排水管道修复工程顶管施工工程方案

顶管专项施工方案

工程名称：XX大学城西片区排水管道修复工程

工程地点：XX大学城小谷围_______________

施工单位：XX市第二市政工程有限公司

编制单位：XX市第二市政工程有审批单位：__________________

限公司

技术负责人：

审批负责人：

编制人：审核人：

编制日期：年月日审批日期：年月日

审批单位：总审批负责人：

总审核人：总审批日期：年月

日

顶管专项施工方案

工程名称：XX大学城西片区排水管道修复工程

工程地点：XX大学城XX______________

施工单位：XX市市政集团二公司____________

编制单位：XX市第二市政工审批单位：

程有限公司

技术负责人：审批负责人：

编制人：审核人：

编制日期：年月日审批日期：年月日

2

顶管施工专项方案

顶管专项方案目录

第一章.工程概况...........................................7

1.1.工程简介..........................................7

1.2.工程地质水文情况.................................8

1.2.1.地质分布情况.................................8

1.2.2.地下水......................................10

1.3.方案编制依据.....................................11

第二章.施工总体部署和施工组织............................11

2.1.施工总体部署.....................................11

2.1.1.工期安排计划：..............................12

2.1.2.工作井接收井施工计划........................12

2.1.3.顶管施工计划................................12

2.2.施工组织管理.....................................13

2.2.1.施工总平面布置..............................13

2.2.2.机械、测试设备、劳动力计划.................14

第三章.施工方案..........................................16

3.1.工作井、接收井施工...............................16

3.1.1.工作井、接收井设计方案......................16

3.2.施工准备.........................................18

3.3.工作井、接收井的施工.............................19

3.3.1.混凝土沉井施工计算..........................19

3

CXX市市政集团有限公司

顶管施工专项方案

3.3.1.1.工作井沉井下沉系数计算................19

3.3.1.2.沉井抗浮计算..........................21

3.3.1.3.沉井下沉的技术措施....................22

3.3.2.沉井允许偏差................................23

3.3.2.1.沉井下沉中的纠偏措施..................24

3.3.3.沉井封底....................................25

3.3.4.沉井下沉测量监控及质量控制..................26

3.3.5.沉井施工常见问题防治办法....................28

3.3.6.沉井允许偏差................................32

3.3.7.沉井封底....................................34

3.3.8.沉井下沉测量监控及质量控制..................35

3.3.9.注浆加固....................................36

3.4.顶管施工方案.....................................37

3.4.1.泥水平衡机械顶管施工工艺流程................37

3.4.2.机头选型....................................38

3.4.3.平面布置、井内布置及管内布置................40

3.4.4.出土方案....................................41

3.4.5.顶管受力计算................................41

3.4.6.后背的计算..................................43

3.4.7.出洞方案....................................44

3.4.8.测量以及设备安装............................45

3.4.9.泥水系统的安装..............................48

4

顶管施工专项方案

3.4.10.顶进开始调试阶段以及土体取样：.............49

3.4.11.顶进过程中的方向控制.................50

3.4.12.顶管动力、照明配套.........................51

3.4.13.液压系统...................................52

3.4.14.电气系统...................................52

3.4.15.纠偏系统...................................52

3.4.16.注浆减磨.............................53

3.5.应急措施.........................................55

3.5.1.水泥浆置换加固.............................56

第四章.泥水平衡顶管机操作注意事项........................56

4.1.一般原贝（J.........................................56

4.1.1.顶管机安全操作要领..........................57

4.1.2.启动顶管机刀盘的操作步骤....................58

4.1.3.停止顶管机刀盘的操作步骤....................58

4.1.4.维修保养要点................................60

4.2.顶管施工中可能出现的问题及采取的措施...............61

4.2.1.顶管机旋转..................................61

