污水管网工程管道施工方法

1、PAGE 28污水管网工程管道施工方法5.5.1、管道设计管线根据具体位置、走向、坡度、埋深等以设计图纸作为依据，结合物探资料和现场实际情况，对管线的平面位置进行调整。调整后的管线图，报业主、监理批准后实施。由于本工程的地下管线有沿碚青路纵向供水、弱电及燃气管道和沿青东路电力、给水、弱电、燃气及已建排污管线。管线根据具体位置、走向、坡度、埋深等以设计图纸作为依据，结合探沟、探坑等物探资料和现场实际情况，对管线的平面位置进行合理化调整。调整后的管线图经报请业主、监理及设计单位审查批准后实施。该段顶管作业计划采用的管道为DN900mm,壁厚=90mm,单根管段长度L-2m，管节端口采用双插口F型连

2、接。5.5.2、顶管方案的选择本工程共设置2座工作井（W-87号及W-89号双向顶管工作井），采用2个工作井同时单向顶进的施工方案（W-87顶向W-86，W-89顶向W-88，该部分顶管施工完成后，调向从W-87顶向W-88及从W-89顶向W-91），顶管完成后进行检查井施作。顶管顶进断面多为强风化原状页岩或泥岩，埋深5.3456.915m之间，土石结构短时间内较稳定，拟采用敞开、手掘式开挖配合液压千斤顶机械顶管。对机头前岩石拟采用风镐破碎（局部采用水钻），辅以人工凿石的方法施工，然后人工装土石到小车上，安装运渣轨道，用双筒慢速卷扬机牵引至井内，再用门吊吊出装车外运。具体施工顶进顺序如下图5-

3、1所示。W-86接收井W-86接收井W-87工作井W-88接收井W-91接收井W-89工作井11222W-90检查井5-1 顶管顶进施工顺序图W-90检查井施工操作者须密切注意土层变化，取土速度与千斤顶的顶进速度相匹配，避免土体超挖太多，造成地面沉降太大。前方取土与后方顶进密切配合，以保持开挖面的稳定。顶管机内设置纠偏油缸控制顶进方向，前三节管设置千斤顶孔用于曲线开缝用。前几节管根据需要用拉杆连接起来。每段顶进开始后则顶进施工做到连续工作，当进行设备保养维修而暂停顶管施工时，必须采取措施确保开挖面的稳定，停顶时要求机头土体自然平衡。顶进时管道内采用低压（36V）照明和管道风机通风，配备沼气监测

4、仪对管道内空气进行检查，并保持管道内的清洁。5.5.3、顶管计算推力的理论计算：（以900mm计算） F=F1十f2 其中F总推力 Fl一机头阻力 F2顶进周边阻力1）、机头正面阻力F1=D外/4P 式中：D管外径0.99,取1.0mP控制土压力P=K0H0式中：K0静止土压力系数，tg2（45+/2），一般取0.55土的湿容重，取1.9t/m3H0地面至管中心距离（取大值），6.365m，按7m计算P=0.551.97=7.31t/m2，按8t/m2计算。F1=3.141/48=6.28t，按7t计算2）、顶管管道周边阻力F2F2=D外Lf式中：L取W-89W-91段长度为140mf管外表面

5、平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力，取0.8t/m2。F2=3.1411400.8=351.7t，按360t计算F=F1+F2=7+360=367t，按400t参照选取相应推力3）、顶管施工段均需采用中继站L=（F-F1）/D外f =（357.48-6.28）/3.1410.8 =57.6m根据上示计算公式及施工经验常数计算，结合实际情况，本案将第一个中继站，一般布置在距工具管40m左右处。施工中，为合理分配和均匀分压，主顶千斤顶及中继间千斤顶，均采用4套顶进千斤顶施加推力。每套主顶千斤顶额定顶推力选用200t，中继间千斤顶额定顶推力选用75t。5.5.4、顶管设备安装顶管设备主要由后靠

