顶管施工方案通用.docx

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顶管施工方案通用

陕西省西咸新区秦汉新城

朝阳五路（一期）市政工程

顶管及工作井、接收井

专项方案

编制人：

审核人：

审批人：

编制单位：

陕西建工第三建设集团有限公司

编制时间：

年月日

1、编制依据……………………………………………………………第1页

2、工程概况………………………………………………………………第1页

2.1场地情况……………………………………………………………第1页

2.2地质资料……………………………………………………………第1页

2.3沿线地下管网及构筑物……………………………………………第2页

2.4雨水工程施工图设计……………………………………………第2页

3、施工方案………………………………………………………………第2页

4、顶管施工工艺…………………………………………………………第3页

4.1泥水平衡顶管施工工艺……………………………………………第3页

4.2施工工艺流程………………………………………………………第4页

4.3泥水系统、注浆量…………………………………………………第5页

5、工作井、接收井………………………………………………………第5页

5.1工作井、接收井结构及几何尺寸…………………………………第5页

5.2工作井、接收井施工……………………………………………第6页

5.3后背墙……………………………………………………………第11页

6、管道顶进………………………………………………………………第12页

6.1顶力的理论计算……………………………………………………第12页

6.2机械顶管设备选型及安装…………………………………………第12页

6.3顶管工程施工技术措施…………………………………………第13页

6.4泥浆的压注与置换…………………………………………第15页

6.5泥浆的压注方法……………………………………………………第16页

6.6顶进监控…………………………………………………………第16页

7、质量验收标准…………………………………………………………第18页

8、安全保证措施…………………………………………………………第21页

8.1安全生产领导小组及安全生产管理体系……………………第21页

8.2安全教育及检查制度……………………………………………第22页

8.3确保施工安全的组织及措施……………………………………第22页

9、应急救援预案…………………………………………………………第24页

9.1安全生产事故风险分析…………………………………………第24页

9.2救援组织机构人员配置…………………………………………第24页

9.3救援物资…………………………………………………………第24页

9.4应急救援程序……………………………………………………第25页

9.5现场应急救援处理办法…………………………………………第25页

10、事故调查………………………………………………………………第27页

10、施工平面布置图………………………………………………………第29页

11、朝阳五路雨水工程变更图………………………………………第30页

顶管及工作井、接收井施工方案

一、编制依据：

《陕西省西咸新区秦汉新城雨水工程专项规划》

《陕西省西咸新区秦汉新城朝阳五路（一期）市政工程设计图》

《陕西省西咸新区秦汉新城朝阳五路市政工程--雨水工程变更通知单》

《西安市政设计研究院实测现状地面纵、横断面测量成果》

《给排水工程顶管技术规程》（CECS246:

2008）；

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；

《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-2012）；

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）；

《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T640-2008）；

《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）；

《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268—2008）。

二、工程概况

本工程系陕西省西咸新区秦汉新城朝阳五路市政工程——雨水工程施工图设计。

1、场地情况:

朝阳五路是秦汉新城渭北综合服务区内重要的南北向次干路之一。

道路全长460.648m。

朝阳五路现状为道路红线宽15m，机动车道8m，两侧人行道宽3.5m*2。

2、地质资料：

本工程暂无地勘资料，设计暂按中、粗砂地质类型，经我单位现场开挖上部1.8m为回填土，下部均为砂层。

3、沿线地下管网及构筑物：

道路中心位置西侧4.4m纵向有一排高压电线杆；5.3m有一条DN200自来水管道，东侧4.8m有一条管径800mm的雨水管道，5.2m有一条DN200自来水管道。

4、雨水工程施工图设计

本次设计沿道路中心线敷设一条由北向南的雨水主管道，设计管径D1350~2000mm，管道总长约389m,其中Yb1~Yb2段，开挖并排明敷设D1350钢筋混凝土钢承口二级管，180度混凝土基础，长度32m，管道埋深4.4m；Yb2~Yb4段，开挖明敷设D2000钢筋混凝土钢承口二级管，180度混凝土基础，长度76m，管道埋深4.6~5.02m；Yb4~Yb12段，铺设D2000三级钢筋混凝土钢承口管，采用顶管施工工艺，总长度281m，埋深5.02~7.5m。

