顶管施工方案592.docx
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顶管施工方案592
天府大道（海洋公园段）下穿隧道工程
雨水管道顶管施工专项方案
（已按专家意见修改）
编制：
审核：
批准：
成都建筑工程集团总公司
2010年4月15日
1.编制依据
GBJ08-221-96《市政排水构筑物工程施工和验收规程》
GBJ08-220-96《市政排水管道工程施工和验收规程》
GB50141-2008《给水排水构筑物施工和验收规程》
GB50194-93《建筑工程施工现场供用电安全规范》
GB50026－2009《工程测量规范》
GB50086-2001《锚杆喷射混凝土技术规程》。
GB50204-2002《混凝土结构工程施工验收规范》
JGJ/T111-98《建筑与市政降水工程技术规范》
成都市地勘院《岩土工程勘察报告》。
人民交通出版社《桥涵》施工手册
成都市市政设计研究院《天府大道（海洋公园段）下穿隧道工程施工设计图》
2.工程概况
2.1.工程概述
天府大道现状管道已经形成，现目前排水状况良好，其中污、雨水管道均在道路两侧铺设，未和主隧道道发生交叉，不影响主隧道的施工。
施工图中仅增加隧道内雨水排水管道，由隧道内的集水井将雨水收集，通过雨水管道（桩号K0+720,管径为φ800埋深约为11.2m顶管长度约255m）将雨水排至泵房，再由泵房提升排至排洪沟。
因在主隧道施工期间现有的辅道须保持车流的通行无法断道封闭进行大挖施工及拟建的雨水管道中线距已建成的自来水管道中线只有3米，雨水管道全部采用顶管施工。
施工平面布置图附后。
2.2.开挖深度范围的土质情况
顶管位置土层结构分布如下：
a、第四系全新统人工填土层（Q4ml）
杂填土：
色杂；表层为混凝土路面；其下主要由回填砂卵石及砖瓦块等组成，湿，松散。
全场地分布。
素填土：
灰色；主要由粘性土组成，可塑（稍密）为主，混少量砖瓦碎块等硬杂物；湿。
仅部分地段分布。
人工填土分布连续，厚度1.6～4.7m。
b、第四系上更新统冲洪积层（Q3al＋pl）
粘土：
灰黄色；含铁锰质氧化物斑痕及钙质其结核；缓倾裂隙较发育，隙间充填灰白色粘土矿物。
硬塑。
全场地分布；厚度1.2~5.0m。
粉质粘土：
灰黄色；含铁、锰质氧化物斑痕及钙质结核；分布基本连续；硬塑。
厚度0.5~3.4m。
细砂：
灰黄色；系长石、石英、云母细片及其它暗色矿物等颗粒组成。
湿~饱和；松散。
仅1#、2#和28#孔段揭见，最大厚度约1.9m。
中砂：
灰色；系长石、石英、云母细片及其它暗色矿物等颗粒组成。
湿~饱和；松散。
呈透镜体分布于卵石层中，局部地段混少量卵砾石；最大厚度1.4m。
卵石：
黄灰、灰色；成分以岩浆岩为主，变质岩次之；多呈亚圆形，卵石以弱风化为主；卵石粒径一般为3~8cm，最大大于15cm；充填物以砂土、砾石为主，混少量粘性土，含量约15~45%。
根据其特征及N120击数，根据《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T5026-2001）附录F表F.0.3，将其划分为松散卵石、稍密卵石、中密卵石和密实卵石四个亚层：
①松散卵石：
充填物含量约35~45%。
钻进较容易，N120平均击数为3.33击/dm。
②稍密卵石：
充填物含量约30~35%。
钻进较容易，N120平均击数为5.67击/dm。
③中密卵石：
充填物含量约20~25%。
钻进较困难，N120平均击数为8.43击/dm。
④密实卵石：
充填物含量约15~20%。
钻进困难，N120平均击数为13.63击/dm。
隧道区卵石层顶面埋深5.1~9.5m之间。
c、白垩系上统灌口组地层（K2g）
