地下超深敷设大口径给水钢管顶管施工方案.doc

地下超深敷设大口径给水钢管顶管施工方案1.前言我公司*分公司采用地下顶管方法安装施工的*市第五水厂供水工程（二期）第五水厂东坑加压站DN2200给水管道E段（广深铁路寒溪河）给水钢管，设计全长约133.5米，钢管管厚20mm，顶管长度120米，在地面以下12米穿越地面公路、商场及排水方涵，地下方涵底标高约-8米，地下土质由浅至深分别为人工填土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、中粗沙，地下水位高、水量多，施工难度大。 下面就本工程施工程序、方法、人员机具、安全措施等方面进行说明。2.施工原理顶管是不进行管槽大开挖而直接在地下垂直断面借助于顶管设备(主顶油缸及管道间中继间)的推力,把工具钢或掘进机从工作坑内顶进穿过土层到接受坑内吊出的施工方法。地下超深标高的给水管道，采用大开挖取土修整管槽铺没安装，必须要求地面占用面积大、土方开挖深度大、对建筑物地下基础的承载影响大，因此，在地面高大集中建筑物、铁路或高速公路运输线、江河、地下隧道及涵洞等区域不能进行大开挖土方管槽铺没安装管道时，必须采用地下顶管施工的方法才能满足上述要求。 为了能进入地下施工，在管段前后两端必须开挖出工作坑和接受坑，由于地下水位高、淤泥多，在出工作坑和接受坑处必须设立支撑围护，防止土方倒塌，同时在出工作坑和接受坑及管线两側打止水桩和排水井，降低地下水位，保证正常施工。顶管施工包括工作坑、接受坑、洞口止水圈、掘进设备、主顶装置、顶铁、基坑导轨、后座墙、输土装置、测量装置、中继间、通风换气与照明设备等主要设施组成。3.施工程序顶管施工程序为： 工作坑施工管道下管顶进顶管设备安装施工准备围护桩施工止水桩施工井点打孔安装4.方案设计4.1围护顶管施工方案为了减少工程造价，同时保证施工工期，工作坑四周可采用钢板桩作支撑围护，桩深低于顶进设备3m。由于管段敷设区域场地狭窄，公路、建筑物密集，采用机械钻孔人工取土顶管施工。顶管管段单节长度在地面可加长至6.0m，以减少工作坑内的接管焊接工作量，提高管道焊接质量。4.2工作坑和接收坑的选取及构筑4.2.1工作坑和接收坑的选取工作坑是安放所有顶进设备的场所，也是顶管掘进机或工具管的始发地，同时又是承受主顶油缸反作用力的构筑物。接收坑则是接收顶管掘进机或工具管的场所。工作坑比接收坑坚固、可靠，尺寸也较大。工作坑和接收坑按其形状来区分，有矩形的、圆形的、腰圆形的、多边形的几种。其中矩形的最为常见,本工程采用矩形。工作坑的构筑成本肯定会大于接收坑,应尽可能地把工作坑的数量降到最少。工作坑和接收坑按构筑方法分则可分为沉井坑、地下连续墙坑、钢板桩坑、混凝土砌块等。采用沉井坑法如果管子的覆土深度比较深，必须采用多次浇捣、多次下沉的沉井施工，此法比较麻烦。采用地下连续墙的施工方法都是管子埋设得相当深，而且管径又都是比较大的条件下才用。这时采用沉井施工相当困难。钢板桩工作坑和接收坑是用得最为普遍的一种，这是由于它的施工成本低、构筑又比较容易而且施工速度快。在工作坑和接收坑的选址上应尽量避开房屋、地下管线、河塘、架空电线等不利于顶管施工作业的场所。尤其是工作坑，它不仅在坑内有大量设备，而且在地面上又要有堆放管子、注浆材料和提供渣土运输或泥浆沉淀池以及其他材料堆放的场地，还要有排水管道等。同时要根据顶管施工全线的情况，选取合理的工作坑和接收的个数。综合以上情况, 一般的选取原则有以下几条：1、在土质比较软，而且地下水又比较丰富的条件下，首先应选用沉井施工作为工作坑。2、在渗透系数为110-4cm/s上下的砂性土中，可以选择沉井施工作为工作坑，也可以选用钢板桩坑作为工作坑。在选用钢板桩作为工作坑时，应有井点降水的辅助措施加以配合。3、在土质条件比较好，地下水少的条件下，应选用钢板桩工作坑。4、在一般情况下，接收坑可采用钢板桩等比较简易的构筑方式。不论采用哪种形式构筑的工作坑，在施工过程中都应不断观察，看它是否有位移。如果有，则应十分仔细地排除它移动产生的误差。本工程采用钢板桩工作坑和接收坑各一个,在场地较大一側设立工作坑，另一端点设接收坑。4.2.2 工作坑尺寸底长L=L1+L2+L3+L4+L5 =0.8+6+1.8+2.2+0.9 =11.7m；底宽B=D+2L6+2L7=2.2+21.7+21.4=8.4mL6LL5L4L3L2L1BDL6L7L7 图1 工作坑平面图 其中：B-工作坑底宽； D-钢管外径2.24米；L-工作坑长度 L1-管子顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，为0.8m；L2-管节长度，为6m； L3-出土工作间长度，为1.8m；L4-油压顶镐长度，为2.2m； L5-后靠背所占工作坑长度，为0.9m；L7-工作坑内钢围檩宽度,为1.4米； L6-工作坑顶铁放置所占工作面宽度，为1.7米。