顶进完成后在工作井内现浇钢筋混凝土检查井，检查井井距如下：

Yb4--40m--Yb5--32m--Yb6—32m--Yb7--36m--Yb8--36m--Yb9--36m--Yb10---32m-Yb11--37m--Yb12

三、施工方案

根据施工现场土质开挖状况，地面约1.5米以上为粘土，以下为中、粗砂，土质稳定性较差。

结合我公司近年来相关顶管工程施工的成功经验，充分考虑到本工程地质情况，为减少对相邻地下、地上各类管线及构筑物的扰动，管道顶进拟采用泥水平衡顶管施工工艺。

工作井、接收井拟采用钢筋混凝土护壁墙形式，几何尺寸选用工作井8m*6m、接收井6m*5m。

选择Yb4、Yb6、Yb8、Yb10四座检查井位置作为接收井；四座检查井位置Yb5、Yb7、Yb9、Yb11四座检查井位置作为工作井。

泥水平衡顶管施工工艺具有施工周期短，土方开挖量小，对周围建筑物及地下相邻管线影响小，工艺成熟，施工方便，安全可靠的特点。

四、泥水平衡顶管施工工艺

（一）泥水平衡顶管施工

微型掘进机被主顶油缸向前推进，掘进机头进入止水圈，穿过土层到达接收井。

电动机提供动力，转动切削刀盘，通过切削刀盘进入土层，挖掘的土质在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱，在泥水舱与泥浆混合，最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上。

在挖掘过程中，采用复杂的泥水平衡装置来维持水土平衡，以至始终处于主动与被动土压之间，达到消除地面沉降和隆起的效果。

掘进机完全进入土层后，吊下第一根管节，它被推到掘进机的尾套处，与掘进机头相连接，第一根管节顶进后，挖掘停止，液压慢慢收回，另一根管节吊入导轨上，套在第一根管节后方连接在一起，重新顶进，这个过程不断重复，直到所有管节被顶入土层完毕，形成一条永久性的地下管道。

掘进机在掘进过程中，采取激光导向控制系统。

位于工作后方的激光经纬仪发出激光束，调整好所需的标高及方向位置后，对准掘进机内的定位光靶上，激光靶的影像被捕捉到机内摄像机的影像内，并输送到挖掘系统的电脑显示屏内。

操作人员可以根据需要开启位于掘进机内置式油缸进行伸缩，调整切削部分头部上下左右高度，以达到纠偏的目的。

当工作井完成以后，经调试完毕的液压系统、顶管掘进机便通过运输到工地，并安装就位至导轨上。

微型掘进设备还包括操作室和遥控台、液压动力站、后方主顶、泥浆循环装置、激光定位装置、减摩剂搅拌注入装置、泥水处理装置。

（二）施工工艺流程

测量引点——工作井施工——测量放样——顶管后背墙制安——导轨安装——液压系统、止水圈等安装——地面辅助设备安装——顶管掘进机吊装就位——激光经纬仪安装——设备调试——掘进机出工作井——正常顶进——顶管机进接受井——设备转场

（三）泥水系统、注浆量

1、泥水系统

泥浆系统的作用是送走被掘进的渣土，它是由封闭的管道组成，通过机头循环形成泥浆混合物，由及排泥管送走，最后沉淀在地面上的泥浆池内。

泥浆通过排泥泵管排出，再由进水泵进水送入机头，排泥由变速的泥浆泵进行控制。

机坑旁通装置可控制进排泥浆的速度，以防止泥渣堵塞管道淤积施工现场。

本工程挖出的是沙土，泥浆中必须添加膨润土以增加泥浆粘度。

2、注浆量的确定

本工程每米注浆量计算如下：

V=3.14*2.4*0.1*1=0.75m3

（1）根据地质条件，一般压浆量为计算值的150%~200%，本工程在砂土中顶进，按照200%进行注浆量控制。

（2）为防止路面沉陷和地上、地下构筑物扰动，顶管结束后，应及时对管体四周的缝隙充填水泥浆，使其密实坚固，填充水泥浆所用设备与触变泥浆设备相同。

逐孔注浆，水泥浆液需搅拌均匀，无结块、无杂物。

（3）压浆填充材料:

