机械顶管施工方案

第一节机械顶管施工技术措施一、工程概况根据图纸及现场条件需要，本标段YK0＋350～YK0＋500截污管道采用机械顶管方法施工。顶管施工采用的管材管径为Φ1600mm钢套管，长度为150m。我司将采用地面遥控的泥水平衡式顶管机进行施工。泥水平衡式顶管施工的优点：1、适用地质范围较广，在地下水位较高以及地质变化范围大的土质条件，效果尤其突出。2、可保持挖掘面的相对稳定，对周围土层的影响较小，施工后地面沉降最小。3、与其他类型的机种相比，泥水顶管的推力较小，适宜于长距离顶管。4、工作坑内作业环境较好，作业比较安全。由于采用泥水输送弃土直至地面，搬运土方更为方便。5、由于采用地面遥控操作，施工更加文明安全。6、由于连续出土，大大提高了推进速度。采用了方向引导装置，使得顶进速度快、精度高。二、顶管设备选型顶管机选型：针对Φ1600口径较大，顶管出泥量大，施工人员在管道内操作不便，不安全等缺点，结合特有的施工条件和土质情况，我们选用地面遥控操作的泥水平衡式顶管机。顶管机主要参数详见下表：顶管机主要参数表顶管机主要参数管径规格Φ1600mm外形尺寸Φ1620×2592mm重量5.8t纠偏角度上下1.7°左右1.2°可破碎砾石最大直径320mm进排泥管直径Φ80mm(二)泥水平衡顶管机原理：泥水平衡式顶管机是利用加压的泥水及刀盘推动切削刀进行挖掘施工的。压力泥水在挖掘面泥土的表面形成一层泥膜,同时通过压力的作用与挖掘面的土压和地下水压力保持动态平衡，有效的稳定挖掘面，将顶管施工对地面的影响即地面沉降减少到最小。当掘进机正常工作时，进排泥阀均打开，机内旁通阀关闭。泥水从进泥管经过进泥阀进入顶管机挖掘面的泥水仓里，挖掘的泥砂经同泥水搅拌后，通过排泥管和排泥泵送到地面的泥水分离装置。泥水分离装置将泥砂和水分离以后，泥水再次送入刀盘循环使用。这些工序完全由中央操作盘进行遥控。详见附图《泥水平衡顶管法系统图》（V-04）。(三)配套设备：1、进排泥泵：选用不仅能泵送清水，而且泵送r=1.3以下泥砂的离心泵作为进排泥泵。2、基坑旁通：用于改变泥水循环方向，防止管内堵塞。3、泥水管路系统：包括泥水钢管、泥水软管、旁通阀组、流量系统、隔膜式压力表等。4、千斤顶：采用2台300t液压千斤顶，行程800mm。5、高压油泵：选用额定压力为31.5Mpa的柱塞泵，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。6、顶铁：顶铁是传递和分散顶力的设备。采用钢结构焊接而成，长度为700mm。三、施工方法及工艺（一）顶管施工工艺流程图顶管机出洞顶管机出洞顶管设备就位机头刀盘运转顶管机进洞送排泥泵开启顶进出土泥水分离主顶推进到位回缩主顶拆除管内管线砼管节安装安装管内管线弃土出运顶管机转场进洞密封器安装出洞密封器安装放样、复核工作井、接收井回填全线复核工作井、接收井施工（二）工作井、接收井的设计与施工根据本标段地层情况以及顶进方向等因素，本工程工作井采用方井（6×8m），接收井采用圆井（R=4m），接收井无需施工底板、后座及导轨。施工中使用到的砼均采用商品混凝土，标号为C50。1、工作井、接收井的布置工作井、接收井是顶管施工的工作场所，施工条件优劣直接影响到顶管施工的成败，工作井必须尽可能保证顶管作业要求且必须安全可靠，以保证工程质量。本标段工作井、接收井布置情况详见“施工总平面图布置图”。2、工作井、接收井坑的尺寸工作坑应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，坑底长、宽尺寸可按如下公式：底宽：W=D+（2.0～3.2）式中：W工作坑底宽度(m)D被顶进管子外径(m),本工程为1.620m底长：L=L1+L2+L3+L4+L5式中：L工作坑底长（m）L1管子顶进后，尾端压在导轨上的最少长度，混凝土一般留0.3m，钢管留0.6mL2每节管子长度；本工程为2mL3出土工作间隙，根据出土工具确定，一般为1.0～1.5L4千斤顶长度（m）L5后背所占工作坑厚度（m）本工程工作井净空确定为6×8m,井内设集水坑。接收井采用φ8000mm，人工挖井形成。3、顶管井坑支护顶管工作井为方形井、接收井为圆井,开挖深度较大,为8.12m,基坑开挖过程中必须有可靠的防水和挡土措施(采用类似人工挖孔桩法施工)。