顶管与沉井工程施工设计方案

1、顶管与沉井施工方案:林丹妮指导教师：兰冰编写时间：2014. 04 .29.工程概况：1、工程概述与方案选择 工程名称：某污水管道工程 建设规模：管道全长4532m工程围：完本钱项目本工程明挖施工、顶管施工、管道根底处理、污水管道安装敷设、新 建工作井、承受井、检查井、沟槽回填、施工便道、路面恢复等施工图纸和工程量清单与 招标过程中所发出的相关文件所包含的全部容；工期要求：施工总工期180日历天。2、工程地质情况：根据钻探揭露，线路分布的地层主要有第四系土层依次为人工填土层 Q4m1、海陆交互 相沉积层Q4m冲积层Q4a1、残积层Qe1。下伏基岩为燕山期花岗岩丫 53 其野外特征按自上而下顺序

2、描述如下：1、人工填土层Q4m12、海陆交互相沉积层Q4mC3、冲积层Q4a14、残积土层Q4e15、燕山期花岗岩丫 533、地下水主要为第四系砂层孔隙潜水。第四系孔隙潜水：主要埋藏于冲积砂层中，地下水位埋深一m标高为0.321.46m。由于本路段砂层连续分布，且厚度较大，透水性好，故水量丰富。由地表降雨与上游地下 水迳流补给。本场区的地下水对砼结构无腐蚀性，对砼中的钢筋具有中等腐蚀性。4、圆形工作井接收井本顶管工程根据设计图纸，设16座工作井和17座接收井，大局部工作井净空尺寸为 6.5m, 个工作井向两个方向两次顶进；接收井净空为 4.0 m。工作井和接收井采用机械 挖土的沉井方法进展施工

3、，最后施工垫层、集水井、底板、后靠背。施工工艺选择：经调查分析，该排水管铺设拟采用密封泥水平衡式顶管工艺进展非开挖施 工。二.顶管井的施工方案1.简介：顶管井工程根据设计图纸，设16座工作井和17座接收井，工作井净空尺寸为6.5m， 一个工作井向两个方向两次顶进；接收井净空为 4.0 m。因此该工程决定工作井与接收井 均开挖至8.5米。2施工方法：由于管道穿越的地层主要为淤泥夹砂层，地下水位高，这种地层在受到扰动时容易发生 流沙现象；且开挖深度为8.5米，如果采用大开槽方法修建深埋构筑物会遇到很多困难， 因此此工程采用沉井方法施工。又工程位于现有道路两侧，道路两侧为住宅区、厂区、商铺、鱼塘、河

4、涌等，且施工中必 须保证道路畅通与顶管工程的安全和质量，又第一层为人工填土层，所以井管在原地面制 备。沉管施工方案选择：由于该工程处于严重的流砂地层中和渗水量大的砂层，以与地下水无 法排除或大量排水会影响附近建筑物的安全和生产的情况。又因本工程地面易产生严重的流砂，故沉井下沉应选择不排水下沉。3.工艺流程：(12)基坑测量放样一基坑的开挖一刃脚垫层施工一立井筒膜和支架一钢筋绑扎一立外 模和支架f浇捣混凝土f养护与拆模f封砌预留孔f不排水下沉f沉井下沉中的纠偏f 沉井封底1基坑测量放样根据沉井设计图纸和工程地质报告所揭示的地质情况，沉井基坑开挖深度取 2米，沉 井刃脚外侧面至基坑边的工作距离取

5、2米，基坑边坡采用1:1。整平场地后，根据沉井的 中心坐标定出沉井中心桩、纵横轴线控制桩与基坑开挖边线 。(2) 基坑的开挖挖土采用1m3的单斗挖掘机，并与人工配合操作。基坑底面的浮泥应去除干净并保持平整 和枯燥，在底部四周设置排水沟与集水井相通，集水井聚集的雨水与地下水与时用水泵抽 除，防止积水影响刃脚垫层的施工。(3) 刃脚垫层施工刃脚垫层采用砂垫层和混凝土垫层共同受力。(4) 立井筒模和支架由于顶管沉井高度达8米左右，因此井身混凝土分三节浇捣，模同样分三节按装。井筒模 板采用组合钢模与局部木模互相搭配，以保证模的密封性。刃脚踏脚局部的模采用砖砌结 构，宽度与刃脚同宽。井身模支架采用空心钢

