卧虎山路快速化改造工程顶管专项施工方案.docVIP

SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 卧虎山路快速化改造工程四标段卧虎山路快速化改造工程四标段 顶管施工专项施工方案顶管施工专项施工方案 SJ 编制 复核 审核 日期 太原市盛玖市政工程建设有限公司 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 1 目目 录录 第一章 编制依据及原则1 第一节 编制依据 1 第二节 编制原则 2 第二章 工程概况4 第一节 工程简介 4 第二节 地质条件 4 第三节 实施目标5 第三章 施工总体部署7 第一节 临时设施安排及施工准备 7 第二节 设备、人员、材料安排 8 第三节 施工组织机构及施工队伍安排 8 第四节 施工准备工作计划 .11 第四章 工程施工方案与工艺.17 第一节 工作井（沉井）施工 17 第二节 顶离计算 .24 第三节 施工工艺流程 .25 第四节 施工准备工作 .29 第五节 泥水系统、水压控制、注浆量的计算 29 第六节 操作控制系统 .32 第七节 进出洞口的措施 .32 第八节 项管施工过程中应注意的问题 .35 第九节 顶管施工测量和方向控制 36 第五章 质量标准与控制.38 第一节 质量标准 .38 第二节 顶管施工质量要求 38 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 2 第三节 质量保证的技术措施 .38 第六章 安全生产与文明施工.39 第一节 安全管理目标 .39 第二节 现场安全管理措施 .39 第三节 文明施工及治安消防 .42 第七章 顶管顶进中的应急救援预案45 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 1 第一章第一章 编制依据及原则编制依据及原则 第一节第一节 编制依据编制依据 一、卧虎山路快速化改造工程第四标段地质勘察报告； 二、国家现行的施工技术规范、验收标准及质量、安全技术规程 1、建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）； 2、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）； 3、建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）； 4、给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程（CECS137：2002）； 5、建筑基坑支护技术规范（JGJl20-99）； 6、建筑抗震设计规范（GB050011-2001）； 7、建筑结构荷载规范（GB50009-2001）； 8、地下工程防水技术规范（GB50108-2001）； 9、给水排水管道工程施工及验收规范（GB502682008）； 10、混凝土结构工程施工质量验收规范（GB502042002）； 11、给水排水工程顶管技术规程 （CECS246:2008）. 三、工程应用的主要法律、法规 1.中华人民共和国合同法 2.中华人民共和国建筑法 3.中华人民共和国环境保护法 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 2 4.中华人民共和国安全生产法 5.建筑工程质量管理条例 6.建筑工程安全生产管理条例 7.城市市容和环境卫生管理条例 8.建设项目环境保护管理办法 9.危险性较大的分部分项工程安全管理办法 四、我单位类似工程的实践和已有的装备。 第二节第二节 编制原则编制原则 一、严格遵守明确的设计规范、施工技术规范和质量评定验收标准。实事 求是，施工方案可行、适用、经济。坚持在实事求是的基础上力求技术先进、 科学合理、经济适用的原则。 二、始至终对施工现场实施全员、全过程、全范围严密监控，坚持动静结 合、科学管理的原则。 三、推行全面质量管理，执行质量管理标准和程序。 四、采用项目法组织施工，推行标准化管理，达到安全、文明、高效。 五、实行项目法管理，通过对劳务、设备、材料、资金、技术、施工方案 和信息优化处置，实现安全、质量、工期、成本及社会信誉的预期目标。坚持 技术创新，推广和应用“四新” 成果。 六、组织专业队伍上场，装备足够的优良机械设备进行专业化施工，保证 在规定的工期内完成施工任务并力争提前。 七、遵守环境保护法并切实按有关要求和规定来组织实施。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 3 八、在仔细考察工程实地，认真研究招标文件和有关规定的基础上，针对 本合同工程的特点、施工条件，并结合现场实际、上场的机械装备、人员条件， 科学合理地组织施工。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 4 第二章第二章 工程概况工程概况 第一节第一节 工程简介工程简介 本项目为卧虎山路快速化改造工程四标段，设计范围北起小返南街南侧 （桩号 K5+600），南至太钢干校街（桩号 K8+380），道路全长 2780 米；道路 标准段实施宽度 56.5 米。 