土压平衡顶管施工方案.wps

1 河南省南水北调受水区平顶山供水配套工程河南省南水北调受水区平顶山供水配套工程 10 号号 口门供水工程施工第二标段口门供水工程施工第二标段 焦桐高速顶管工程施工方案焦桐高速顶管工程施工方案 2 北京通成达水务建设有限公司北京通成达水务建设有限公司 平顶山供水配套工程平顶山供水配套工程 1010 号口门供水工程二标项目部号口门供水工程二标项目部 二二o o 一三年十二月一三年十二月 3 目录目录 一、 前言3 二、工程概况3 三、编制依据3 四、工程特点、工程地质概况及水文地质评价4 1、工程特点4 2、工程地质概况4 3、工程水文地质评价4 五、施工布置及平面布置5 1、平面布置原则5 2、临时设施布置5 3、施工组织机构5 六、主要工程量、施工进度计划及工期保证措施6 1、主要工程量6 2、施工进度计划安排6 3、工期保证措施6 七、材料、机械设备进场计划7 八、工程材料的进场计划8 九、劳动力进场计划9 十、主要项目的施工方案9 1、顶管施工工艺选用9 2、机械式（土压平衡）顶管工艺流程10 3、机械式（土压平衡）顶管施工工艺11 4、中继间13 5、工作坑及坑内布置15 6、后座墙16 7、顶进施工16 8、顶管机头接收坑19 十一、地面沉降观测19 十二、顶管施工过程中应注意的问题20 1、管道轴线偏差过大20 2、地面沉降与隆起20 3、顶力突然增大20 4、管道接口渗漏21 5、钢筋混凝土管节裂缝21 6、顶管前端正面土体坍塌21 十三、顶管施工质量控制22 十四、顶管内钢管安装22 十五、自密实砼浇筑23 十六、检查验收23 十七、质量保证措施23 十八、安全保证措施24 十九、文明施工、环保和文物保护措施28 4 1、文明施工措施28 2、环保措施28 3、文物保护措施29 二十、应急预案29 1、应急组织机构29 2、应急物资29 3、安全事故应急措施30 4、现场急救步骤31 5、事故调查、处理方法31 焦桐高速顶管工程施工方案焦桐高速顶管工程施工方案 1、前言前言 南水北调平顶山配套工程 10 号口门供水工程施工第二标段 18+835.355 18+935.355 为焦桐高速穿越高程，我标段投标时根据招标文件、 地质描述等条件 顶进时采用人工掘进法进行顶管施工，但实际中发现：1、施工区域地下水位很 高，顶管顶进区域全部在地下水位内。2、顶管顶进区域内有一层粘土岩（裂浆 石），而且岩层较厚,块径大。3、高速管理部门对路面沉降要求较高，人工掘进 法顶进需全段降水，如果不降水将无法施工，但全段降水高速路基、 路面都将受 到影响。 4、 焦桐高速顶进砼管管径较大（直径3780mm）。 根据以上原因我项目 部为保证施工安全和穿越顶管顺利完成，原穿越焦桐高速顶管施工方案敞开式 人工挖掘顶进法调整为机械式（土压平衡）顶进法进行施工。 5 二、二、工程概况工程概况 10 号口门供水工程施工第二标段：合同编号 pdsj-2012/10/sg-02，位于平 顶山叶县境内，起点为叶邑镇与龙泉乡的分界点、干线桩号 10+105.027 处，终 点为平顶山与漯河市界河干江河西北岸龙泉乡王楼村、 干线桩号 20+950.000 处。 本标段中从桩号 18+835.355 开始至 18+935.355 为穿焦桐高速顶管段（见附 图），顶管长度95m，砼套管 dn3200，内穿钢管dn2600，回填自密实砼。 三三、编制依据、编制依据 1、南水北调平顶山配套工程10号口门供水工程施工第二标段招标文件 2、10号分水口门供水工程施工10-2 标穿越公路工程施工图； 3、 南水北调中线一期北京pccp 管道工程施工质量评定验收标准（nsbd3- 2006）； 4、给排水管道工程施工及验收规范gb50268-2008； 5、顶管施工规程dg/tj08-2049-2008； 6、顶管施工技术及验收规范（试行） 四四、工程特点、工程特点、工程地工程地质概况及水文地质评价质概况及水文地质评价 1、工程特点、工程特点 （1）本工程为地下作业，且开挖较深，要恰当选择工作坑位置，注意安全。 （2）施工工期紧，施工中要做好各工序的交叉作业，严格按照计划组织施 工。 （3）本工程地下掏挖作业，危险性大，且材料均做垂直运输，需加强安全 教育和安全巡视工作。 （4）地下作业对中线控制较难，因此应加强测量工作，顶进时每镐测量一 次，确保全线贯通。 (5) 本工程地下水位高（施工底高程74.51，水位高程78.9m）。 （6）顶管位置（管顶区）有一层松散块状石（厚度约 1.6m），不利于掏 挖施工。 2、工程地、工程地质概况质概况 焦桐高速位于叶县齐庄西南约800m，桩号18+060 左右，交通较便利。 地貌 单元为岗地，地势西高东低，地形起伏较大，冲沟发育。道路附近地面高程 81.8-82.2m，道路地面高程 81.4-81.8m，路面宽约 27m，施工场地开阔。根据地 层时代，岩性及空间发布特性，将建筑物场区地层划分为 3 层，分别为：低 液限粘土（alq41）低液限粘土（alq3）粘土岩（n1l）（见附图）。 6 粘土岩（n1l）:浅棕红色、棕黄色、姜黄色、泥质胶结，成岩差，多呈硬塑 坚硬状。岩芯多呈柱状，多有黑色铁锰质结核及薄膜。裂面光滑，裂面见有灰 黑色铁锰质薄膜及灰绿色泥质团块，含较多钙质团块，粒径一般 5-10cm左右， 最大粒径可达15-25cm，局部富集。