顶管井点降水施工方案详解.docx

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顶管井点降水施工方案详解

顶管井点降水施工方案

1、工程概括

本次顶管工程分为两段xxxxxxxxxxx地下水丰富具承压性，易形成流沙。

工作井、接收井施工过程中，采取井点降水，以降低地下水位。

因管道处于流砂层位置,所以顶管施工采用土压平衡施工工艺。

其中顶管工作井为钢板井沉井，接收井为钢板桩井（坑）。

2、沉井施工

顶管工作井下部4米深为钢板井沉井，尺寸为5.5m×3.0m（长×宽）上部采用砖砌护壁墙体。

2.1施工工艺流程

　　2.2沉井主要施工方法

　　2.2.1基坑开挖

　　为保证沉井制作均匀下沉，先将井区范围的障碍物与表层土挖出。

根据设计要求，考虑沉井整体的安全性，基坑开挖深度暂设定为2.0米～2.5米。

基坑的开挖范围比沉井外壁尺寸大1.6米左右，边坡取值1:

0.67,在基坑四周挖设排水沟，在对角基坑四周设置集水坑并配备水泵，以便及时排除坑内积水和周围来水。

　　2.2.1.1开挖施工方法

　　1）分段开挖，合理确定开挖顺序和分层开挖深度，当接近地下水时，先开挖最低处土方，以便在最低处排水，并在基坑内设置一临时集水坑，配泵排水；

　　2）开挖人员每3×1米2范围布置一个，在开挖过程中应注意保证开挖面完整；

　　3）每阶段不得超挖，基坑底遇有不易清除的大块石，则将其凿除；

　　4）开挖遇有不明构筑物或古迹，应严加保护，并及时与业主和有关单位联系，共同处理。

　　2.2.1.2开挖施工注意事项

　　1）开工之前，考虑有效地排除施工场地雨水地方案；

　　2） 作好临时防雨设施地储备；

　　3）排水用泵地工作状态良好，排水系统畅通；

　　4）检查加固临时电路，电线距地面高度在3米以上；

　　5）开挖土应尽快运出场外，除特殊情况外，一般不在基坑边堆放弃土；

　　2.3井点降水

　　根据本工程实际地质情况，在河道附近采用井点法降低地下水位。

　　2.3.1井点埋设深度

　　H——井点埋设深度（m）；

　　h1——沉设井点施工的地面高程（m）；

　　h2——基坑底面高程（m）；

　　Δh——设计地下水降至基坑底面以下深（m），取0.5m；

　　l——滤管长度（m）;

　　b——井点到基坑的水力坡降（m），一般取水平距离的0.1。

　　2.3.2井点打孔深度

　　孔深一般距滤管底1m左右。

　　2.3.3抽水影响半径

　　R——抽水影响半径（m）；

　　K——渗透系数（m/d）；

　　S——井点中心降水深度（m）；

　　H0——含水层厚度（m）。

　　2.3.4井点涌水量

　　Q——涌水量（m3/d）；

　　K——渗透系数（m/d）；

　　H——含水层有效带深度（m）；

　　S——降水深度（m）;

　　R——井点抽水影响半径（m），

　　r——井点滤管半径（m）

　　2.3.5井点出水量

　　q——井点出水量（m3/s）；

　　r——滤管半径（m）；

　　l——滤管长度（m）；

　　v——地下水流入井点管的速度（m/s）。

　　2.3.6井点埋设数量

　　根据计算及施工经验得出，工作井共需布置井点33个，接收井则需布置32个。

井点布置间距为1.0米。

　　2.3.7井点降水施工方法

　　2.3.7.1安装真空泵系统

　　真空泵系统设置的位置，应尽量缩短集水总管最远点与真空泵的距离，集水罐进水管高度不得高于集水总管高度。

为防止真空泵排、降水系统的故障而中断降水，应用机械设备，并设专人保养维修。

　　2.3.7.2安装集水总管

　　集水总管布置在井点立管外侧，敷设高度与井点立管顶高相同，必须顺直，坡度为1‰左右，其最高点为真空泵、射流泵集水罐进口处。

　　2.3.7.3组装井点管

　　将井点实管与井点滤管组装成一个整体。

井点滤管孔眼总面积不得小于立管的截面面积，骨架、滤网等均应仔细检查完好，并加保护。

　　2.3.7.4沉设井点立管

　　根据设计要求放出井点沉设位置。

采用冲孔法施工。

用多级离心泵将水加压至0.7MPa，经高压管送到水枪，水枪与套管相对固定，冲孔时用卷扬机吊住水枪及管的上端，对准点位，垂直插入预先挖好的井点定位坑，并不断反复提升、下落。