本标段顶管段落如下： 雨水、污水管下穿长沟铁路专用线顶管施工段： Y6d-9Y6d-16,d=1500mm,L=283.41,2 工作井 3 接收井； Y6d-21Y6d-22,d=1500mm,L=43.34,1 工作井 1 接收井； Y6d-24Y6d-25,d=2000mm,L=42.42,1 工作井 1 接收井； W2d-7W2d-8,d=1000mm,L=42.42,1 工作井 1 接收井； W2d-9W2d-11,d=1000mm,L=45.27,1 工作井 1 接收井； 雨水、污水管在长沟街附近管道埋深大于 6 米时，采用顶管施工段： Y7d-10Y7d-4,d=2200mm,L=227.93,2 工作井 1 接收井； Y7x-26Y7x-5,d=1000mm,L=206.74,1 工作井 1 接收井； 第二节第二节 地质条件地质条件 一、场地岩土层划分及其工程特征 参照岩土勘察报告可知地层如下： 层，填土（）:该层土在该区段分布较薄，以粉土为主，局部混较 ml Q2 4 多的砖块、灰渣、碎石等建筑垃圾。褐黄色，含云母、煤屑、植物根等。稍湿、 稍密、高压缩性。摇震反应强烈，无光泽，干强度低，韧性低。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 5 层，湿陷性粉土（）:黄褐色。含云母、煤屑、菌丝、大量的钙质结 leol Q4 核等，局部变相为粉质粘土。稍湿、稍密、高压缩性，湿陷性程度为中等。无 光泽，干强度低，韧性低。该层天然含水量平均值为 11.5%，天然孔隙比平均 值为 1.007，标准贯入试验修正锤击数平均值为 11.8 击,修正锤击数平均值为 10.4 击。 层，粉土（）:黄褐色。含云母、菌丝、少量的钙质结核等，稍湿 leol Q4 湿、中密。中等偏高压缩性。摇震反应中等，无光泽，干强度低，韧性低，该 层天然含水量平均值为 11.1%，天然孔隙比平均值为 0.653（上述指标为钻孔指 标）。 本次勘察层未揭露。 第三节第三节 实施目标实施目标 一、质量目标： 本工程的质量目标定为合格等级标准，各分项工程严格按设计图纸和施工 规范优质高速地组织施工。 二、工期目标： 按照建设方的统一部署安排，项目部将精心组织人员，准备设备和材料， 确定施工工艺。 三、安全目标： 完善安全措施，提高安全意识，杜绝重伤和重死亡事故发生，月工伤频率 控制在 0.3以下。 四、文明施工目标： 划分职责，严格按施工平面图进行管理，设专人打扫现场和周围道路清洁， 做到物流有序，施工顺畅，文明施工。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 6 五、服务目标： 服务周到，甲方满意，信守合同，认真协调与有关各方面的关系，接受并 积极配合甲方和监理对工程质量、工程进度、计划协调、现场管理的控制与监 督。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 7 第三章第三章 施工总体部署施工总体部署 第一节第一节 临时设施安排及施工准备临时设施安排及施工准备 一、临时驻地 组织先遣人员，调配部分机械进入施工现场工作。同时经理部要密切与建 设单位、设计单位、监理单位关系，作好施工准备；并积极地与地方政府及有 关部门取得联系，征得支持和协助组织。施工管理和技术人员，对整个合同段 进一步现场调查，结合工程任务划分，安排队伍驻地，认真调查水电及料源情 况、协助和进行进场道路的设计、施工等。 二、技术准备 根据现场监理工程师和设计代表提供的工程定线资料和现场测量标志资料， 认真搞好交接桩工作，组织测量人员对合同段内线路中线及高程进行贯通和闭 合测量，并向相邻合同段延伸复测，资料整理后报请监理工程师确认，同时放 出用地界限，并对主要构造物具体位置进行放桩，设置控制桩点及临时水准点。 三、临时设施 （一）供电 现场在临近村庄引入电源，将电源接通到施工现场附近，保证现场施工用 电。 （二）通信设备 由甲方将与当地政府和电信部门取得联系，并取得批准，在项目经理部并 配备 4 台对讲机。 （三）排污及垃圾处理 为达到保护环境、防止污染的目的，施工现场设置临时排污沟渠，设置泥 浆池，对施工中产生的污水作集中处理，并对生活及生产垃圾集中堆放，外运 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 8 处理，最大限度地保证施工区域自然环境不被破坏。 （四）临时用地 施工临时用地尽量利用公路征地界内土地。取、弃土场地在设计文件要求， 并与地方政府做详细的协商后，在少占地、少破坏、尽量保护当地自然环境和 生态平衡的原则下选定具体地点；其它施工场地、办公及生活用地、仓库与料 场、用地等就地租用。 第二节第二节 设备、人员、材料安排设备、人员、材料安排 一、设备、人员、材料 施工准备过程中，设备、人员、材料依照“先进、足量、精干、合格”的 原则，并根据投标时的承诺，快速、安全运抵现场。施工设备和材料指定厂家 或料场，由汽车送至现场。 第三节第三节 施工组织机构及施工队伍安排施工组织机构及施工队伍安排 顶管工程专业化施工程度高，需要有一个精干、高效的施工管理体系，组 织指挥工程的施工生产。我项目部将组建项目管理部，对该工程实施严格、科 学、有效地施工管理。并按甲方的部署，在监理公司的管理及政府质量监督部 门的监督下，充分发挥施工职能，协调管理好施工现场，全面认真地履行施工 合同，优质、高速、低耗。结合我公司质量方针本着“安全第一，质量为主” 的思想，确保合格，力争优质工程。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 9 本项目经理部采用老、中、青相结合的方式，把老同志的丰富经验、中年 同志的稳重干练、年轻同志的开拓进取精神有机结合，形成强有力的项目班子。 