4、工作坑导轨设置及基础加固工作坑底可根据土质、砼管重量及地下水情况，做好基础，以防止工作坑底下沉，导致砼管顶进位置的偏差。（1）导轨作用是引导砼管按设计的中心线和坡度顶进，保证砼管在进洞之前位置正确。导轨安装是否牢固与准确对砼管的顶进质量影响较大，因此，安装导轨必须符合排水管的轴线、标高以及坡度的要求。本工程采用32KG钢轨作导轨。（2）基础底板：导轨放好后，在基底铺一层400mm厚的混凝土地板，配筋为单层纵横双向钢筋φ25＠200mm。本工程砼采用商品混凝土,标号为C50，混凝土面应低于导轨面1～2cm。5、工作井、接收井施工工艺流程图：一节护壁的土方开挖一节护壁的土方开挖拆模土方吊装及外运放置钢筋、模板及浇砼垫层、底板、后座、导轨、集水井施工下一工序爬梯制作测量放线施工现场准备6、工作井、接收井成孔施工工艺（1）工作井、接收井采用人工挖井进行施工，挖土按一次性完成一节护壁的挖土，后一次性绑扎钢筋支模板浇混凝土的施工顺序进行。人工挖孔护壁原则上每节挖孔深度为900mm，砂层地带就调整为500mm一层。人工在井内挖土，挖孔土方由人工装进吊斗、采用手绞架吊出井内、提升上地面堆泥场后装车外运。（2）井壁每节深度900mm,壁厚最宽处600mm,最薄处550mm；配筋形式为单层钢筋，横向为Ф25＠150mm，纵向配筋为Ф20＠150mm,上层护壁的竖向钢筋插入下层护壁500mm（即搭接长度）。①护壁钢筋绑扎：将已经加工好的钢筋吊入井下绑扎，用砼块作钢筋保护层垫块，上节护壁钢筋笼伸入下一节护壁钢筋的搭接长度必须满足要求。②安装护壁模板：模板支撑要牢固，用钢管作为对撑及圆杂木作为斜撑对模板进行支护，同时可在孔底下插入钢钎将模板脚固定，防止整套模板移动。③护壁砼浇注：挖孔护壁砼采用商品混凝土，用吊斗将砼均匀地沿模板的各个方向浇注，混凝土采用人工捣插，防止混凝土受振而偏移。（3）井壁施工至工作井井底后，施工一堵后座墙，后座墙锚入底部1.5m,后座墙尺寸4.5×3.5m×0.8m，配筋为纵横向钢筋Ф20＠200mm。（4）后座墙施工完毕后，在顶进的方向放置基坑道轨（路轨钢制作），作为顶管道向用。在基坑的一角设一0.7×0.7m×0.5m的集水井,导轨放好后,在基底辅一层100mm厚的垫层封底,然后浇注300mm厚的混凝土底板，底板砼用振动棒振捣密实。（三）顶管施工工艺1、推力计算F=F1+F2（F—总推力F1—迎面阻力F2—顶进阻力）F1=π/4×D2×P（D—管外径P—控制土压力）P=Ko·r·Ho式中：Ko—静止土压系数，一般取0.55Ho—地面至掘进机中心的厚度，取值5.5mr—土的重量，取1.8t/m3P=0.55×1.8×5.5=5.45t/m3F1=3.14/4×1.622×5.45=11.23tF2=πD·f·L式中：f—管外表面综合磨擦阻力，取0.4t/m2D—管外径L—顶距F2=3.14×1.62×0.4×150=305.21tF=F1+F2=11.23+305.21=316.44t顶管工作井允许最大顶进力400t，安全系数取1.25，最大控制顶力为350t。因此，无须加设中继间接力顶进。考虑地下工程复杂性及不可预见因素，顶管设备取2倍能力储备，设备顶进能力应达到700t，采用2个350t的千斤顶可满足要求。2、管材与接口该段顶管管材采用Φ1620焊接口管材。选用优良管材并处理好管节接口对顶管施工是十分重要的。要按有关规范对管材作现场检查验收，如发现不合格坚决予以退回。顶管管节的第一节和最后一节进行特殊处理。3、顶管测量与控制顶管工程的测量工作是整个顶管工程质量的关键，测量工作的准确性将直接影响到管线实际轴线的平顺，甚至影响到顶管的顺利贯通，因此需精心实施，确保无误。（1）本工程测量包括高程测量和左右偏差测量两部分。（2）在地面上把永久性水准引测至井下，设临时基准点，再在井底架设激光经维仪，将激光投射到机头的标靶上，由机头内的摄像机将信号传到地面遥控操作台的显示屏上，机头高程和左右偏差一目了然。4、顶管机进出洞口技术方案（1）对进出洞口土体采用压密注浆进行加固，加固的范围：在深度方向，洞口上2m，下2m，左右各2m；在长度方向为6m。（2）为使进出洞口顶进过程中不发生泥水流失，在进出洞口里安装橡胶止水法兰。