高压水通过水枪喷嘴将土冲切成孔，孔径约30cm。

当冲孔达到设计滤管底以下50cm以上时，冲管停沉加冲片刻，使底部泥浆随水流去，然后停止冲进，抽出水枪，按高度放下井点立管和滤管，井点立管应放在土孔中央。

而后向套管内立管外灌注砂石滤料，边灌边插捣，灌至距地面约1m左右处停止，然后拔出套管，并用土封填上部土孔。

　　每个真空泵系统抽吸的井点立管及集水总管位一组，每组中各个井点立管和滤管的长度应相等，且沉设深度应在一个平面上。

沉设井点立管后，向孔内填充滤料时，土孔中的水应从井点立管内冒出，否则该点为死点，应拔出重新沉设。

　　2.4沉井下沉

　　井内人工挖土,外壁压载,沉井下沉。

　　2.4.1下沉注意事项

　　1）沉井下沉时，井内除土应先从中间开始，均匀、对称地逐步向四边处分层取土，使沉井均匀下沉，防止偏斜，特别是下沉初期，沉井入土较浅，上层对沉井的平衡稳定作用差，容易产生偏斜，尤应注意。

在挖土下沉过程中，不应偏除土，避免沉井发生偏斜。

　　为防止沉井下沉时产生较大的偏斜，根据土质情况、入土深度等，控制井内除土深度。

此时应注意，沉井过程中应严格控制每次挖土下沉的深度，以保证沉井平稳、均匀下沉。

　　2）下沉中随时掌握土层变化情况，分析和检验土壤阻力与沉井重量的关系，控制其除土部位及除土量，使沉井平衡地下沉。

　　3）下沉过程中，应做好标高、下沉量、倾斜和位移的测量工作、随时注意纠正沉井的偏斜。

　　4）沉井下沉至设计标高以上2m前，控制井内除土量，注意调平沉井，防止因挖土量过大及挖土不均，而使沉井突然大量下沉并产生较大的偏斜，增加准确下沉至设计标高的困难。

　　5）在工作井沉井开始下沉前，在其周围构筑物及地面设置一定数量的沉降、位移观察点，随时观测沉井周围地面的塌陷、开裂情况和构筑物沉陷、位移的情况，以便迅速采取措施，确保附近设施的安全。

　　2.4.2施工偏差的处理

　　在沉井下沉过程中一定要加强控制，确保沉井准确下沉到位，并且要制定尽可能详细的处理措施，为施工过程中可能出现的问题做好准备工作。

　　2.4.3倾斜处理

　　沉井下沉过程中倾斜率要控制在1/150～1/200，超过1/200时就要进行纠偏，纠偏方法是在倾斜的相反一侧井壁底偏除土，在并壁外侧射水冲刷，井顶加大水平荷载予以纠偏。