粉砂质泥岩：
紫红色、暗紫红色；泥质结构，块状构造；可见灰白色矿物（石膏）斑点、团块及其条带。
据其风化程度可划分为两个亚层：
①强风化泥岩：
岩体结构已大部份破坏，构造层理不清晰。
岩芯长度5～25cm，岩体较破碎。
局部地段分布。
上部夹薄层（<15cm）全风化泥岩。
②中风化泥岩：
岩体结构基本未破坏。
岩芯长度5～55cm。
岩体基本完整，不易击碎。
该层厚度大，本次勘察未揭穿。
图1开挖深度内土层结构分布图
各土层物理性质指标统计见下表:
表2.１顶管位置土层结构参数
土名
天然
重度
r
kN/M3
压缩
模量
Es
MPa
变形
模量
Eo
MPa
基底摩擦系数
μ
内聚
力
C
kpa
内摩
擦角
Φ
（ο）
地基承
载力基
本容许
值
【fa】
kPa
天然湿度岩石单轴极限抗压
强度Ra
（kPa）
土体与
锚固体
粘结
强度
qsi
kPa
素填土
19.0
5.0
15.0
10.0
100
粘土
19.5
8.0
0.30
35.0
14.0
220
25
粉质粘土
19.5
6.0
0.35
25.0
14.0
180
25
细砂
19.5
8.0
0.30
23.0
90
45
中砂
19.5
9.0
0.35
25.0
100
50
松散卵石
20.0
20.0
15
0.35
28.0
180
50
稍密卵石
21.0
25.0
20
0.40
32.0
350
70
中密卵石
22.0
33.0
30
0.45
36.0
630
90
密实卵石
23.0
48.0
40
0.50
38.0
900
120
强风化
泥岩
22.5
25.0
0.40
35.0
800
130
中风化
泥岩
22.5
0.45
38.0
3000
150
2.3.水情况
a、地下水
根据地勘资料，隧道区受临近施工场地降水的影响，地下水水位埋深较大，测得孔隙水水位埋深10.2~11.0m，标高479.31~480.91m。
根据区域水文地质资料，孔隙水水位年变化幅度为1.50～2.00米。
根据场地附近已有勘察资料及区域水文地质资料，场地丰水期孔隙水稳定水位埋深约在标高486.50米左右，微具承压性。
b、含水层的渗透性
根据场地附近进行降水工程设计和施工的经验，隧道区砂卵石层，透水性相对较强，渗透系数可采用K=20m/d。
2.4.现场情况
Ø800雨水管道顶管工作井：
拟在K0+750处在西侧辅道边设置一方形工作坑（距主隧道中线50米处编号为1#工作坑）；在K0+805、K0+860、K0+915（编号为2#、3#、4#工作坑）泵房处的管道利用泵房的集水井做为顶坑。
根据同类顶管的施工经验部分顶管长度只能到30米左右，因此1#工作坑向顶坑东侧及南侧处顶进，1#工作坑向东顶进约35.4米，向南顶约30米。
在2#至4#工作坑分别向北侧及南侧处顶进，向南北侧各顶约27.5米，分别在K0+777、K0+832、K0+887、K0+942设置接收坑。
雨水泵房处的５#工作坑（集水池）。
3.工作坑设计方案
3.1.工作井尺寸设计
根据市政设计院设计图纸，接收坑和2#、3#、4#工作坑的尺寸为5.2m*3.7m。
1#、5#工作坑的尺寸为7.4m*7.4m。
3.1.1.工作井净深度的设计
竖井深度公式如下：
H1=h1+h2+h3
H2=h1+h2
式中：
H1----顶进坑地面至坑底的深度（m）；
H2----接受坑地面至坑底的深度（m）；；
h1----地面至管道底部外缘的深度（m）；
h2----管道底部外缘至导轨底面的深度（m）；
h3----基础及其垫层的厚度，不应小于该处井室的基础及垫层厚度（m）；
根据施工图纸，给水、中水管线现场埋深情况见下表：
表3.1雨水管线现场埋深数据
管线名称
管径