（3）进出洞措施：①作好进洞前的准备工作，包括人员设备；②机头出洞后，及时将与机头连接的管子分离，机头及时吊出井外；并抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门止水。③机头进洞后止水工作抓紧做好，就可避免洞口处土体流失、管子沉降等现象，从而确保顶管质量。5、顶管注浆注浆是最大限度降低顶进阻力的关键。注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进摩擦阻力，注浆时要满足以下几点要求：（1）选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试，主要指标为造浆率、失水量的动塑比。（2）在砼管上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。（3）膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间按照规范进行。（4）压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况。（5）注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。（6）注浆泵的流量与顶进速度相匹配。6、顶进顶进利用千斤顶出镐在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下：（1）安装好顶铁并挤牢，管前端已入土一定长度后，启动油泵，千斤顶过油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。（2）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。（3）添加顶铁，重复上述操作，直至安装下一节管子为止。（4）卸下顶铁，下管，用钢套环连接混凝土管，在混凝土管接口处放一圈麻绳，以保证接口缝隙密封和受力均匀，并采用其他防渗漏措施，保证管与管之间的连接安全。（5）重新装好顶铁，重复上述操作。顶进注意事项：（1）首节管子顶进的方向和高程，关系到整段顶进质量，应勤测量，勤检查及时校正偏差。（2）安装顶铁应平顺无歪斜扭现象，每次收回活塞加放顶铁时，应换用可能安放的最长顶铁，使连接的顶铁数目为最少。（3）顶进过程中，发现管前土方坍塌、后背倾斜，偏差过大或油泵压力表指针骤增等情况，应停止顶进，查明原因，排除故障后，再继续顶进。7、顶管跟踪注浆与顶管结束后补浆控制沉降为防止顶管顶进过程中地面沉降的发生，在原配浆的基础上，将水的参量降低6%，来提高触壁泥浆的稠度，起到控制触壁泥浆的流失，可防止地面沉降的发生。8、顶管施工质量控制顶管施工质量控制项目允许偏差钢筋砼管最大偏角0.5°管线轴线偏差L≤100m50mm标高偏差L≤100m+30~-40相邻管节错口≤15mm无碎裂接口抗渗试验应达0.11MPa1内腰箍不渗漏，橡胶止水圈不脱出顶进过程中地面沉降控制范围项目允许变化范围（mm）地面隆起的最大极限+10地面沉降的最大极限-10顶管在纠偏过程中，应勤测量，多微调，每项纠偏角度应保持10-20＂，不得大于1°。9、针对本工程的特点在顶管施工时易出现的质量通病的防治（1）叩头①现象顶管机在推进过程中一直往下走，即使纠偏使用也不明显。②原因A、大多发生在粉细砂土中。由于泥水平衡顶管机比较重，而且机器转动起会相起震动，这种震动会使粉细砂土很快液化，从而降低了它的承载力，就会使顶管机产生往下沉的趋势。B、或者是遇到了上下两层不同性质的土，由于下面一层土较软，而使顶管机往下偏。C、泥水压力控制不好。③防治措施A、首先仔细阅读土质资料，如果在粉细砂土层中顶进偏低，可调低进泥的泥浆浓度，减小顶进速度。B、如果是遇到两层软硬程度不一样的土时，应注意让顶管机的头部略微往上翘一些，同时把前三至四节管与顶管机后壳体联成一体。（2）泥水管内产生沉淀、堵塞现象①现象泥水管内泥水流动不畅通，顶管机推进因此也不顺利。②原因A、在泥水管内产生沉淀这种现象大多发生在砂土层中。一是由于排泥泵效率低下流量不足，在泥水管内的流速小于临界流速使泥砂产生了沉淀。