4.2.2.管节接头漏浆...............................61

4.2.3.地面沉降或隆起.............................62

4.2.4.孤石遇到卡钻...............................62

4.2.5.遇涌水......................................63

第五章.质量及工期保证措施................................63

5

顶管施工专项方案

5.1.1.工程质量目标................................63

5.2.工程质量保证体系.................................64

5.3.质量保证措施.....................................64

5.4.工期保证措施....................................67

第六章.雨季施工措施......................................69

6.1.雨天施工的措施...................................69

6.2.雨天施工准备工作................................69

6.3.雨天施工管理.....................................70

第七章.安全生产保证措施..................................70

7.1.安全、文明施工目标...............................70

7.2.安全管理网络.....................................71

7.3.安全措施.........................................72

7.4.安全管理步骤.....................................74

7.5.施工机械.........................................77

7.6.安全措施的十大禁令..............................78

7.7.正常施工阶段对安全重点部位确定及安全措施制定....80

7.8.消防措施........................................81

7.9.突发事件的处理..................................82

第八章.文明施工措施......................................83

8.1.文明施工目标.....................................83

8.2.创建文明工地措施.................................87

6

顶管施工专项方案

第一章.工程概况

1.1.工程简介

本工程位于XX大学城西片区，需实施顶管为污水管，位于西六

路，井号为W16rwi75,顶管公称直径为DN1000,外径为DN1200mm埋

深最深为7.22m,覆土厚度最大6.14m,DN1000顶管每段长度为544mm,

共计4段，设工作井3座、接收井2座。

顶管管材采用C50钢筋混凝土排水ni级顶管专用水泥管,抗渗标

号S8,顶管最大抗压强度不得小于50Mpa。顶管管材满足《顶进施工

法钢筋混凝土排水管》(JG/T640-1996)标准，接口采用“F”型接口，

齿型橡胶止水圈。施工平面布置图如(图1)所示。

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GXX市市政集团有限公司

顶管施工专项方案

（图1）

1.2.工程地质水文情况

1.2.1.地质分布情况

本施工场地位于珠江下游冲积平原，场地地质分布情况为：

第一层为素填土Q4T：杂色，稍湿，稍压实，主要成份由

黏土及碎石块组成，其中0.0-0.6m为碎，层厚为3〜3.5米。

第二层为淤泥质粉质黏土Q4-2:深灰色，流塑，主要成份为

黏粒，含有机质，稍具臭味，层厚为3.5〜4.5米。

第三层为粉质黏土Q4-3：灰黄色，软塑，土质不均，主要

成份为黏粒，黏性一般。层厚大于3米，位于顶管基底以下。顶管

8

顶管施工专项方案

（图2,顶管纵剖面示意图）

素填土：杂色,

稍湿，稍压实,

主要成份由黏

土及碎石块组

成，其中

0.0-0.6m为碎。

淤泥质粉质黏

土:深灰色，

流塑，主要成

份为黏粒，含

有机质，稍具

臭味。

粉质黏土：灰

黄色，软塑，

土质不均，主

要成份为黏粒,

黏性一般。

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顶管施工专项方案

（图3,典型地层地质柱状图）

大学城属珠江水系，珠江xx水道为xx市区的主要河网，包括

西航道、前航道、后航道、平洲水道、官洲水道、沥洛水道、新造

水道及番禺区内的一些主要河道。这些河道分别汇入虎门、蕉门、

洪奇门三大水道入海。XX四面环水，沥落水道及官洲水道从南北两

面流过，岛内河涌13条，基本呈辐射式分布，其中有3条河涌连

接岛内中心湖，所有河涌与外江连接处均以水闸控制。

1.2.2.地下水

场区地下水在勘察期间各孔均所遇见，测得稳定水位埋深

0.30~2.50m,相应标高6.34〜21.23m。地下水水位主要受西航道、

前航道、后航道、平洲水道、官洲水道、沥落水道、新造水道流域

控制，洪水季节，西航道、前航道、后航道、平洲水道、官洲水道、

沥潜水道、新造水道流域水系补给地下水、枯水季节地下水向河流

排波；其次受大气降水渗透补给和蒸发影响，水位变化，早雨季节

略有升降。土层渗透系数K值见表1-1。

10

顶管施工专项方案

1.3.方案编制依据

1、工程招标文件和设计图纸及说明；

2、《给水排水管道工程施工及验收规范实施手册》和《给水排水管道

工程施工及验收规范(GB50268-97)；

3、《市政公用工程质量检验评定标准》；

4、《建筑工程质量通病防止手册》；

5、《混凝土结构工程及验收规范》

6、《市政地下工程施工及验收规范》；

7、《建筑安装工人安全技术操作规程》；

第二章.施工总体部署和施工组织

2.1.施工总体部署

本工程计划总工期90日历天，根据工程量及总工期、节点控制

工期，根据关键设备(顶管机等)的工作效率及人员组织，根据顶管

的长度，本工程拟设工作井3个，接收井2、顶管工段5个工段，每

个工段长度约120m,最短一段为60mo

工程量表表

工开始井结束长度管径埋深(m)管材材质

作号井号(m)长(m)

段

编

11

顶管施工专项方案

号

1W175W172120DN10007.34〜2钢筋混凝土三

7.15级管

2W172W169120DN10007.32钢筋混凝土三

级管

3W169W166120DN10007.22钢筋混凝土三

级管

4W166W163120DN10007.12钢筋混凝土三

级管

5W163W16160DN10007.12钢筋混凝土三

级管

2.1.1.工期安排计划:

本工程顶管长度较长，根据施工合同要求全部工程必须在9月1日前完成,

按照顶管施工工艺流程，合理安排各工序流水作业，安排各工序间紧密搭接，

计划沉井施工工期20天，顶管工程总工期按照60日历天控制

2.1.2.工作井接收井施工计划

工作内容：场地平整、垫层，钢筋、模板、混凝土浇长和养护、

除土下沉，封底处理，后背墙施工，开管口洞，计划工期20日历天。

2.1.3.顶管施工计划

工作内容：DNlOOOmm顶管544m，其中标准段为4段每段120

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顶管施工专项方案

米长，顶管用一套设备。120米标准段顶管18天，安排两台顶管机

同步作业，60米段顶管5天，顶管总工期40天。西片区顶管总工期

60天，计划于2014-6-25开工，于2014年8月25日完工。

2.2.施工组织管理

2.2.1.施工总平面布置

(1)设备停置场地

现场堆放设备为起重门吊、主千斤顶、主油泵、控制柜等。其他

设备比如挖掘机等相关机械属于临时性设备，根据现场施工需要布

置。

(2)材料堆放

本工程钢筋、钢板等材料的堆放场地设置在工作井附近，所有材

料管理由材料员统一管理，并分类放置，按照xx市安全文明施工条

例标准管理。

(3)施工用电

由于顶管施工采用机械化施工，现场施工用电必须满足施工的正

常要求，根据顶管掘进机和现场施工设备的功率，每个工作井用电必

须满足100KW的施工用电要求。

(4)施工用水

施工用水采用附近管网的自来水作为生产和生活用水。

(5)办公室

生活及办公用房拟在顶管沿线附近租用成套的现有民房，并设食

13

顶管施工专项方案

堂，方便办公人员吃饭。

2.2.2.机械、测试设备、劳动力计划

表2、施工机械

序号设备名称数量规格功率备注

该功率没含

泥水平衡顶管掘进DN100

11台100KW其他配套设

机0

备

2主千斤顶2只300t

3主油泵1台18.5KW

418t起重门吊1台18t

5注浆泵2台7.5KW

6注浆管150米DN40

7大功率污泥泵2台30KW

8泥水管200米DN150

9电焊机2台15KW

10钢筋切断机1台5KW

11钢筋穹曲机1台5KW

12混凝土震捣器2套3KW

13挖掘机1台0.6

14污水泵4台3KW

14

顶管施工专项方案

表2、测试设备

序号设备名称规格数量备注

1激光经纬仪J2-JDB1台

2水准仪DSZ32台

3全站仪0TS2341套

4钢卷尺5米5把

5钢卷尺30米1把

6钢卷尺50米2把

7花杆2m2根

8锤球0.25kg2个

9水平尺0.5m2根

10水平尺Im2根

11碎试块模具2组

12砂浆试块模具2台

表3、劳动力计划

序号工种（职务）职工民工总人数

1项目经理11

2项目总工11

3施工员11

4质检员11

5安全员11

15

顶管施工专项方案

6测量员211

7资料员11

8试验员11

9电工21

10钢筋工224

11混凝土工44

12电焊工221

13顶管工6124

14起重工224

15杂工44

总人数32

第三章.施工方案

3.1.工作井、接收井施工

3.1.1.工作井、接收井设计方案

为节约成本和缩短工期，根据我单位长期施工的经验，工作井

和接收井采用钢筋混凝土井沉井法施工工艺。沉井结构如下图所示

（图4）：

16

顶管施工专项方案

（图4,工作井结构示意）

17

顶管施工专项方案

（图5,接收井结构图示意）

工作井和接收井均为圆形，内尺寸直径6000mmniin；非靠背部分

壁厚350mm,有靠背墙部分壁厚为900mmo接收井内尺寸直径为

4000mmo有靠背部分壁厚为900mm,上部壁厚为600nlm。工作井下

沉到位后进行先铺设100mm厚碎石垫层；然后设置单层网格状底板

钢筋，配筋为018@200,浇筑C25混凝土，厚度为400mm。工作井

和接收井下沉到位后，为保证进出洞和道路的安全，对沉井四周的

土体进行加密注浆，注浆孔径为44001nm,注浆材料为32.5级普通

硅酸盐水泥，水灰比为0.5,注浆压力为0.25-0.35Mpao注浆范

围为距离井边4m,注浆深度为5.5m,注浆孔中心距为600mll1,每米

注浆水泥用量100Kg/mo

3.2.施工准备

1、对施工场地、进出道路进行平整，接通施工所用的电源、水

源；

2、对施工中可能影响到的地下管线、建筑物进行迁移或保护；

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顶管施工专项方案

3、施工所需材料、设备、人员到位；

4、根据甲方提供的测量控制点向施工范围内引测、设置临时控

制点，临时控制点设置在便于观测、稳定牢固的地段，引测的临时

控制点应闭和、复测，并交现场监理复核。

5、设置监控观测点，在工作井、接收井、顶管等施工范围内的

道路、电杆及其他建筑物位置设置监控观测点，在施工期间定时进

行观测，以便及时发现情况并采取措施。

3.3.工作井、接收井的施工

3.3.1.混凝土沉井施工计算

3.3.1.1.工作井沉井下沉系数计算

一般采用沉井下沉系数K>1.15〜1.25作为下沉的控制指标。

判断沉井下沉后期是否需要压重。

验算公式：

K=(Q-B)/(T+R)=(Q-B)/[cX(h—3.5)Xf+R]三1.15

式中:Q——沉井自重及附加荷重；

B——被井壁排出的水重(kN),采取排水下沉时B=0;

T——沉井与土间的摩阻力(kN);

顶管施工专项方案

C---沉井周长(m);

h——沉井下沉高度(m);