顶管坑处（1#、2#、3#、4#）
接收坑处（1#、2#、3#、4#）
管底高（m）
地面高（m）
管底高程（m）
地面高（m）
雨水
DN800
477.650
489.52
477.650
489.52
本次施工井底基础及其垫层的厚度h3=0.50m，管道底部外缘至导轨底面的深度取h2=0.2m。
故顶管坑深度H=10.79m+0.2m+0.5m=12.57m；
接收坑深度H=10.70m+0.2m=12.07m。
图3顶管工作坑纵断面布置图
3.2.基坑支护设计
3.2.1.基坑支护形式的选择
根据本工程地质水文条件，基坑周围环境及支护结构的使用功能，结合目前同类施工条件下，基坑开挖及支护所采用的较为成熟、可靠的施工工艺，为能够最大限度地减少基坑开挖对周边环境的影响，并保证施工过程的安全操作，同时考虑顶管施工的需要，本工程采用“钢筋榀架+钢筋网片+锚喷混凝土”的倒挂施工支护结构，并在井口处设置闭合的圈梁。
3.2.2.倒挂支护的结构形式
（1）坑体结构形式
为确保基坑稳定和安全提高支护结构刚度，在满足顶管施工操作需要的前提下，尽量减少支护结构长度。
见图
２#、３#、４#工作坑及接收坑坑平面图
1#、5#顶坑平面图
（2）支护结构的做法
1）圈梁采用C30模筑混凝土结构，断面尺寸为500X600mm，主筋采用18Φ20，箍筋采用ø8@150。
在圈梁内预埋纵向连接筋Φ20，梁内锚固长度1m，并打入地下土层内30cm。
2）工作坑壁及支撑墙均为C20喷射钢筋混凝土结构，厚度均为300mm。
3）工作坑壁隔栅主筋为Φ22@1000，分布筋采用ø8@150双层双向。
第一榀钢格栅设置在圈梁下部，钢格栅竖向间距为0.５m。
为了加强结构的强度，在每榀钢隔栅转角部位设置2Φ28的加强筋，与Φ25钢筋焊接连接。
钢隔栅之间采用4M25螺栓连接。
所有钢格栅均采用工厂预制加工，集中运送至现场，然后现场安装。
安装时，第一榀钢隔栅必须紧贴冠梁底部。
4）工作坑壁及支撑墙钢隔栅内外两侧均满铺设置φ6@100X100钢筋网格。
5）上下层钢隔栅采用Φ22@1000的竖向连接筋连接。
内外层竖向连接钢筋须穿过钢隔栅内部，内外层间隔500mm，并与钢隔栅焊接牢固。
上下层竖向连接筋之间采用焊接连接，焊接长度不小于200mm。
7）钢隔栅锚杆钻孔放入φ48锚杆，沿向下15°角打入，每隔一榀设置一层。
锚杆水平间距为1.0米，上下两层锚杆梅花状布置。
锚杆固定后注入改性水玻璃浆液。
8）结构底部采用内外双向Φ16@200钢筋网格，C25预拌混凝土，结构厚度为300mm。
4.工作坑施工
4.1.混凝土地圈梁
在工作坑外边尺寸范围内挖土深0.7m，施做钢筋混凝土圈梁。
圈梁顶要在地面下0.2米深处，圈梁上砌砖墙（内抹面）0.３m（即高出地面0.1m），待竖井使用完后方便拆除。
4.2.工作平台
平台用40a工字钢做主梁，南北向放置，间距2.5米，并需要让开吊管位置；负梁采用25工字钢，15×15方木采用满铺方式；吊架采用“四不搭”架设，管子采用φ159×10钢管。
起重机械采用两台卷扬机，一个20吨，一个10吨。
“四不搭”架子座落在圈梁上的预埋板。
顶管坑工作平台示意图
4.3.支护墙体施工
4.3.1.土方开挖
（1）待混凝土圈梁强度达到90%后进行基坑土方开挖；
（2）开挖顺序由上至下、对角开挖、中间留核心土的方式进行，每一循环挖深与刚隔栅竖直间距相等，开挖顺序示意图见下图。
中间支撑墙体锚喷前，先从一侧将支撑墙投影位置的土方掏出，并保留另一侧投影外的土方。
待中间墙体锚喷完成后再开挖另一侧的土方。
（3）开挖出的土方用土斗及时运出工作坑。
（4）土方开挖后进行钢隔栅安装、混凝土锚喷施工。
之后进行下一循环的土方开挖、钢隔栅安装、混凝土锚喷施工。