在管顶间隙较小的管段，采用管内注浆，压浆填充材料为水泥粉煤灰浆，配合比为：

水泥：

粉煤灰=1:

3

五、工作井、接收井

（一）工作井、接收井的结构及几何尺寸

本工程土质情况较差，结合我公司相关顶管工程施工的经验，为减小工作井接收井开挖对周围建筑物及管线的扰动，以及施工的安全，工作井接收井拟采用钢筋混凝土护壁墙式。

该护壁墙式工作井接收井具有施工周期短、土方开挖量小、对周围建筑物及地下、地上相邻管线影响小、工艺成熟、施工简便、安全可靠的特点。

根据施工图纸及我公司施工经验，几何尺寸选用工作坑8m*6m，接受坑6m*5m

工作井、接收井开挖深度：

工作井、接收井开挖深度按下式计算确定：

H1=h1+h2+h3

H2=h1+h3

其中：

H1——工作井开挖深度

H2——接收井开挖深度

h1——自然地面距管道底部外壁的高度

h2——管道底部外壁至导轨底面的高度

h3——底板及垫层的厚度

（二）工作井、接收井施工

本工程工作井、接收井采用土方开挖，再进行钢筋混凝土现浇结构。

采用旋喷桩止水固沙，工作井、接收井进洞出洞洞口打两排。

土方开挖采用加长伸缩臂挖掘机（专业施工机械）及人工配合挖土，大型运输车运弃土的方式。

A、施工方法：

1、逆做法土方开挖及井壁施工：

（1）、施工顺序、方法：

逆做法施工顺序：

在开挖前，由测量工根据图纸尺寸进行桩位测放，经校核无误后，方可进行土方开挖施工。

采用长臂单斗伸缩臂挖挖掘机进行挖土，挖土顺序为先中间后周边。

按标出的桩心十字线吊线检查孔中心位置和孔径，然后进行井壁钢筋绑扎、支定型钢模板和浇筑砼，循环作业至设计要求深度。

为保证桩的垂直度，要求每灌柱三节井壁，就应校核该桩中心位置及垂直度一次。

（2）、施工中可能遇见问题及处理：

如遇局部回填土及淤泥质土层或地下水较大时（如构造蚀变带），出现塌方、流砂等现象，应采取井壁节高适当缩减到300~500mm、并在支模前先采取特殊的防护措施，如堵沙包、稻草、护壁砼加厚、钢筋加密等加固措施。

同时在坑底一侧挖一临时集水坑，加泵抽水，防止塌方加大，经加固处理后再进行挖土，所塌方后的孔洞应在浇捣护壁混凝土的同时，用混凝土填好。

（3）、井壁钢筋绑扎：

采用预先下料、井下绑扎的施工方法，工作井及接收井护壁钢筋配筋如下：

井壁C30混凝土厚500mm，每节护壁高度900mm，竖向钢筋下料加长200mm，便于搭接，水平钢筋及竖向钢筋采用二级螺纹钢筋，φ14@200单层双向网片配置，

绑扎好后，经质监站、甲方和监理验收合格后，方可支模浇筑砼。

（4）、井壁模板：

井壁模板采用加工好的定型钢模板，按井径分块拼装，安装时用U型扣件连接及固定，沿模板底打短钢筋加固，拼装中留一道接缝夹一根Φ48钢管，以便拆模，必要时采用Φ48钢管加固支撑对顶。