4.2.3钢板桩工作坑和接收坑的构筑工作坑和接收坑的构筑方法一般是先放样，然后按钢板桩走向在一周中挖一条深0.5m左右的地槽。钢板桩沿已挖好的槽打成所需的形状，大多为矩形。如果是渗透系数比较大的砂性土，则在打好的钢板桩外1m1.5m的地方打一圈井点，用以降低地下水。当井点的水位降到预定水位以后，就可以挖坑内的土。当土挖到地表下0.8m左右时，应对钢板桩坑设置第一道支撑。通常支撑都采用框形，四个角部分加45的斜撑。接着往下挖土，每挖1m5m需设置一道支撑，本工程4m设一道支撑。如果工作坑纵向距离较长，还需在框架中间架一道支撑，一直挖到基础底面为止。在距基坑底板表面0.3m左右处设置最后一道支撑。然后在工作坑的前方浇一堵与工作坑同宽但厚度为0.5m左右的前止水墙。该止水墙的中间预留有一只供掘进机出洞的洞口。洞口的直径一般比掘进机的外径大0.15m0.2m。在洞口安装止水圈。接着，在工作坑的后方浇筑一块与工作坑同宽,厚为1.0m左右的后座墙。此墙的总高度最好能大于掘进机外径的2倍左右，而且插入底板0.5m左右。为节减少成本同时保证强度,本工程后座墙设置宽3m、厚1m、高2m。接收井的洞口直径比工作井的洞口还要大0.1m左右。无论采用哪种方法构筑工作坑和接收坑，它的整体强度以及支撑的强度都必须经过严格的验算。4.2.4工作坑布置首先是后座墙的布置，过去顶管施工中，有把后座墙用木方横竖交错叠起来的做法。这是不科学，也是不合理的。正确的做法是：1、在由钢板桩等构筑成的工作坑内，后座墙应采用钢筋混凝土整体浇筑，而且其下部最好能插入到工作坑底板以下0.5m1m，宽度与工作坑内净尺寸相等。还要注意的一点是后座墙的平面一定要与顶轴线垂直。2、安装洞口止水圈。其中心必须与所顶管子的中心轴线一致。3、安放基坑导轨。在安放基坑导轨时，其前端应尽量靠近洞口。左右两边可以工字钢或槽钢支撑。如果在底板上予埋好钢板的情况下，导轨应和预埋钢板焊接在一起，尤其是管径比较大时，更必须这样做。导轨的水平状态可以与所设计的管子坡度相一致，也可以把导轨按水平状态安装。在土质比较好地情况下常采用前一种方法安装，而在土质比较软的情况下，往往采用后一种方法安装的同时，还须把导轨比设计所要求的高程再提高30mm左右。本工程导轨材料采用4条20#工字钢，总长度为41.5+48.5=37.2m。4、安放后靠背。后靠背大多由钢结构件做成，其厚度在300mm左右。用普通的厚钢板做后靠背，没有用钢结构件的好，尤其在管径比较大的情况下就更不适合了。5、安装主顶油缸。通常主顶油缸都安装在主顶油缸架上。在管径比较大的情况下，主同缸的合力中心应比管中心低5%的管内径左右。6、安装测量仪器。7、工作坑上架设工作棚，安装单轨吊，接收坑的施工与工作坑相同。4.3地下水隔断及降水、排水方案4.3.1隔断及降水、排水方法在钢板围护支撑桩周围3米的范围打两圈深层搅拌水泥桩（止水桩），以隔断地下水的渗透，桩深为20米，同时在止水桩与围护桩之间，设立大口径深井排水设施，工作坑设8处，接收坑设6处，管线两侧每隔8m设一处，共设排水井44口，排水井距管道边线3 m。排水井立面布置图见图2：4.3.2降水、排水计算:1.基坑假想半径X0计算基坑假想半径X0采用大井法计算：将矩形基坑折算为半径为X0的理想大圆井X0=*（L+B）/4, 按下表取值：式中 L-工作坑底长11.7m； B-工作坑底宽8.4m；当B/ L=8.4/11.7=0.72时, 为1.16；X0=1.16（L+B）/4=1.16*(11.7+8.4)/4=5.829m。B/ L00.050.10.20.30.40.50.611.01.051.081.21.141.161.171.16选值表-3.00-13.00-12.00-14.00-21.00-22.55L0E1hShIL0E2图2 工作坑排水井设置图2.确定井管埋置深度H（深井井点降水深15m）H=h+h+IL0+E1+E2 式中：h基坑底至集水总管的高度12(m)；h降水后地下水位至基坑底的安全距离，0.51.0(m)取1； IL0水力坡降，I-水力坡度，I一般取1/10, L0=5.45(m)；E1滤管过滤器长度，管井井点为23，深井井点为39，取7（m）；E2-沉砂管长度, 一般为2 (m)；H=12+1.0+5.45/10+7.0+2.0=22.55m3.