R——刃脚反力(kN),刃脚挖土时取R=0;

f——井壁与土的单位摩擦力，取最小值20kN/m2;

K工作井

=((6.55*3.14*0.7*3+(6.45*3.14*0.9*5.75)*25)-0)/(6.7*3.14*

(7-3.5)*20)=L808>1.15,因此后期沉进无需增加附加压重。

K接收井

二((4.6*3.14*0.7*3+(4.45*3.14*0.9*5.75)*25)-0)/(4.7*3.14*(

~=i^rx

7_&匚顶进管道与其周围土层的摩擦系数表9.1.1

土层类型湿干

粘土、亚粘土0.2〜0.30.4〜0.5

砂土、亚砂土0.3〜040.5〜0.6

不同地层的单位面积土的端部阻力ps表9.1.2

土层类型23口口

软岩，固结土12000

砂砾石层7000

致密砂层6000

中等密度砂层4000

松散砂层2000

硬-坚硬粘土层表30

软-硬粘土层1000

粉砂层，淤积层400

顶管施工专项方案

3.3.1.2.沉井抗浮计算

若地下水对沉井的浮力大于井壁及封底碎重量与井壁与土的摩

擦力之和，可以采取在井壁上加载的方法抗浮

井壁及封底砂自重：

P工作井二P

v=(6.55*3.14*0.7*8.75*25)+6-2*3.14/4*0.45*25=3467KN

P接收井二P

v=(4.6*3.14*0.6*8.75*25)+42*3.14/4*0.35*25=2005KN

F工作井=6.9X3.14X(8.75-3.5)X20=2274KN

F接收井=4.9X3.14X(8.75-3.5)X20=1615KN

浮力F等于井排出的水重量

F工作井=6.92*3.14/4*8.75=47KN

21

顶管施工专项方案

F接收井=6.9■3.14/4*8.75=47KN

F工作井(p+f=3467+2274=5741KN

F接收井Vp+f=2005+1615=3620KN

因此，沉井在地下水浮力的作用下，是能够保持稳定的。

3.3.1.3.沉井下沉的技术措施

(1)做好下沉前的各项准备工作。在混凝土达到设计强度的70%

方可拆模,拆除模板时,应对混凝土表面进行外观检查,每次下沉时,

须将井筒内的满堂架全部拆除。

(2)沉井下沉。各项准备工作就绪，待混凝土强度达到80%后

方能开始挖土下沉。

①刃脚承垫架的拆除。当井内土方由中间向四周均匀扩挖到刃

脚附近时,先分段对称地掏土至刃脚处,深井在重力作用下第一次

开始下沉,第二次再由中间向四周均匀挖至刃脚附近时,先掏剩余

部分(承垫下面)的土至刃脚下，抽除承垫架,再掏其余部分的土，

沉井便开始第二次下沉。

②每次开挖的厚度不要过大，开挖厚度控制在200mm左右。

22

顶管施工专项方案

③加强沉降观测与外观观察。第一次下沉前，做好对沉井的初始

标高、轴线位移等校核,并做好记录，以此作为对以后各项观测的参

照。

3.3.2.沉井允许偏差

(1)沉井横断面尺寸的容许偏差，长宽为10mm；曲线部分的

半径为10mm；两对角线的差异为15mm。沉井井壁厚度的偏差为

5mmo

(2)沉井刃脚平均标高与设计标高的偏差不得超过5cm。

(3)沉井的水平偏移，不得超过下沉总深度的1%。但下沉总

深度小于10m时，其水平偏移允许为5cm。

(4)沉井四周(圆形沉井为相互垂直两直径与圆周的交点)

中任何两角的刃脚踏面高差不得超过该两脚水平距离的1%,且最大

不得超过5cm。如两角间水平距离小于10m时，其踏面高差允许为

5cm。

23

顶管施工专项方案

3.3.2.1.沉井下沉中的纠偏措施

沉井下沉过程中，有时会出现倾斜、位移及扭转等情况，应加

强观测,及时发现并采取措施纠正。

(1)可能产生倾斜的原因有：

①刃脚下土质软硬不均；

②拆刃脚垫架时，抽出承垫木未对称同步进行，或未及时回填;

