顶管工程施工施工方法及技术措施

4.1施工工艺流程 24.2地下管线探测 34.2.1管线前期调查 34.2.2管线保护措施 34.3施工测量 44.4竖井施工 44.4.1竖井施工工艺流程 64.4.2锁扣圈梁施工 64.4.3土方开挖 74.4.4喷射砼施工及质量标准 84.4.6支撑架设与拆除 104.4.7提升设备 114.4.9竖井施工注意事项及保证措施 124.4.10竖井防塌方及控制位移措施 124.4.11竖井注浆止水施工措施 134.5顶管施工 164.5.1管道顶进施工工艺 164.5.2顶管施工方法 174.5.2.1下管就位 174.5.2.2顶管施工 174.5.2.3人工挖土顶管 184.5.2.4管道接口 194.5.2.5触变泥浆减阻措施 194.5.2.6水泥、粉煤灰浆填充 194.5.2.7测量纠偏 204.5.3人工顶管顶力的计算 20PAGE4.1施工工艺流程4.2地下管线探测4.2.1管线前期调查⑴根据设计图纸及相关资料或积极与工地附近有关部门联系摸清各种管线的管位，确定管线的走向，以便做到心中有数。⑵用仪器探测与实际开挖探测相结合的方式摸清管线明确位置，在管线转角处，明确角度变化后管线的走向，绘制管线分布图，并挂牌标识，标识牌标明管线名称、走向、埋深等。所有施工作业均必须在人工探测管线情况并挖探明确之后，才能进行。4.2.2管线保护措施⑴工程实施前，向有关单位提出监护的书面申请，办妥相关管线保护手续。邀请相关单位对施工现场地下管线的详细情况和对制定的管线保护措施提出宝贵意见。向项目经理、管线保护员、施工员、操作工等进行安全交底，并建立“保护地下管线责任制”，明确各级人员责任。⑵落实保护地下管线的组织措施，现场设专职管线保护员，严格按照监理批准的管线保护方案及经管线单位认定的技术措施要求落实到现场。⑶成立由建设单位、管线管理单位、施工单位各有关单位人员参加的现场管线保护领导小组，定期开展活动，检查管线保护措施的落实情况和保护措施的可靠性。4.3施工测量(1)测量工作是整个竖井工程质量的关键，将直接影响到管线线形的平顺，需精心实施，确保无误。(2)测量包括高程测量和中线偏差测量两部分。采用激光指向仪进行中线及高程控制，激光指向仪安装在竖井井壁上，指向仪安装牢固，并进行调试及检验，当确认无误后方可使用。在施工过程中为保证管道中线及高程不发生较大偏差，施工中采取用测量仪器勤复核的方法，对管道中心及高程进行监控，确保施工质量。垂直定位是依靠铅锤和水平刻度板来实现的。(3)顶进中要做到实时测量、勤纠偏、微纠偏，在进洞和出洞阶段适当增大测量密度，出现偏差马上纠偏，减少与轴线的偏差次数。4.4竖井施工需开挖工作坑，工作坑分为顶管工作坑、顶管接收坑其深度由设计管底高程决定。工作井采用7m（长）×4m（宽）×3.6m(深)、接收井采用5m（长）×4m（宽）×3.5m(深)，采用逆作法施工。顶管工作坑及接收坑均采用锁口圈梁+水平钢格栅+喷射砼结构支护形式。顶管工作坑及接收坑支护设计图、格栅设计图见设计图。顶进工作井剖面图接收坑剖面图4.4.1竖井施工工艺流程拟采用逆作法施工，即依据新奥法施工原理，以钢筋网、锚喷混凝土、钢格栅及临时支撑为主要支护手段，并通过现场监控测量指导设计和施工。喷墙厚度：350mm。主要施工流程：测量定位→开挖井口→锁口圈混凝土浇筑→架设钢格栅支护、挂设钢筋网→喷射混凝土→竖井封底。4.4.2锁扣圈梁施工锁口圈梁开挖采用人工开挖施工，开挖前要探明地下管线，并进行保护。土方开挖完成，经检查合格后，方可进行钢筋施工。锁口梁钢筋采用预先加工，现场组装，钢筋加工组装必须按规范要求进行施工。