确定有效带深度H0有效带深度随S/(S+ E1)的变化而改变,不同降深时的有效带深度见下表:S/(S+ E1)H0=*(S+ E1)备注0.2=1.3:系数S-降水深度0.3=1.50.5=1.70.8=1.851.0=2.00不同降深时的有效带深度表S/(S+E1)=14/(14+7)=0.667时, 按上表求取值为:=1.7+(1.85-1.7) *(0.667-0.5)/(0.8-0.5) =1.7835；式中:S-降水深度14m；H0=*(S+E1)=1.7835*(14+7)=37.4535。4.确定影响半径R37.4535*10R=2S*H0*K=2*14* =541.88m (K-地质状态,细砂的渗透系数10m/d)；5.确定总涌水量总涌水量，按潜水非完整井计算,井底达到不透水层的水井称为完整井，达不到不透水层的水井称为非完整井，水井布置两层不透之间充满水的含水层内且地下水有一定压力的水井称承压井，水井布置在无压力的含水层内的水井称无压井，目前国内以无压完整井的理论较完整，应用较完善，其涌水量Q计算公式经简化后为：Q=1.366*K*(2H0-S)*S/(lgR-lgX0)，将以上数据代入可得：Q=1.366*10*(2*37.4535-14)*14/(lg541.88-lg5.829)=11647.85/lg(541.88/5.829)= 11647.85/1.968=5918.63m3/d6.确定管井数总涌水量为5918.63 m3/d，每小时为246.61m3/h，选择出水量为30m3/h的水泵，则需8台水泵，沿基坑四周布置8口降水井。管线周围的降水与排水计算相同。所有排水井的布置位置图（见附图8及说明）。7.地下水深层搅拌桩隔断及降水工艺深层搅拌桩是将特制的搅拌钻具钻入地下，利用灰浆泵将浆体喷入地下并与地基土原位强制搅拌，经过一系列物理化学作用形成具有整体性和一定强度的桩柱体。1)设计参数(1) 搅拌桩桩径一般为500mm，桩心距350mm，桩长约长20米。(2) 搅拌桩采用四搅四喷方式施工，加固料采用32.5R普通硅酸岩水泥，水泥掺量为每米75Kg。2)施工工艺流程本次选择的施工工艺流程为两上两下四次搅拌，四次注浆施工工艺，工艺流程如下图所示：桩机定位预拌下沉浆液制备搅拌提升重复下沉重复提升冲洗系统桩机移位3)施工工艺及质量标准(1) 搅拌桩施工工艺a测量放线：依据甲方提供的控制点，先用经纬仪放出轴线，再用钢卷尺丈量放线出具体桩位，允许偏值为50mm。b钻进前先打开浆泵送清水，检查各种管路及钻头喷口通畅才可钻进。c整个制桩过程应保障边喷浆，边搅拌，边提升的连续作业，注意观察有关仪表和管道的脉动情况，以判断管道是否通畅，喷浆是否正常。d成桩后应立即检查送浆量，成桩水泥总量不得少于设计要求。e水泥浆拌制要严格计量，严格控制水灰比，浆液应过筛，以防块体，纸屑等进入管道造成堵塞。f水泥不得使用过期、受潮、变质的水泥。g施工记录班报表应由桩机施工人员现场及时记录，不允许事后作“回记录”。h在施工中出现的问题，当班人员应及时向工地指挥部门值班人员汇报，以便及时妥善处理解决。i工程施工除按上述要求外，尚应遵守软土地基深层搅拌加固技术规程（YBJ225-91）等有关规程规定。(2)降水井施工工艺及说明A设计参数降水井成孔口径600mm，钢筋笼直径400mm，井深25米；滤水网设置双层，外层为20目铁丝网，内层为20目细尼龙网；筋笼主筋为1216螺纹钢筋，外绑12#铁丝50m，加强筋为121000mm。钻机定位及垂直校正钻进成孔清孔钢筋笼制作及吊放钢筋笼投 砾B施工流程： C施工要点a成孔：设计要求成孔孔径为600mm，深度为25米。钻孔机具选用XU-300型地质钻机，孔位误差不得大于50mm，立轴垂直允许误差0.5度，钻进对位后必须进行调平，安装稳定。成孔时，先启动水泵，使冲洗液（泥浆）从钻杆中心流向孔底，在一定水头压力（0.150.30Mpa）下，水流携带钻削下来的土屑从钻杆与孔壁间的孔隙处排出。钻进时要不断供浆冲洗，始终保持孔口水位，并根据地质条件控制钻进速度，一般以300400mm/min为宜，在钻进过程中随时注意速度、压力及钻杆的平直。b清孔:成孔完成后，用空压机进行清孔，将孔内的碎屑、残渣等吹出孔外。c钢筋笼的制作与安装:钢筋笼主筋由12根16螺纹钢组成，与121000加劲筋和12#铁丝50焊接连成一体。钢筋笼外包裹双层滤水网，外层为20目铁丝网，内层为20目的尼龙网。