③挖土不均，使井内土面高低悬殊；

④刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉；

⑤排水下沉，井内一侧出现流砂现象；

⑥刃脚局部被大石块或埋设物搁住；

⑦井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。

(2)纠偏措施有：

①加强沉井过程观测和资料分析,发现倾斜及时纠正。如沉井

已经倾斜，可采取在刃脚较高一侧加强挖土并可在较低的一侧适当

24

顶管施工专项方案

回填砂石，必要时配以井外射水，或局部偏心压载，都可使偏斜得

到纠正。待其正位后，再均匀分层取土下沉。

②从倾斜高起的一端,也就是从土质硬的一端挖土，同时向土质

软的一端递减挖土深度逐渐开挖，使沉井两端基本保持在同一水平

面上,这样沉井就由倾斜逐渐摆平。

③位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿

倾斜方向下沉，至刃脚中心与设计中心位置吻合时，再纠正倾斜，

因纠正倾斜重力作用产生的位移，可有意向位移的一方倾斜后，使

其向位移相反方向产生位移纠正。

3.3.3.沉井封底

1.封底方法有排水封底法和不排水封底法。正确的选择封底方

案对能否成功封底影响至关重要。本工程采用不排水封底。

2.混凝土坍落度宜为150〜200mm,在开始灌注混凝土时，宜用

较小的坍落度。

3.灌注封底水下混凝土时，需要的导管间隔及根数，应根据导

管作用半径及封底面积确定，间距一般为2.5〜4%最深点应

25

顶管施工专项方案

布置有导管。用数根导管灌注水下混凝土时，应依先低处、

后高处，先周围、后中部的顺序进行。

4.在灌注混凝土过程中，导管随混凝土面升高而徐徐竖向提

升，导管埋入混凝土的深度，应与导管内混凝土下落高度相

适应，相邻两管混凝土的高差不得超过管距的1/15〜1/20。

5.用混凝土泵通过漏斗及导管灌注水下混凝土时，导管直径应

与混凝土泵的输送能力相适应。混凝土的灌注应尽可能快地

进行，导管拆除的间隔时间不宜超过30min。混凝土灌注将

近结束时,应加大混凝土的坍落度和导管埋深。

3.3.4.沉井下沉测量监控及质量控制

1.在沉井制作完成后，在井顶及外壁混凝土表面用油漆标出纵

横中线，在沉井四角用油漆在测点垂直线上画出四个相同的

标尺，标尺的零点从刃脚底算起。四个零点不在同一平面上

时，取最低点为零，其余各点的标尺应计入相应的高差。在

沉井纵横中线及四角处挂垂球，以随时监视沉井是否倾斜，

以便采取措施纠偏。

2.在沉井下沉过程应做到，刃脚标高每4小时测量一次，排水

下沉时下沉速度较快，应2小时测量一次，轴线位移每8h

26

顶管施工专项方案

测一次。

3.沉井初沉阶段每小时至少测量一次，必要时连续观测，及时

纠偏，终沉阶段每小时至少测量一次，当沉井下沉接近设计

标高时增加观测密度。

4.由于沉井开始时的下沉系数较大，在施工时必须慎重，特别

要控制好初沉，尽量在深度不深的情况下纠偏，符合要求后

方可继续下沉。下沉初始阶段是沉井易发生偏差的时候，同

时也是较易纠正，这时应以纠偏为主，次数可增多，以使沉

井形成一个良好的下沉轨道。

5.下沉过程中，应做到均匀，对称出土，严格控制泥面高差，

当出现平面位置和四角差出现偏差时应及时纠正，纠偏时不

可大起大落，避免沉井偏离轴线，同时应注意纠偏幅度不宜

过大，频率不宜过高。

6.沉井在终沉阶段应以纠偏为主。应在沉井下沉至距设计标高

1m以上时基本纠正好，纠正后应谨慎下沉，在沉井刃脚接近

设计标高30cm以内时，确保不再有超出容许范围的标高和

轴线偏差，否则难于纠正。

7.测量人员必须将测量数及时交当班施工负责人和技术主管，

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顶管施工专项方案

以便及时纠偏或掌握下沉情况。

8.施工时要做好沉井下沉施工记录。

3.3.5.沉井施工常见问题防治办法

1、沉井纠偏

沉井下沉过程中，当四周土质软硬不均或没有均匀抓土，使井

内土面高差悬殊；或刃脚一侧被障碍物拦住；或沉井上负荷不均就

易造成沉井下沉不均，形成井室倾斜，纠正倾斜可采取以下方法：

⑴如果由于四周土质不均及抓土不当造成的倾斜，可采取在下

沉较慢一侧用高压水枪冲土，使刃脚悬空20cm,掏空长度宜为井边

长的1/2促使该侧下沉，同时在下沉较快一侧采取多保留1/2井边

长的土台，减缓此侧下沉速度，纠正偏斜，一次不能全部纠正时，

可按此方法重复进行，直至符合规定误差为止。

⑵可采取在下沉较慢一侧井壁外侧注射压力水，冲击泥土造成

泥浆减阻加快较高一侧沉井下沉来纠偏。当纠偏接近正常位置时应

停止射水，并将沉井外壁与土之间的空隙用细土或砂填实。

2、沉井下沉过慢或不下沉

当沉井下沉速度很慢，甚至出现不下沉的情况。如因沉井侧面