二是在顶管机停止推进以前对管内冲洗力度不足致使泥砂产生沉淀。如果是粉细砂，一旦沉淀在泥水管内，时间一长板结起来就比较难冲洗干净。B、在含水量少的粘土层中，粘土会变成如同鸡蛋一样的泥团，如果泥团过大，它在管道的弯头和蝶阀处会把管道堵塞。无论是哪一种管道堵塞，都会影响顶管机的正常推进，时间一长，顶管机会往下沉，从而影响到顶管的质量。③防治措施A、如果排泥泵达不到所需的流量要求时，就应该更换。B、停止推进前必须对排泥管道进行较为彻底的清洗。C、如果是在含水量小的粘土中推进，应减小刀盘每转一圈时所切削泥土的厚度，同时适当加大送水量。另外在排泥管道与基坑旁能之间加一只沉淀箱，可让土块或卵石在该箱里沉淀下来，过一段时间只需打开箱底排出。（四）检查井砌筑及工作井、接收井回填管道完成后，在工作井及接收井内用砖砌筑检查井，井壁内外用防水砂浆批挡。待砂浆达到一定强度后，回填石屑至管顶面，用水冲实，其上用土回填，分层夯实。其施工工艺及要求与明挖式排水施工技术措施中有关施工工艺及要求相同。第二节基坑止水、排水、导水技术措施本工程管道为横穿卫生河在河床下埋设，由于卫生河为广州市重点保护河位置较特殊，工作井紧邻卫生河边，而且基坑较深，施工期间受水位影响较大。因此，顶管工作井进行止水、排水、导水是本工程的施工重点之一。一、止水、排水、导水的目的：（一）疏排天然降水、渗入水、地下水，确保施工全过程中，基坑内不积水，为工作井施工提供干而坚实的工作面。（二）采用水泥搅拌桩稳定基坑壁，防止塌方。（三）稳定槽底，尽量减少对地基承载力的破坏。二、技术措施：（一）施工前收集本地区水文地质资料，了解卫生河水位对地下水位的影响。详细摸查施工现场附近现有排水管、渠的位置以及流向，并对堵塞的市政排水设施及时疏通，为施工排水找出路。（二）顶管工作井、接收井井底采用砼基础，利用混凝土封底，井内不需设排水明沟，而在角点处设0.7×0.7×0.5m的集水井，井底积水汇集至集水井后利用水泵将积水抽到工作井外。（三）地表水和雨水引至道路现有侧入式进水井直接排走，排水基坑及接收井引出或泵出的污水严禁排往围蔽外道路或卫生河内，在基坑或接收井边设沉淀池，污水经沉淀池过滤后再排入附近市政排水设施，然后使用泥浆车将沉淀后的泥浆吸进车箱运往泥浆排放场。第三节施工工期及进度计划施工总工期(进度计划按总方案要求)根据本工程的工作量和所使用的施工方法，本工程总工期为40个日历天，为配合整个工程进度，力争提前交出工作面。第四节劳动组织人力安排采用多工种形式，以做到相互配合，发挥多面手作用，现场配备顶管技术负责人２人，施工员４人，电工２人，焊工２人。顶管采用每天２班连续作业，每班５人，4班共20人，杂工５人，总人数约4０人。第五节带井闭水试验在顶管施工和检查井施工完成后，对各井之间管道内分段围堰挡水检查、堵漏。最后按验收规范的比例，对监理工程师指定的井段，封闭管道两端（含检查井），进行灌水，作闭水试验。闭水试验按以下程序进行：１、试验管段满灌水后浸泡时间不得少于２４ｈ。２、当试验水头达规定水头时开始计时，观测管道的渗水量，直到观测结束时，应不断地向试验管道内补水，保持试验水头恒定，渗水量的观测时间不得小于３０ｍｉｍ．专人负责水位观测，确认水位下降变化符合验收标准，再通知监理工程师对其进行验收。第六节工程质量保证措施１、质量控制与管理我们的质量目标是创优质工程，使工程符合设计施工技术施工规范要求。具体做法是：建立质量管理点，从工作质量抓起，做到认真细致，严格按设计要求进行施工放样和计量，保证各工序质量，控制好各施工工序，提高工程质量；施工前将建设单位下发的技术规范、地下管线施工规范、验收规范、质量控制点部位和验收标准内容下发到各施工班组；施工中对照检查落实，针对容易影响某些工序，某些结构部位，制定质量控制点，确定控制点应达到的质量目标，在施工中检测控制点的现状与制定的质量目标对比，如果不能满足验收要求，分析产生原因，采取技术管理措施，消除质量影响因素，不断提高工程质量。同时积极配合业主、监理工程师共同完成质量监控。２、保证原材料质量措施质量工程师一票否决权。赋予质量工程师一票否决权的权利，充分发挥质量工程师和技术人员对质量控制监控作用，凡进入工地的所有材料，质量工程师同意后才能用于工程。