安放钢筋笼时，应将钢筋笼吊垂直，缓慢插入孔中，尽量放置在孔的正中，减少钢筋笼与土壁的碰撞，不得损坏滤水网。钢筋笼安放好后，在钢筋笼与外围土体之间投入中粗沙。4.4中继间布置方案中继间，也称中断站或中断环，是安装在一次顶管子的某个部位，把这段一次顶进的管道分成若干个推进区间。在顶进过程中，先由若干个中继间按先后程序把管子推进一小段距离以后，再由主顶油缸推进最后一个区间的管子，这样不断地重复一直到把管子从工作坑顶到接收坑的一种顶管施工手段,中继间是增加顶距离的措施之一，是考虑管道长度太长不能整体顶进而将管道分段顶进的装置，由承插环、千斤顶等组成。中继间本工程总顶力约3600t,钢管只能承受约1000t的顶力,因此必须设3个中继间。中继间制作板材采用20mm普通钢板，内套3根30止水胶圈，两外侧胶圈的距离L不得小于千斤顶的行程，确保地下水不能进入管内。中继间分别布置在距顶管起点30 m、60 m、90 m处的位置。中继间位置图见下：钢管DN2200工作坑接收坑 30 m 30 m 30 m 30 m 中继间3个图3 顶管中继间位置图 钢管顶进接收坑后，拆除中继间。中继间留置管口组对焊接后，如因管外壁无法进行焊接与防腐，可在管内加设L=400，D218020钢内套，内套与D222020钢管内壁满焊。4.5 推力P计算顶管总推力计算公式为PKf(2Pv+2Ph+Pb)+Pa；PvKP*Hf* D *Lz ，Pv管顶上的垂直土压力（千牛）；Ph（Hf+D/2）D * Lz* tg（45-/2），Ph管侧的土压力（千牛）；Pbw* Lz ，Pb全部欲顶进的管段重量（千牛）；PaS*R* d *b* RPf*D2*Kp*h+(2h+D)*tg(45-/2)+w/*D* Lz +* d *b*Rf：摩擦系数，0.20.3，取f0.25；Kp：垂直土压力系数1.423.69，取Kp=1.5；：土的密度，15KN/m； Hf：管顶覆土厚度，Hf10.5米；：土的摩擦角，查土的指标经验值表取粉土与砂土的中间值30；w：每米管道自重，w1.197t/m11.97KN/m；Lz：顶管长，Lz120米；d：工具管直径，d2.26米；b：工具管厚，b40mm；R：每平方米迎面阻力，R500KN/m；P0.25*15KN/m*2.24m*2*1.5*10.5m+（2*10.5+2.24）* tg30+11.97 KN/m /15*2.24*120+3.14*2.26*0.04*5004541634772+431+14235345KN3534.5t采用经验公式计算顶进钢管顶力P=30P0=3841t ，其中：P：顶管动力；P0：待顶管道的全部重量。取4000t，因管子只能承受1000t的推力，必须设立三个中继间，工作坑及每个中继间的推力为1000t，工作坑千斤顶采用2个500吨主顶设备、中继间采用30个100吨千斤顶。4.6工作坑后座的受力分析在一般情况下，顶管工作坑能承受的最大推力应由所顶管子能承受的最大推力为先决条件，然后再反过来验算工作坑后座是否能承受最大推力的反作用力。如果工作坑能承受，那么就把这个最大推力作为总推力，如果不能承受，则必须以后座所能承受的最大推力作为总推力。不管采用何种推力作为总推力，一旦总推力确定了，在顶管施工的全过程中决不允许有超过总推力的情况发生。不然，不是管被顶坏了，就是后座被顶翻了，这都是非常麻烦的事。有时，还会造成相当严重的后果，这一点在顶管施工中必须引起足够的重视。在顶管过程中，为了使分散的各种油缸推力的反力变成均匀地作用在工作坑的后方土体上，一般都需要浇筑一堵后座墙，在后座墙与主顶油缸尾部之间，再垫上一块钢制的后靠背，这样，由后靠背的和后座墙以及工作坑后方的土体这三者组成了顶管的后座。这个后座必须能完全承受油缸总推力P的反力。计算过程中，我们可以把钢制的后靠背忽略而假设主顶油缸的推力是通过后座墙而均匀地作用在工作坑后的土体上的,后靠背是指后座中安装在后座墙与主顶油缸之间的钢结构件。反力R应为总推力P的1.21.6倍，以确保安全，R为：式中：R总推力之反力（kN）； 系数（取1.52.5之间）；B后座墙的宽度（m）； 土的容重（kN/m）； H后座墙的高度（m）； Kp被动土压数为tg(45+/2)；c土的内聚力（kPa）； h地面到后座墙顶部土体的高度（m）。在计算后座的受力情况时，有以下三种：1、油缸总推力的作用点低于后座被动土压力的合力点，这时后座所能承受的推力为最大。2、油缸总推力的作用点与后座被动土压力的合力点相同，这时，后座所承受的推力略大些。