摩阻力过大造成，一般可在沉井外侧用0.2-0.4MPa压力水流动水

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顶管施工专项方案

针（或胶皮水管）沿沉井外壁空隙射水冲刷助沉。下沉后，射水孔用

砂子填满。如因刃脚被砂砾挤实，造成刃脚下正面阻力过大，可将

刃脚下的土分段均匀用高压水枪冲掉，减少正面阻力；或继续进行

第二层（深40〜50cm）碗形破土，促使刃脚下土失稳下沉。

3、沉井下沉过快

为防止沉井下沉过快，可采取如下措施：

⑴严格控制抓土深度（一般为30cm）,不能太多，出现深的锅

底。

⑵当出现突沉或急剧下沉时，可采取在沉井外壁空隙填粗糙材

料（碎石、炉渣等）或填土夯实的方法，增大摩阻力，阻止沉井下

沉。

⑶当发现沉井有涌砂产生流塑情况时，可采取向井内灌水，平

衡动水压力，阻止流砂发生从而防止沉井急沉。

4、瞬间突沉

沉井在瞬时间内失去控制，下沉量很大，或很快，出现突沉或急

剧下沉，严重时往往使沉井产生较大的倾斜或使周围地面塌陷。出

现这种情况，往往有如下原因造成：

（1）在软粘土层中，沉井侧面摩阻力很小，当沉井内抓土较深，

或刃脚下土层掏空过多，使沉井失去支撑，常导致突然大量下沉，

或急剧下沉。

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顶管施工专项方案

(2)当粘土层中抓土超过刃脚太深，形成较深锅底，刃脚下的粘

土一旦被水浸泡而造成失稳，会引起突然塌陷，使沉井突沉。

遇到此种情况采取的预防措施有：

(1)抓土时，在刃脚部位保留约0.5〜1.0m宽的土堤，控制均匀

切土，使沉井挤土缓慢下沉。

(2)在粘土层中严格控制抓土深度(一般为40cm),不能太多，

不使挖土超过刃脚，可避免出现深的锅底将刃脚掏空。

5、位移或扭位

沉井下沉过程中，筒体轴线位置发生一个方向偏移(称为位

移)，或两个方向的偏移(称为扭位)。

沉井位移多半是由于倾斜引起的，位移纠正方法一般是控制沉

并不再向位移方向倾斜，同时有意识地使沉井向位移相反方向倾

斜，纠正倾斜后，使其伴随向位移相反方向产生一定位移纠正，当

几次倾斜纠正后，即可恢复至正确位置。如位移较大，也可有意使

沉井偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直到刃脚处中心线与

设计中心线位置吻合或接近时，再纠正倾斜，位移相应得到纠正。

当倾斜方向不平行轴线时，纠正后则产生扭位，多次不同方向

的倾斜，纠正倾斜后拌随产生位移的综合复合作用，也常导致产生

偏离轴线方向的扭位。沉井位置如发生扭转，可在沉井偏位的二角

偏出土，另外二角偏填土，借助于刃脚下不相等的土压力所形成的

30

顶管施工专项方案

扭矩，使下沉过程中逐步纠正其位置。

4.3沉井下沉的技术措施

(1)做好下沉前的各项准备工作。在混凝土达到设计强度的70%

方可拆模,拆除模板时,应对混凝土表面进行外观检查,每次下沉时,

须将井筒内的满堂架全部拆除。

(2)沉井下沉。各项准备工作就绪，待混凝土强度达到80%后

方能开始挖土下沉。

①刃脚承垫架的拆除。当井内土方由中间向四周均匀扩挖到刃

脚附近时,先分段对称地掏土至刃脚处,深井在重力作用下第一次

开始下沉,第二次再由中间向四周均匀挖至刃脚附近时,先掏剩余

部分(承垫下面)的土至刃脚下，抽除承垫架,再掏其余部分的土，

沉井便开始第二次下沉。

②每次开挖的厚度不要过大，开挖厚度控制在200mm左右。

③加强沉降观测与外观观察。第一次下沉前，做好对沉井的初始

标高、轴线位移等校核,并做好记录，以此作为对以后各项观测的参

照。

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顶管施工专项方案

3.3.6.沉井允许偏差

(1)沉井横断面尺寸的容许偏差，长宽为10mm；曲线部分的

半径为10mm；两对角线的差异为15所。沉井井壁厚度的偏差为

5mmo

(2)沉井刃脚平均标高与设计标高的偏差不得超过5cm。

(3)沉井的水平偏移，不得超过下沉总深度的1%。但下沉总

深度小于10m时，其水平偏移允许为5cm。

(4)沉井四周(圆形沉井为相互垂直两直径与圆周的交点)

中任何两角的刃脚踏面高差不得超过该两脚水平距离的1%,且最大

不得超过5cm。如两角间水平距离小于10m时，其踏面高差允许为

5cm。

4.4沉井下沉中的纠偏措施

沉井下沉过程中，有时会出现倾斜、位移及扭转等情况，应加

强观测,及时发现并采取措施纠正。

(1)可能产生倾斜的原因有：

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顶管施工专项方案

①刃脚下土质软硬不均;

②拆刃脚垫架时，抽出承垫木未对称同步进行，或未及时回填;