6、管支撑。钢管支架必须架设稳固，如有必要， 可采用对撑支架，增加模的稳定性。(5) 钢筋绑扎钢筋的外表应洁净，且钢筋应平直，无局部弯折，预制构件中的主钢筋均采用对焊，钢 筋接头应互相错开，并严格按照国家标准混凝土结构工程施工与验收规GB5020 92 中的有关规定执行；现场钢筋绑扎时，其交叉点应用21#铁丝绑扎结实，必要时用电焊焊 牢。钢筋规格、尺寸应符合设计图纸要求和规定，绑扎钢筋时应采用撑件将二层钢筋位置 固定，保证钢筋设计间距。为了保证保护层的厚度，应在钢筋与模板之间设置同强度标号 的水泥砂浆垫块，垫块应与钢筋扎紧并互相错开。钢筋绑扎完成后，待隐蔽验收合格后，方可进展立外模 。6立外模和支

7、架钢筋绑扎验收后，应进展架立外模和支架。井壁外模用串心螺丝固定，串心螺丝采用© 16的圆钢，中间设置止水片，两端设置铁片控制井壁厚度尺寸，圆钢两端头上铰成螺纹， 用定制钢螺帽固定，拆模时拆去钢螺帽，割去外露局部，再用同标号防水砂浆二度抹平， 确保不渗水。外模支架必须稳、牢、强，保证在浇捣混凝土时，模板不变形，不跑模。7丨浇捣混凝土混凝土的浇捣。为缩短施工周期和保证工程质量，采用泵送商品混凝土。泵送混凝土可将输送管的软 管直接放入浇捣段，距离浇捣面1米左右，保证混凝土不离析。混凝土浇捣前应严格检查各种预留孔、预留管和预埋件的位置和几何尺寸，严禁漏放和错放。混凝土振捣采用插入式振捣器振捣

8、，振捣棒插 入时应离开钢筋，但应防止混凝土振捣不匀和振捣过密而产生混凝土离析现象的发生。混凝土在捣振 时应随时检查模板受力和钢筋受力情况，防止模板因混凝土振捣的原因而跑模。井身浇捣混凝土分三段施工：工作井一一总高度为8.3米，分三次浇捣完成，一次下沉。第一次浇捣刃脚局部，高度 2.4米；第二次浇捣高度3.0米；第三次全部浇捣完成，浇捣高度2.6米。地面以上用M10 砌筑30cm高240砖墙。接收井一一总高度为8.3米，分三次浇捣完成，一次下沉。第一次浇捣刃脚局部，高度 2.4米；第二次浇捣高度3.0米；第三次全部浇捣完成，浇捣高度 2.6米；最后在地面以 上用M10砂浆砌筑30cm高240砖墙

9、。采用分段浇捣混凝土时，严格按规要求做好施工缝。施工缝做成凸缝，并在后浇时将连 接处的混凝土凿毛，并用水清洗干净，浇捣时先用12%勺UEA砂浆座浆，然后轻倒第一层混凝土并振捣密实，以免形成蜂窝，影响沉井的质量。在混凝土浇捣过程中，还应做好混 凝土的试块工作，保证质保资料的完善。8养护与拆模混凝土浇捣完成后应与时养护，养护方法可采用自然养护和塑料膜覆盖法。 在养护过程 中，对混凝土外表需浇水湿润，严禁用水泵喷射而破坏混凝土。养护时应确保混凝土外表 不发白，至少养护七天以上。养护期，不得在混凝土外表加压、冲击和污染。在拆模时， 应注意时间和顺序。拆模时间控制在混凝土浇捣后的34天进展。9封砌预留孔

10、严格按照设计图纸的要求，设置和封砌各种预留孔，并保证在沉井下沉过程中，预留孔 不渗水。(10) 不排水井管下沉本工程是采用边浇捣边下沉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， 应对混凝土外表进展外观检查，下沉前，须将井筒的满堂架全部拆除。沉井下沉：各项准备工作就绪，待混凝土强度达到100 %后 方能开始挖土下沉。在井面上搭架放置冲抓锥或用吊车配合抓斗先挖掘井中央局部的土体，沿沉井刃脚四周保存土堤，使沉井挤土下沉，再续挖刃脚周边的土堤，如此往复，最终使沉井底，沉井即 可靠自重下沉，因为要穿越淤泥夹砂层，所以在粘质土或中粗砂层中，刃脚下土体不会向 中央塌落，

11、如此应配以射水管松土。即用高压水泵将高压水流通过进水管分别送进沉井的高压水枪和水力吸泥机处，利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层，使其形成一定稠度的泥浆汇流至集泥坑，然后用水力吸泥机将泥浆吸出，从排泥管排出井外弃土处。注意:应保持沉井水位高出井外水位 12m。(11) 沉井下沉中的纠偏1. 加强沉井过程观测和资料分析，发现倾斜与时纠正；2.严格控制沉井制作尺寸，使偏差在允许围以；3.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，使沉井两端根本保持在同一水平面上，这样沉井就由倾斜逐渐摆平。(13)沉井封底采用提升导管法，导管可按扩散半径均布置在井，上部带有

