：

顶进时出土率控制值95%～98%，根据实际情况与时调整，用顶进油缸的伸出长度来计量出土，即顶进油缸伸出75mm，出土约0.48m3。

②轴线控制：

管道每顶进250～300nm时测一次中心轴线，若一发现偏移趋势就进行纠偏，当偏移量≥2Omm时，立刻停止顶进，查明原因有措施保证后再顶进，确保顶管轴线的正确，勤侧勤纠。

③土压力值控制：

为实测土压力值的±2OkPa。

④沉降控制：

根据地面沉降监察反馈信息与时调整土压力控制值、出土量与顶迸速度，若发现沉降值超标，立即停止顶迸，查明原因，采取相应措施后才能重新顶进，确保地下管线与地面建筑物安然无悉。