（5）、井壁砼浇筑：

井壁砼浇筑采用商品混凝土，强度为C30，厚度为500mm，加早强剂。

砼利用挖掘机斗下送，用建筑模板作布料台，砼应对称浇筑，防止模板侧移，砼采用人捣实，每次分层厚度100~200mm，防止漏捣。

首节井壁砼拆模后，放出中心线及标高于其上。

（6）、模板拆除：

井壁混凝土终凝8个小时后才能拆除支撑，强度达到1MPa以上时才能拆模，拆模时先拆除钢管，再撬模板；拆下的模板应及时清洁，变形的模板应及时修整。

接着进行下一节护壁施工。

（7）、井坑地表水及井坑排水

1、地面排水：

为防止地表雨水冲刷基坑，造成塌方，在基坑开挖前基坑四周地面设排水明沟，同时设置集水井，经沉淀后再将地表水排向地下管道。

2、井坑内施工排水，施工时在井底浇筑C20混凝土底板厚300mm，并设置集水坑，及时抽水，以免浸泡井底。

B、逆做法施工安全防护措施

在开工前，将现场踏勘情况进行分析，研究、设计安全、文明施工措施，具体措施如下：

（1）、要保持现状的交通，采用独个孔桩围护施工，采用封闭式施工每个井口用护栏独立围护，并设置工作门，工作门专门给作业工人及机械出入，以及做进口出料。

（2）、护横杆采用Φ60钢管@600mm，立杆采用Φ60钢管@2500mm，每支立杆用Φ60钢管以600支撑，并采用膨胀螺丝及电弧焊焊接固定。

高度为2.2m，栏板采用胶合板，并挂安全标识牌。

栏板下用砂灰砖砌400mm高120厚。

（3）、交叉路口部份的井口，设专人指挥交通，确保施工生产全。

（4）、挖井时，采用独节进深方法施工，每一节深度为900mm，在地质较差部份，每节深度应为300~500mm，每挖一节后应立即浇灌混凝土井壁。

地面节浇灌混凝土井壁应高于地面0.3mm，地面水才不会流入井内和地面上的杂物、泥土掉落井内，确保井下工作人员安全。

（5）、供电给井下的用电设备的线路必须加装漏电保护设置。

（6）、开挖井口2米范围内严禁堆放杂物，井口和四周围要装设护栏栅，井周围平台上发现有杂物要及时清除。

（7）、随作业面下移，在孔内上下递物和工具是严禁抛和下吊，必须严格用吊索系牢，孔口外围应安装安全示警灯。

（8）、进入施工现场的人员不准赤脚或穿拖鞋，必须戴好安全帽，上下井必须扎好安全带。

（9）、井下作业人员应穿绝缘鞋，戴绝缘手套，以免漏电伤人。

（10）、作好单井开挖、成型、井壁、井底岩层（土层）等有关技术资料的记录和汇总。

（11）、挖井过程中如遇意外，急需进行安全抢救或技术处理时，必须严密组织急救工作，要有相应的技术安全措施。

（12）、井口上电路的电缆、电线必须有防磨、防潮、防断等的防护措施。

（13）、施工用电必须一孔一个箱，配电箱离地1.4~1.6米。

（14）、施工作业照明应遵守《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46的规定。

（15）、坚持安全检查制度。

规定每月由项目安质部长牵头对工地进行两次安全检查，安质部要不定期地组织人员进行检查，专职安全员必须天天检查。

对检查出的问题、隐患要做好文字记录，并落实到人，限期整改完毕，对危及人身安全的险情，必须立即整改。

对每项要整改的问题整改完毕后都要由安全员进行验证。

我公司组织每月一次的安全、消防、文明施工大检查，对工地安全状况进行监督。

（三）后背墙

后背墙是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，在施工中后起着至关重要的作用。

其主要功能是在顶进过程中至始至终地承担主顶工作站顶管前进的后坐力。

后背墙的最低强度必须保证在设计最大顶进力的作用下不被破坏，要求其本身的压缩回弹量为最小，以利于充分发挥主顶工作站的顶进效率，在设计和施工后背墙时，应满足如下要求：