12、装料漏斗，间距一般为2.5 4m深点应布置有导管。导管骨料多 采用细砂粗细骨料之比为1:11:1.35，坍落为 1820mm灌注先从 低点开始，当混凝土外表与左右基底相平后，再开始其余导管的同 时灌注，防止混凝土从上往下流淌。采用多导管同时灌注混凝土，每根导管的灌注强度应不小于5I0m3 /m2，相邻两管混凝土的高差不得 超过管距的1/151/20混凝土灌 注应连续同步进展。应防止一根导管单独进展灌注，防止分层软弱混凝土被遮盖，造成封底混凝土形 成很多灌弱夹层和斜搓接缝，影响质量。顶进方案1简介：因为该工程地表降雨与上游地下水迳流补给，地下水丰富，且顶管施工精度要求高，管道要从桥梁、其它市政管

13、线、路面、河道等地面结构物下面穿过，地面构造物不能受顶管影响，而管道 穿越的地层主要为淤泥夹砂层，在管道施工围的路面下有给水管、通信电缆、高压电缆等管线，且管 道长4532m故此该工程考虑用泥水平衡式顶管进展非开挖施工。该顶进工程的主要工程量：序 号井段管 径长度覆土厚度管道所在层 地质情况1W4-17#-45#D15002221m淤泥夹砂层2W4-45 #井配水D1650861m淤泥夹砂层（2）管材的选择：地表降雨与上游地下水迳流补给，本场区的地下水对砼结构无腐蚀性，对砼中的钢筋具有 中等腐蚀性，所以该工程选择用玻璃钢夹砂管简称GRPt。GRRM管管接头选用“ F型连接型式，GRP连接收箍带

14、橡胶密封圈。为了减少顶进摩擦力，每三节设置一节带有注 浆孔顶管，注浆孔设置在顶管中间，同一断面3个注浆孔，相互间隔120°，注浆孔由外套管、单向阀和丝堵所组成。2工艺流程：测量放样一井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备安装一地面辅助设施安装一顶管掘进 机吊装就位一掘进机出工作坑一正常顶进3顶力的计算：最大推力计算，采用经验公式，按最大顶距170米计算：F=F1+F2上式中：F总推力；F1端阻力；F2侧壁摩阻力；F1 = n /4 X DX P式中D管外径；P 控制土压力；P=K2 丫 2 Ho式中：KoHo Y F2=n D2 f2 L式中：f D 管外径L顶距F=F1+F2 T由于

15、该工程顶管线路长，区域跨度大，地质条件复杂，地下设施多，有很多不可预见的因 素，要准确地计算最大顶进力是一件非常困难的事情，故在选用液压缸和液压系统时备有 一定的富裕量，以防止在顶进过程中遭遇地质突变，纠偏等引起的顶进力异常增大的情况, 两种顶管机液压系统选型配置见表 1表1两种顶管机液压系统选型配置表产品名称规格型号单位数量/总顶进力DN1500 250Tx 1850mm根2/500(t)液压千斤顶DN1650: 250T x 1850mm根2/500(t)343MPa 36L/min 30KW台1液压动力站343MPa 36L/min 30KW台1液压操作盘13主要施工要点(1) 测量放样

16、：根据设计轴线、高程、进展顶管中线、高程放样，以确定导轨的安装高度和方向，测量放 样严格按三级放样制度进展测放复核，确定无误后，放可进展下道工序施工。(2) 导轨，根底与后靠背处理由于本工程地下水丰富且水位高，地基承载力较差，在工作坑浇筑20cm厚的C10混凝土,同时预埋方木做轨枕。本工程用重轨刚导轨，导轨采用固定安装，安装应按管道设计高程，方向与坡度铺设导轨， 要求两导轨平行，各点的轨距相等。安装完应检查，测其高程，允许偏差 03mm稳定首 节管后，应测量其负荷后的变化，加以矫正，还应检查导轨，两轨距土 2mm后靠墙方木采用15cm*15cm立铁用20cm*30cm工字钢，横铁用15cm*4

17、0cm工字钢板由于 土质较松软，做后靠墙可以在方木前加钢板。由于本工程是双向顶进如此需要做第一个工 作坑的后靠背，其余的均可以利用已顶进的管段做为后靠背。(3) 工作坑的附属设施工作坑的附属设施有工作台，工作顶进口装置。工作台，位于工作坑顶部上，由U型钢支架而成，上面铺设方木和木板，在承重平台的中 部有下管孔道，盖有活动板盖。工作棚：目的为防风雨。顶进口装备：由于本工程土质差，在坑壁的顶口处局部浇筑素混凝土壁，壁中应预埋钢环 和螺栓，安装处留有混凝土台，台厚最少为橡胶垫厚度与外部安装环厚度之和，要求安装 环上将螺栓压固压紧橡胶止水。(4) 顶进设备的安装千斤顶：顶力合作用点与作用点管壁反作用力