　　2.4.4井壁外障碍物的处理

　　沉井下沉发现障碍物，应立即停止下沉，根据障碍物的性质、大小、位置等情况决定处理办法。

井壁下如遇较小的孤石，可将四周土掏空后取出；较大孤石，可用风动工具破成小块后取出。

　　2.5沉井封底

　　沉井下沉至设计标高后进行封底。

　　1）基底面应尽量整平；

　　2）清除浮泥，防止封底砼和基底间渗入杂土；

　　3）井壁与封底砼接触面处的泥污应予清除；

　　4）用块石回填锅底超挖部分；

　　5）用碎石、粗砂找平。

　　2.5.1底板砼浇筑

　　封底垫层砼达到设计强度后，方可抽排沉井内积水，以防封底砼承受下部水压而遭受破坏。

井内水抽干后即可进行底板砼浇筑。

钢筋绑扎按设计图纸进行，砼浇入后，用插入式振捣器振捣密实，再用平板振捣器提浆初平，最后人工找平，收面。

　　2.6砖砌护壁施工

　　沉井底板砼达到强度后,拆除外围井点降水管,上部砌筑砖护壁至地面标高,而后对井壁四周进行土方回填。

　　2.7接收井施工

　　接收井采用钢板桩围护.在顶管机头临近接收坑位置时,开挖土方打设钢板桩,同时进行井点降水,机头从接收坑中取出后进行检查窨井的砌筑。

　　3、顶管施工

　　3.1顶管工艺选择

　　根据地质报告及设计图纸,管道所处位置为流砂层,因为整个管线埋深较深,平均埋深达到7米左右,且地下水位较高,承压水易形成流砂,现行的简易顶管施工工艺（俗称土顶法）,无法在流砂层中施工,且施工质量得不到保障,我单位从工期和经济双方面作以比较,决定采用土压平衡施工工艺进行施工。

　　1）构造：

工具管是顶管的关键机具，其主要作用为：

掘进、防坍、出泥、导向。

根据工程的特点和地质情况，本工程选用挤压式工具管。

工具管分前后两段，前后段之间安装纠偏油缸。

工具管最前端是压力舱，承受水压力、土压力；压力舱后部为操作舱。

工具管的后段与跟进管段连结。

　　2）原理：

随着工具管的顶进，开挖面切削下来的泥土进入压力舱，由于土体挤进工具管内，工具管内锥体喇叭入口，对土体有约束作用，保持可控面土体的稳定，地层损失小。

　　3）安装：

顶管出洞前，将工具管吊入工作井内，安放在导轨上，后端放入分压环，启动主顶油缸、慢慢向前推动，工具管前方进入橡胶密封圈，接触到钢封门为止。

　　4）设备使用：

正常顶管时，顶管机及管道内的操作由管内操作者完成。

每段顶进开始后则应连续工作，当进行设备保养维修而暂停顶管施工时，必须采取措施确保开挖面的稳定。

顶进时管道内采用低压照明和管道风机通风，并保持管道内的清洁。

　　3.2顶管设备选型

　　3.2.1机头正面阻力

　　式中N——机头正面阻力；

　　γ——土的比重；

　　H——管顶土层厚；

　　φ——内摩擦角；

　　D外——顶管掘进机外径；

　　N=3.14×1.22/4×2.71×（6.8+2×1.2/3）×tg52.50

　　=42.11KN

　　3.2.2顶管管道周边阻力

　　式中F2——采用注浆工艺时管壁与土层间的摩阻力；

　　D——管节外径；

　　L——顶进长度；

　　f2——采用注浆工艺时管壁与土层的摩擦系数，取7KN/m2；

　　F2=3.14×1.2×130×7=3428.88KN

　　3.2.3顶进阻力

　　F=F1+F2

　　=3470.99KN

　　3.2.4选型原则:

　　设备质量优良可靠,操作放便,工作效率高。

　　设备的能力要留有充分富余，即使用时的保险系数要大。

　　3.3管节

　　顶管施工采用由专业厂家生产的“F”顶管专用管节。

　　3.4顶管设备安装

　　井下设备安装包括出洞口安装、导轨安装、千斤顶安装、后背墙安装及顶管机井下就位等，其中出洞口安装在“顶管出洞”作介绍。

　　3.4.1导轨安装

　　导轨用型钢和P38以上钢轨制作，钢轨焊于型钢上，型钢用螺栓紧固于钢横梁上，以便装拆。

钢横梁置于工作井底板上，并与底板上的预埋铁板焊接，使整个导轨系统成为在使用中不会产生位移的、牢固的整体。

　　导轨安装在顶管中至关重要，其安装精度甚至决定管道是否可顶好，故须达到如下要求：

　　1）两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致

　　2）导轨轴线偏差≤3mm；顶面高差0～＋3mm；两轨间距±2mm。

　　3.4.2千斤顶安装

　　主顶站千斤顶选用2台，固定在型钢制作的千斤顶支架上，支架焊在井底的横梁上，千斤顶着力点应在与均布顶管圆周上，即与管道中心的垂线对称，其合力的作用点在管道圆心上。

每个千斤顶的纵线坡度应与管道设计坡度一致。

　　3.4.3后背墙安装

　　后背墙用20号工字钢焊成一堵墙，为顶管的反力提供一个垂直的受力面，正面焊一块2cm厚钢板，使各工字钢受力更均匀。

工字钢墙的空隙中灌满自密砼，形成一道由厚钢板、工字钢和砼组成的、牢固的、刚度很大的复合后背墙，承受千斤顶传来的顶进反力。

后背墙安装无误后，在后背墙与井壁间浇筑30cm厚砼后背，并垫一层5cm厚的木板，以使井壁受力均匀。

　　3.4.4顶管机下井

　　井下设备安装完后，用经保养、检查、调试好的顶管机吊下工作井，置于涂满润滑黄油的导轨上。

因导轨安装精度是严格控制的，故顶管机座上导轨就已准确定位。

　　井下设备和顶管机安装完毕后，启动油泵，伸缩千斤顶，检查千斤顶与后背墙的配合，顶管机与出口器及分压环的间隙等。

准确无误后即可开始出洞顶进。

　　3.5顶管流程

　　3.6顶管主要施工方法

　　3.6.1顶管出洞

　　顶管出洞是指顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口进入土中，开始正常顶管前的过程，是顶管中的关键工序，也是容易发生事故的工序。

　　顶管机头在井内管床就位，调试完毕，作好出洞的一切准备后，便可破除顶头前方障碍物，将机头穿进橡胶密封圈顶入土中，同时在机头与洞口的缝隙中注满膨润土泥浆，以润滑管道，支护土体。

并且在工作井制作到位后，在顶管出洞口侧进行压密注浆，以起到部分止水作用和防止顶管出洞洞口土体坍塌作用。

出洞操作速度要快，以防出洞口外土体坍塌。

　　为防止管线出现偏斜，应采取以下几点措施：

　　1）工具管要严格调零，将工具管调整成一条直线，此时仪表所映的角度应该为零，调零后将纠偏油缸锁住。

　　2）防止工具管出洞后下跌，工具管出洞后，由于支撑面较小，工具管易出现下跌，为此须在工具管下的井壁上加设支撑，同时将工具管与前几节管之间连接，加强整体性。

　　3）注意测量与纠偏。

工具管出洞后，发现下跌时立即采取主顶油缸进行纠偏。

　　4）工具管出洞前，可预先设定一个初始角（不大于+5＇），以弥补工具管下跌。

　　顶管出洞对操作者要求也很高，这是因为出洞时顶管机未被土体包裹，处自由状态，而使顶头出洞的主千斤顶顶力是巨大的，因此，控制操作哪怕出现少量不均匀或土质不均匀，使各千斤顶的行程不等，也足以使顶头和第一节管子偏离设计轴线。

此时的土体难以对机头产生较大反力，难以对机头起到导向约束作用，故此时产生的偏差很难纠正，甚至是纠不过来的。

因此，出洞顶进时一定要十分小心，用激光经纬仪随时测量监控，保证顶头和第一节管子位置正确。

　　3.6.2膨润土泥浆护壁

　　膨润土泥浆具有良好的触变性与润滑性，将其压到管外壁，包裹住管子，以便减小管外壁与土壤间的摩阻力，并可起到支撑作用，防止土体坍塌。

因本工程在砂土层中顶管，摩阻力较大，在压注膨润土泥浆的同时，当顶距大于130米时须增设一套中继站，以减轻砼管所承受的顶力。

　　注浆孔应合理分布，机头及其后面4节管每节都设有注浆孔，使泥浆及时填充管壁与土间的全部空隙，其后逐步过渡到每2节管设一节带有注浆孔的管节，及时补浆，使全线管壁都包裹在泥浆套中。