3、油缸总推力的作用点高于后座被动土压力的合力点，这时，后座所能承受的推力为最小。因此，为了使后座承受较大的推力，工作坑应尽可能深一些，后座墙也尽可能埋入土中多一些。以往后靠背多简单地采用50mm70mm的厚钢板来做，由于这种钢板的刚度较差，在主顶油缸数百吨的反力作用下，容易变形，严重的还会造成后座墙损坏。这是不适宜的。后靠背的作用是把主顶油缸产生的集中在几个点上的数百吨的反力较均匀地分布在后座墙上去，因此，必须有足够的刚度。由于主顶油缸多呈左右对称布置的，因此后靠背也有分成左右两块的。这在口径比较大的顶管中采用得比较多。它不仅质量比较小，便于运输和吊装，而且组合比较灵活，一种规格能适用不同口径的顶管。通常，一种规格的后靠背，只适用于一种口径的管道顶进，而且是整体结构的。这种后靠背在其适用的管径中，刚度是比较大的。本工程采用整体结构的钢制后靠背。后背的强度也可按下式验算：后背被动土体受压后的承载能力为：（千牛）Kp被动土压力系数，见土压系数值表； Rc-后背土的承载能力（千牛）； B后背墙的宽度（米）； H后背墙的高度（米）；h后背墙顶至地面的高度（米）； 土的容重（15千牛/m）KR后背的土抗力系数，见土抗力系数曲线表也可按KR =1+0.48h/H计算。本工程后背墙宽度B=3、后背墙顶至地面的高度h=8、后背墙的高度H=4、砂土Kp=3、按KR =1+0.48h/H求KR=1.96，代入公式：求得Rc=10584千牛=1058t1000t（分段推力），后背墙安全。土的主动和被动土压系数值土名称磨擦角（）被动土压系数Kp被动土压系数KaKp/KA软土101.420.702.03粘土202.040.494.16砂粘土252.460.416.00粉土272.660.387.00砂土303.000.339.09砂砾土353.690.2713.674.7洞口止水方法顶管过程中，无论是管子从工作坑中出洞还是在接收坑中进洞，管子与洞口之间都必须留有一定的间隙。此间隙如果不把它封住，地下水和泥砂就会从该间隙中流到坑中，轻者会影响工作坑的作业，严重的会造成洞口上部地表的塌陷，甚至会造成事故，殃及周围的建筑物和地下管线的安全。在钢板桩围成的工作坑中，首先应该在管子顶进前方的坑内，浇筑一道前止水墙，墙体可由级配较高的素混凝土构成。其宽度约为2.0m5.0m，视管径的不同而不同；厚度约为0.3m0.5m左右；高度均为1.5m4.5m。如果土质条件差，钢板桩之间的咬口封不住泥水，这时前止水墙的宽度最好与工作坑内净尺寸的宽度一致，然后再在前止水墙的预留孔内安装橡胶止水圈。本工程井点降水效果显著，止水墙未做。4.8基坑导轨基坑导轨是安装在工作坑内为管子出洞时提供一个基准的设备。导轨本身必须具备紧固、挺直，管子压上去不变形等特性。导轨的材料，过去多用轻、重铁轨制成。它具有较好的耐磨性，但是由于铁轨的可焊性差，焊缝往往发生裂缝、脱焊等缺陷，加之铁导具有脆性，容易折断，所以近来已不再用铁轨制作顶管用基坑导轨了。现在，导轨一般采用两根槽钢相背焊接在轨枕上制成，钢管搁在导轨上所成的圆心角在60左右为好。基坑导轨在工作坑内的固定方法有两种：一种是把基坑导轨与工作坑底板上的预埋钢板焊接成一个整体或下垫忱木，这种固定方法比较可靠。另一种是在基坑导轨的两侧用槽钢把导轨支撑在中间。这种方法只适用于管径比较小的管子，而且只能在整体性比较好的沉井工作坑中采用，而不宜在钢板桩工作坑中采用。本工程导轨材料采用4条20#工字钢，总长度为41.5+48.5=20M。两组导轨的内距A为：A=2 (0.5D)-(0.5D-h+e)=0.92米。（h工字钢高度，e管外壁与工字钢底平面的垂直高度）。4.9出土设备通常使用的出土设备有带有轮子的运土斗车。为了提高工作效率，现在在许多较深的工作坑中，放上一个容积较大的土斗，管内的运土斗运出来的土倒入坑内的这个大土斗中，待装满以后再把大土斗中的土一次吊运到地面上。4.10起吊设备采用和时多采用龙门行车，其地面轨道与工作坑纵向轴线平行，埋设在工作坑的两侧。在其后座方向的地面上可堆准备顶进用管，这样布置可减小顶进过程中的地面荷载，从而减小顶进阻力。4.11供电设备如果顶进周期长，用电量又大，可以砌一间配电间，如果顶进周期短，用电量小，则可在工作坑边上安装一只配电箱或者用发电机供电。无论采用何种形式，都必须设有触电、漏电保护装置。接到管内的电缆必须装有防水接头，而且还必须把它悬挂在管内的一侧，并且不要与油管及注浆、水管挂在同一侧。本工程采用配电箱供电，管内照明应采用12V低压行灯4.12通风设施长距离顶进过程的时间比较长，人员在管子内要消耗大量的氧气，久而久之，管内就会出现缺氧，影响作业人员的健康。