（5）挖至设计标高施做封底，最终形成整体支护。
开挖顺序示意图
4.3.2.锚喷和支护
（1）基坑壁用Φ22连接筋与混凝土圈梁下部骨架连接，并在混凝土圈梁底部安装第一层钢格栅，钢格栅各部分之间采用螺栓连接，与预留竖向连接筋焊接牢固。
（2）基坑施工时分部位进行挖土、安装钢格栅、钢筋网片及锚喷混凝土，依次向下逐层交叉施工，钢格栅层与层间用连接筋焊接连接，外挂钢筋网片，分2至3次喷射混凝土达到厚度要求，逐层重复施工直至达到深度，最终形成钢筋混凝土锚喷护壁。
（3）在每一层基坑壁钢隔栅安装时，同步安装支撑墙相应的钢隔栅，在基坑壁锚喷混凝土时同步对支撑墙进行锚喷施工。
（4）喷射混凝土设计强度等级为C20，基坑壁每隔一榀打设一层锚固钢管，钢管选用φ48的普通钢管，钢管长1.5米，斜向下15°。
每层锚固钢管采用梅花状布置，并通过锚固钢管向土壁注入改性水玻璃浆液。
（5）支撑墙体钢格栅与基坑壁钢格栅采用螺栓连接，上下钢格栅之间采用竖向连接筋焊接牢固。
无须打设锚杆及注浆。
4.3.3.封门
顶管过程中，管从工作坑进洞、还是出洞，管子与洞口之间都必然会有间隙，间隙必须做好封闭，如封闭不严，触变泥浆及回填注浆就会从该间隙中流到坑中，影响坑内作业，严重时会造成洞口的塌落，造成事故，故洞口必须做好止水。
根据设计高程在施做工作坑锚喷护壁时，将预制好进出洞口的圆拱形钢格栅（钢隔栅主筋采用4Φ22钢筋，箍筋为ø8@150,洞内径尺寸略大于管子外径8～10cm），与横向钢格栅连接，洞口部分的钢格栅及锚喷混凝土在水泥混凝土管就位后再拆除，另做止水洞口。
为了方便施工，在隔栅墙底部也开设洞门，洞门边距离连接螺栓不小于0.5m。
施工方法同上。
4.3.4.封底
工作坑混凝土封底在挖深达到设计管底高＋管壁厚＋设备底座安装尺寸＋导轨高后进行。
打底板混凝土要注意与设备安装的予埋相配合。
坑底部一角施做与底板混凝土浇筑成一体的集水坑。
4.4.接收坑施工
接收坑施工方法同顶管工作坑。
4.5降水井施工
a、井点布置
井点布置在西侧，井点管位于沟槽上口宽度以外８m。
间距30m布置，总共布置９口井。
a、施工工艺流程
采用CZ-22型冲击钻机成井，泥浆护壁工艺成孔，其工艺流程如下：
测放井位——钻机就位——埋护壁管——冲击成孔——捞渣换浆——下井管——填砾——洗井（活塞与空压机联合洗井）——交验——放置水泵及布管——所有降水井施工完毕后降水
b、施工过程控制措施
1）各工序必须按施工方案、市政降水工程技术规范及施工规程进行施工。
2）施工前各级施工人员必须熟悉施工要求，了解施工要点。
3）成也直径控制：
检查孔的直径是否达到600mm以上，主要控制钻头直径是否达到500mm，否则就应加焊钻头使直径达到500mm以上。
4）成孔深度控制：
成孔后施工人员应现场测量成孔深度，成孔深度达到设计要求的深度，停止钻进。
否则，必须继续钻进，以保证成孔深度。
5）井管质量控制：
检查每孔光壁管和缠丝管数量是否符合设计要求。
缠丝管在下，光壁管在上，管与管之间应焊接牢固，保证垂直。
6）井管结构及填砾：
井深为21m，21m至13.5m为缠丝管，0m至13.5m为光壁管。
施工过程中应根据的地层情况分层的不同填不同的滤料。
7）洗井：
用活塞结合空压机洗井，洗至井管通畅、水清，含砂量小于1/10000，以保证降水质量。
8）降水过程控制：
结合井位地质情况，井位附近无细砂层的井先降水，井位处有细砂时，待井内水位下降至砂层以下，再进行降水。
控制出砂量，以保证降水不改变基坑的持力层结构。
确保基础施工质量符合设计要求。
9）降水井施工中主要注意事项
a、冲击速均匀，掌握好井内泥浆浓度，保持井孔中浆液水位高度，防止井壁跨塌。
b、井管焊接牢固，校正居中。
c、洗井彻底，直至水清砂净达规范要求为止。