6、背、油缸支架、主顶油缸、主顶泵站、导轨、穿墙止水法兰、泥浆搅拌及压注系统组成1）、导轨安装导轨用型钢和P38钢轨制作，钢轨焊于型钢上，型钢用螺栓紧固于钢横梁上，便于装拆。钢横梁置于工作井底板上，并与底板上的预埋铁板焊接，使整个导轨系统牢固。如下图5-2所示。5-2导轨及千斤顶支架系统结构简图导轨安装至关重要，其安装精度甚至决定管道顶进质量，故导轨安装必须达到如下要求：、两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致。、导轨轴线偏差3mm；顶面高差0+3mm；两轨间距2mm。2）、油缸支架油缸支架是用来支撑并固定主顶油缸的构件，用14槽钢加工而成。3）、千斤顶安装主顶站选用4台200t千斤

7、顶，油缸行程0.5m，固定在型钢制作的千斤顶支架上，支架焊在井底的横梁上，千斤顶着力点在与水平直径成45角顶管圆周上，且与管道中心的垂线对称，如图4-3所示。每个千斤顶的纵线坡度与管道设计坡度一致。4）、主顶泵站主顶泵站是给主顶油缸供油以及主顶油缸回油的设备，该泵站安装在工作井旁，可远程控制。5）、后背墙安装本工程工作井W-87，W-89均为双向顶进。施工时，从W-87工作井顶向W-86接收井，W-89工作井顶向W-88工作井时，按工作井设计图示制安后背墙，外附着4cm钢板，顶进时，便于墙面整体受力。在W-87工作井顶向W-86接收井及W-89工作井顶向W-88接收井顶管完成后，调整方向，由W

8、-87工作井顶向W-88 井，由W-89工作井顶向W-91终端接收井时，选用周转使用的装配式后靠背。后靠背用I20号工字钢焊成一堵墙，为顶管的反力提供一个垂直的受力面，正面焊一块4cm厚钢板，使各工字钢受力更均匀。后靠背的孔隙中灌满自密混凝土，形成一道由钢板、工字钢和混凝土组成的复合后靠背，承受千斤顶传来的顶进反力。后靠背安装无误后，在后靠背与井壁间浇筑混凝土，并在混凝土与井壁之间垫一层150mm厚的木板，调整混凝土与井壁之间的应力分布，以使井壁受力均匀。6）、穿墙止水穿墙止水法兰式安装在管节外壁与井壁之间的构件，其主要作用是在顶进过程中防止工作井外的泥、水沿管壁流入井内。7）泥浆搅拌及压注系

9、统泥浆搅拌及压注系统是将膨润土搅拌成泥浆并充分膨化后输送到管壁与土体之间的设施的总称，本工程地质基本上为回填土及粉质粘土，部分未强风化泥岩或V级砂岩，岩体凿除开挖后稳定性较差。在泥岩或页岩段直线顶管中采用一次注浆加固并润滑，浆体配合比采用水：泥浆：膨润土为（0.44:0.50：0.06。），该系统安放在主顶油缸旁边和机头后方位置，对土体与管道外壁进行填充及润滑。注浆压力在0.040.57MPa并根据管顶外部围岩情况合理确定。局部穿越填土段，因回填土，孔隙率大，计划在长距离直线顶管中采用双层注浆（第一层注体配合比为水：泥浆：膨润土：水泥为（0.41:0.46:0.06:0.07）；第二层注浆各项

10、参数采用穿越岩体段注浆参数。8）、中继站中继站的结构主要由壳体、油缸、密封件等主要部件组成。油缸的供油是在中继站附近安装一台中继站油泵供给，每个中继站由专人管理，统一听从总站指挥。中继站结构参见下图5-3所示：5-3中继站示意图中继站在安放时，第一只中继站应放在比较前面一些。因为掘进机在推进过程中推力的变化因土质条件的变化而有较大的变化。所以，当总推力达到中继站总推力30%时，就应安放第一只中继站，以后每当达到中继站总推力的50%时，安放一只中继站。而当主顶油缸达到中继站总推力的60%时，就必须启用中继站。5.5.5、顶管流程顶管施工工艺流程（详见5-4顶管施工工艺流程图）测量控制网测量控制网