③挖土不均，使井内土面高低悬殊；

④刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉；

⑤排水下沉，井内一侧出现流砂现象；

⑥刃脚局部被大石块或埋设物搁住；

⑦井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。

(2)纠偏措施有：

①加强沉井过程观测和资料分析,发现倾斜及时纠正。如沉井

已经倾斜，可采取在刃脚较高一侧加强挖土并可在较低的一侧适当

回填砂石，必要时配以井外射水，或局部偏心压载，都可使偏斜得

到纠正。待其正位后，再均匀分层取土下沉。

②从倾斜高起的一端,也就是从土质硬的一端挖土，同时向土质

软的一端递减挖土深度逐渐开挖，使沉井两端基本保持在同一水平

面上,这样沉井就由倾斜逐渐摆平。

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顶管施工专项方案

③位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿

倾斜方向下沉，至刃脚中心与设计中心位置吻合时，再纠正倾斜，

因纠正倾斜重力作用产生的位移，可有意向位移的一方倾斜后，使

其向位移相反方向产生位移纠正。

3.3.7.沉井封底

6.封底方法有排水封底法和不排水封底法。正确的选择封底方

案对能否成功封底影响至关重要。本工程采用不排水封底。

7.混凝土坍落度宜为150〜200mll1,在开始灌注混凝土时，宜用

较小的坍落度。

8.灌注封底水下混凝土时，需要的导管间隔及根数，应根据导

管作用半径及封底面积确定，间距一般为2.5〜4%最深点应

布置有导管。用数根导管灌注水下混凝土时，应依先低处、

后高处，先周围、后中部的顺序进行。

9.在灌注混凝土过程中，导管随混凝土面升高而徐徐竖向提

升，导管埋入混凝土的深度，应与导管内混凝土下落高度相

适应，相邻两管混凝土的高差不得超过管距的1/15〜1/20。

10.用混凝土泵通过漏斗及导管灌注水下混凝土时，导管直径

应与混凝土泵的输送能力相适应。混凝土的灌注应尽可能快

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顶管施工专项方案

地进行，导管拆除的间隔时间不宜超过30min。混凝土灌注

将近结束时,应加大混凝土的坍落度和导管埋深。

3.3.8.沉井下沉测量监控及质量控制

9.在沉井制作完成后，在井顶及外壁混凝土表面用油漆标出纵

横中线，在沉井四角用油漆在测点垂直线上画出四个相同的

标尺，标尺的零点从刃脚底算起。四个零点不在同一平面上

时，取最低点为零，其余各点的标尺应计入相应的高差。在

沉井纵横中线及四角处挂垂球，以随时监视沉井是否倾斜，

以便采取措施纠偏。

10.在沉井下沉过程应做到，刃脚标高每4小时测量一次，排

水下沉时下沉速度较快，应2小时测量一次，轴线位移每8h

测一次。

11.沉井初沉阶段每小时至少测量一次，必要时连续观测，及

时纠偏，终沉阶段每小时至少测量一次，当沉井下沉接近设

计标高时增加观测密度。

12.由于沉井开始时的下沉系数较大，在施工时必须慎重，特

别要控制好初沉，尽量在深度不深的情况下纠偏，符合要求

后方可继续下沉。下沉初始阶段是沉井易发生偏差的时候，

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顶管施工专项方案

同时也是较易纠正，这时应以纠偏为主，次数可增多，以使

沉井形成一个良好的下沉轨道。

13.下沉过程中，应做到均匀，对称出土，严格控制泥面高差，

当出现平面位置和四角差出现偏差时应及时纠正，纠偏时不

可大起大落，避免沉井偏离轴线，同时应注意纠偏幅度不宜

过大，频率不宜过高。

14.沉井在终沉阶段应以纠偏为主。应在沉井下沉至距设计标

高1m以上时基本纠正好，纠正后应谨慎下沉，在沉井刃脚

接近设计标高30cm以内时，确保不再有超出容许范围的标

高和轴线偏差，否则难于纠正。

15.测量人员必须将测量数及时交当班施工负责人和技术主

管，以便及时纠偏或掌握下沉情况。

16.施工时要做好沉井下沉施工记录。

3.3.9.注浆加固

沉井到位底板混凝土浇筑完整后，进行四周土体的注浆加固。计

划采用旋喷桩加固方案，首先使用钻机按照设计的间距要求钻孔，间

距和深度要达到设计要求；然后按照水灰比使用拌浆桶拌和注浆液,

用高压注浆泵进行旋喷加密注浆；注浆程序先外围后内侧。

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顶管施工专项方案

3.4.顶管施工方案

3.4.1.泥水平衡机械顶管施工工艺流程

泥水平衡机械顶管施工工艺流程如下图（图6）所示

（图6,机械顶管工艺流程图）

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顶管施工专项方案

3.4.2.机头选型

本工程由于本工程工期紧，为确保工程质量万无一失，确保绝

对工程安全，预防遇孤石等情况卡钻头，我公司根据以住施工经验,

决定采用具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机。

其基本原理是主轴偏心回转运动而破碎的泥水平衡顶管机，其

刀盘的正面，开口比较大，便于大块的卵石等能进入顶管机内，刀

盘正面上下两个泥土和石块的进口，其开口的面积约占顶管机全断

面的15%〜20%。

刀盘由设在主轴左右两侧的电动机驱动。电动机是通过行星减

速器带动小齿轮，然后再带动设在中心的大齿轮。大齿轮与主轴及

轧辐联接成一体。主轴的左端安装有刀盘。这样，只要刀盘驱动电

机转动，刀盘也就转动，同时轧辐也转动。在掘进机工作时，刀盘

在一边旋转切削土砂的同时还一边作偏心运动把石块轧碎。被轧碎

的石块只有比泥土仓内与泥水仓联接的间隙小才能进入掘进机的

泥水仓，然后从排泥管中被排出。

另外，由于刀盘运动过程中，泥土仓和泥水仓中的间隙也不断

地由最小变到最大这样循环变化着，因此，它除了有轧碎小块石头