其项目部主要人员均来自施工生产管理第一线的骨干力量，年富力强、精力充 沛，而且个人素质高，专业技术水平强。其项目组织结构见附图 （一）项目部管理工作（一）项目部管理工作 着重做好下列几方面的综合管理工作： 1、统一编制施工组织设计和各分部、分项工程的施工方案，将各专业工程 置于整个工程的整体作战方案中，便于统一指挥和协调监督。 专业项目负责人 工 程 技 术 部 计 划 合 同 部 物 资 机 电 部 质 量 安 全 部 试 验 室 工 程 技 术 组 砌 筑 施 工 顶 管 施 工 组 安 装 施 组 材 料 采 购 组 测 量 组 文 明 安 全 施 工 组 顶管工程项目经理部质量机构图顶管工程项目经理部质量机构图 专业施工组织机构框图专业施工组织机构框图 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 10 2、统一现场平面管理：由项目经理部对现场总平面布置做统一规划、安排 和管理，使现场的施工秩序井然有序。 3、统一施工现场的施工调度：总包严格按合同规定的进度时间、人员、材 料设备的进场情况，进行施工场地的分配、施工的开展、工序接头、交叉作业、 安全防护、成品保护及水电、路、临设等施工现场资源的配置和供用，并实施 动态管理，保证各专业的有序施工。 5、统一工程质量保证体系：严格按质量标准体系运作，确保工程符合国家 的技术规范和要求。本工程建立以项目总工程师负责的施工技术质量责任制， 加强技术质量管理，提高工程技术含量，确保工程质量。 6、统一现场施工标准，建立安全生产保证体系，确保无重大伤亡事故发生， 使整个工地成为标准化文明施工现场。 进入现场使用的成品、半成品、材料等，按规定在使用前进行检测，主动 递交检测结果报告。严格执行“上道工序不合格，下道工序不施工”的准则， 使监理工程师能顺利开展工作。对可能出现的工作意见不一的情况，遵循“先 执行监理工程师的指导后予以磋商统一”的原则，在现场质量管理工作中，维 护好监理工程师的权威性。 按总进度计划制定的各阶段时间控制，组织协调工作会议，检查相应阶段 实施的情况，制订、修正、调整实施要求。由我公司的项目经理部经理负责主 持施工协调会，每周一进行。会同甲方现场代表定期（半月）或不定期地组织 对工程节点、工程质量、现场标准化、安全生产、计量状况、工程技术资料、 原材料等检查。 项目经理部以月为单位，提出工程简报，向建设单位和各有关单位反映、 通报工程进展状况及需要解决的问题，使有关各方了解工程的进行情况，及时 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 11 解决施工中出现的问题。根据工程进展，我们还将不定期地召开各种协调会， 协助甲方协调与社会各业务部门的关系以确保工程进度。 第四节第四节 施工准备工作计划施工准备工作计划 由于本工程施工工期较紧和工程量较大的特点，采用全线开工局部流水作 业的施工方法。施工准备安排计划如下表： 序号工作内容1d2d3d4d5d6d7d8d 1人员调遣进场 2场地平整清理 3施工水电 4临时设施建设 5施工技术交底 6机械设备进场 7临时排水设施 一、技术准备 我公司将立即组织人员进场边筹建边进行施工前期的各项技术准备工作。 在项目经理的组织下，各部门及时主动与甲方、设计院、监理公司、安全质量 检查监督站等单位取得联系。同时由项目总工程师组织工程部、安质部、计划 部、试验室、测量组进行图纸会审、测量复核、施工组织设计编制等工作，开 工前建立健全工程洽商通道及变更设计通知和原材料的试验及检验工作和做好 向监理工程师的材料报验、资料报审工作。施工前期的各项技术准备工作流程 如下： SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 12 技术准备工作框图技术准备工作框图 1、 图纸会审 在获得施工图纸及相关施工文件后，及时组织工程部人员进行图纸会审。 主要审核构筑物类别及其技术、经济、环境条件；结构类型和结构形式；平面 位置、高程、结构尺寸；使用材料及设备的品名、规格、质量标准；工程地质、 水文、气象条件、施工工法、施工程序和施工措施及工程质量等，从而达到了 解设计意图，领会设计精神，掌握设计的技术标准，主要的技术条件和设计原 则，以及新材料、新工艺的运用。对设计图纸中的漏、缺、差、错等事通过工 项目经理部筹建机构人员组织 工程部计划合同部机电物资部办公室 图 纸 会 审 工 程 洽 商 建 立 材 料 控 制 网 原 材 料 试 验 检 验 安 全 质 量 计 划 协助 征地 拆迁 及场 地布 置 机 械 设 备 的 购 买 物 资 调 拨 及 供 应 进度 材料 计划 合同 编制 实施性施工组织设计编制 技术交底和施工组织设计交底 开 工 报 告 准 备 开 工 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 13 程洽商渠道及时与设计人取得联系，完善设计文件，使设计更加符合施工现场 的实际，确保施工安全、工程质量和按期完成工程任务。 2、控制测量导线网的建立 接桩后，及时组织人员进行现场踏勘，根据线路的大致走向，在设计提供 的控制桩基础上，按需要加密布桩，测量复核加密导线网的精度及复核设计提 供的导线精度是否能满足设计文件及施工规范地要求，避免出现大及重大的测 量事故。