11、吊机进场顶进设备进场导轨拼装后座顶板安装后座千斤顶安装井内其它设备安装机头调试拆除洞口砖墙后座顶进工具头进行试运转安装出渣轨道穿墙止水安装测量压浆出渣供电混凝土管套接管段顶进中继千斤顶安装接收井封墙拆除接收简易导轨铺设竣工测量顶管准备机械就位顶管掘进机推进管节下井顶管掘进机穿墙加入中继间管道导入接收井吊出掘进机管内设备转移轴线高程控制网拌浆出渣轨道配电间混凝土管验收中继泵站安装临时止水清理接收井图5-4顶管施工工艺流程图5.5.6、工作井内设备布置图5-5工作井布置示意图顶铁；2、油缸架；3-油缸；4-环形顶铁；5-后背；6-导轨；7-穿墙止水；8-管道；9-工具管主顶站与中继站的顶力要留有充

12、分的富余量，本工程主顶站千斤顶为800t，中继站设计顶力为300t。第一套中继站按主千斤顶总顶力的30%布置，其余中继站按主千斤顶总顶力50%布置，用压力表控制顶力值。DN900顶管机（机头）主顶站油缸额定油压：31.5MPa额定顶力：200t行程：500mm主顶站液压泵站中继站千斤顶额定油压：48MPa行程：140500mm额定顶力：75t外型尺寸：170800mm中继站油泵功率：22KW额定压力：48MPa流量：24L、min膨润土注浆泵公路：12KW额定压力：20MPa5.5.7、顶管施工顺序顶管施工时本工程的重点和难点工作项目，其主要的工序为：顶管机下井顶管出洞顶管进洞双层注浆减阻中继

13、站的应用管道出土管道封闭处理等。1）、顶管机下井井下设备安装完后，将调试好的顶管机吊到工作井里，置于涂有润滑油的导轨上准确定位。井下设备和顶管机安装完毕后，启动油泵，伸缩千斤顶，检查千斤顶与后背墙的吻合情况，查看分压环、顶管机及出口器间的间隙等。然后进行调试直至满足顶进要求。2）、顶管出洞顶管出洞是指顶管机和第一节罐子从工作井中穿过封门洞口进入土中，开始正常顶管前的过程，是顶管的关键工序。顶管出洞前必须采取措施防止地下水渗入井内。为此在洞口内壁安装出口器（进口器），出口器（进口器）由内径约小于管外径的橡胶密封圈（密封圈厚15，宽400）和内径约大于管节外径的钢法兰组成。出口器由12的钢板和20

14、槽钢组成挡土板，固定在12的钢环上，钢环与井壁用12、长360、200锚固钢筋连接。结构如图4-7所示。顶管机头在井内轨道就位，调试完毕做好出洞前的一切准备工作后，便可用气割割除洞口内的钢封门开始顶进，将机头穿进橡胶密封圈顶入土中，同时在机头与洞口的缝隙中注满膨润土泥浆，以润滑管道外壁，支护土体。为防止管线出现偏斜，应采取以下几点措施：、工具管要严格调零，将工具管调整成一条直线，此时仪表反映的角度应该为零，调零后将纠偏油缸锁住。、防止工具管出洞后下跌，工具管下的井壁加上设支撑，同时将工具管与前几节管之间连接，加强整体性。、注意测量与纠偏。工具管出洞后，发现下跌时立即采取主顶油缸进行纠偏。、工具