　　顶力在控制值之内十分重要。

若顶力过大，会带来一系列问题，各方面的控制都会困难，故膨润土泥浆压浆绝不可轻视。

　　3.6.3顶管测量控制

　　1）测量控制网及井下测量平台的建立。

　　根据业主提供的测量控制点及整个工程的控制网，在井周围布设一个高精度的控制网，用以测放、检查和修正工作井井区和井下的测量点，如轴线点、井下的测量起始点和后视点等。

　　测量平台置于井下顶管轴线上，靠近后靠背处，通过控制网将顶管测量起始点测放其上，并在井中布设2～3个稳固的后视点，以便互相校核。

起始点对顶管测量精度至关重要，故井下测量平台要单独设置，不与管道、设备、后靠背接触，不受顶管操作的影响，以保持其稳定性。

　　2）顶管轴线与标高控制

　　本工程顶管测量距离为100m，按直线顶管测量方法，顶管方向与高程控制可直接用置于井下测量平台起始点上的激光经纬仪对顶管机上方的光靶即可。

激光经纬仪发射的激光束偏离光靶中心的距离，即顶管的偏差值，但方向相反。

为消除顶管机旋转而偏差值的显示误差，光靶设计为可调式，使其始终在顶管机的垂直中心线上。

标高采用支水准线路控制。

　　3）顶管测量注意事项：

　　由于顶管的部分操作在工作井内进行，顶管过程中起始点和后视点发生位移是完全可能的，故每周均需对其进行检查校核，发现偏移过大需查明原因并及时修正。

　　地面测量控制网上的部分点在顶管轴线上或工作井附近，可能因地面沉降等原因而移动，故也需不定期进行校核检查。

　　顶管测量计算全部用自编程序在计算机上计算、分析，速度快，精度高。

本公司在此应用方面积累了较丰富的实践经验。

　　每段顶完后，应重新进行一次管道的中心和高程的测量，每个接口一点，错口处测两点。

　　3.7顶管常见问题

　　3.7.1纠偏

　　纠偏是指工具管偏离设计轴线后，利用工具管内的纠偏机构（纠偏油缸）改变管端方向，减小管线偏差的过程。

　　纠偏必须遵循以下规律。

　　1）纠偏应在顶进过程中进行，静态的纠偏会对管线产生不利的影响。

　　2）纠偏角度不能过大。

　　3）第一段管节质量要好，因为第一段管节在纠偏过程中承受多次反复应力，易损坏管节。

　　4）第一段管节不宜过长，管段越短越有利，管段过长会影响纠偏的灵敏度，一般不宜超过2.0米。

　　5）纠偏过程中，要在网格底上绘制工具管的测点轨迹，推算出其行进轨迹，根据行进轨迹及时调整纠偏角度，避免纠偏过大产生过度弯曲。

　　6）及时了解工具管穿越的土层，特别是软土层，不均匀土层的土质情况。

　　3.7.2纠扭

　　顶进过程中常常遇到管道扭转，这对管道出泥、电机安装等有较大影响，因此须加强控制，避免扭转角度过大。

　　1）预防措施

　　a、纠偏时，注意纠偏油缸不要对管节形成扭矩。

　　b、稳定主顶油缸后座。

主顶油缸后座不稳易使主顶油缸在工作时方向变化，产生扭转角。

　　C、管道内安装的设备应对称布置，避免布置在同一侧。

　　2）纠扭措施

　　纠正管节扭转的有效方法为压重纠扭，即在管道单边压重，使管道在相反方向扭转。

　　3.7.3导轨偏移

　　基坑导轨在顶管施工过程中产生左右或高低偏移。

　　防治措施：

　　1）对导轨进行加固或更换。

　　2）把偏移的导轨校正过来，并用牢固的支撑把它固定。

　　3）垫木应用硬木或用型钢、钢板，必要时可焊牢。

　　4）对工作底板进行加固。

　　4、顶管施工防护措施

　　由于本工程施工位于城区主干道，在该地段施工尤其应注意维护现有设施的正常使用，并保护现有构筑物不被破坏，维护城市形象，故在施工时应编制详细的保护措施方案。

　　4.1管理措施

　　1）详细阅读、熟悉掌握设计、建设单位提供的图纸资料，并在施工前召开各有关主管部门配合协调会议，进一步搜集资料。

在此基础上，对影响在施工范围那的公用管线和上部构筑物设置监测点，核对清楚实际情况，作好记录，上交有关部门签字确认，由建设单位见证。

　　2）在编制施工方案时，把保护公用管线和地面构筑物作为设计主要内容之一。

　　3）工程施工前，向有关单位提出监护书面申请，办妥相关手续。

　　4）工程实施前，把施工现场详细情况向现场施工技术负责人、工地主管、班组长直至没一位操作工人做层层交底，建立保护责任制，明确各级人员职责。

　　5）工程实施前，落实保护组织措施，委派专职人员负责监护和保护工作，各工段、施工队和班组设兼职保护负责人，组成监护体系，严格按照经公司审定的施工方案和有关单位认定的保护措施实施，并设置必要的安全标志牌。