必有和大量新鲜空气来稀释。还有钢管焊接过程中有许多有害烟雾，它不仅影响作业人员健康，而且也影响测量。所有以上这些问题，都必须靠通风来解决。就通风的形式，常用的有三种：鼓风形式、抽风形式和鼓风抽风组合形式。鼓风式通风鼓风式通风是把风机置于工作井的地面上，且在进风口附近的环境要好一些，把地面上的新鲜空气通过鼓风机和风筒鼓到掘进机或工具管内。采用的风筒可以用不透风的橡胶布包裹螺旋钢丝骨架外的软风筒。这种风筒质轻，伸缩性好。在钢丝骨架上，每间隔一定的距离须安装上一只吊环。安装时，把软风筒悬吊在管内，在中继间处应留有足够的伸缩量。鼓风式风筒出口端到工作面的距离（45）m，其中S为管子的断面积。鼓风式通风可选用小型风扇。鼓风式通风不能用于太长的顶管中，因为风压在风管内的衰减比较大。具体长度应视鼓风量、风筒直径等决定。抽风式通风抽风式通风又称吸入式抽风，它是将抽风机安装在工作坑的地面上，把抽风管道一直通到挖掘面或掘进机操作室内，它与吸入口之间的距离应等于或小于1.5m。因为风机在抽风时产生负压，所以所用风管最好采用玻璃钢或硬塑料管，而不宜采用软管。这样，风管的成本较高。它对风机也有特殊要求：风量要大，负压要高，这样才能获得满意的效果。管内抽出的风量为：Q抽S式中：S管子的断面积；最低排风速度。组合式通风如果要获得较为理想的通风效果，必须采用组合式通风，取长补短、效果最佳。4.13管材要求4.13.1管材壁厚顶进用钢管必须保持一定的壁厚。如果管径大，其埋深又较深，管子受到的土压力就较大，容易产生变形，这时壁厚应取厚一些，以保证敷设的钢管有足够的刚度。根据经验公式，钢管的壁厚应为：t=D+t式中：t管壁厚度；经验系数，一般取0.010.015之间；D钢管内径；t腐蚀余量。在中性土壤中，每年约为0.1mm0.2mm。如设计未确定壁厚时可以上式验算。4.13.2钢管防腐内防腐一般给水输送钢管，采用水泥砂浆喷涂在管内，防止水对管道的锈蚀。外防腐顶管所用钢管的外表面必须涂上防腐材料。常用的是环氧沥清漆。如果要求高，在涂环氧沥清漆的同时，还须外缠玻璃纤维布。这样，即使在砂土层中进行长距离顶进，也不会使防腐层遭到破坏。但是，由于钢管在顶进过程中必须焊接，因此，在管端50mm至100mm宽的地方不能涂上防腐涂料或做防腐层，只有在现场焊接以后才可补上。还需待其干透以后才可顶进。4.13.3钢管坡口形式钢管在制作和顶进过程中，都必须注意坡口的形式及安装方法。钢管顶进中常用的坡口有两种。第一种是单V型坡口，如左图中所示的那样。这种坡口适用于口径小的钢管。因为钢管口径小，人无法进入钢管内焊接，bt图4 钢管的V型坡口形式bt顶进方向顶进方向图5 钢管的K型坡口形式所以只能采用这种坡口，要求单面焊接，双面成型。第二种为K型坡口。这种坡口适用于口径较大钢管，人可在钢管内进行焊接，因此，这种接口在管内都必须焊接。口径较大的钢管，管壁也较厚，采用K型坡口可使接头的焊接质量有保证。无论采用哪一种接口，它们的共同点就是在管尾端都是平口，这对顶进有好处。首先是顶铁等与钢管接触的面积比较大，可减小接触应力。如果采用V型接口或X型接口，其管尾端不是平口而尖口，这样顶铁加在尖口上就容易使尖口产生卷边，会影响焊接质量。另外，V型口和X型的两个尖口不容易对准，使焊接的误差较大，这又会影响顶进质量。在一般的钢管顶进中，每节钢管所能承受的最大推力可由下式计算出来：F210000（D+t）t式中：F钢管能承受的推力（kN）；D钢管的内径（m）；t钢管的壁厚（m）。在钢管顶管中，还要注润滑浆。注润滑浆一方面可降低推力，另一方面有利于减小地面沉降，本工程距离短可不考虑。5.机具准备配置主要施工机具配备表机械设备名称规 格单 位数 量备 注单轨吊或汽车吊10-20t台1钻孔机台1液压顶进设备500t台2液压顶进设备100t台30千斤顶50t台10导轨长0.8m根420#工字钢导轨长8.5m根420#工字钢顶铁20*30*200cm块6顶铁20*30*240cm块4顶铁20*30*150cm块2顶铁20*30*120cm块4顶铁20*30*60cm块8顶铁20*30*30cm块6顶铁20*30*15cm块6顶铁20*30*10cm块6顶铁20*30*5cm块6顶铁20*30*2cm块6顶铁20*30*1cm块8污水泵150mm、扬程30m台506台备用电焊机20Kw台4行灯变压器12V台2行灯12V套20载重车5t台1载重车10t台1打桩机台3拉铲挖掘机H12m、1m3台1混凝土搅拌机台1单轨吊15T台1空压机0.5-1 m3台2风镐台4振动打桩机台1搅拌桩机台1成孔钻机U300台26.