钢筋绑扎完成后，经监理检查合格后，进行锁口圈梁混凝土浇注，混凝土为C30商品砼。4.4.3土方开挖(1)竖井开挖应按图先进行对角开挖（结合钢格栅连接板位置对角开挖），再侧面开挖，最后开挖核心土，每步开挖后应及时安装钢格栅并喷射混凝土后方可进行下一步开挖、支护，钢格栅安装时连接板位置不能形成通缝，上下相邻两榀钢格栅应相互错开，错开需长度规范及设计要求。土方开挖工艺流程：工作井井身采用分台阶对角逐榀开挖，随挖随支的方法。台阶高度500mm，视土质好坏每榀开挖步距为0.5m。如下图所示(阿拉伯数字开挖、罗马数字支护)(2)基坑遵循对角开挖的原则，分层开挖要及时进行支撑，遇土质情况较差地段要随挖随支护，工序要连续紧凑。(3)基坑开挖过程中，根据钢格栅水平间距，严格控制其深度，不得超挖。(4)开挖步梯采用临时梯子，在基坑完成后上下步梯采用设计图中步梯图设置。(5)基坑在地面设置防雨棚，井口周围设防汛墙和安全护栏。4.4.4喷射砼施工及质量标准(1)竖井喷射砼施工1）喷射机安装好后，先注水、通风、清除管道内杂物。2）保证上料连续，严格按施工配合比配料。3）原材料的要求水泥：采用不低于P.O42.5普通硅酸盐水泥，使用前做强度复查试验，其性能符合现行的GB175-2007水泥标准。细骨料：采用硬质、洁净的中砂或粗砂，细度模数大于2.5。粗骨料：采用坚硬耐久的5~10mm碎石，粒径不大于15mm，级配良好。使用碱性速凝剂时，不得使用含有活性二氧化硅的石料。水：采用不含有影响水泥正常凝结与硬化有害杂质的饮用水。速凝剂：使用前与水泥做相容性试验及水泥凝结效果试验，其初凝时间不得大于5min，终凝时间不得大于10min。掺量根据初凝、终凝试验确定，一般为水泥用量的5%左右。4）搅拌混合料采用普通混凝土搅拌机，搅拌时间不小于3分钟。原材料的称量误差为：水泥、速凝剂±2%，砂石±5%；；混合料随拌随用。5）混凝土喷射机具性能良好，输送连续、均匀，技术性能满足喷射混凝土作业要求。6）喷射混凝土作业前，清洗受喷面并检查断面尺寸，保证尺寸符合要求。喷射混凝土作业区有足够的照明，作业人员佩戴好作业防护用具。7）喷射混凝土作业分段分片进行。喷射作业自下而上，先喷格栅钢架及拱壁间隙部分，后喷两钢架之间部分。8）喷射混凝土分层进行，后喷一层在先喷一层凝固后进行，若终凝后或间隔一小时后喷射，喷层表面用清水清洗干净。9）喷射混凝土终凝2小时后开始洒水养护，洒水次数以能保证混凝土具有足够的湿润状态为度；养护时间不得少于14天。喷射混凝土由专人喷水养护，以减少因水化热引起的开裂，发现裂纹用红油漆作标记，进行观察和监测，确定其是否继续发展，若在继续发展，找出原因并作处理，对可能掉下的喷射混凝土撬下重新喷射。10）喷射混凝土表面密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、空鼓、渗漏水等现象，平整度允许偏差为±2cm。(2)竖井施工质量标准1）拌制混合料时，称量（按重量计）的允许偏差为：水泥和速凝剂均为±2%；砂、石均为±5%。2）喷射混凝土时不允许出现滴水和淌水现象，当喷射表面出现流水等情况时查找原因根治（例如可采取引排后补喷混凝土的办法）。3）喷射混凝土不允许有大于0.5mm的贯通裂缝及大面积（≤400cm2）的空鼓现象，当出现时凿除重喷或采用背后注浆补强。4）在网构钢架连接板和预埋件处，其背后喷射混凝土必须密实，不可留有孔洞，当出现时必须补喷密实。5）喷射混凝土基面无遗留残渣堆积物。