泥水平衡管顶管施工方案

1、1.生产准备进行施工测量和放线工作。确定管线范围内及施工用地内所有障碍物， 如管线、电线杆等的准确位置。现场调查顶管地段内主要障碍物有排水管、供水管、水掣井、电力电讯管道和渠箱位置和标高，地面交通情况较复杂。修建临时设施，安装临时用水、用电线路，并试水、试电、修好临时排水沟。订购所需铁井盖、井圈、踏步。2.技术准备组织现场施工人员学习，审查施工图纸和进行各专业图纸会审，进行设计要求和施工技术交底。编制好顶管施工工艺，做好顶管施工人员的再培训工作。绘制临时工程及施工非标准设备工具图纸。2、沉井施工方案 2.1沉井制作制作程序：场地整平放线挖土23m深夯实基底，抄平放线验线铺砼垫层绑钢筋支刃脚、井

2、身模板浇筑混凝土养护、拆模。2.1.1施工坑开挖沉井采取在基坑中制作，以减少下沉深度，降低施工作业面。开挖深度为35米，考虑到拆除垫架和支模操作的需要，基坑比沉井宽12米，周围井点降水，降水井深度1使地下水位降至比基坑底面低0.5m，挖土采用1台小松pC220-31.0m3反铲挖掘机进行。配合人工修坡和平整坑底，挖出的土方用自卸车运至弃土场堆放。2.1.2刃脚支设本沉井高度大，重量重，地基强度较低，经检算采用垫架法支撑。沉井刃脚铺设100mm厚的砼垫层，采用钢模或木模进行刃脚的模板的安装。2.1.3模板支设和钢筋绑扎沉井制作的模板支设和钢筋绑扎与普通结构施工要求一样，只不过要考虑其地基承载力，

3、所以要均匀对称施工，以防止不均匀沉降。沉井壁中有预留管道连接的孔洞，为避免下沉时泥土和地下水大量涌人井内施工操作，对较大孔洞还会造成沉井每边重量不等，影响重心偏移使沉井易产生倾斜，在下沉前必须进行处理。在沉井预制完成后，用M5.0砖砌封闭洞口，沉井封底到位后，拆除砖砌封堵。2.1.4混凝土浇筑混凝土采用商品砼，并用砼输送泵或吊车送至沉井浇筑部位，沿井壁均匀对称浇筑。浇筑采用分层平铺法，每层厚30cm，将沉井沿周长分成若干段同时浇筑，保持对称均匀下料，以避免一侧浇筑，使沉井倾斜，要求2h内浇筑一层。两节混凝土的接缝处按设计要求设置止水钢板，上节混凝土须待下节混凝土强度达到70%后浇筑，接缝处经凿

4、毛及冲洗处理，并浇10cm厚减半石子混凝土。2.2沉井下沉 沉井下沉采用排水下沉。下沉前应进行井壁外观检查，检查混凝土强度及抗渗等级，并根据勘测报告计算极限承载力，计算沉井下沉的分段摩阻力及分段的下沉系数（115125），作为判断每个阶段可否下沉，是否会出现突沉以及确定下沉方法及采取措施的依据。第一节模板、支架的拆除，混凝土应达到设计强度的100%始可拆除。抽除刃脚下的支架应分区、分组、依次、对称、同步地进行。每拆除一根支架和模板后，刃脚下应立即用砂卵石或砾砂填实，在刃脚内外侧应填筑成适当高度小土堤并分层夯实使下沉重量传给垫层。模板及支架拆除时加强观测，注意下沉是否均匀。2.2.1下沉速度的控

5、制根据土质情况，采用台阶形挖土自重破土方式。采用从中间开始向四周逐渐开挖，并始终均衡对称地进行，每层挖土厚度为0.40.5m.刃脚处留1.21.5m宽土垅，用人工逐层全面、对称、均匀地削薄土层，每人负责23m一段，方法是顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层，每次削515cm，当土垅挡不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重作用下破土下沉，削土时应沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，使均匀平衡下沉。沉井挖土下沉采用人工挖土，一台吊车吊运出土，由于挖土施工困难，综合考虑挖土、吊运的施工能力，研究沉井下沉的安全控制，沉井下沉速度控制为30cm/天。沉井下沉中，如遇到砂砾石或硬土层，当土垅削至刃脚，沉井仍不下沉或

6、下沉不平稳，则按平面布置分段的次序，逐段对称地将刃脚下掏空，并挖出刃脚外壁10cm，每段挖完后用小卵石填满夯实，待全部掏空回填后，再分层刷掉回填的小卵石，可使沉井因均匀地减少承压面而平衡下沉。在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，一次周边开挖深度小于10cm，避免发生倾斜，尤其在开始下沉5m以内时，其平面位置与垂直度要特别注意保持正确，否则继续下沉不易调整，在离设计深度20cm左右停止取土，依靠自重下沉至设计标高。2.2.2下沉观测沉井位置的控制是在井外地面设置纵横十字控制桩、水准基点。下沉时，在井壁上设十字控制线，并在四侧设水平点。于壁外侧用红铅油画出标尺，以测沉降，井内中心线与垂直度的观测系在