施工人员配置施工需用专业工种配置表序号工种工作内容备注1管工管道组对、安装2钳工顶管设备、井点排水安装3焊工管道焊接4维修工顶管设备、井点排水泵维修5电工用电设备维护6钢筋混凝土工工作坑支墩施工7测量工 标高控制8铆 工工作坑防雨棚制作9起重工管道垂直运输7.主要施工方法7.1 围护支撑钢板桩及工作坑施工7.1.1 支撑桩 2.517m工作坑基础面管道位置2.58.4m11.70m钢板桩AA工作坑AA剖面图6 钢板桩平面布置图按管道轴线位置测量放线，确定支撑桩的方向、尺寸；进行钢板桩的施工时，钢板桩的设立应垂直连续，连接牢固，深度达到要求，钢板桩深17m，在A-A剖面应留出管道的截面，见图4平面布置图。 钢板桩底部 7.1.2 工作坑支撑桩及止水桩、深井泵安装施工完毕，水泵开始抽水，水位降低到要求的标高时即可进行工作坑的土方开挖。土方开挖采用覆带挖掘机，挖深3米时，为增加钢板桩的土壤侧压承载能力，沿桩四周配合人工安装钢围檩，围檩采用30#工字钢，设置四道，30#工字钢对撑两道。I308400235070002350工作坑基础60003000吊挂装置30#工字钢框架钢板桩560014001400图6 钢围檩平面布置图图7 钢围檩剖面图 工字梁焊接施工前，应用千斤顶顶紧后，再焊接组对框架，完毕后拆除千斤顶。工作坑开挖距地面约9m时再设立一圈工字梁框架，为防止框架下滑，在钢板桩顶部安装员吊挂装置，限制框移动。工作坑开挖至要求的深度时，平整地面，铺300mm厚块石，上盖碎石200mm，然后扎钢筋网2层，现浇500 mmC30防水混凝土，混凝土与钢板桩之间应隔沥青毛毡一层，以利钢板桩的拆除。钢筋网采用10150编织。混凝土面层应平整，坡度、标高达到规定设计要求，并埋设预埋铁。7.2排水井及止水桩、工作棚施工图8 围护止水桩、降水井布置1.5m8.4m1.5m1.5m8m11.7m1.5m排水井止水桩1.5m1.5m1.5m工作坑1.5m14.4m后座墙7.2.1排水井施工如图所示在支撑围护桩与止水桩外围设立降水井，降水方式为大口径井点泵排水，水位降到地下14米。因地下多为砂砾,故可采用清水钻孔凿井，井孔应圆整、垂直。井管安装丝扣应完整吻合，无弯曲、残缺，井管外填滤料，滤管下端装沉沙管。深井泵的扬水管及电动机安装时，必须检查保证传动轴居中，水泵工作部份应在水下规定的高度。7.2.2止水桩施工 为了减少地下水的渗透,在钢板桩的外围采用连续深层搅拌喷粉桩体，桩孔直径为500，钻孔深度完成后的桩体成为隔离地下水的墙体。7.2.3工作棚的搭设：工作坑施工完成后，可以进行地面工作的搭设，以防雨，保证工作坑内管口焊接等作业的正常进行，工滚动平台支撑框架单轨吊屋架8m11.70m40006000支墩12m图9 工作棚设置示意图作棚采用钢结构，内设单轨电动葫芦（约10t），工作棚结构如图（下管时在工作棚端部另设一台机械滚动平台）：7.3顶管设备安装首先安装导轨下的忱木（250mm250mm，间距为500mm一根，每根长3M,一共铺忱木20根，忱木上垫木方及=30 mm木板，以利运土车的行走。导轨材料采用4条20#工字钢，总长度为40.8+48.5=37.2m。两组导轨的内距A为：A=2 (0.5D)-(0.5D-h+e)=0.92米。（h工字钢高度，e管外壁与工字钢底平面的垂直高度），为了便于管道焊接，在焊接位置，导轨应断开，断开处的导轨应采取加固措施。顶管后背装置由横铁、立铁、横木组成，横铁与立铁均可由28#工字钢制作，横木由枕木叠加。在钢板桩的外侧设立块石及钢筋混凝土支墩，钢筋混凝土支墩（配螺纹钢16250）。顶管设备的安装应牢固，方位正确，顶力中心与管道轴线一致。通风设备与照明系统按规定要求安装，确保安全施工。运土水平牵引的卷扬机安装位置合理，应便于其它作业。顶管在承受轴向顶力时易产生变形，故在顶头与管端安放一个钢制分压环（钢板=30 mm），使轴向顶力均匀分布。不采用机械和管锥顶进时，管端应配接工具管，管长300mm，锥度约30。工具管采用=120 mm钢板卷制，以减少管端磨擦力。7.4下管、顶进1以专用卡具用汽车吊卸管至地面滚动工作平台，再用单轨吊下管，下管前管道防腐层另涂刷一层防腐涂料，以防顶管时损坏表面基层防腐涂料。2第一节管子下到导轨上，应测量管子的中线及前端和后端的管底高程，确认合格后，方可顶进。第一节管子顶进方向的准确，是保证整段顶管质量的关键，对顶进方位应勤测量、勤检查，并细致操作，以防出现偏差。 