15、管出洞前，可预先设定一个初始角（不大于+5），以弥补工具管下跌。图5-6 顶管出洞口结构简图顶管出洞对操作者要求也很高，这是因为出洞时顶管机未被土体包裹，处于自由状态，因此，操作哪怕出现少量顶力不均匀或土质不均匀，都会使千斤顶的行程不等，也足以使机头和第一节管子偏离设计轴线。此时的图体难以对机头产生较大反力（接触面太小），难以对机头起到导向约束作用，故此时产生的偏差很难纠正。因此，出洞顶进时要十分小心，用激光经纬仪随时测量监控，保证顶头和第一节管子位置正确。采用上述洞口结构和操作技巧，可避免出洞这一关键工序中可能出现的诸多问题，确保顶管正常出洞。顶管机下方两侧设有止退销，防止顶管机被土压力向后

16、推回。3）、顶管进洞顶管进洞，是指一段管道顶完，顶管机通过封门洞口进入接收井，并做好顶管机后一节管与进洞口的密封连接的过程。顶管机进洞前也应对洞口外土体进行防渗注浆，并留有足够的固化时间。顶管机进入加固土体并到达洞口外侧时，割除钢封门，将顶管机顶入接收井。顶管金动迁应做好以下几方面的工作：、检查工具管的位置，在接收井钢封门内侧画出工具管的位置。、工具管接触到钢封门时应停止顶进，迅速进入下道工序。、拆除钢封门内侧的槽钢，沿工具管的位置割除钢封门。、及时将工具管顶入接收井内预制安装的平台上。、将首节管顶入接收井，在接收井内露出的长度必须符合设计要求。、按设计要求封堵首管与接收井之间的间隙。4）双层

17、注浆减阻由于本工程地质基本上为回填土，孔隙率大，离房屋建筑物及地下管线很近。我们在长距离顶管采用双层注浆。双层注浆方法是：在机头和1、2、3#管壁设注浆孔，向土层注浓浆（浓浆由泥浆、膨润土、水泥等组成），以充填土壤中的孔隙。浓浆随顶进时间的增加在管外形成泥浆套。3#管以后的管节注膨润土泥浆。膨润土泥浆在硬壳层内，不向外渗透，起支撑润滑作用，降低顶进摩阻力。实现长距离顶管。双层注浆可降低地面沉降，增强对管线和房屋建筑物的保护。注浆孔应合理分布，机头及其后面每节都设有注浆孔。具体结构如下图5-7所示。图5-7注浆管管节分布及注浆孔布置图5）、中继站的应用本工程中，顶管距离较长需要使用中继站。主顶千

18、斤顶和顶力富余量较大，故中继站的选用及布置按工作井的控制顶力计算。工作井控制顶力为800t，中继站设计顶力300t。中继站在管道顶进中要反复伸缩，其结构必须可靠、橡胶圈必须有抗磨损措施。因中继站出问题可能会导致顶管全线失败。我司将提交结构合理，止水橡胶圈与钢环间间隙和压力可随时调整的中继站及中继站前管、中继站后管的设计图纸供业主、监理审批后使用，以确保中继站的正常使用。根据中继站顶力、管节允许承受的顶力、膨润土泥浆的润滑效果、顶管工程所必须的安全系数，本工程按照顶管技术规范设计中继站的布置，本工程是从W-89工作井向W-91方向顶进，共140m,中继站设2个，具体分布于40m及88m，W-87

19、工作井向W-86方向顶进，共90m，中继站设1个，具体分布于40m，详见下图5-8所示。W-89号工作井W-89号工作井W-91号接收井2号中继间1号中继间48m40m52mW-89号至W-91号中继间设置位置W-87号工作井W-86号接收井1号中继间40m50mW-87号至W-86号中继间设置位置5-8 中继间布置示意图6）、管道出土场内运输：土石采用轨道料斗车由顶管机头处运至工作井内小料斗，再由吊机垂直运输至地面大料斗。场外运输：将大料斗料用门吊吊入自卸汽车，外运至业主指定弃渣场。7）、管道封闭处理顶管施工完成后，清理管道内部杂物及油污，清洁管节之间的缝隙，进行勾缝处理，并用防漏堵水材料灌