岩相变化较大，局部夹杂砂质粘土及粉砂岩 薄层。 重粉质壤土（alq3）：浅棕黄色、姜黄色，可塑-硬塑状，含钙质结核，局 部含量较高，粒径一般 5-10cm，最大可见 30cm，可见黑色铁锰质结核和斑点， 局部粘粒较高，切面光滑。该层厚度一般1.0-5.8m。 3、工程水文地质评价、工程水文地质评价 场区地质结构为土、岩双层结构。建基面主要位于第低液限粘土（alq3） 中，开挖边坡高约 6m，存在临时边坡稳定问题，建议低液粘性土开挖边坡为 1：1-1：1.5，勘察期间场区地下水埋深 1.2-1.3m，水位高程 80.3-80.8m，建基 面位于地下水以下，存在施工降排水问题，建议采取相应的降水措施。 第低液 限粘土（alq3）含少量钙质结构，如采用顶管施工，对施工有一定影响，场区 低液限粘性土为普通土（类）、粘土岩为硬土（类）。场区粘性土属弱透水 性粘土岩属弱-中等透水性。 场区地下水对混凝土中钢筋具弱腐蚀性，对混凝土无腐蚀性，对钢筋具弱 腐蚀性。 场区对混凝土及钢筋混凝土结构具微腐蚀性，对钢结构腐蚀等级为强弱 腐蚀性。 五五、施工布置及平面布置、施工布置及平面布置 1、平面布置原则、平面布置原则 施工总平面布置遵循因地制宜、 利于生产、 方便施工、 交通便利、 有利安全、 经 济可靠、易于管理、满足环保的原则，并注意以下几点： 1）施工场地位置综合考虑地形、 地质条件、 场内外交通、 给水、 供电、 防洪和 排水等因素，尽量选择地形平坦宽阔、靠近施工现场的地方。 2）场地划分和布置（包括生产、 生活和交通运输等）应符合国家有关安全、 防火、卫生环境保护等规定。 3）合理利用地形，合理使用场地，布置要紧凑，尽量减少占地面积和工程 量。 2、临时设施布置、临时设施布置 1）临时设施的布置，能满足主体工程施工工艺要求，避免干扰，避免和减 少料场的重复、住返运输，并为均衡生产创造条件。 2）生产设施要尽量靠近施工作业场所，管理设施应在主体工程的适中位， 以利于施工管理，生产、生活设施应有明显界限。 3）研究合适的防洪、排水标准，其系统布置应能保证施工场地和施工设施 的安全。 7 4）特种材料的存放位置根据有关安全规程的要求布置。 3、施工组织机构、施工组织机构 我项目部负责组织工程施工，并与业主、监理工程师、设计单位密切配合， 协调施工现场管理工作，保质保量按计划工期完成该合同段工程任务。 施工组织 机构如下： 项目经理：李自力 技术负责人：袁建旺 质检员：武洋 材料设备负责人：高晓虎 安全文明负责人：李炳春 技术员：赵万里 资料员：陈立超 六、主要工程量、六、主要工程量、施工进度计划及工期保证措施施工进度计划及工期保证措施 1、主要工程量、主要工程量 焦桐高速公路顶管施工主要工程量：dn2600 钢管铺设 96m，顶进钢筋混 凝土管 95m，自密实混凝土 260m。 2、施工进度计划安排、施工进度计划安排 为确保该工程在承诺的施工期内按时完成，保证工程质量，项目部选派有 丰富施工经验的技术人员。 计划始于2013年 10月 20日，计划开竣工日期2013年 12月30日，共计71 天。 根据总工期要求，结合本工程特点，特制定顶管施工进度计划，计划工期 71 天。根据工程量和每个班组每天大约出土量计算，挖土顶进需 15天，工作坑 开挖与支护需 27 天，设备安装拆除需 5 天，钢管安装需要 15 天，管间自密实 混凝土浇筑需7天，完工清场及验收需2 天。 3、工期保证措施工期保证措施 1）组织施工队伍、设备进场，并做好开工前的准备工作。 2）按形象进度计划要求，合理安排工序施工，组织平行流水交叉作业，协 调好工序之间的衔接。 3）搞好计划管理，保证均衡生产。 根据人员、 设备安排，合理划分施工段， 进行流水作业。 施工过程中，由项目经理加强指挥与协调，定期召开生产调度会 及时解决施工生产中存在的问题。 4）进度计划设专人定期检查和记录，及时发现问题，分析施工进度比计划 超前和滞后的原因，制定补救措施。 5）采用先进施工工艺，先进技术，加快施工进度。处理好质量与进度的关 8 系，开展全面质量管理，提高工程质量，杜绝事故，避免窝工。 6）组织专业队伍进场施工，杜绝不合格工人进场。 七七、材料、材料、机械设备进场计划机械设备进场计划 根据进度计划安排，做好机械设备进场计划，并做好机械设备的保养、 维修 与调试工作，保证施工需求，充分发挥机械设备的效能，以保证总工期目标的 实现。(见下页） 顶管主要施工机械设备表 序号机械设备名称规 格单位数量备注 1土压平衡顶管机3780套1 2电焊机bx-330台4 3注浆泵台2 4灰浆搅拌机台2 5主顶油泵站套1 6千斤顶200t个8 7激光经纬仪台1 8水准仪台1 9吊车130t（80t）台2 10运土车辆1 11空压机台1 13水泵7.5千瓦台4井坑 14顶压装置全套顶铁、 垫座、 滑道 台2掘进 15变压器400kwa台1 顶管施工所需管材表 序号管材种类规 格单位数量备注 1机头管iii 级节1 2普通管iii 级节37 9 八八、工程材料的进场计划、工程材料的进场计划 根据工程施工进度安排，合理调配材料进场数量、 时间，制定严格的采购计 划，做到品种全、 规格对、 数量准，并保证所够材料在 合格供方名录 内。 材料进 入施工现场，材料员必须做好验收工作，填写收料记录，并按规定对材料进行 标识。 