4.4.6支撑架设与拆除(1)为保证竖井初支支护结构安全，圈梁安装第一步八字撑，从圈梁往下第一榀格栅开始，设置角撑，每隔两榀设置一道，最低一道距离井底不小于1.75m，支撑采用22a工字钢。由于施工误差可能造成支撑与预埋钢板不能够密贴，如出现此情况时，首先应保证角撑一端与预埋钢板密贴，然后进行三面围焊；另一侧出现的空隙应用钢板进行填充，增加的钢板与格栅预埋钢板密贴并且焊接牢固。所有的焊缝质量必须满足规范要求。(2)临时支撑拆除在进行转换支撑时，拆除临时对撑时最上边五道不拆除，角撑保留不进行拆除，拆除时，分层拆除，并监测锁口圈及井壁水平位移、垂直位移、地表沉降等监测数据情况，当变形量超过允许值时，分析原因，及时恢复支撑，当变形量在允许值范围内时，及时施工下一步工序，即回填施工。在进行竖井回填时，拆除对撑和角撑等支撑结构，拆除需分层回填夯实逐步拆除，回填到支撑位置后进行拆除，拆除时加强监控检测，保证竖井整体稳定性，拆除时需每侧每根进行拆除，待监控检测数据满足要求，进行下一步拆除。(3)竖井楼梯竖井边开挖边安装人行楼梯，楼梯的宽度80cm，楼梯踏步采用3mm厚的防滑钢板，高度8.2cm，上下两踏步板在垂直方向不能漏空。竖井人员上下楼梯与吊斗作业区间设置护栏，护栏高度1.5m，立柱水平距离1.0m。侧立面满挂孔径为5cm的钢丝网。井内楼梯踏步预埋钢梁采用18a#槽钢，梯步钢梁及踏步间立柱采用14a#槽钢，楼梯两端头及护栏端头与竖井内侧壁钢埋件焊接牢固。4.4.7提升设备工作坑起重设备，采用25吨吊车进行混凝土和土方、以及拆装要求。吊车进行吊运时设专业信号工进行指挥，保证竖井上下作业人员安全。支脚基础稳固。起重机操作有专人负责，严格执行操作规程。正式作业前试吊，吊离地面10cm左右时，检查重物的捆扎情况和制动性能，确认安全后方可起吊。4.4.9竖井施工注意事项及保证措施(1)竖井及主洞开挖前，准确探明竖井附近的各种管线，施工中采取措施保证各种管线的安全。(2)井口周围严禁堆放重物(如机械、施工材料、渣土等)。(3)设置防止钢支撑坠落设施、竖井井口安全护栏、井内积水坑和抽水设备。(4)采用信息化设计和施工，重视和加强监控量测工作，把监控量测工作贯穿于施工过程的始终，并及时反馈信息指导设计和施工，确保竖井结构施工安全。(5)施工中如遇砂层，先对砂层进行水泥和改性水玻璃加固，以保证施工安全。(6)竖井自上而下开挖后，及时施做初期支护，注意使支护尽早封闭成环，格栅、小导管互相焊接，以形成联合支护。(7)工作坑护栏必须焊接牢固，自地面起，高度不小于1.2m，水平护栏不少于2道，所用护栏均刷红白漆，两种颜色间距50cm，并调置绿色护网。护网底部必须固定牢固。井口周围必须砌挡水墙，高于地面50cm，工作坑周围的排水设施必须畅通。4.4.10竖井防塌方及控制位移措施(1)按设计确保钢格栅和喷射混凝土质量。(2)严格按照设计钢格栅间距进行土方开挖，不得超挖。开挖后及时安装钢格栅，喷射混凝土。(3)及时施作钢支撑，并保证施工质量。(4)加强对竖井围护结构位移和应力监测，发现变化，立即采取措施。4.4.11竖井注浆止水施工措施(1)竖井施工注浆措施竖井四周注浆1）小导管注浆竖井开挖所属土层为砂层，并且根据水文地质，在3-5m层有潜层水，为防止坍塌，开挖前采用竖井四周外扩2m小导管超前注浆加固土体。导管采用直径,Ф32mm长度L=2m锁脚锚管，在管身上打花眼，注浆管沿水平仰角10-30°方向插入，间距：竖向500mm，横向600mm，注浆导管必须从首榀钢格栅腹部穿过，与格栅主筋焊接牢固。超前小导管注浆的施工方法：①超前小导管加工：本工程中超前管采用φ32mm钢管，热轧无缝钢管,每根小导管长2m,并在管周布孔（孔距1m，交叉钻成注浆孔，孔位互成90°）。