（一）、采购成品的质量控制：把原材料质量控制在采购定货前，是质量预控的一种措施，先看样品和成品质量说明书，符合订货，台钢材、水泥、沥青等，不符合质量要求不订货，不是正式厂家不订货，防止伪劣产品进入式地，进库检验，对已进货的原材料进库前要查明是否有厂家产品合格证，无合格证的除自行检验外，还要求厂家补办产品合格证，作为质量依据，不合格产品，坚决退货。（二）、进库保管：凡进库的材料要分类按日期编号，按要求存放保管。易锈、怕潮、怕晒的材料应置于干燥库房，对可当地购买的砂石等材料，应在采购或开采前经验度后再订货或开采。３、保证按规范施工措施从教育抓起，提高执行规范的自觉性，并根据技术规范要求编写技术验收标准，有针对性下发施工单位，作为施工依据。参照设计图纸和下发的标准实行自检制度和定期检查制度，把影响质量因素消灭在施工过程中，不符合标准的坚决返工。实行质量标准和经济效益挂钩，项目经理部组织质量、技术、计划、财务有关人员对完工部分的数量和质量进行检查、验收、评出优良、合格、不合格三个等级，不合格的返工。４、保证质量监理措施质量是企业的生命，实行质量监理是提高和控制质量控制保证。内部质量监理：由从事工程多年的有经验的管理人员负责质量检验监督工作，各施工单位指定专人负责从事质量监督工作，给予他们权利，实行一票否决权。５、保证落实全面质量管理和提高质量措施建立质量管理体系，明确规定质量工作中具体任务、责任、权利及惩罚，做到事事有人管，上下有人抓，人人有专职，办事有标准，工作有检查。编制质量方针目标和实现方针目标的标准。每季定期检查方针目标的执行情况，经百分制衡量工作标准，分项分部工程质量标准，工作标准与奖金挂钩，工程质量标准与验工计价挂钩。按专业班组和施工中的薄弱环节成立ＱＣ小组，开展活动，研究并提出改进工程质量建议。学习和推广全面质量管理的基本方法，即：一个过程，四个阶段，八个步骤，七种工具的学习并用于质量管理。６、保证各个分项工程质量的特殊措施根据各分项工程的特殊性，针对容易出现质量问题的工序建立质量管理点，并展开活动，用七种工具分析质量原因，找出解决方法。采用质量预控法，从准备工作、技术交底、施工质量评定资料整理等五个部分提出质量预控办法，从施工管理、施工人员、施工材料、制作、安装、设备等几个方面编制因果分析图和对策表。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。通过不同土层的技术纠偏措施。组织好设计和施工交底，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。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的范围内。加强［操作控制，使顶管均匀平稳。受力均匀。尽可能减少顶进过程中倾斜、偏移、扭转，防止管壁出现裂逢、变形等情况。搞好测量控制检查，及时分析纠正顶进过程中出现的倾斜偏位和扭转，保证顶管位置正确。第七节施工安全保证措施１、成立安全领导小组，队、工班设立安全员负责安全教育的超前控制。加强安全教育，提高全员安全意识。主要是［安全第一的教育，本职要工作安全基本知识技能教育，操作规程，排除险情和应急措施的教育，遵守规章制度和岗位作业标准教育，行车安全教育。２、严格执行有关安全生产制度和技术操作规程。认真进行安全技术教育和安全技术交底，对安全关键部位进行经常性的安全检查，在醒目的位置悬挂施工及施工安全标志牌，及时排除不安全因素，确保安全施工。建立检查落实制度经常召开安全例会，会前布置，会后检查落实做到超前控制在工地树立安全措施和责任负责人姓名标识牌。抓好现场管理，开展文明施工，经常保持现场“三平一通”良好状况，对易燃、易爆等危险品按规定存放，严格看守，严格领发手续。３、工作井上部高安全平台，周围设、护栏，井口高出地面３０厘米，防止井周围物体滑落进入井内，井内上下层立体交叉作业，设安全网，安全挡板，井下作业戴安全帽。４、吊车、超重设备由专人操作和专人指挥，统一信号，预防发生碰撞。吊车靠近工作井边坡行驶时，加强对地基稳定性检查，防止发生倾翻事故。５、加强机械设备的维护、检查、保养。机电设备专人操作，认真遵守用电安全操作规程，防止超负荷作业。采用三相五线制，井内照明采用１