机械顶管施工主要物资材料计划表 序 号 品 名规 格单 位 数 量 备注 1顶铁1.5米块1 2后背铁240.5米块1 3护口铁3750200套1 4机头道轨62米套1 5管内道轨6米米120 6洞口止水圈压圈3780块1 7方木根20 8手推车个2 9橡胶止水圈3780套45 10止水圈螺栓m1650套20 11主顶油泵站支座22001000800套1 12帐篷套1 13工字钢100#米60（井坑） 14钢板20mm块2 15碱kg200消耗 16膨润土吨10消耗 17注浆钢管dn326000根30 18高压橡胶管dn3220000根2 19塑料管dn25米30 20三通dn25个30 21弯头dn25个30 22球阀dn25个30 23外丝接头dn25个30 24空油桶（浆）个1 25低压变压器36v台1 26铝塑线米200 27电闸箱套1 28机头闸箱个1 29低压铝线10mm2米200 30电缆线70mm2米200 31电缆线16mm2米200 32电缆线4mm2米200 10 33架子管6000根30 34碘钨灯1000w个10消耗 35钢丝绳164000根4 36水泥吨10消耗 37粉煤灰吨10消耗 38风镐个2 58管间橡胶垫个38消耗 59液压油桶2消耗 九九、劳动力进场计划、劳动力进场计划 拟投入本工程劳动力 40 人，合理安排施工工序，进行流水作业，提高施工 效率，缩短工期。 十、十、主要项目的施工方案主要项目的施工方案 1、顶管施工工艺选用、顶管施工工艺选用 由于本标段顶进距离长（95m），地下水位高，顶管位置（管顶区）有一 层松散块状石（厚度约 1.6m）且坚硬，顶进管径大等因素确定采用机械式（土 压平衡）顶管方法施工。 机械式（土压平衡）顶管施工是市政管道铺设的一项新 技术，无需全线降水（仅工作坑位置降水），利用土压平衡顶管机可进行全断 面切削,保持土压平衡，对周围土体扰动小，施工时无噪音、无环境污染，通过 可编逻辑程序控制器及各类传感器等随时监测施工状况，确定施工参数，使整 个施工过程处于受控状态，从而有效控制顶管顶进轴线、转角偏差及地面沉降。 土压顶进速度快（平均顶进速度 10 米/天），适应的土质广，根据以上原因， 决定采用机械式（土压平衡）进行顶进。 机械式（土压平衡）顶管突出的优点： （1）适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高，以及土层变化范围较 大的条件下，它都适用。 （2）通过可编逻辑程序控制器及各类传感器等随时监测施工状况，确定施 工参数，使整个施工过程处于受控状态，从而有效控制顶管顶进轴线、 转角偏差 及地面沉降，控制精度高。 （3）与其他类型的顶管比较，机械式（土压平衡）施工时的总推力比较小， 尤其在粘土层这种表现得更为突出，所以特别适用于长距离顶管。 （4）工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用机械掏土，输 送弃土，为连续作业，因此进度比较快。 （5）适用于较大管径顶管。 （6）施工设备投入较少，施工方法简单，技术先进，经济合理。 11 2、机械式（土压平衡）机械式（土压平衡）顶管工艺流程顶管工艺流程 施工工艺流程为： 测量引点工作井施工测量放样井下导轨机架、液压系统、止水圈等设 备安装地面辅助设施安装顶管掘进机吊装就位激光经纬仪安装掘进机 出工作坑正常顶进顶管机进接收坑，如下图所示。 3、机械式（土压平衡）机械式（土压平衡）顶管顶管施工工艺 施工工艺 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， 电动机提供能量，转动切削刀盘，通过切削刀盘进入土层。挖掘的土质、石块等 通过转动的切削刀盘输送至手推车，然后运送至地面上。 在挖掘过程中，采用土 压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 面的沉降和隆起的效果。 掘进机完全进入土层以后，吊下第一节顶进管，它被推 到掘进机的尾套处，与掘进头连接管顶进以后，挖掘终止、 液压慢慢收回，另一 节管道又吊入井内，套在第一节管道后方，连接在一起，重新顶进，这个过程 不断重复，直到所有管道被顶入土层完毕，完成一条永久性的地下管道。 掘进机在掘进过程中，采用了激光导向控制系统。 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， 放样、复核 顶管井施工 顶管设备就位 顶管机进洞进洞密封器安装 送土机械开启 机头刀盘运转 弃土出运顶进出土 主顶推进到位 回缩主顶 拆除管内管线 管节安装 安装管内管线 出洞密封器安装顶管机转场顶管机出洞 下道工序 12 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。 操作者可以根据需要开启位于掘进机内置式油缸进行伸缩，为达到纠偏的目 的，调整切削部分头部上下左右高度。 在整个掘进过程中，甚至可以获得控制整 个管道水平、垂直向3cm内的偏离精度。 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至工 地，并安装就位至导轨上，掘进设备还包括，操纵室和遥控台、液压动力站、后 方主顶、 激光定位装置、 减摩剂搅拌注入装置、 、 其他辅助装置包括起重机，发电 机、卡车、电焊机等。 