根据复测的结果，对线路中心线进行布桩测量，查看在平面及纵断面 上是否与设计文件相符合，并在监理工程师旁站的情况下对开工有影响的原地 面进行测绘，做好原始资料备查。 3、材料试验及检验 在熟悉和了解设计图纸的基础上，根据材料进场情况，及时对原材料进行 材料试验和检验。所有材料的取样及送样工作都必须是有监理工程师在场（对 外送检的材料必须密封于送样箱内送检），只有检测合格的材料才准使用于本 工程中，对检验不合格的材料坚决予以退货等处理。 4、机电设备、物资进场计划 根据本项目的施工工法、施工程序和进度，详细编制本项目需用的机械设 备、物质材料的进场计划，以保证分项工程开工前所有的机械设备全部到场。 5、进度计划编制 在熟读设计文件并了解设计意图的基础上，根据详细的工程地质情况、工 程环境、征地拆迁的进度情况和工程总工期的要求，编制详细的、操作性强的 旬日施工进度作业计划，要求计划进度指标能最大满足施工生产的实际，同时 编制计划时又必须满足工期提前预留不可预见而影响工期的时间的要求，制定 相应的工期保障措施，确保工程工期目标的实现。建立安全、质量、工期保证 制度。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 14 根据工程特点，甲方要求及本公司对该项目的目标责任，分别建立健全安 全、质量、工期保证制度，争取做到“技术先进、工期提前、质量领先、安全 达标”，争创安全、质量样板标准工地。 6、编制实施性施工组织设计文件，搞好技术交底工作 在图纸会审工作完成并熟悉和消化设计文件、详细踏勘施工现场、详细讲 座施工方法和施工程序的基础上，结合甲方的要求和本公司的创优目标，编制 实施性施工组织设计度报监理审批。同时做好设计、施工“三交底”和施工组 织设计交底工作，详细向参加施工的人员介绍本工程的工程概况、工程规模、 工程工期、结构类型、施工方法、施工工艺、操作要求、施工重难点和安全防 护、质量目标等，使参战员工心中有数，能预见性指导施工，避免出现安全质 量事故。 二、现场施工准备 进场后，我方组织办公室等人员进行现场详细勘察，积极协助甲方搞好征 地拆迁工作，主动和当地取得联系，搞好电源接驳、临时设施场地的租借、本 工程所用机械设备使用、地方道路使用等手续，同时与当地派出所、治安联防 队取得联系，共同搞好工地的安全和保卫工作，为及早开工创造条件。 1 与各单位部门的协调 甲方办好开工、夜间施工、余泥、散体物料运输及排放、租地、对外协调 工作等事宜，联系好弃土地点，加强与各主办单位的联系，为工程的顺利进行 创造有利的条件。 2 场地平整规划 考察本项目所处的地理位置和周边环境，进场后对临设位置分别进行场地 平整规划。所有的临时设施建设均充分考虑需现场环境，充分利用既有道路和 交通设施，做到临设布置既方便施工的现场管理，又不影响施工生产。 3 临时便道修筑 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 15 本工程由于位于原有道路上施工，且工程采用顶管法进行施工，因而不需 设置施工便道，可利用原有道路作为施工车辆进出现场。 4 布设水电管路、接通水电 施工用电，由我司向当地单位进行借电，并沿线布置供电线路、连通各施 工点。同时甲方在施工现场自己配备 1 台 150 千瓦的发电机组，如遇突然停电 或用电高峰时，我将自行发电补充。 施工用水，由我司向当地单位进行借水，并沿线布置供水线路、连通各施 工点和施工营地。另在施工营地设置排水边沟，将生活污水排入污水沉淀池。 5 修建排水设施 由甲方施工设立临时污水沉淀池，并将排污系统的位置图纸上报监理工程 师，同时征得当地环保部门的同意。 把施工和生活产生的污水排入污水沉淀池，经沉淀后就近排入环保部门允 许排放的其他地方，严禁随处排放污水。 临水施工点修筑截水边沟，防止施工污水污染道路。 6 设置保安及消防设施 在施工出入口和材料堆放场、加工场设置值班室，配备值班人员 24 小时值 班，以防外来人员及车辆进入施工现场及做好防盗防火工作。 配备足够的消防灭火器材，并在施工沿线每 50m 设置一个消防器材存放点， 确保整个工程施工的防火安全。 修建消防用水储备水池，确保消防用水。 7 现场通讯 施工现场则主要通过对讲机并辅以手机进行协调、指挥和调度，对讲机 4 台，确保施工期通讯畅顺。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 16 8 在施工临近联系一个卫生室，聘请一位合格的医务工作人员，负责现场 的人员急救工作，卫生室需配置一定的医疗设备，并储备足够的药品。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 17 沉井施工现场清理 测量放样，确定井位 基坑施工 第一、二节沉井制作，第二次井点降水施工 砂垫层和素混凝土垫层施工 第二次下沉 第三、四节沉井制作、第三次井点降水 第一次下沉 底板浇筑 沉井干封底 第四章第四章 工程施工方案与工艺工程施工方案与工艺 卧虎山路快速化改造工程第四标段顶管工程，从经济、安全考虑宜采用泥 水平衡式顶管的施工方法进行施工。 第一节第一节 工作井（沉井）施工工作井（沉井）施工 1.1 施工方法 根据设计图纸的要求以及施工现场的地质情况和周围环境条件，确定沉井 采取分节制作、分次下沉和排水挖干、干封底的施工方案。 沉井施工流程图： SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 18 1. 