　　6）工程实施前组织对参与施工的所有人员进行“保护公用管线和构筑物的重要性和破坏的危害性”教育。

　　7）工程实施前，对在施工范围内的公用管线和构筑物设置沉降观测点，工程实施时，连续观测沉降量，及时向建设单位和有关单位提供观测点布置与沉降观测资料。

　　8）成立由建设单位、各相关部门和施工单位的有关人员参加的保护领导小组，定期开展活动，检查保护措施的实施情况及保护措施的可靠性，研究施工中出现的新情况、新问题，及时采取措施完善保护方案。

　　9）工程实施时，严格按照施工组织设计和保护措施的要求进行，各级负责人深入现场监护，督促操作人员遵守操作规程，制止违章操作、违章指挥和违章施工。

　　10）施工过程中发现实际情况与交底内容、样洞资料不符等异常情况时，立即通知相关部门和建设单位到场研究，商议补救措施，在未作出统一结论前，不擅自处理或继续施工。

　　11）施工过程中对可能发生的情况制定应急措施，配备好抢救器材，以便在管线出现险兆时及时抢修，作到防患于未然。

　　12）严格执行施工规程，杜绝任何破坏。

　　4.2技术措施

　　1）顶管施工措施

　　a、顶管施工应按照先将土体挤入，再逐步取土方式施工，保证顶头内土压力与外部土压、水压达到平衡，避免地面沉降。

　　b、顶管的触变泥浆具有两种作用，一种是润滑作用，另一种是支撑作用，不使土体坍塌。

因此，管道顶进时，应及时注入触变泥浆，并确保注入压力。

　　c、考虑顶管轴线距离河边30m左右，且长江水位高于管底标高3m左右，施工时，预防管涌，在机头处设立封门，同时在沉井内设立几台大功率水泵，保证水位不能快速上涨，及时排除明水。

　　d、顶管可能有沼气，顶管中准备防毒措施，进入顶管施工人员戴防毒面具，同时井区用空压机往管道内通风，同时管道内严禁火种，使用防爆器具。

　　e、严格控制排土是与推进速度之间的关系，并且控制好机头前的土压力，务必使它小于顶管机前头的被动土压力。

　　f、控制好尺进与出土量之间的关系，做到不超挖。

　　g、顶管施工结束后，采用嵌缝膏对已有管节接缝进行勾缝处理，从而保证无渗漏现象发生。

　　2）测量监测措施

　　a、测点布置

　　在顶管轴线左右15米范围内，设置沉降观测点。

　　b、监测方法

　　采用两台水准仪、一台经纬仪进行静态连续监测位移及沉降。

　　c、数据采集及处理方案

　　数据采集采用人工记录方式，并需多人观测记录。

　　数据用软件处理，做到数据清晰、分析合理、及时准确。

　　d、减少测量误差的措施

　　对测量仪器进行定时检查。

　　观测时须多人进行观测，确保观测值准确。

　　采用模型改正法减小误差。

　　连续长时段进行观测。

　　e、监测仪器保护措施

　　设立醒目标志和护栏。

　　做好设备的防水、防潮、防雷电工作。

　　做好测量设施的防风、防晒工作。

　　5、工程质量保证措施

　　5.1质量控制管理

　　1）建立完善的质量保证体系，切实开展全面质量管理，强化全员质量意识。

　　2）建立健全和严格执行各种质量管理制度

（1）认真执行工前技术交底制。

开工前必须向全体施工人员进行设计意图、技术标准、施工方法、施工中的注意事项交底。

并进行专项技术培训，使全体施工人员质量目标明确，标准清楚，施工方法得当，工艺操作符合要求。

（2）认真实施工前查交底，工中检查指导，工后查总结评