主要设备参数： 1 设备尺寸 外径：3780mm 全长:5500mm 重量：45t 2 切削刀盘 电机功率：100kw 转矩：470kn.m 转速：1.5r/min =3.32 3 纠偏油缸 数量：8个 每个推力：1072kn 纠偏角度：上下1.7, 左右1.2 4 液压站：37kw 顶力：300t4 个 行程：3000mm 测量系统：用nts512 全站仪导向 14 12 11 13 4、顶力计算、最大顶距确定和准备工作 本工程顶管单元长度根据设计图纸的井室位置、 地面运输和开挖工作坑的条 件、 顶管需要的顶力、 后背与管口可能承受的顶力等因素确定单元长度。 本工程土 质参数基本相同，顶力计算时分不同管径取最大管径和最大单元长度进行计算。 1、顶力的计算 最大推力计算，采用经验公式，按最大顶距100米计算： f=f1+f2 上式中：f总推力； f1端阻力； f2侧壁摩阻力； f1=/4d2p=1/43.143.7828.36=93.77t 式中d管外径； p控制土压力； p=koho=0.551.98=8.36 t/m2 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高度，取值 8m 土的重量，取1.9t/m3 f2=dfl=3.143.780.85100=1008.88t 式中：f管外表面综合磨擦阻力，根据地质勘察报告，取值0.82t/m2 d管外径 l顶距 f=f1+f2 =93.77+1008.88=1102.65t （120070%=840t） 计算结果表明，当管道一次顶进 100m 时，总顶力 1102.65t 大于主搞顶力 1200t 的 70%，并且大于工作井后靠最大承载力（一般为 5000kn，既 500t）， 故应采取增加中继间办法减小顶力。 3 3 4 6 6 7 8 9 顶管系统总体布置图 1 顶铁 2油缸架 3油缸 4-测量系统 5后靠背 6导轨 7止水胶板 8管道 9掘进机 10-油泵 11出土车 12吊车 13-管材 10 2 5 1 14 4、中继间中继间 中继间原理:解决长距离顶管的顶力问题主要是考虑如何克服管壁外周的摩 阻力。 当顶进阻力即顶管掘进迎面阻力和管壁周围摩擦阻力之和超过主千斤顶的 容许总顶力或管节容许的极限压力或工作井后靠土极限反推力，无法一次达到 顶进距离要求时，应采用中继接力顶进技术，实行分段使实施每段管道的顶力 降低到允许顶力范围内。 采用中继接力技术时，将管道分为数段，在短与段之 间设置中继间。 中继间将管道分割成前后两个部分，中继油缸工作时，后面的管 段为后座，前面的管段被推向前方。 中继间按先后逐个启动，管道分段顶进由此 达到见效顶力的目的。 采用中继接力技术后，管的顶进长度不在受后座顶力的限 制，只要增加中继间的数量，就可延长顶进的长度。 中继接力技术是长距离顶管 不可缺少的技术措施。 中继间由前壳体、千斤顶及后壳体组成。前壳体与前接管连接，后壳体与后 接管连接，前后壳体间为承插式连接，两者间依靠橡胶止水带密封，防止管道 外水土和浆液倒流入管道内，钢壳体结构进行精加工，保证其在使用过程中不 发生变形。中继间壳体外径与管节外径相同，可减少土体扰动、地面沉降和顶进 阻力。 中继间置数量及安装位置中继间安装的数量及位置应通过顶力计算，中继 间的数量及其在顶进管段轴线上的位置应根据管道与土层的摩擦力计算来决定， 设备的顶力使用应按设备顶力设计的 70%-80%考虑储备力，顶进时，当顶力达 到中继间设计推力的 30%时（1102.65*0.3=330.79t），即需设置中继间，当顶力 达到中继间设计推力的70%时，即需启动中继间，中继间设计总推力f=500t。 （由 10只 50t 小千斤顶组成）。 中继间的构造、组成、拆装 （1）、中继间的构造,中继间主要有壳体（钢板制）与千顶组成，千斤顶分 布固定在壳体上，安装独立的电、 油路系统，壳体（机身）结构强度应符合实际 顶力的要求。 周边千斤顶分布应该下半部间距小，上半部间距大，中继间与前后 管的连接缝不得大于1.0cm。中继间设备拆装要方便。 （2）、中继间的组成,中继间必须具备足够的强度和刚度，良好的水密性， 并且要加工精确，安装方便。 其主体结构由以下几个部分组成： 1、 短冲程千斤 顶组（冲程为15-30cm）规格，性能要求一致； 2、 液压、电器与操作系统； （3）、 壳体和千斤顶固件，止水密封圈； （4）、 承压法兰片； 液压操作系统可按现场环境条件布置在管内分别控制或管外集中控制。 中继 环上壳体应和管道外径相同，并使壳体在管节上的移动有较好的水密性和润滑 性，滑动的一端应与管道特殊管节相接。 中继间的拆除,顶管到达终点后，应立即开始中继间的拆除工作。拆除的空 间由后面顶进设备向前顶进至管口连接。 中继间的拆除工作事先制定拆除方法，安全措施用交底单形式对实施人员 进行指导和教育，保证施工安全，设备完好。 b、 拆除中继间应事先将顶镐、 油路、 油泵、 电器设备等拆除。 拆下的油路与辅 助连接嘴用棉丝搽净封堵，拆除零件要保存好。 c、拆除顺序：先顶侧、再两侧、后底侧。 d、拆除后机器，附件立即返回库房，清洁整理，保持完好。 15 5、工作坑工作坑及及坑坑内布置内布置 1）工作坑设置形式 工作坑设置在公路一侧，开挖成直槽式，采用钢筋砼护壁方法施工。 