为便于插入土层，钢管端头焊成锥形，确保注浆时达到注浆压力，达到加固土体的目的，在距铁箍端0.5m处开始钻出浆孔。（见下图）②小导管的打设：直接采用风镐振入使小导管按设计长度安设。③封堵：注浆前要将尾部及孔口周边空隙封堵。钢管尾部使用浆塞和快速接头，孔周边用快硬水泥浆进行封堵。④注浆及压力控制：采用双液浆浆液进行注浆加固。注浆的浆液配比及注浆压力在施工前由质控人员调制并试验，达到设计效果后（所有注浆体的固结直径不小于300mm）再使用。注浆压力不易过大，宜控制在不小于0.5MPa。作业时按单管达到设计注浆量作为结束标准。注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外。浆液在现场配制，根据现场的实际情况及实验结果，调整其参数。附图：小导管加工示意图2）地面注浆①注浆材料选用水泥水玻璃双液浆本工程管顶注浆量按下式计算：加固土体注浆量计算式：Q=Alnαβ式中：A——加固土体面积（㎡）L——加固土体长度、深度（m）n——地层空隙率（0.66）α——地层填充系数（0.99）β——浆液消耗系数（1.1）②主要注浆参数。1）注浆孔直径Φ50。2）浆液扩散直径：600mm。3）浆液凝结时间：120s～30min。4）注浆压力：0.2Mpa（注浆压力最终通过现场试验确定）。5）注入率取值：注浆范围内土质为中砂、细砂层。根据以往类似工程经验和理论计算，一般取注入率65%。根据现场实际地质情况，注浆流失量较大，估算损失率为30%。③工艺要求定孔位：根据设计要求，对准孔位，根据不同入射角度钻进,要求孔位偏差不大于2cm，入射角度偏差不大于1°。内容标准内容标准孔位偏差±20mm注浆压力±5%孔距偏差±100mm注浆量10%钻杆垂直度＜1%提升幅度±5mm钻机就位：钻机按指定位置就位，并在技术人员指导下，调整钻杆的垂直度。对准孔位后，钻机不得移位，也不得随意起降。钻进成孔：第一个孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。密切观察溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。提升钻杆：严格控制提升幅度，每步不大于20cm，匀速上升，注意注浆参数变化。浆液配比：采用经计量准确的计量工具，按照设计配方配料。注浆：成孔后，开始注浆，注浆压力0.2～0.3Mpa；严格控制注浆压力，同时密切关注浆量，当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。拔出注浆管，封堵注浆孔：采用粘土或其他材料封堵注浆孔，防止浆液流失。冲洗注浆管：注浆完毕，应立即用清水冲洗注浆管。4.5顶管施工4.5.1管道顶进施工工艺施工工艺流程：测量引点→工作井施工→测量放样→龙门吊安装→井下导轨安装→液压系统等设备安装→地面辅助设施安装→人工挖设好第一节管的顶进空间→下管→项进→人工挖土→顶进测量→管节偏差调整顶进速度至第一节管推进结束关闭顶进系统→挖土→重复以上步骤。4.5.2顶管施工方法顶管方式主要采用手掘式顶管。手掘式顶管是最早发展起来的一种顶管施工的方式,由于具有施工操作简便、设备少、施工成本低、施工进度快等优点,现在仍被许多施工单位采用。手据式顶管是一种敞开的顶管工艺,因此要特别注意防止发生有毒、有害气体中毒现象,井内必须采用鼓风机鼓风,以便稀疏井内的空气。另外还要注意防止涌水现象,在施工的过程中,如果发现渗水现象比较明显的地方,这有可能存在涌水,对这样的位置我们一定要特别注意,在旁边准备好防范措施。