矩形沉井工作井受力性状分析 1.1 工作井的受力性状分析 在顶管施工前，沉井井壁与土体之间的土压力介于静止土压力与主动土压 力之间。由于沉井结构刚度较大，可假定为静止土压力。在受到顶力作用后， 可忽略钢制的后靠背，假设主顶油缸的推力通过后座墙均匀地作用在工作井后 的土体上1。由于矩形沉井刚度较大、整体性强，破坏主要是由后座井壁后部 土体的土压力超过被动土压力引起的。 当顶力较小时，顶力首先由作用于井壁的静止土压力平衡。随着顶力的增 大，顶力一部分由后背土体承担，一部分由井侧壁摩阻力和井底摩阻力承担。 当井侧壁摩阻力和井底摩阻力小于静摩阻力时，不产生井位移。由于后座井壁 的刚度不是无限大，在顶力作用下要产生变形，且与其后部土体的变形保持协 调。后部土体要达到被动土压力需较大位移，砂土约为 0.005H，黏性土约为 0.1H(h 为挡墙高度)2。在软土地区，如果后座井壁后部土体较软、没有加固， 要达到被动土压力所需的位移光靠后座井壁变形显然不够，因此在土体达到破 坏之前必定会产生井位移。 当顶力克服了井侧壁和井底的静摩阻力时，沉井开始产生井位移。井壁和 井底变为滑动摩擦，摩阻力为定值，多余的顶力由后座井壁后部土体承担。井 位移产生的前提条件是工作井的结构要牢固，后座井壁与井侧壁、井底的连接 处不断裂。随着井位移变大，由于达到主动土压力所需的位移较小，前壁土体 首先达到主动土压力。后背土体位移等于井位移加上后座井壁的变形，当达到 某一值时，最大土抗力达到被动土压力，此时工作井达到临界状态。顶力再增 大，则后座井壁后部土体发生破坏，沉井发生倾覆。 矩形沉井的受力分析如图 1 所示。图中 L 为沉井长度，B 为沉井宽度。沉 井受到的作用力有：顶力 F、后座井壁后部土抗力 FP、井侧壁摩阻力 f 侧壁、 井底摩阻力 f 底和前壁主动土压力 Fa。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 19 1.2 后背土抗力分布形式探讨 对于顶管施工中后背竖向土抗力分布形式，现有的 4 种分布形式，见图 2。主要可以分为两类：一是按挡土墙朗肯被动土压力理论计算，土抗力呈线性 分布，如图 2 a)、2 c)、2 d)所示；二是借鉴弹性地基梁法，竖向土抗力简化 为三部分，如图 2 b)所示，最大反力出现在后座墙后面的土体范围内。这两种 方法都有不足之处：对于第一类方法，由于一般矩形沉井的长宽比较小，通常 在 2-3 之间，只有当挡土墙长宽比大于 4 时，朗肯理论才能较为准确地反映实 际的土压力情况3；对于第二类方法，忽略了井底以下的土体对后座井壁底部 的阻挡作用，井底部分的土抗力不可能为三角形分布，井壁最底部的土抗力也 不为零。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 20 在实际施工中，由于顶力较大及后座井壁刚度有限，后座井壁要产生弹性 变形，因此后背竖向土抗力可以采用考虑位移的土压力计算方法计算。假设后 座井壁的变形曲线为抛物线，则在顶力中心线处位移最大。计算结果表明，沉 井后背竖向土抗力分布形式接近于梯形分布，折点约位于沉井内底处。 为简化计算，假定后背竖向土抗力分布为梯形，如图 3 所示。图中 h1 为地 面到后座墙顶部的距离；h2 为后座墙高度；h3 为井内底到刃脚底的距离；H 为 沉井的总高度。土抗力应小于等于被动土压力，如大于被动土压力，则土体破 坏。 2 矩形沉井土抗力计算公式 一般来说，沙土采用水土压力分算，黏性土采用水土压力合算。矩形沉井 受静水压力作用，文献1、4、5、6、7、8的方法都只考虑后背土体受力，只 能采用水土分算，且不考虑水压力作用；如采用水土合算，则前壁的水压力无 法抵消。文献9，10采用水土分算，且不考虑地下水压力。本文方法考虑了整 个矩形沉井受力，对于黏性土可以采用水土合算。 2.1 横向中心顶位 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 21 为便于计算，设地表和井顶同高。当采用横向中心顶进时，后座井壁后部 和前壁处的土抗力在同一深度处可认为是均匀分布的。 2.1.1 后背土抗力计算 后背土抗力 FP： 式中： 为单位土体的重力，kNm-3；KP 为被动土压力系数， KP=tan2(45+/2)； 为土体内摩擦角；c 为土体黏聚力，kPa；q 为后座井 壁后部地面均布荷载，kNm-2。 2.1.2 井侧壁摩阻力计算 井侧壁总摩阻力 f 侧壁： f 侧壁=21LHf (2) 式中：1 为折减系数，视沉井深度、沉顶时差和设计参数的准确度取 0.4-0.77；f 为土体对沉井的平均摩阻力(单位值)，可参考沉井下沉时的摩 阻力。 2.1.3 井底摩阻力计算 井底摩阻力 f 底： f 底=2W (3) 式中：2 为折减系数，一般取 0.6-0.8；W 为沉井刃脚平面处土体受到的 作用力，等于沉井与井内设备自重减去地下水浮力； 为摩阻系数，黏性土取 0.25-0.4，砂土取 0.5-1.0，土的强度越高，取值越大11。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 22 2.1.4 前壁主动土压力计算 前壁主动土压力 Fa 按朗肯主动土压力理论计算： 式中：Ka 为主动土压力系数，Ka=tan2(45+/2)； 为土体内摩擦角， ()。 2.1.5 允许顶力计算 根据沉井的整体受力平衡，工作井允许的最大顶力 Fmax 为：Fmax=FP+F 侧 壁+F 底-Fa (5) 则矩形沉井工作井允许的顶力值 P： PFmax/k (6) 式中：k 为安全系数，取 1.2-1.61，土质越差，k 的取值越大。 