工作坑 底槽平面尺寸应满足机头尺寸和两节套管的长度，同时在工作坑四周挖 0.30.3m 排水沟，后背做 0.30.3m 的碎石盲沟，并在工作坑内设集水井用于排 出雨季的降水。 2）工作坑的测量放线 首先在工作坑两侧钉基桩，距槽边大于 1.5m，以防塌土埋桩并保护好，然 后测设工作坑中心线，以确保以后顶进时其与管线中心线保持一致。 此外在工作 坑附道设临时水准点。坑内设备安装完毕后，在坑内需设2-4 个临时水准点，以 确保滑板顶面标高与套管底面就位标高一致。 3）工作坑尺寸 根据套管管径大小、管节长度、埋置深度，工作坑尺寸做如下设计： 宽度（w）w=d1+2b+2 长度（l）l=l1+l2+l3+l4+l5 深度（h0）h=1+2+3 d1-管道外径（） 2b+2 -管两侧操作空间及支撑厚度，取 2.5 l1-工具管长度 l2-管节长度 l3-出土工作间长度 l4-千斤顶长度 l5-顶管后背的总长度 1-地面至管道底部外缘的深度 2-管道外缘底部至导轨底面的高度 3-基础及其垫层的厚度 工作井为钢筋砼结构方形井，长9米，宽7m，高度以实际计，壁厚30cm。 工作井井内布置主要是后靠背、 导轨、 主顶油缸、 油泵动力站、 钢制扶梯等。 顶 管基座为钢结构预制构件，顶管基座位置按管道设计轴线准确进行放样，安装 时按照测量放样的基线，吊入井下就位安装固定。 基座上的导轨按照顶管设计轴 线并按实测洞门中心居中放置，并设置支撑加固，保证基座稳定不变形。 6、 后座墙、 后座墙 后座墙是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，有时也称为后座、 后背或者后背墙等。 在施工中，要求后座墙必须保持稳定，一旦后座墙遭到破坏 顶进工程就要停顿。 核算后背受力宽度，应根据需要的总顶力，使土壁单位宽度上受力不大于 土壤的总被动土压力。后背每米宽度上土壤的总被动土压力的计算公式为： p=0.5h2tan2(45+/2+2chtan(45+/2 ) 土壤的重度（kn/m3） h天然土壁后背的高度（m） 土壤的内摩擦角（o） 16 c土壤的粘聚力（kn/m2) 后座墙通过详细验算后：后背厚1m，采用b22 钢筋间距20cm，c30 砼。 后座墙主要有功能是在顶进过程自始至终地承担主顶工作站顶管前进时的 后坐力。 后座墙的最低强度应保证在设计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。 在设计后座墙时 应使其满足如下要求。 （1）、要有充分的强度 在顶管施工中能承受主顶工作站千斤顶的最大反作用力而不至破坏。 （2）、要有足够的刚度 当受到主顶工作站的反作用力时，后座墙材料受压缩而产生变形，卸荷后 要恢复原状。 如压缩回弹量大，会导致大量行程消耗在后座墙压缩变形土，从而 大在降低千斤顶的有效冲程，使顶进效率降低。故后座墙必须具有足够的刚度。 （3）、后座墙表面要平直 后座墙表面应平直，并垂直于顶进管道的轴线，以免产生偏心受压，使顶 力损失和发生质量、安全事故。 （4）、材质要均匀 后座墙材料的材质要均匀一致，以免承受较大的后座力时造成后座墙材料 压缩不匀，出现倾斜现象。 7、顶进施工、顶进施工 1、机头入洞 先将洞口处的墙壁凿除，洞口处，人工向前挖土 500800 mm，再将机头 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 0.1 mpa 时，这时螺旋输送机的土压也上 升到 0.07 mpa 左右。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 度时，可使用刀盘反转调正，顶进 2 米以后在机头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 5080kpa，下第一节混凝土管做反封闭。 2、正常顶进 1） 土仓压力的设定： 按计算表数值设定，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 30%左右，以提高安全系数。 2）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（重量比）： 膨润土泥浆重量配合比 膨润土胶质价膨润土水碱 607010052423 70801005241.52 809010061423 901001006141.52 17 膨润土泥浆的拌和时间一般为 20 至 30 分钟。泥浆制备后，须静置 24 小时 方可使用，使其充分吸水，膨润成胶体，使用比重计测其比重，掌握在 1.15g/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 0.130.22 mpa。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。 注浆减磨要点： (1) 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。 (2) 在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。 (3) 膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建议但都必 须按照规范进行，使用前必须先进行试验。 (4) 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 推进段的桨液形成情况。 (5) 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。 (6) 注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。 (7) 注浆泵选择脉动小的柱塞液压，流量与顶进速度相应配。 (8) 由于顶管线路长，为使全程注浆压力不致相差过大，在中间还将增设 压浆泵以增大压力。 3）顶进测量： 初始顶进每1米测量一次，并做记录。 正常顶进时，每顶进 3 米测量一次，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，若出现偏差通知机手及时调整。 测量人员分别 绘制出管道中心及高程曲线图，随时预测机头的前进趋势。 4）顶进纠偏：不断地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。 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。 5）顶进速度：顶进速度控制在 30 毫米50 毫米/分钟，人洞后的前 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。 6）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。 7）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。 8）下管时，机头在停止顶进的状态下，刀盘转 35 分钟，在停机和同时 螺旋输送机出土的情况下，排土液压门关闭，并断电以保证土压仓土压达到平 18 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。 9）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， 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。 10）使用吊车将机头吊运出坑。 3、 泥浆置换 顶管完成后及时对管道外壁进行充填加固，把原注入的膨润土浆置换掉。 使用的泥浆置换材料为水泥加粉煤灰浆，其配比为水：水泥：粉煤灰=5：1： 3。通过管道内部的压浆孔压注，注浆次数不少于三次，两次间隔时间不大于24 小时。 每二节混凝土管编为一组，分为注浆孔与排浆孔。 将注浆泵清洗干净，吸浆 龙头放入灰浆池内，开启注浆泵，打开第一组注浆孔，当第一组排浆孔冒出灰 浆后，关闭阀门，再打开第二组，以此类推，直到全线完成。 再关闭所有阀门， 保压三十分钟，保压时注浆压力为0.5-1mpa。 泥浆置换完成后，应拆除主通道浆管和管内弧形浆管就地清洗，以免浆液 凝固堵塞。 8、顶管机、顶管机头头接收坑接收坑 （1）顶管机头出洞前洞口土体加固 根据顶管进展情况，为保证掘进机能顺利进入接收井，防止掘进机出洞后 水土沿工具管与井圈之间的建筑空隙涌入接收井内，保证井内接头能顺利施工。 如果发现地质较差，在掘进机到达接收井前，可对洞口土体进行深搅桩或旋喷 桩加固，加固范围洞口前5m 范围内，洞口四周距管道外侧 23m。 （2）顶管机头状态的复核测量 掘进机进入接收井前的复核应测量顶管机所处的方位，是确认顶管状态、 评 估掘进机出洞时状态和拟定施工轴线及施工方案等的重要依据，使掘进机在此 阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的状态、 准确无误地进入接收井内 （3）顶管机头进接收坑 在接收井砖墙封门破坏后掘进机头应迅速、 连续顶进管节，尽快缩短出洞时 间。 掘进机整体进洞后应尽快把机头和混凝土管节分离，并把管节和接收井的接 头按设计要求进行处理，减少水土流失。 十一、地面沉降观测十一、地面沉降观测 在高速路面上，延主线方向设置 3 个沉降观测点（见附图）间距 10m，顶 管顶进轴线外布设2个沉降观测点。 沉降观测有施工监理单位聘请具有专业资质 的第三方单位进行沉降观测，在顶管顶进时每天观测 8次，顶进结束每天观测4 次，持续 2 周，后期地面沉降连续 1 个月，观测数据记录在案，路面沉降按照 相关管理规范要求进行，如发现沉降立即停止施工。 19 十二、顶十二、顶管施工过程中应注意的问题管施工过程中应注意的问题 1、管道轴线偏差过大管道轴线偏差过大 （1） 偏差结果 管道轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接 口渗漏。 （2）预防措施 1） 顶管施工前对管道通过地带的地质情况认真调查，指导纠偏。 纠偏按照 “勤测量、勤纠偏、小量纠”的操作方法进行。 2）采用同种规格的千斤顶，使其顶力、 行程、 顶速相一致，保持顶力合力线 与管道中心线相重合。 3）加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并使后背平整， 以保证顶进设备的安装精度。 