20、注管节之间的缝隙做封闭处理，避免管道渗漏。5.5.8、顶管测量控制1）、测量控制网及井下测量平台的建立根据业主提供的测量控制点布置整个工程控制网，在井周围布设一个高精度的控制网，作为整个工程施工测量的控制系统。测量平台置于井下顶管轴线上，靠近后靠背处，通过控制网将顶管测量起始点测放其上，并在井中布设23个稳固的后视点，以便相互校核。起始点对顶管测量精度至关重要，故井下测量平台要单独设置，不与管道、设备、后靠背接触，不受顶管操作影响，以保持其稳定性，并在使用过程中，每10天或每顶进不超过20m校核复测一次，以确保测量控制的稳定可靠。2）、顶管轴线与标高控制本工程顶管测量按1000m以内的直线顶管

21、测量方法，顶管方向与高程控制可直接用置于井下测量平台起始点上的激光经纬仪对顶管机上方的光靶即可。激光经纬仪发射的激光束偏离靶中心的距离，即顶管的偏差值，但方向相反。为消除顶管机旋转而偏差值的显示误差，光靶设计为可调式，使其始终在顶管机的垂直中心线上，如图5-9顶管机可调试光靶结构示意图所示：说明：旋转指针悬挂在光靶盘上，始终指向垂直位置，松动调节螺母，可使光靶盘沿滑槽滑动，始终位于顶管机垂直中心线上。图5-9 顶管机可调试光靶结构示意图随着顶管进尺的增加，激光发射距离的增长，激光会发生散射，即打在光靶上的激光点会扩大，影响目视精度。此时顶管轴线采用指导线法控制，标高采用支水准线路控制。3）、顶

22、管测量注意事项由于顶管的部分操作在工作井内进行，顶管过程中起始点和后视点发生位移是完全可能的，故每周均需对其进行检查校核，发现偏移需查明原因并及时修正。地面测量控制网上的部分点在顶管轴线上或工作井附近，可能因地面沉降等原因而移动，故也需不定期进行检查、校核。每段顶进结束后，应重新进行一次管道的中线高程的测量，每个接口一点，错口处测两点。4）、顶管允许偏差表5-2 顶管施工质量允许偏差控制表顶进长度（m）管径（mm）偏差（mm）钢管钢筋混凝土管上、下左、右上、下左、右4001500601003040505001500801304050505.5.9、顶管常见问题1）、顶管机旋转顶管机在顶进过程中

23、发生旋转是常见的问题，将直接影响管内设备的使用，甚至使浆体外溢等。这对管道出泥、安装等都有较大影响，因此须加强控制，避免扭转角度过大。常采用的预防措施有：、纠偏时，注意纠偏油缸不要对管节形成扭转。、稳定主顶油缸后座。主顶油缸后座不稳易导致主顶油缸在工作时方向发生变化，产生扭转角。、管道内安装的设备应对称布置。2）纠偏纠偏时指工具管偏离设计轴线后，利用工具管内的纠偏系统（纠偏油缸）改变管端方向，减小管线偏差的过程。纠偏必须遵循以下规律：、纠偏应在顶进过程中进行，静态的纠偏会对管线产生不利的影响。、钢筋混凝土纠偏比较灵敏，纠偏角度不宜过大，避免造成较大的弯曲。、第一段管节质量必须保证，因为第一段管