4.5.2.1下管就位下管前先检查卷扬机，经试吊确认安全后再下管。管道先进行外观检查，然后用吊车吊到工作坑的导轨上就位。吊运时采取垂直吊运下管，就位后测量管子中心及前后端的管底高程，确认安装合格后实施顶进。4.5.2.2顶管施工（1）应使顶镐的着力中心位于管高的1/4处，横向排放两台，两台顶镐中心应与管道中线对称，并将油管并连在一起。前置环形护口铁，增大管材受力面积。（2）顶铁安装必须直顺。每次退镐加放时，应尽可能选用最长的顶铁，保持顶铁连接数量最少。连接长度双排使用时不应超过2.5米。在顶进过程中，应随时观察，防止崩离。（3）当管道从道路之下经过时，管前挖土不得超越管端以外10CM，并随挖随顶。路外最大掏挖长度不超过30CM。顶进正常时，管道周围一律不得超挖。管内挖出的土随挖随运，不允许在管内积存弃土。余土装车运出，在工作井由平台吊垂直吊出工作井再水平卸至存土场后，由汽车运至指定弃土地点。（4）管道进入土层后下沉顶进时，每顶进100cm，测量不少于一次，管位偏差超过1CM，应考虑校正。纠偏校正应缓缓进行，使管道逐渐复位，不得猛纠硬调，纠偏时增加测量次数。（5）顶进过程中昼夜组织倒班施工，严格执行交接班制度，以防因中途停滞增大顶进阻力。严格按质量标准控制中心和高程，严格控制施工进度。（6）顶管操作必须认真执行过路顶管操作规程，严格控制管前超挖，为保证路基及现况建筑物、管线的安全，顶进后进行水泥浆填充，以防止土体坍塌，造成路基路面沉降。（7）施工当中所有操作包括挖土、支撑、安装、下管、顶进、掘土、出土、测量、捻口、注浆、填充等均需认真执行市政工程技术、安全、质量规程，保证施工质量和安全。4.5.2.3人工挖土顶管(1)管前土质良好及正常顶管地段，管前开挖长度300mm，铁路道轨下管前挖土长度不宜大于100mm，并随挖随顶，在道轨以外管前挖土长度不得超过300mm，同时应遵守管理单位对挖掘、顶进的有关规定；土质不良地段及过路地段，管前开挖长度不得大于300mm。正常顶管地段管顶部位最大超挖量宜控制在15mm以内，管底部位135°范围内不得超挖。在不允许土层下沉的顶管地段，管道周围不得超挖。(2)在顶进过程中遇到下列情况之一时，及时采取措施，方可继续顶进。1)发生塌方或遇到障碍物。2)后背倾斜或严重变形。3)顶铁发现扭曲迹象。4)管位偏差过大，且校正无效。(3)对顶施工时，在顶至两管端相距约1m时，宜从两端中心掏挖小洞，使两管能通视，校核两管中心线及高程，进行纠偏、对口。(4)顶进过程中，顶铁拆装及使用应符合下列要求：1)顶铁应无歪斜扭曲现象，安装应直顺。2)每次换放顶铁时，应换可能安放的最长顶铁。4.5.2.4管道接口顶管完成后，管道接口应按设计要求进行处理。4.5.2.5触变泥浆减阻措施由于进行长距离顶进，必然增大阻力，为保证正常顶进施工，顶进过程中使用触变泥浆减阻工艺。管道顶进后与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成泥浆套减阻。触变泥浆从前向后依次注入，顶进一段距离后及时进行补浆。为了使膨润土充分分散，泥浆半和后停滞时间在12h以上。加浆设备采用1-1B浓浆泵。加浆前先通过注水检验注浆设备，确认设备正常后方可灌注，压力控制在0.2Mpa左右，在灌注过程中按实际情况调整注浆压力。4.5.2.6水泥、粉煤灰浆填充在每段顶管完成后，立即使用高压注浆泵向管外注入水泥、粉煤灰浆液填灌超挖空隙，最大限度减少地面沉降，保证管道稳定，同时将触变泥浆置换出来。从混凝土管道内预留孔注1：1水泥粉煤灰浆，下边沿管底中线每隔1m设一个孔，注入管道基