2.2 横向偏心顶位 当顶管顶位不在沉井结构横向中心时，会引起后座井壁后部土抗力的不均 匀分布。随着顶力的增大，后座井壁后部土抗力较大的一端土体先达到极限。 当顶力横向偏心距 eP 为： SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 23 当 eB/6 时，后座井壁后部水平向土抗力呈三角形分布，后部土体总的极 限土压力 FP 为： 对于前壁，偏心受载会产生一个旋转力偶，因此水平向土压力也呈不均匀 分布，但变化不大，可假定 Fa 不变。对于井侧壁摩阻力而言，偏心向的侧壁摩 阻力会变大，另一侧的摩阻力会变小，其总和跟不偏心时的总和相差不多，仍 可取为 f 侧壁。井底摩阻力不变，工作井允许的最大土抗力 Fmax 计算同公式(5)， 矩形沉井工作井允许的顶力值 F 计算同公式(6)。可知横向偏心顶位时允许的顶 力值要小于横向中心顶位时允许的顶力值。 2.3 关于井位移的讨论 通常施工时采用激光经纬仪定向。在顶管施工过程中，如果产生井位移， 井底板也会位移，将直接导致激光点在激光靶上的变化无常，容易误导纠偏判 断。 要减小或避免井位移，只有通过对后座井壁后部土体进行加固。可以采用 大范围的注浆加固，条件允许，可在后部插一些型钢，还可在后部土体上面堆 载。这样，后部土体达到被动土压力所需的位移将变小。如果不考虑井位移发 生，则两侧井壁和井底的摩阻力为静摩阻力，前壁土体可仍假定为主动土压力， 后部土体加固后能够承担更大的顶力作用，可相应提高公式(1)、(7)、(8)中的 、c、 值。 (3)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 计要求及考虑沉井整体制作的方便可行，本次采用的泥水平衡的机头长度为 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 24 3.5 米，O 型顶环的厚度为 0.20 米，千斤顶的长度为 2.5 米，后靠背的厚度为 0.30 米，考虑的含水丰富，安装洞口止水圈以及后靠安装找平，基坑底平面尺 寸为 7 米5 米。参照顶力计算每顶的顶力 460.43 吨，按上述公式后靠墙的承 重，井壁厚度应该在 0.6 米比较合适。 基坑形成后立即以粗砂分层回填夯实，辅以洒水，用平板振动器或蛙夯密 实，以保证填砂的承载力。 第二节第二节 顶离计算顶离计算 最大推力计算，采用经验公式，按最大顶距顶力计算 推力的理论计算：（2200mm） F=F1 十 f2 其中 F总推力 Fl 一迎面阻力 F2顶进阻力 F1/4*D2*P (D管外径 1.2m P控制土压力) PKo*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，管中心到地面的深度为 7m 土的湿重量，取 1.9t/m3 P0.55*1.9*77.315t/m2 F1=3.14/4*1.44*7.3158.27t F2D*f*L 式中 f 一管外表面平均（根据顶进距离平均为粉质性粘土）综合摩阻力，取 1t/m2 D管外径 2.2m L顶距 100 F23.14*1.44*1*100452.16t。 因此，总推力 F=8.27+452.16460.43t SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 25 第三节第三节 施工工艺流程施工工艺流程 一、泥水平衡式顶管 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， 石块等在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱，在那里与泥浆混合，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 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，电缆、泥浆管被拆除， 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，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 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 26 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 30mm 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，微型掘进设备还包括，操纵室和遥控台、液压动力 站、后方主顶、泥水循环装置，激光定位装置，减摩剂搅拌注入装置，泥水处 理装置；其他辅助装置包括起重机，发电机、卡车、电焊机等。随后，微型掘 进装置上。 泥水平衡式顶管突出的优点： （1）适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高，以及变化范围很大 的条件下，它都适用。 （2）可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小， 因而由顶管引起的地面沉降较小。 （3）与其他类型的顶管比较，泥水顶管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，由于它采用泥水管道， 输送弃土，不存在吊土，搬运等危险的作业。 （5）泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快。 主要设备参数主要设备参数： 本工程使用的主要设备镇江建邦机电设备有限公司制造的 NPD2350 及 NPD1550 泥水平衡顶管机。主要参数如下： NPD2350 参数：参数： 1 尺寸 内径（mm）：2350 外径（mm）：2620 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 27 全长（mm）：3650 重量（T）：22 2 切削刀盘 电机功率（KW）：80 转矩（KN.m）：57 转速(r/min)：1.5 3 纠偏油缸 数量（个）：4 每个推力（KN）：1672 纠偏角度：上下 1.7, 左右 1.2 4 液压站（KW）：22 顶力（T）：2008 行程（MM）：1800 5 泥水系统 排泥泵（KW）：22 送泥泵（KW）：22 送排泥管：4” 6 测量系统：用 J2 激光经纬仪导向 NPD1550 参数：参数： 1 尺寸 内径（mm）：1550 外径（mm）：1860 全长（mm）：3650 重量（T）：15 2 切削刀盘 电机功率（KW）：44 转矩（KN.m）：57 转速(r/min)：1.5 3 纠偏油缸 数量（个）：4 每个推力（KN）：1672 纠偏角度：上下 1.7, 左右 1.2 4 液压站（KW）：22 顶力（T）：2004 行程（MM）：1800 5 泥水系统 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 28 排泥泵（KW）：22 送泥泵（KW）：22 送排泥管：4” 6 测量系统：用 J2 激光经纬仪导向 二、施工工艺流程： 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。 顶管机出洞 顶管设备就 位 机头刀盘运 转 顶管机进洞 送排泥泵开 启 顶进出土泥水分离 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 弃土出运 顶管机转场 进洞密封器安装 出洞密封器安装 放样、复核 井施工 顶管井回填 顶管井施工 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 29 第四节第四节 施工准备工作施工准备工作 一、地面准备工作 1在顶管顶进施工前，按要求进行施工用电，用水，通道，排水及照明等 设备的安装。施工用电每台套采用 150KW 的发电机组。水需从外拖运，要修进 场简易便车道，保证施工管材料、设备及机具进场。还需铺毛渣石的场平。现 场设备摆放空间至少需长 45 米，宽 55 米的平整封闭场平区域。 2施工材料，设备及机具必须备齐，以满足本工程的施工要求。管节等准 备要有足够的余量(3040m)。 3井上，井下建立测量控制网，并经复核报验监理认可。 二、井下准备工作及井内布置 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。 三、技术交底，岗位培训 在顶管施工前，对参加施工的全体人员分阶段进行详细的技术交底，对各 技术工种进行岗位培训，经考核合格后，才能上岗。 第五节第五节 泥水系统、水压控制、注浆量的计算泥水系统、水压控制、注浆量的计算 一、泥水系统 泥浆系统有二个作用：送走被挖掘机的渣土和平衡地下水。泥浆系统是由 密封的管道组成，通过机头循环，形成泥浆混合物，由排泥管送走，最后沉淀 在地面上的泥浆池内，泥浆通过众多的排泥泵被排出。再由进水泵进水送入机 头，排泥由变速的排泥泵进行控制。机坑旁通装置可控制进排泥浆的速度、方 向，以防止泥渣堵塞管道，淤积现场。当挖粘土时，可能使普通粘土，有一定 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 30 的粘合度，可以直接将泥浆排入泥浆池内，但是当挖沙土时，泥浆中必须添加 一定的粘合剂（诸如膨润土等）以增加泥浆粘度，以达到排渣的最终目的。夹 带泥砂的泥浆，可通过振动筛、循环沉淀器、干燥器等，处理分离渣质，泥浆 被再用，渣质被积累后处理。处理渣土用翻斗车，泥浆用罐车运出场区，堆置 于郊外，处理时注意不得污染路面等环境。 进排泥水系统起着第二个作用：在有地下水存在的地方，掘进机表面的压 力可以降低到小于水中的压力。这样避免了抽地下水的需要。进排泥水系统中 的压力感应器可测出地下水的压力。机内泥水循环系统，电磁阀，旁通装置及 载水阀可以起到调节水压的作用。机内电磁阀和旁通系统，可以阻止水压的变 化，保持水压，在加管道时，不至于减小机头的水压，保证内部压力平衡。 二、注浆量的计算 21 注浆量计算 本工程每 1 米注浆量计算如下： VDwtL3.142.80.01510.13 m3 （1）按照地质条件。一般压浆量为计算的 150200，本工程在粉质粘土 顶进，按照 160进行注浆量控制。 （2）为防止路面沉陷和地上、地下构筑物不受扰动，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，注浆结束后，要及 时清理注浆设备，以防堵塞。 （3）注浆压力根据管道深度 H 和土的天然重度 而定，经验为 23H，本 工程注浆压力为 0.20.3MPa。 （4）压浆填充材料：在管顶间隙较小管段，采用管内注浆，压浆材料为水泥粉 煤灰浆，配比为，水泥：粉煤灰1：3；在管顶间隙较大管段，采用管内注浆 和地面注浆相结合，压浆材料为水泥粉煤灰砂浆，配比为，水泥：粉煤灰：细 砂1：1：4。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 31 （5）管内注浆布孔方式：沿管线纵向每 3m 设一处压浆孔。布孔方式宜采用左 上方、右上方、左上方的顺序。地面注浆布孔方式：沿管道上方每 46m 打孔 至管顶空腔。 （6）注浆顺序：每段注浆从第一孔开始，直注至下一孔出浆，依次注完。每段 注浆后，静止 68 小时后进行第二次注浆。第二次注浆压力不变，直至压不进 为止。地面管内注浆均采用两次注浆方式。采用地面管内注浆管段，宜先从地 面压浆，再进行管内注浆。 （7）注浆操作要求：地面注浆孔采用冲击式钻机，机械冲钻孔，孔深 56 米， 孔径 100mm，安装注浆花管后的外侧埋灌细砂。注浆采用机械搅拌水泥浆， 电动注浆泵压力灌注，逐孔灌注，直至全部孔位注满。经测试后必要时进行第 二次补浆，以保证加固的可靠性。 对松散砂砾层及回填土层，顶进中需用水泥浆液进行土壤加固。 根据本工程特点，初步设计每 4 节管（每节 2 米长）布设 1 节注浆管，依 次调整注浆孔的位置，确保每个方向都能注浆润滑。 总注浆量应不小于管外环形空间体积的 2 倍，考虑到泥浆的漏失，必须经 常性地连续补浆，确保泥浆套的完整。 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。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 32 (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，从而影响这浆 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螺杆泵，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，在中间还将每隔 400m 增设压浆泵以增大压力。 第六节第六节 操作控制系统操作控制系统 由一名受过高度训练的操作人员，在地面控制室外内操作并仔细检测着整 个操作系统、观察掘进机内的土压、油压、激光束位置。控制台提供操作数据 和控制整套系统的电子按钮。控制板可以是人工控制方向和数据记录，或者是 全自动控计算机控制方向和记录，其他的工作人员则负责井内管道和顶铁的更 换以及进行、进排泥管和电缆的连接。当掘进机到达接收井时，挖掘会暂时中 断，如果遇到有地下水或软土层时，还需有洞口止水圈安装在接收口墙上。最 后，掘进机头从土层出来进接收井，就完成整个管道的铺装。这以后，掘进机 被撤走，建造人工出口，接收井被关闭。一个工程常常有几个掘进段组成，这 时，在工作井内的顶进设备变换方向，重新开始另一方的顶进工作，这个过程 每过一个工作井重复二次，最后铺设成了整个下水道或输送管道。 第七节第七节 进出洞口的措施进出洞口的措施 顶管和微型隧道施工中的进出洞口作业是一项很重要的工作，施工中应充 分考虑到它的安全性和可靠性。尤其是从工作坑中的出洞开始顶管，如果出洞 安全、可靠又顺利，那么可以说顶管施工已成功了一半。许多顶管工程就是失 败在进出洞口这两个环节上。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 33 顶进前，为防止洞口处的水土沿工具管外壁与洞门的间隙涌入工作井，在 工作井内洞口处安装一道环形橡胶止水圈。在顶进施工过程中又可防止减摩浆 从此处流失，保证泥浆套的完整，以达到减小顶进阻力的效果。 工程技术人员、施工人员应了解施工现场情况和熟悉洞门附近的地质情况。 分析可能出现洞口漏泥、水情况，井内布置一台排污泵，并制定相应的措施。 在机头进洞时因土体是流沙，地下水位高，土体松软，地基承载力差，但 为了机头顶进安全，机头不下沉，还应有机头加固措施。机头进洞时将机头与 后面的五节管用拉杆连接起来，使之成为一个整体，并在导轨上用两个手拉葫 芦间隔一米拉紧，从而使机头沿着导轨方向顺利顶进。 掘进机头顶进到位后，吊放第一管节，拼接完毕，然后在工具管后管节内 安装工具管辅助设备。 1、管节运输 根据本工程施工场地情况，管节由 25T 吊车卸到指定位置后，再由吊车将 地面管节吊运至井下。 2、 管节顶进 顶管管节采购成品管，对成品管生产制造厂家制造管子的资质和能力进行 考查。生产过程中派专人检验，检验质量必须在外观质量、尺寸及允许偏差都 检验合格后方可送至工地。运至工地后根据标书要求进行抽验，合格后才能送 至工作面使用。 掘进机头进洞后的轴线方向与姿态的正确与否，对以后管节的顶进将起关 键的作用，因此在顶进时，机头与前 5 节管子应连在一起，用拉杆将前 5 节管 子与机头固定，防止机头重量大而下沉。实现管节按顶进设计轴线顶进，做好 顶进轴线偏差的控制和纠偏量的控制是关键。根据控制台显示屏激光点及时调 节纠偏油缸，使其能持续控制在轴线范围内。要严格按实际情况和操作规程进 行，勤出报表、勤纠偏，每项纠偏角度应保持 1020，不得大于 1。严 格控制机头大幅度纠偏造成顶进困难、管节碎裂。在穿越河道时，应放慢顶速， 并严格控制注浆压力，防止贯通河床。 SJ 太原市盛玖市政工程建设有限公司 34 3、顶管顶进与地层形变控制 顶管引起地层形变的主要因素有：掘进机头开挖面引起的地层损失，机头 纠偏引起的