24、节在纠偏过程中多次承受应力，易损坏管节。、第一段管节不宜过长，管段过长会影响纠偏的灵敏度，一般不宜超过2.0m。、纠偏过程中，要在网格底上绘制工具管的测点轨迹，推算出其进行轨迹，根据行进轨迹及时调整纠偏角度，避免纠偏过大产生过度弯曲。、及时了解工具管穿越的土层，特别是不均匀土层的土质情况。控制旋转的方法很多，本工程主要采取配重法，顶管机内的设备布置注意了重量对称分布，以防顶管机旋转，但顶进中的机体旋转仍常发生，处理方法是在顶头内摆放配重，若顶管机左旋，即在机内右侧摆放配重；若右旋，配重就摆左边，效果良好。因顶管机内设备已考虑了重量对称分布，故所用配重的数量较小，配重选材一般根据实际情况选用，最

25、好用铸钢锭。此外，中继站千斤顶稍微倾斜放置也是就在管道旋转的一种措施，此法仅作为备用保证措施。3）管节接头漏浆管节接头渗漏很少出现，出现位置多在膨润土压浆孔处（因膨润土泥浆压力过大挤入管内），施工中应避免。万一出现，可用专用止水钢环止水，详见下图5-10所示。图5-10 管缝止水钢环结构图专用止水环用三片120圆弧钢环组成，外贴止水橡胶片，之间用螺杆连接。拧紧螺母，圆环直径会增大，使止水钢环外橡胶片紧贴管缝，制止泥浆渗入，顶管结束时再作永久性止水处理。4）、导轨偏移基坑导轨在顶管施工过程中有时会产生左右或高低偏移。防治措施：、对导轨进行加固或更换。、把偏移的导轨校正过来，并用牢固的支撑把它固定

26、。、垫木应用硬木或用型钢、钢板，必要时可焊牢。、对工作底板进行加固。5）、洞口止水圈撕裂或外翻顶管工程中有时会发生如下现象：、洞口止水圈在顶进过程中别撕裂。、洞口止水圈外翻，水泥从中往外渗漏，同时洞口地面产生较大塌陷。防治措施：、洞口止水圈应严格按设计要求的尺寸和材料进行加工。、洞口止水圈应按设计图纸的尺寸正确安装。、土压力太高或橡胶止水圈太薄引起的外翻，应增加洞口止水圈的层数或增加橡胶止水圈的厚度。6）、后背墙严重变形、位移或损坏顶管后背在顶进过程中有时会发生如下情况：、后靠背被主顶油缸顶得严重变形或损坏，已无法承受主顶油缸的推力。、后靠背被顶得后座墙一起产生位移。、钢板桩工作坑，由于覆土太

27、浅或被动土坑太小而使钢板桩产生位移影响到后靠背的稳定。防治措施：、应该用刚度好的钢结构件取代单块钢板做后靠背。、后靠背后面的洞口要采取措施，可用刚度好的板桩或工字钢叠成“墙”垫住洞口或管口。、后座墙后的土体采用注浆等措施加固，或者在其地面上压上钢锭，增加地面荷载。、用钢筋混凝土浇筑整体性好的后座墙，并且尽量使墙脚插入到工作坑底板以下适当深度。7）、主顶油缸偏移油缸位置在顶管施工过程中会有时会发生如下情况：、主顶油缸轴线与所顶管道轴线不平行着与后靠背不垂直。、主顶油缸与管道轴线不对称，偏向一边。防治措施：、准确安装立顶油缸，同时后靠背一定要用薄钢板垫实或用混凝土浇实。、重新准确安装油缸支架。8）、管道通风由于本工程中管道顶进距离较长，人员再管道内要消耗大量的氧气，而且在掘进过程中有时遇到一些土层内的有害气体冒出，随着顶管距离的增大，管内的温度和湿度的随之增大而影响到测量的准确性和施工人员的安全，所以必须采取相应的通风措施。选择离心式鼓风机通过软风管直接向顶管机工作面压入心线空气，排除管内污浊气体。在地面设置一台离心式鼓风机，用300mm的风管向顶管机处提供新鲜空气。鼓风机安装在地面上，软风管挂设在管道的一侧，挂设平顺无堆积、扭曲、缠绕现象；软风管保持完好无损，发现破损时及时修复或更换；不得靠近