d、砂层位置地段的井壁管用缠丝管，如果砂层较厚，井壁管外用纱布进行第二次缠丝。
10）严格以上各个环节的过程控制，以满足施工降水深度的要求，确保隧道主体结构施工的顺利施工。
5.施工监测
5.1.施工监测的原则
1）施工监测应以获得定量数据的专门仪器测量或专用测试元件监测为主，以现场目测检查为辅；
2）各监测项目在结构施工前应测得稳定的初始值，且不少于两次；
3）各项监测工作的时间间隔根据施工进程确定，当变形超过有关标准或场地条件变化较大时，应加密观测，当有危险事故征兆时，则需要进行连续观测；
4）量测数据必须完整、可靠，对施工工况应有详细描述，使之真正能起到施工监控的作用，为设计和施工提供依据；
5）测试单位根据对当前测试数据的分析，较好的预报下一施工步骤中地层、支护的稳定与受力情况及地表沉降等，并对施工措施提出相应的建议；
6）所有测点均应反映施工中该测点受力或变形等随时间的变化，即从施工开始到完成、测试数据趋于稳定为止；
7）按规定及时向建设单位、设计单位提供量测报告，内容包括：
测点布置、测试方法、经整理的量测资料及分析的主要成果、结论及建议、量测记录汇总等。
同时，施工过程中依据监控资料进行现场分析，以便判断支护状态，采取相应变更设计参数和施工方法；
5.2.监控量测的重点
监控量测重点主要有以下几点，在施工过程中要特别注意加强监控量测，以指导安全施工及保护工程周边环境，采取必要的施工保护措施，确保其安全。
1）基坑结构沉降；
2）基坑结构墙变形；
5.3.监控量测的施工准备
1）监测项目的计划和监测方案。
根据工程的特征，制定详细的观测计划和信息传输方法。
2）监测：
监测应在基坑施工之前就开始进行，以得到可靠的初始记录。
在监测中，监测频率是根据项目的设计要求和施工情况来确定的。
3）信息传输：
所有现场测得的数据，要通过人工的形式，及时安全地传送到数据库系统中，以便按时提供可靠的结果。
4）定期简报：
将现场测得的数据的分析结果和预测，定期以简报形式汇报有关单位。
分日报、周报、月报，关键时刻要进行小时报。
5.4.监测内容及测点布置
1）根据设计要求和相应的规范规程，为确保施工安全，做到信息化施工，拟定的施工监测项目主要有：
基坑结构位移、地表下沉等。
2）具体的监测项目、测点布置、使用仪器设备及观测频率如下表4.4-1～表4.4-4所示。
表4.4-1 量测项目及施测方法
序号
量测项目
施测方法
1
基坑结构下沉
0.5级精密水准仪
2
基坑结构侧墙位移
GY-85型尺式收敛仪
表4.4-2 测点布置及测点安设点数
序号
量测项目
测点布置
每断面测点数
1
基坑结构下沉
井口圈顶部
2点
2
基坑结构侧墙位移
侧墙
1对
表4.4-3 施工内部量测数据控制界限
序号
量测项目
施工掌子面距测点位置
量测频率（次/d）
1
基坑结构下沉
施工期间
1/1
建成1个月内
1/7
建成1个月以后
1/30或不定期
2
基坑结构侧墙位移
竖井施工期间
1/1
竖井建成1个月内
1/7
竖井建成1个月以后
1/30或不定期
5.5.监测点的布设
1）基准点设置
水准基准点（又称监控点）是沉降观测起始数据的基本控制点，拟布设深埋混凝土结构水准基准点3个，形成监控网。
基准点设置在所观测建筑物50m的沉降影响变形区以外；工作基点距离拟建建筑物的距离不得小于建筑物基础深度的1.5～2.0倍，工作基点与联系点也可在稳定的永久建筑物墙体或基础上设置，点与点之间的距离小于30m，要求埋设于车辆、行人少，通视情况良好且便于保存的地方。
基准点埋设深度应达到原状土层，具体深度以勘察报告或实际揭露为准。
采用洛阳铲钻孔，直径为150mm，灌注混凝土，中间埋设直径Φ25mm左右的螺纹钢筋。
