顶管工作坑木板支护方案

渭环东路（纬三路-高永路）市政工程
顶管工作坑支护
专
项
施
工
方
案
编制人：
审核人：
审批人：
时间：2018年3月1日
目录
一、工程概况 (3)
二、管线调查及相邻建筑物情况 (3)
三、编制依据 (4)
四、施工技术准备 (4)
五、工作坑开挖支护方案 (6)
六、顶管施工工艺 (11)
七、安全措施 (19)
八、注意事项 (20)
九、安全应急预案: (20)
十、文明施工及环保措施： (21)
十一、附表，附图 (22)
一、工程概况
1、工程内容
本工程位于西安经济技术开发区泾渭新城东北部，是园区一条南北向主干道。

污水顶管管道长为1872米,雨水顶管管道长为1304米。

设计管道为钢筋混凝土承口三级管，污水管道埋深6.336-3.742米，雨水管道埋深5.843-2.660米，设计管径污水为
D1000mm，雨水管道为D1350-2200mm，采用人工顶管施工方法施工。

设计顶管工作坑：WA、B工作坑深度为6.336-3.742米， YA工作坑深度为5.843-2.660m，WA/B、YA单侧向顶进现状井室,由于工作井深度大于5m，特制订本专项施工方案。

2、地质情况
根据地下勘察报告的结论，根据周边地质情况，地下十米以上为天然黄土，土质良好，本工程顶管段挖深最深为6.336米，因此对本顶管操作坑采用放坡加木板支撑护壁施工工艺。

二、管线调查及相邻建筑物情况
1、相邻管线
本工程为新修道路，红线范围内无交叉管线。

2、周边建筑物具体情况
施工作业20m范围内无建筑物。

三、编制依据
国家现行的工程建设政策、法规以及现行有关施工及验收规范、标准图集、质量检验评定标准：
1、《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）
2、《建筑地基基础工程施工质量及验收标准》GB50202-2002
3、《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246:2008）
4、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）
四、施工技术准备
（一）技术准备
1、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。

2、编制好顶管施工工艺卡，做好顶管施工人员的再培训工作。

3、绘制临时工程及施工非标准设备工具图纸。

（二）工作坑位置
工作坑处应便于排水、出土和运输，并具备有堆放少量管材及暂存土的场地；
（三）工作坑设计：
工作坑的尺寸应根据施工方法和设备尺寸，按实际布置的情况确定，同时要考虑工作坑设置的使用功能（单向顶）的因素。

一般开挖工作坑，其底部的平面尺寸应根据管径大小、管节长度、操作设备、出土方式及后背长度等情况而定。

1、工作坑的尺寸计算：
矩形深工作井的底部尺寸一般可按下式计算其宽度（B）与长（L）：
B=3D1+（2.0~2.4m）
式中 B ——工作坑的底部开挖宽度（m）；
D1——管道外径（m）
管径为2200mm的YA30的顶管坑：
B=3*D1+2=8.6m
管径为1500mm的YA23的顶管坑：
B=3*D1+2=6.5m
管径为1350mm的YA12的顶管坑：
B=3*D1+2=6.05m
管径为1000mm的WA3的顶管坑：
B=3*D1+2=5m
L=L1+L2+L3+L4+k
式中 L ——工作坑的底部开挖长度（m）
L1 ——管节长度（m）；
L2 ——千斤顶长度（m）
L3 ——后背墙的厚度（m）；
L4 ——稳管时，已顶进的管节留在导轨上的最小长度（m），一般为0.3m～0.6m。

L=3+1.2+0.4+0.6=5.2m
经计算渭环东路（纬三路—高永路）市政工程入口处顶管工作坑w开挖尺寸为：4*5m，接收井为现状污水井；顶管坑Y开挖尺寸为6.5*5.5m，接入现状雨水井。