7、井内壁四边标出垂直轴线，各吊垂球一个，对准下部标志板来控制，并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时随时观测垂直度，当垂球离墨线边达50mm或四面标高不一致时，立即纠正，沉井下沉过程中，每班至少观测两次，并在每次下沉后进行检查，做好记录，当发现倾斜、位移、扭转时，及时通知值班队长，指挥操作工人纠正，使允许偏差范围控制在允许范围以内。沉井在下沉过程中，最大沉降差均控制在250mm以内。当沉至离设计标高2m时，对下沉与挖土情况应加强观测，以防超沉。沉井下沉测量控制剖面示意图中心控制点中心控制点壁外下沉标尺铁件线坠钢标板沉井2.2.3下沉纠偏沉井下沉过程中，有时会出现倾斜、位移及扭转等情况，应加强

8、观测，及时发现并采取措施纠正。产生倾斜的可能原因有：刃脚下土质软硬不均；拆刃脚支架及模板时，抽出支架未对称同步进行，或未及时回填；挖土不均，使井内土面高低悬殊；刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉；排水下沉，井内一侧出现流砂现象；刃脚局部被大石块或埋设物搁住；井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压。操作中可针对原因予以预防，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。位移产生的原因多由于倾斜导致，如沉井在倾斜情况下下沉，则沉井向倾斜相反方向位移，或在倾斜纠正时，如倾斜一侧土质较松

9、软时，由于重力作用，有时也沿倾斜方向产生一定位移，因此预防位移应避免在倾斜情况下下沉，加强观测，及时纠正倾斜。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。沉井下沉产生扭转的原因是多次不同方向倾斜和位移的复合作用引起的，可按上述纠正位移、倾斜方法纠正位移，然后纠正倾斜，使偏差在允许范围以内。2.3下沉到位、封底当沉井沉到设计标高，经23天，下沉已稳定，在8h内累计10mm时，即可进行沉井封底。沉井封底有排水封底和不排水封底两种方案，本沉井对封底

10、质量要求严格，不允许出现渗漏，再者涌水量不大，井底土质较密实，因此确定采取排水封底方案，如四周深井井点降水达不到要求时，分两步进行处理。第一步进行土形整理，使之呈锅底形，自刃脚向中心挖放射形排水沟，填以石子做成滤水暗沟，在中部设24个集水井，井深12m，插入直径0.60.8m，周围有孔的混凝土或钢套管，四周填以卵石，使井中的水都汇集到集水井中，用潜水泵排出，使地下水位保持低于井底面3050cm.刃脚混凝土凿毛处洗刷干净。封底一般铺一层15-50cm, 厚碎石或卵石层，再在其上浇一层厚约0.5-1.5m 的混凝土垫层，在刃脚下切实填严，振捣密实，以保证沉井的最后稳定。达到50%设计强度后，在垫层

11、上绑钢筋，两端伸人刃脚或凹槽内，浇灌上层底板混凝土封底。浇筑应在整个沉井面积上分层由四周向中央进行，每层厚3040cm，并捣固密实。混凝土养护期间，在封底的集水井中应不间断地抽水，待底板混凝土达到70%设计强度后，进行第二步，对集水井逐个停止抽水，逐个进行封堵。方法是在抽除井筒水后，立即向滤水井管中灌入C30早强干硬性混凝土捣实，装上法兰，再在上面浇筑一层混凝土，使之与底板平。封底时因上部结构尚未施工，设备管道未安装，应验算沉井的抗浮稳定性。3、工作坑导轨设置及基础加固工作井布置图如上图所示：导轨的作用是引导管子按设计的中心线和坡度顶进，保证管子在顶入土之前位置正确。导轨安装牢固与准确对管子的

12、顶进质量影响较大，因此，安装导轨必须符合污水管中心、高程和坡度的要求。本工程采用38kg钢轨作导轨。基础导轨采用混凝土基础。4、后背结构及抗力计算后背作为千斤顶的支撑结构。因此，后背要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。所以，应进行强度和稳定性计算。本工程采用厚钢板后背，这种后背设置简单，安装时应满足下列要求:A.使千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3；B.后背垫铁可用70mm钢板。C.后背后松散砂层灌注水泥砂浆。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相一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形现象是正常的。顶管时，防止产生不允许的压缩变形。后背不

13、能出现上下或左右的不均匀压缩。否则，千斤顶支承在斜面后背的上，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度计算。根据顶进需要的总顶力，运用朗肯土压力公式核算后背受力，使沉井后背土体所受的力小于土壤的允许承载力。关于后背详细计算，可分为浅覆土后背和深履土后背。具体计算可按挡土墙计算方法确定。5、顶进设备顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁等。千斤顶千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程拟采用3台200t液压千斤顶。千斤顶的工作坑内的布置与采用个数有关，如一台千斤顶，其布置为单列式，应使千斤顶中心与管中心的垂线对称。使用多台并列式时，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线