混凝土浇注养护稳定后方能开始引测基准点标高，并进行首次联测。
2）变形监测点的埋设
根据规范及设计要求，沉降观测点标志制作采用埋设L形螺纹钢（Φ=22mm）的方案，并用红油漆标记编号，基坑周围地表沉降标志采用钻孔法或探井法埋入，标志形式为直埋式。
具体规定按《建筑物变形测量规程》第C.0.2条规定执行。
5.6.监测点保护措施
1）监测点是一切测试工作的基础，因此特别加强对各监测点的保护工作，完善检查、验收措施。
2）在每个监测点埋设完成后，应立即检查埋设质量，发现问题，及时整改；
3）确认埋好后，埋设人员应及时填写埋设记录，并准确测量初始数据存档，作为开挖时监测的参考；项目负责人应进行实地验收，并在埋设记录上签字确认；
4）对于所有预埋监测点的实地位置应做精确记录，露出地坪的应做出醒目标志，并设保护装置；
5.7.施工监测
1）基坑施工现场必须组织专职量测小组。
量测小组在施工单位项目部技术负责人领导下，负责测点埋设、日常量测和数据处理等工作，并及时向主管技术领导和部门反馈量测数据。
2）五固定：
固定观测人员；固定观测仪器；固定观测水准尺；固定观测路线；固定观测方法。
3）每次观测之前将仪器露天放置30分钟。
4）烈日下观测使用观测伞；温差变化较大时使用仪器罩。
5）常规水准观测顺序为后前前后。
6）在线路上预先测量距离，水准仪与水准尺之间的距离不超过50m，分别在水准尺和水准仪摆设处作相应标志。
7）基坑支护过程监控测量
表5.7-1基坑支护过程监控测量表
序号
监测内容
单
位
数
量
监测仪器
测点布置
测试频率
1
竖井圈梁水平位移和垂直位移观测
点
2
全站仪、测倾仪
井口圈梁
施工过程中每天进行
8）异常情况的判别和对策
制定量测监控方案时应根据有关规范、规程、计算资料和设计文件确定监控量测项目的管理基准值，并把管理基准值的70%时定为监控量测项目的警戒值。
在量控监测的过程中，若发现观测值达到了警戒值，则应进一步加大观测频率，密切观测。
当监测数据达到或超过管理基准值时，应停止施工，报告监理，并向监理报送应急补救措施，修正支护参数后方能继续施工，警戒值见表5.7-2。
表5.7-2警戒值设定表
监测项目
警戒值（mm）
管理基准值（mm）
基坑支护结构水平位移
21
30
地下管线变形
7—21
10—30
建筑物允许倾斜率（%）
0.14
0.2
5.8.数据处理
1）鉴于量测数据控制界限尚未有统一的规定，为了施工本身及基坑施工影响区范围的地上、地下建（构）筑物的安全，施工过程中必须按表4-2控制界限（严于国家GBJ86-85和铁道部标准）进行控制，表中数据与国家、地方、设计标准矛盾时，执行后者规定界限。
2）量测数据处理，遵守下列规定：
（1）现场量测数据及时绘制位移–时间曲线图或位移–进尺曲线图。
（2）当位移–时间曲线图或位移–进尺曲线图趋于稳定时，进行数据处理以推算最终位移值和掌握位移变化规律。
（3）数据处理一般采用回归分析方法。
3）施工现场必须建立下列量测记录图表，并按规定填报、绘制。
（1）现场监控量测记录表参见表；
（2）现场监控量测信息反馈分日、周、旬、月报表；
（3）现场监控量测位移–时间曲线图或位移–进尺曲线图。
（4）回归分析拟合曲线和位移趋势预测曲线。
5.9.信息反馈
在施工过程中，对现场测得所有观测数据，均实行信息化管理，由富有经验的专职人员根据不同的观测要求，绘制不同的变形或形变曲线，并打制相应表格，预测变形发展趋向，定期以简报的形式汇报，分为日报、周报、月报等。
根据工况，监测人员做到随叫随到。
1）一般情况的处理
一般情况下，下一次观测时应提供上一次的观测成果。
既在开挖15天内，一
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