3第一节顶进到要求位置退回顶铁，下第二节管，前后管段接口组对焊接，焊接前应检查对口间距，错口量，管中心线吻合等情况，接口焊接后，应补作接口处的防腐及保护层，接口处采用内坡口，管外补焊一遍盖面。 4顶镐安装要求：顶镐的高程一般宜使顶镐的着力中心位于管子总高的1/4左右处，顶镐的平面位置；使用多台顶镐时，各顶镐中心应与管道中心线对称，且各顶镐的油管应并连一起。顶力中心1/4RR图11 顶镐顶力中心点位置图5顶铁安装及使用要求： 顶铁应无歪斜扭曲现象，安装必须直顺； 每次退镐加放顶铁时，应换用可能安放的最长顶铁，始终保持连接的顶铁数目为最少； 现用双行2030厘米截面的顶铁，其连接长度为2米； 在顶进过程中，顶铁上方及侧面均不得站人，并随时注意观察顶铁有无扭曲迹象，及时采取措施，防止崩离。顶进一般应昼夜三班不停施工，充分发挥机械的效能，同时防止由于中途停置，磨擦力增加，造成顶进困难。但在顶进过程中遇到下列情况之一时，即应停止顶进，迅速采取措施，处理完善后，再继续顶进。顶管前方发生塌方或遇到障碍；后背倾斜或严重变形；顶铁发现扭曲现象；管位偏差过大，而且校正无效；顶力较预计增大，超过管口许可承受的顶力。顶进每班均应填写施工记录，交接班时应将施工记录向下一班交接清楚。人工挖土顶进时，管前挖土一般应在管内操作，以确保安全。土质容易塌方者，顶进时工具管内加设隔栅，顶镐及出土卷扬机的操作，均应听从挖土人员的指挥。8.顶管测量方法和要求：长距离顶管还受到测量的制约。普通的激光经纬仪，其光点的直径在10mm以下，如果距离太长，光点的直径将扩大，这就影响测量精度。如果增大激光的功率，又会对人体，尤其是对人眼睛造成伤害。另外，距离太长，管内雾气等都会影响测量。如果当顶进长度达数千米以上时，测量会因地球表面的曲率而影响其测量精度。本工程总长仅为110m，可采用普通的激光经纬仪。顶管施工时，为了使管道按照规定的方向前进，在顶进过程中必须不断观测管节前进的轨迹，当发现偏离设计位置时，就要及时地进行校正。误差过大不但校正困难，即使尽力校正后，有些误差的影响也难以完全消除，因此，必须在误差很小时就进行校正。这就要求顶管自始至终都要在测量工作的严格控制之下。1测量对象对工具管和首节管及整个顶进管段进行测量。2测量的四个阶段测量工作大致可分为四个方面：1）顶进前的准备阶段测量包括工作坑的方位、高程，标定管道中心线，设立临时水准点等。开始顶进前，要选好基线（即管道设计的中心线）和基点（即临时水准点）。基线和基点一定要设置牢靠，在整个施工过程中不能发生移动，特别是基线若方向少有移动则可能形成很大的误差。基线设置好后，就可以此基线为准测量顶管的中线。2）顶进过程中的测量主要是对工具管和首节管进行测量，此种测量观测频繁，除对工具管和首节管频繁测量外，还需对整个顶进管段进行复测。3）工程竣工测量一般是每节管都应测量，根据测量结果绘出竣工图。4）地面观察测量观察地面有无沉陷和隆起。3测量次数在顶第一节管子时，及在校正偏差过程中，应每顶进20-30cm,即对中心线及高程测量一次，在正常顶进中，应每顶进50-100 cm还需对整个顶进管段进行复测一次，主要是检查中间管节有无下沉现象。一个顶管段顶完后，应重新测量一次管道的中心线和高程，一般每个接口测一点，有错口时测两点。测量发现管位偏差达1厘米，一般应考虑校正，但对高程偏差的校正，应根据管道的设计坡度和头一节管子的走向，来确定校正方法。当根据头一节管子的走向预计可能自行恢复到设计位置时，不必校正。纠偏校正应缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛纠硬调，以防产生相反结果。4顶管允许偏差项 目允许偏差（mm）检 验 频 率检 验 方 法范 围点 数中线位移50每节管1测量并查阅记录管内底高程-50+40每节管1用水准仪测量顶管（钢管 DN2200）允许偏差5测量方法（1）水准仪或经纬仪测量仪器安装先定好基点，每次架设仪器都要与基点对中，管内设测量标志，在顶进过程中反复测量。为了节省架设和调整仪器的时间，也可采用定点定位测量，即将仪器装在工作坑内固定的位置上，管内的测量标志也固定在首节管内的一个位置上，可节省人力，提高测量效率。但应注意支设仪器的地点不要与顶进设备相互干扰，并要防止操作时振动。管内的观测标志设置位置不要影响管内操作，可放在一角。根据装设的地点推算管道的高程。图12 水准仪测量平面位置示意图待顶管首端十字架水准仪测平面位置：在待顶管首端固定一个小十字架，在坑内悬架一台水准仪，使水准仪十字对准十字架，顶进时，如果出现十字架与水准仪上十字