（1）有足够的强度

即能承受主顶工作站千斤顶的最大反作用力而不被破坏。

（2）要有足够的刚度

当受到千斤顶的反作用力时，后背墙材料受压缩而产生变形，卸荷后要能恢复原状。

如压缩回弹量大，会导致大量行程消耗在后背墙变形上，极大的降低千斤顶的有效行程，降低顶进效率。

（3）后背墙表面应平直，并垂直于顶进管道的中线，以免偏心受压，造

成顶力损失和发生质量安全事故。

（4）后背墙材料的材质要均匀一致，以免承受较大的后坐力时，造成其材料压缩不均，出现倾斜现象。

根据我公司近年来顶管工程的成功经验，本工程拟采用4*3*0.5钢筋混凝土C30后背墙，水平钢筋及竖向钢筋采用二级螺纹钢筋，φ16@200单层双向网片配置。

（四）临时设施

（1）供电：

施工现场从路东侧电力技校院内引入电源，同时购置备用的150千瓦柴油发电机组一台，保证施工用电。

（2）排污及垃圾处理：

为达到保护环境、防止污染的目的，施工现场设置泥浆池，将沉淀后的污水就近排入朝阳五路现状污水管道内，并对生活与生产垃圾分类集中堆放外运处理，最大限度地保护施工区域自然环境不被破坏。

六、管道顶进

1、顶力的理论计算：

F=F1+F2

其中F——总顶力F1——迎面阻力F3——顶进阻力

F1=π/4*D2*P（D—管外径取2.4mP—控制土压力）

P=k0*r*H0

公式中K0—静止土压力系数，一般取0.55

H0—地面至掘进机中心的高度，取最大值7m

r—土的湿重量，一般取2.73t/m3

P=0.55*2.73*7.0=10.51t/m2

F1=3.14/4*2.4*2.4*10.51=47.52t

F2=3.14*D*f*L

公式中f—管外表面平均综合摩阻力，取0.6t/m2

L—顶距，取最大值72m

F2=π*D*f*L=3.14*2.4*0.6*72=325.6t

总顶力F=F1+F2=47.52+325.6=373.12t

故主顶油缸选用2台200t（2000KN）级油缸，可满足顶管需要。

2、机械顶管设备选型及安装

主顶千斤顶：

它是顶进系统中的主要设备。

为安全起见，顶力设备配置要小，以利间距平行顶进。

根据顶力计算，顶管主站拟配备2台200t（2000KN）油压千斤顶，按左右对称布置。

主油缸的油压由电动油泵供给，千斤顶行程1800mm。

其它设备：

包括导轨、千斤顶台架、顶铁、分压环、后承压壁、操作平台、爬梯等（如图），另外配备2台200t（2000KN）备用油压千斤顶。

当后背墙制完成及导轨精准安装牢固后，设置好安全围栏和爬梯，然后由工作井边的起重机将上述设备吊入井内按要求的精准安装。

3、顶管工程施工技术措施

顶管施工主要工序

（1）、机械设备及管材的检验与存放

本工程使用泥水平衡掘进机，红外线对中仪、水准仪各一台。

选用符合设计要求的成套管材。

管材运至现场时对管材的外观进行检查，管材是否顶管用的Ⅲ级管，规格尺寸是否符合设计要求、管材表面是否有蜂窝麻面、管身是否有细裂纹、接口是否有破损现象、钢套是否有碰撞变形、注浆空是否通畅、合格证及检验报告是否齐全等，对存在问题的管节坚决不退回。