14、，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，采用人工或机械挖运土方，管上半部管壁与土壁有间隙时， 千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/41/5处。高压油泵由电动机带动油泵工作，选用额定压力为62MPa的ZB500柱塞泵，经分配器，控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。顶铁顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶压力而不变形，并且便于搬动。根据顶铁旋转位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。1)横向顶铁安装在千斤顶与方顶铁之间，将千斤顶的顶推力传递给两侧的方顶铁上。使用时与顶力方向垂直，起梁的作用。横顶铁断面尺寸为300300mm，长度按

15、被顶管径及千斤顶台数而定，本工程选用长度为1.6m的横顶铁；用型钢加肋和端板焊制而成。2)顺顶铁(纵向顶铁)放置在面铁与被顶的管子之间，使用时与顶力方向平行，起柱的作用。在顶管过程中起调节间距的垫铁，因此顶铁的长度取决于斤顶的行程、管节长度、出土设备等而定,通常有100、200、300、400、600等几种长度。横截面为250300mm，两端面用厚25mm钢焊平。顺顶铁的两顶端面加工应平整且平行。防止作业时顶铁发生外弹。3)U形顶铁安放在管子端面，顺顶铁作用其上。它的内、外径尺寸与管子端面尺寸相适应。其作用是使用顺顶铁传递的顶力较均匀地分布的到顶管端断面上，以免管端局部顶力过大，压坏混凝土管端

16、。大口径管口采用环形，小口径管口可采用半圆形。其它设备工作坑上设活动式工作平台，平台用25号工字钢梁，上铺1515cm方木。工作坑井口处安装一滑动平台，作为下管及出土使用。在工作平台上设起重架，上装电动卷扬机，其起重量应大于管子重量。工作棚用帆布遮盖，以防雨水。6顶进施工工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，即可进行出洞顶进。泥水式顶管的概述：在顶管施工的分类中，把水力切削泥土以及虽然采用机械切削泥土而采用水力输送弃土，同时有的利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力的顶管形式都称为泥水式顶管施工，从有无平衡的角度出发，又可以把它们细分为具有泥水平衡功能的和不具有泥水平衡功能的两大类，如常

17、用的网格式水力切割土体的，是属于没有泥水平衡功能的一类。即使它采用了局部气压向泥土仓内加上一定压力的空气，也只能属于气压平衡而非泥水平衡。本工程顶管施工采用的施工机械为泥水平衡的顶管掘进机进行施工。另外，如果从输土泥浆的浓度来区分，又可以把泥水式顶管分为普通泥水顶管、浓泥水顶管和泥浆式顶管三种。在黏土及粉土中顶进一般采用泥浆的相对密度为1.0251.075。注浆减摩概述注浆减摩是顶管中非常重要的一个环节，尤其是在长距离和曲线顶管中，它是顶管成功与否一个及其重要的关键性的环节。一般采用膨润土为主和人工合成的高分子材料，国内有关工程经验对比：通过膨润土及高分子材料制备的润滑浆的顶进摩擦力与无润滑浆

18、顶进的摩擦系数有5.825倍的变化，粘聚力也有5倍左右的变化。注浆效果的好坏，除了与选用的注浆材料有关外，还与注浆孔的布置、注浆泵的选用和注浆压力大小有关。信号检测及激光导向系统的概述顶管机的导向一般都采用激光导向，如图17-4-3所示为激光导向系统的光路示意图。由电源部分送出调制频率为500HZ的交流高压电（1840V）点燃氦氖激光管，由激光管发出的红色激光束，经棱镜反射、小目镜会聚、半透反射镜折转后进入内调焦镜调节，从物镜发射出对不同距离目标聚集的光束，这光束被安装在工作机械上的光电接收器（由9块光电池组成）接收，转换成电信号，再经选频和放大后，点亮与9块光电池一一对应的指示灯，从而指示出

19、机头的方位。若激光束照射于光电池中央，则处于正中央的指示灯发亮，表明机器方位准确，此时光电接收器给出指零信号，顶管掘进机便按预定路线前进。若机头偏移掘进方向，光电接收器的中心便偏离激光束的中心，除点亮相应方位的指示灯外，光电接收器给出偏离信号Vx、Vy，偏离Vx、Vy信号经放大处理后，经伺服放大器、伺服阀控制纠偏油缸伸缩实施纠偏，机头回正后，偏差信号自动消失。这样在顶管掘进机顶进的全过程中，始终保持机头沿着激光束前进，使顶管误差控制在规定范围内。7、质量、安全和节约措施1.质量保证措施做好地质勘察及资料整理工作，摸清顶管工程范围内的地质、水文情况，尤其是透水砂层的分布范围。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。组织好设计和施工技术交底，确保管道的顺利顶进。严格执行专检、自检、互检、工序交接、混凝土施工挂牌,质量评定制度,分部分项优良率要求达到95以上。认真做好钢筋、水泥、砂子、石子等原料检验。严格检查配合比。搞好计量、混凝土试块专人制作和管理。 做好管节、承压环顶进各阶段受力稳定计算， 制定合理的技术措施。使后背地基受力和管节受力控制在允许范围之内。加强操作控制，使顶管均匀平稳。受力均匀。尽可能减少顶