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顶管施工专项方案

的功能以外还始终能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达泥土仓

中，从而保证了掘进机不仅在砂土中，即使在粘土中也能正常工作。

一般情况下，刀盘每分钟旋转4〜5转，每当刀盘旋转一圈时，

偏心的轧碎动作达20〜23次。由于本机有以上这些特殊的构造，

因此它的破碎能力是所有具有破碎功能的掘进机中最大的，破碎的

最大粒径可达掘进机口径的40%〜45%之间，破碎的卵石强度可达

200Mpa。

本掘进机的优点是：

特点：

A、顶管机、主千斤顶、泥水循环系统和泥水分离装置

(DESANDMAN)成套化。

B、带锥形破碎机的条幅刀盘，能破碎小于外径30%,一轴强

度196Mpa(2000kg/cm2)的砾石。

C、该机能适用各种土壤条件，如粘质土、砂土、砂砾混合卵石

土和软岩上。

D、使用安装在轨道上的主顶油缸。一次顶进长度超过100mo

E、该机由一人在地面遥控操纵即可。

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顶管施工专项方案

F、可在控制台上进行电视监测及方向控制，精度高。带有ISEKI

专利的RSG双光靶方向控制系统，有经验的操作人员可以将方向误

差控制在10mm之内！

G、使用主千斤顶不间断便可单独顶进一节管子。

H、泥水分离装置DESANDMAN是一种密封性好，操作灵活的分

离系统，且能节省安装空间。

此机型在现今使用较广，我们有着成功施工经验、技术成熟、

可靠，对土层扰动少的特点。偏心破碎泥水平衡顶管掘进机是根据

含水量较高的沙砾土而专门设计的。因此特别适应本工地基顶管的

施工。

3.4.3.平面布置、井内布置及管内布置

1、在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置以下必要的设

施，地面指挥监测中心、办公室、仓库、配电间、冷作间等。布局

要合理，环境整洁、卫生，并有专职人员进行管理。

2、现场布置、设备进场时采用50t汽车吊

3、管道顶进时，起吊设备采用汽车吊（起重能力为30t）,行

车导轨与顶管中心线应平行铺设，并与管中心左右对称。

4、井内布置

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顶管施工专项方案

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。

3.4.4.出土方案

泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘

的士通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高

速排土。在沉井上部砌2只沉淀池。沉淀的余土外运需按文明施工

要求和渣土处理办法，运到永久堆土点，不得污染沿途道路环境。

3.4.5.顶管受力计算

本工程是将壁板加厚作为千斤顶的后背墙。

1、顶力计算

推力的理论计算：（以中1000mm计算）

F=Fi十F2

其中F一总推力

E一迎面阻力

F2一顶进阻力

F尸JI/4XD2XP（D—管外径1.2mP一控制土压力）

P=K0XyXHo

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顶管施工专项方案

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，取最大值7nl

Y-----土的湿重量，取1.9t/m3

P=0.55X1.9X7=7.31t/m2

F尸3.14/4X1.22X8=31.4t

F2=JiDXfXL

式中f——管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力,

取0.8t/m2

D—管外径1.2m

L—顶距，取最大值100m

F2=3.14X1.2X0.8X100=428to

因此，总推力F=3L4+428=459.4t。根据总推力、工作井所能

承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的

总推力。工作井（①6000mm顶管）设计允许承受的最大顶力为8003

管材轴向允许推力700t,主顶油缸选用2台（或4台，根据现场实

际情况定）300t（3000KN）级油缸。每只油缸顶力控制在250t以下，

这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力500to因此我们无需增

加额外的顶进系统即可满足要求。

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顶管施工专项方案

3.4.6.后背的计算

后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。

当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形即象是

正常的，顶管中，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。

后背不允许出现上下或左右的不均匀压缩。否则，千斤顶在后

背墙上产生不均匀力，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工安

全，施工时应对后背的强度和刚度计算，其受力分析图如下图（图

7）所示

(图7,靠背受力分析图)

后靠背受力计算公式

R=aB(yH2K/2+2Ch^,+yhHKp)

R=2*4*(18*4.5-2*2.46/2+2*10*2*sqrt(2.46)+18*2*4.5-2*2.46)

=18425KN

式中:

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R-总推