（2）顶进

顶管的进出洞是顶管成功与否的关键所在，因此在掘进机进洞之前，必须做好洞口的防护工作。

及在预留洞的四周、间距为200mm打膨胀螺栓，然后将大于预留洞600mm的橡胶圈沿外边150mm的位置固定在膨胀螺栓上。

顶管机进洞前，将多余橡胶圈置于预留洞内，然后顶管机进洞。

防止地下水及流砂涌入井内，避免洞口的坍塌。

工具头进洞前必须对所有设备进行全面检查，并经过试运转无故障，同时认真核对止水胶板安装位置是否准确，外夹板安装是否牢固，确认无误后才可破除砖封门。

进洞时注意止水胶板压入是否均匀，有无翻转、破损等问题，如有应将工具头拔出处理好后重新进洞。

顶管机出洞时严格控制出洞时的顶进偏差。

中心偏差不得大于50mm，高低偏差宜抛高5～10mm。

若达不到上述要求，拉出顶管机，重新调整。

顶进初始阶段的顶进质量对后续顶进的管道轴线等有重要的影响。

在进洞口处，顶管机距洞口外壁还余200mm时拔除洞口钢板桩，快速推进掘进机进入工作面。

①顶进施工工艺流程

安装导轨-安装红外线对中仪-安装加固后靠背-固定千斤顶脚加-安装千斤顶-连接油缸-吊装掘进机-吊装管节-吊装顶铁-管道顶进

②顶管机进洞后顶进的起始阶段，机头的方向主要受导轨安装方向控制，一方面要减慢主顶推进速度；另一方面要不断地调整油缸纠偏和机头纠偏。

严格控制前5m管道的顶进偏差，其左右及高程偏差均不能超过50mm。

在顶进过程中坚持“勤测、勤纠”的原则。

纠偏角度保持在10′～20′，不大于1°。

如果产生偏差，及时纠正。

纠偏逐步进行，坚持“缓纠、慢纠”的原则。

③注浆应和顶进同步进行，其原则是先注浆，后顶进；随顶进，随注浆；以保证管外围泥浆套的形成，充分发挥减阻和支承作用。

在顶进过程中避免长时间的泥浆停注，保证顶进过程中的全部管段充满良好的泥浆套。

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。

④顶进过程中根据顶力变化和偏差情况随时调整顶进速度，速度控制在50mm/min左右。

⑤管道顶进至离工作井内壁前方50cm时卸载，收回油缸，安装顶铁，然后继续顶进。

（3）、安装管节

①当一个顶程结束，收回千斤顶和环型顶铁后，即可在工作井内再下一根管节。

②在管节吊入工作井以前，应首先在地面上进行质量检查，确认合格后，在管前端口安放楔型橡胶圈，并在橡胶圈表面涂抹硅油，减小管节相接时的摩擦力。

以上工作完成后再将管节吊放在工作井内轨道上稳好，使管节插口端对正前管的承口中心，缓缓顶入，直至两个管节端面密贴挤紧衬垫，并检查接口密封胶圈及衬垫是否良好，如发现胶圈损坏，扭转、翻出等问题，应拔出管节重新插入，确认完好后再布置顶铁进行下一顶程。

（4）、膨润土泥浆的压注与置换

顶力控制的关键是最大限度的降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是注入膨润土泥浆。

使之在管外壁与土层之间形成一个完整的环状泥浆润滑套，变原来的干摩擦状态为液体摩擦状态。

这样就可以大大地减少顶进阻力。

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。

触变泥浆的主要成分是膨润土，再加入碱和水配置而成。

触变泥浆配合比为

水：

膨润土=8:

1，为了施工使用时保持流动性，还必须加入缓凝剂和塑化剂。

（5）泥浆的压注方法

根据管道的埋深及地下水位情况，注浆系统的设定压力一般比管道顶部水土压力高5-30Kpa。

为了使触变泥浆套的压力在停注后不能过快降低，在工作井内注浆总管上设置单向阀，不使其回浆。

泥浆的压注采用在顶管机压浆、管节、中继环等处连续补浆的方法。

对掘进机压浆要与顶进同步，以迅速在管道外围空隙形成粘度高、稳定性好的膨润土泥浆套。

从机头后第一节管至管道最后一节管，每隔2m安置一圈压浆管道，每个压浆孔上安装一只1寸球阀，由橡胶软管与压浆总管相连。

压浆总管是一根2寸白铁管，连接压浆泵。

注浆遇到机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理好后方可继续顶进。

总注浆量应不小于管外环形空间体积的2陪，考虑到泥浆的损失，必须经常性的连续补浆，确保泥浆套的完整。

（6）、顶进监控

控制好顶进方向，确保按设计管道轴线顶进是顶管施工中的核心问题，因此本工程的测量按照公司施工测量放样复核管理办法执行。

具体如下：

前期测量

顶管前，先根据领桩点，放出本工程的平面控制点及临时水准点，经三级放线和复核后方可使用。

在工作井设置管道轴线控制桩和临时水准点、工作井护桩，以便复核顶管轴线和工作井位置是否移动。

开顶前，准确测量掘进机中心的轴线和标高偏差，并作好原始记录。

在机具内，要安装倾斜仪传感器，操作者可以随时得到机头的水平状态，控制刀盘的旋