4）顶进过程中随时绘制顶进曲线，以利指导顶进纠偏工作。 2、地面沉降与隆起地面沉降与隆起 （1）沉降、隆起结果 顶管施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生地面沉降或隆 起，使管道周围道路交通受到影响，甚至危及到正常使用和安全。 （2）防治措施 1） 严格控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法。 2） 在顶进过程中及时足量地注入符合技术标准的润滑支承介质填充管道 外围环形空隙。施工结束及时用水泥或粉煤灰等置换润滑泥浆。 3） 严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏。 3、顶力突然增大顶力突然增大 （1）增大现象 在顶进过程压力表指针突然增大。 （2）防治措施 1） 按不同地质条件配制适宜的泥浆，并采取同步注浆的方法，并及时足 量的沿线补浆，经常检查膨润土质量，特别是不得含砂 2） 顶进施工前对顶进设备进行认真的检修保养。 3） 停顶时间不能过久，发生故障及时加以排除。 4、管道接口渗漏管道接口渗漏 （1） 渗漏现象 管道接口渗水、漏水。 （2）预防措施 严格执行管节和接口密封材料的验收制度，严禁使用不合格产品。 严格控制管道轴线，必须按“勤纠”、 “小纠”的原则进行，以避免接口不 20 匀而使胶圈减小止水作用。 下管时，要在钢丝绳与管口之间加橡胶垫，保护管口。 采用 f 型插口管材，并选用相匹配的橡胶圈，事先检查橡胶圈的质量，临 下管前抹好润滑剂，安装要正确。 5、钢筋混凝土管节裂缝钢筋混凝土管节裂缝 （1）裂缝现象 管节纵向和环向有明显裂缝，造成管道渗水、漏水。 （2）预防措施 1） 管材进场后要进行质量验收，验收不合格要及时退货。 2） 顶进时严格控制管道轴线偏差，控制顶力在管节允许的承压范围以内。 3） 在管节运输过程中采取管垫等保护措施，并做到吊（支）点正确，轻 装轻卸。 6、顶管前端正面土体坍塌顶管前端正面土体坍塌 （1） 坍塌现象 顶管施工中实际出土量远远大于理论出土量，且地面有明显塌陷。 （2） 预防措施 顶进施工中采取短开挖、 勤顶进的方法，并随时注意到土质的变化情况，向 土仓内加泥浆，使出土量与顶进量基本一致，保持土仓压力平衡。 十三、十三、顶管施工质量控制顶管施工质量控制 （1）顶管工程开始前，提交完整的施工组织设计，描述依照规范所必须的 测量标志，包括要用到的顶管设备的类型、 详细尺寸、 施工原理、 技术措施，包括 泥浆及废弃物的处理等。 （2）采用的管道和管道接缝符合常规的管道和接缝标准，包括制作材料、 误 差、最小长度等等。 （3）在管道顶进施工之前，首先要确定管道在垂直和水平方向上与设计轨 迹的允许偏差，在这一最大偏差的限制下，所铺设的管道满足如下两方面的要 求： 1）符合管道的既定功能要求； 2）产生偏差的范围内不能损坏到其他的建筑和设备。 （4）一般情况下，顶管施工的允许偏差满足表24.3-1 中列出的具体要求。 （5）顶进施工结束后，顶进管道满足如下要求： 1）顶进管道不偏移，管节不错口，管道坡度符合要求。 2）管道接口套环对正管缝与管端外周，管端垫板粘接牢固、不脱落。 3）管道接头密封良好，橡胶密封圈安放位置正确。需要时按要求进行管道 管道密封检验； 4）管节无裂纹、不渗水，管道内部没有泥土、建筑垃圾等杂物。 21 5）顶管结束后，管节接口的内侧间隙按设计规定处理；设计无规定时，采 用石棉水泥、弹性密封膏或水泥砂浆密封，填塞物应抹平，避免突入管内。 6）钢筋混凝土管道的接口应填料饱满、密实，且与管节接口内侧表面齐平， 接口套环对正管缝、贴紧，不脱落。 （6）在顶进施工的区域，应考虑土体和地下水条件以及顶管施工工艺，保证 地层的沉降不大于允许的沉降值。 （7）顶进结束后，对泥浆套的浆液进行置换。置换浆液采用水泥砂浆掺合适 量的粉煤灰。待压浆体凝结后（一般在 24 小时以上）拆除注浆管路，并换上闷 盖将注浆孔封堵。 十四、顶管内钢管安装十四、顶管内钢管安装 顶管施工完成后，拆除工作坑的顶进设备、 辅助设备及机电设备，并用挖掘 机将顶管的进出口按设计断面开挖出一段管沟，以使套管内的管道安装有足够 的操作距离。 钢管焊接采用单面焊双面成型技术进行焊接，管内接口做防腐砂浆，外部 接口由于没有工作面，靠自密砼起到防腐作用。 顶管段出口端的管沟内安装一台 65t 卷扬机，用卷扬机将下入管沟的首根 钢管拉入套管内，钢管末端露出砼套管约 1 ，然后下第二根钢管，与第一根 钢管对口完成后，挖工作坑进行焊接和防腐作业，验收合格后再用卷扬机将连 接好的钢管拉入套管内，钢管外露仍在 1 左右，下第三根钢管进行焊接防腐 作业，如此循环，将顶管段的输水钢管安装 50m，同样的方法，在出口端用卷 扬机将另外 50m 管道安装完成，套管与钢管之间的间隙按设计要求进行回填自 密砼施工。 为防止钢管在拉入砼套管内由于摩擦损坏钢管的外防腐，并减小拉入 时的阻力，采取以下方法：在顶管与套管（钢管）之间设置滑轮，减少摩擦系 数。 十五十五、自密实砼浇筑、自密实砼浇筑 在完成钢管安装之后进行砼浇筑，为防止砼浇筑照成钢管漂浮，应分 5 次 浇筑自密性砼，第一次自密性砼浇筑 30cm 高，待砼初凝后在浇筑第二次砼， 第二次浇筑50cm高，方法同第一次砼，依次类推。 