18、作用点应在同一轴线上，防止产生顶进力 偶。采用人工挖土，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直径的 1/41/5处为宜。高压轴泵：一般选用32MPa勺柱塞泵。顶铁：要求便于搬动。5掘进机方向控制保证顶管机严格按设计轴线推进，不偏离设计轴线方向，必须与时观测顶管动态数据， 从而调整顶管各施工参数，指导顶管正确、安全推进。在工作井后靠背前设置一结实的测 量平台，平台高度与轴线标高相匹配，并可作不量调节，经纬仪安置在平台上，调整经纬 仪方向、高度与设计轴线一致。在机头后壳体圆心处有一测量尺，根据经纬仪的观察即可 读出尾部的实际偏差，现场结合机头前后壳体间隙角、机头滚动角、二维倾斜读数

19、即可算 出机头的现存偏差与开展趋势，从而进展纠偏操作。另外，在机头前方筒还安装有倾斜仪 传感器，向操作人员显示机头的倾斜角度，以指导纠偏。（6）顶进首先是机头“出洞，即机头穿过砼墙，大局部机头顶入之后，停止前进，液压缸回缩， 把后方筒吊入井和顶管机头连接上，如果没有后方筒，直接吊入3m长GRP顶管，进展顶进， 依此类推，用同样的方法把顶管一节一节地顶进到设计位置上。顶管机头到最后从接收井 里破土顶出来的过程叫“进洞，机头从接收井里吊上来，随后进展中心线测量，灌浆和 复测，这样就完成了一个顶段的顶管施工工作。在顶进过程中，机头调偏和泥水系统管理是十分重要的，要不断地通过实际顶进去摸 索总结。尤其

20、是泥水系统，不同的地质条件泥水浓度也不一样。泥浆套顶进：注浆减摩是顶管施工中非常重要的一个环节，尤其在长距离顶管中，它是顶 管成功与否的一个极其重要性的环节。一般如果注浆效果较好，土的周围摩阻系数f可从0.8下降到0.40.5,大大加强了顶管的顶进长度。注浆可在管道外周形成一浆套，填补 了工具管在顶进过程中形成的空隙，其对地面沉降有一定的防护效果。注浆减摩措施可分两种，第一种是顶管机头尾端的同步压浆； 第二种是中继间和混凝土 管适当点进展跟踪补浆。两种注浆措施采用同一种浆液。掘进机后设置的34带注浆孔的管节进展顶管机头尾端的同步压浆，使浆液能连续充满整个空隙。在整个管道中每间隔4个管子设1个补

21、浆断面，每个补浆断面设34个注 浆孔。补浆应按顺序依次进展，定量压注。注浆压力为23rH。注浆量为管道外周环行空隙的2.53倍。纠偏：顶管允许偏差值：中心线位 50mm；高程+30mm -40 mm。设置报警中心线：中线 ±25mm，高程+15mm -20mm。在顶管中，由于周围穿越土层的变化，顶力的不均匀，管 道联接的误差等因素，均可能造成顶管中线偏离设计中线位置， 当管道偏差超过10 mm时寸, 需采取纠偏措施。四.质量控制措施1顶管井方面：1沉井下沉中的纠偏措施加强沉井过程观测和资料分析，发现倾斜与时纠正；严格控制沉井制作尺寸，使偏差在允许围以；从倾斜高起的一端，也就是从土质硬

22、的一端挖土，同时向土 质软的一端；递减挖土深度逐渐开挖，使沉井两端根本保持在同一水平面上，这样沉井就由倾斜逐渐摆平。2. 顶进方面1、机头出洞和顶进时，必须采取措施，防止机头旋转和沉落。2、顶进过程，时刻注意出土情况、顶推力的变化。根据各方面数据与时调整推进速 度。3、顶力控制的关键是减低顶进阻力，而减低顶进阻力的有效方法是科学地实施顶管 注浆工艺，我们将认真地执行顶管注浆操作规程。从材料、配方、搅注浆方法和人员方面 都给予高度重视，力求使顶进阻力减低到最低限度。4、方向控制的关键有两个方面：第一，而且机头出洞时要求准确。第二，就是测量 数据的准确，纠偏要得当。在测量过程中，我们要贯彻勤测量，多微调，并在机头安装倾 斜仪传感器，以指导纠偏操作。我们要求多微调勤纠偏，纠偏弧度不宜太大。如果万一顶 管偏差超过了质量标准围，必须立即停止推进，逐级上报。使工程质量能够得到有效控制。测量定位所用的仪器，必须符合工程精度要求。所有测量观测点，桩位严格保护，埋设可靠巩固，坚持三级复核制度，确保测量结果，并报方、监理书面认可使用5、工程使用的成品、橡胶密封圈等在制造和施工中严格把关确保强度、精度、密封等都符合质量要求。6、纠偏时指导思想是