浇筑砼时两端用砖砌模板封堵，使用泵送砼施工方法，将砼送入洞中。 十六、十六、检查验收检查验收 1、管内清洁，管节无破损 2、顶管段验收主要包括管道轴线、管间错口，允许偏差如下： 项目允许偏差（） 轴线位置50 22 管内底高程+30，-40 相邻管间错口15%壁厚且不大于 20 3 钢筋混凝土管的接口应填料饱满密实，且与管节接口内侧表面齐平。 4 顶管时地面沉降或隆起允许量应符合施工设计的规定。 5 做好施工资料管理工作，及时填写原始记录和隐蔽工程记录（含照片）， 及时完成竣工资料。 十七、十七、质量保证措施质量保证措施 1、技术准备 顶管前，项目部向作业班组进行详细的技术交底工作，每道工序开工和员 工上岗前进行简短的质量要求和技术交底，由各专业工程人员负责实施，使每 个员工上岗前做到人人心中有数，以确保工程质量。 认真分析地质资料，摸清施工沿线的地下管线的详细情况，并制定详细的 技术措施。 认真做好施工计划，保证施工作业连续均衡、 紧凑，从而有效可靠地控制质 量，保证工程质量。 作好地质勘察及资料整理工作，认真编制好施工方案和通过不同土层的技 术措施及纠偏措施，确保管道的顺利顶进。 2、测量控制 引入测量轴线及水准点，将地面的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个 点），作为顶管中心的测量基线。 将地面上的临时水准点引入工作井底不易碰撞 的地方，作为顶管高程测量的临时水准点。 此外应在路面上，延主线方向设置沉 降观测点，如发现沉降立即停止施工。 严格控制顶管的高程和轴线，应遵循“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则， 确保管道顶进施工，接口对正，高程轴线符合规范要求。 3、纠偏措施 顶进施工中，测量发现偏离中心轴线 5mm时应进行纠偏，每次纠偏角度要 小，控制顶管前进方向和姿态，纠偏时开挖面土体应保持稳定， 千斤顶校正法：利用小千斤顶的顶力使管位得到校正。 加强操作控制，使顶管均匀平稳，受力均匀，尽可能减少顶进过程中的倾 斜、偏移、扭转，防止管壁出现裂缝、变形。 顶进过程中，应严格控制顶力在允许的范围内，并留有足够的安全系数。 顶管控制在质量标准范围以内，如果在顶进过程中，发现方向失控，应该 立即停止顶进，逐级上报，经研究同意后，方可以继续顶进。 十十八八、安全保证措施 、安全保证措施 1、安全组织措施 （1）健全安全生产检查机构 项目经理部专门成立安全生产领导小组，项目经理任组长，专职安全员为 23 副组长，各班组组长为成员。 专职安全员负责安全生产的监督检查，施工安全生 产交底以及安全生产教育等，发现隐患及时处理，使施工现场处于安全生产状 态。 项目部部根据“管生产必须管安全”，“安全生产，人人有责”的原则， 建立健全岗位责任制，明确各级领导，各职能部门及人员在施工生产活动中所 负的安全责任，层层签订责任书并定期进行考核、评定、奖惩。 顶管工程安全组织机构图 （3）员工自觉遵守安全生产规章制度，不进行违章作业，并且要随时制止他 人的违章作业，积极参加各种质量安全教育活动，主动提出改进质量安全工作 意见，爱护和正确使用机械设备、工具和个人防护用品。 （4）安全教育：了解本报班组作业特点；学习安全操作规程制度和正确使用 安全防护装置（设施）及个人劳动防护用品知识；确保作业环境及使用机具的 安全。 （5）专职安全员安全责任 1）真贯彻上级有关安全技术劳动保护法规，认真执行本企业制定的各项安 全技术措施。 2）做好安全生产的宣传教育和管理工作，总结交流推广先进经验，协助项 目经理搞好现场安全工作。 3）深入现场，检查各项安全设施落实情况，掌握安全生产情况，发现隐患， 采取紧急防护措施，遇有险情，有权暂停生产，并及时上报。 4）定期参与安全检查，做好检查记录。 5）参与安全防护设施和设备的检查和验收工作。 6）参加审查施工方案和编制安全技术措施计划，并对贯彻执行情况，进行 督促检查。 7）与有关部门共同做好新工人、特殊工种工人的安全技术训练。 8）进行工伤事故的统分析和报告，参与工伤事故的调查和处理。 （6）特种作业人员包括机械工、 电工、 电焊工、 架子工、 信号工等必须进行 专业培训，按规定到有关主管部门经考试合格后，持证上岗。 操作证必须按期复 24 审，方能继续从事特种作业。 特种作业必须严格执行各种安全技术操作规程，确 保安全施工。 2、交通安全措施 （1）在本次顶管施工中，因不断行车道，所以要充分做好交通标识牌。 （2）在顶管作业前，要和交通路政部门协调好，落实交通标识标牌的安放 位置。 （3）在顶管穿越焦桐高速路基前 1 天，距施工作业 500m 处设限速标志牌， 顶管处在行车道标线上放置反光安全墩，实行通车限速 60km/h，委托公路路政 部门进行实施。 3、安全用电措施 （1）本工程用电采用自发电，由一台50千瓦和一台60 千瓦发电机组发电。 （2）施工现场用电安装严格实行三相五线制，按规定工作零线和保护零线 用不同颜色分开，不符合要求严禁使用。 （3）施工现场配电系统严格实行三级供电逐级漏电保护，漏电保护器定期 进行检测。 （4）施工现场的用电设备必须实行“一机、 一闸、 一漏、 一箱”制，即每台 用电设备必须有自己专用的开关箱，专用开关箱内必须设置独立的隔离开关和 漏电保护器