2、工作坑的基础
采用混凝土基础，基础厚度为30厘米，强度等级为C20。

浇筑宽度较枕木长50cm。

并在混凝土内部埋设15 cm×15 cm的方木作轨枕（方木埋入混凝土的面包油毡）。

这种基础不扰动地基土，能承受较大的荷载。

五、工作坑开挖支护方案
由于工程现场征地拆迁等问题不能及时完成地勘报告，本工程暂时按一般湿陷性黄土地质。

土体自身稳定性较好且无地下水。

结合现场实际情况及设计图纸，本工程污水管顶管工作坑采用木板支撑。

木板支撑一般是应用在地质情况好，土体自稳性高，无地下水的情况下。

其支护工艺流程是：工作坑定位→工作坑尺寸放样→工作坑开挖→工作坑支撑→封底混凝土浇筑。

一）施工准备
1、确定工作坑的中心位置及开挖尺寸；
2、调查工作坑开挖范围内的无地上地下障碍物；
3、开挖机械的配备和支撑材料的准备。

二）工作坑的开挖、支护
1、工作坑的开挖、支护
横撑木板规格6*0.25*0.08m、5*0.25*0.08m，横撑圆木直径不小于0.25m。

作坑的开挖尺寸经计算确定后进行开挖，3米以内采用机械挖土，人工修整；根据土质情况及时进行加固。

为了保证施工的安全，开挖时根据土质情况进行适当放坡。

当工作坑开挖至3m深时进行第一层的支护，支护至工作坑底上0.5m处。

工作坑四周用木板拼
接成整体紧贴土体；采用直径25cm圆木呈“井”字支撑形状上下两层支撑。

开挖与支撑交替进行，离井底2m范围为了保证顶管空间，不设置中间横撑。

2支护计算
①主动土压力计算：
依据《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-2012）,对于地下水位以上土层，作用在支护结构外侧的主动土压力强度标准值按下列公式计算：
P ak=σak K a,I– 2c i√K a,I
式中：P ak --支护结构外侧，第i层土中计算点的主动土压力强度标准值（kPa）；当p ak＜0时，应取p ak=0；
K a,I—为第i层土的主动土压力系数；
c i、φi—第i层土的粘聚力（kPa）、内摩擦角（°）；对地下水位以上的各类土，土压力计算、土的滑动稳定性验算时，对粘性土、粘质土，土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标c cu、φcq，参考地勘资料取值；
σak—支护结构外侧计算点的土中竖向应力标准值（kPa）,按照下式计算；
σak=σac+∑Δσkj
σac—支护结构外侧计算点，有土的自重产生的竖向应力（kPa）；σac=γh, γ为计算土层的天然重度，h为计算土层的厚度（W21顶管坑为6m，Y18顶管坑为5m）；
σkj—支护结构外侧第j个附加荷载作用下计算点的土中附加竖向应力标准值（kPa）,应根据附加荷载类型计算。

本工程无附加荷载，取0；
主动土压力强度标准值计算：
W21顶管坑：
P ak=σak K a,–2c i√K a,
=16.5*6*tan²（45°-15°）-2*5*√tan(45°-15°)
=48.41-5.77
=42.64（kPa）
Y18顶管坑：
P ak=σak K a,–2c i√K a
=16.5*5* tan²（45°-(20.1/2)）-2*5*√tan(45°-(20.1/2)) =40.34-5.77
=34.57（kPa)
②、撑木计算：
横撑设置2排，上下两根横撑间距为2m，因下端支点受力较大，
所以只计算下端反力：
W21顶管坑：
R=(p a Hl)/3=(42.64*6*2)/3=170.56(kN)
Y18顶管坑：
R=(p a Hl)/3=(34.57*5*2)/3=115.23(kN)
假设采用撑木为油松，查《木结构设计规范》（GB50005-2003）,其顺纹承压强度为【σa】=12N/mm²，设计撑木直径0.25m，因横木承受支点反力受压杆件，其截面积可按下式计算：
A=R/【σa】φ
φ—横撑木的轴心受压稳定系数
假设撑木长6m，轴心木长细比：
λ=I0/r=（4*6000）/250=96
I0—横撑木的计算长度（mm）
r—横撑木的回转半径，取250mm
当λ＞91时，φ=2800/λ2=2800/962=0.30
W21顶管坑：
A0= R/【σa】φ=170.56/12000/0.30=0.0474(㎡)
Y18顶管坑：
A0= R/【σa】φ=115.23/12000/0.30=0.0320(㎡)
W21顶管坑：
d=√(4* A0)/3.14=√(4*0.0474)/3.14=0.24(m)
Y18顶管坑：
d=√(4* A0)/3.14=√(4*0.0320)/3.14=0.2(m)
故满足要求。

六、顶管施工工艺
根据本段地质情况及施工任务实际情况，我单位拟对雨污水干管工程采用人工顶管。

人工顶管工艺流程：工作井施工→顶进设备安装调试→吊装混凝土管到轨道上→装顶铁→顶进→出土→管道贯通→检查井施工。

一）、平台搭建、四周的护栏及挡水墙
（1）平台搭建
工作平台主梁采用40号工字钢，次梁采用30号工字钢，平台口尺寸为3.5m×2.0m，其余位置满铺方木及大板，主梁两端与工作井侧墙接地长度不少于2m。

（2）防护栏
工作井口设不低于1.2米的防护栏，护栏上挂密目网。

工作井口外1.0～1.5m处设置高1.8m的彩钢板围挡，作业人员出入口设不低于1.2米的护身栏，架设施工人员上下爬梯。

（3）挡水墙
工作坑开挖边线外1.0～1.5米处砌筑30厘米高的砖墙，并用M10的水泥砂浆抹面，以防止雨水流入工作坑内，影响施工。

二）、顶管采用人工顶管施工方案
（1）顶管推力计算：
设计管线管径为D=800mm，顶进距离最长为36m。

计算总顶力：P=n×G×L=3×1.9×36=205.2T
设计管线管径为D=1500mm，顶进距离长为43m。

计算总顶力：P=n×G×L=3×2.43×43=313.47T
P－计算总顶力
G－管子单位长度管自重（T）
L－顶进总长度
n－土质系数，取3
由于顶距较长，为减小顶管过程中的摩擦力，宜采用管四周注入触变泥浆可减少顶力20%～30%。

故顶力为P=205.2×70%=143.64T（D800mm）
故顶力为P=313.47×70%=219.429T
所以，根据计算和管子受力均匀两方面考虑，选用1台QYS320型的千斤顶，其顶推力每台为320T。

（2）护铁及顶铁
由于顶进长度较大，护口铁根据顶进情况选择U型或圆形护铁，以确保管体安全，保护管子端面，使端面受力均匀。

顶铁选用矩形端面顶铁，结构为槽钢和工字钢焊接成的型钢。

根据具体情况，可选钢制顶柱，顶柱均被可靠固定在U型顶铁支架上，有效防止崩铁。

在顶进过程中，顶铁与千斤顶的行程长度配合传递顶力，在顶镐与管子之间陆续安放。

（3）基坑基础及导轨
基坑基础为30cm厚混凝土基础，坡度与设计管道坡度一致。

基坑导轨起导向作用，导轨宜采用QU80的导轨，其高度为130mm，上顶宽度80mm。

导轨安装是顶管施工中的一项重要工作，安装的准确与否直接影响管子的顶进质量，应保证两轨平行、四角高程并具有足够的刚度。

导轨设计采用重型钢导轨，其安装要求如下：安装后导轨应该牢固，不得在使用中产生位移，并且要求两导轨应顺直，平行，等高或略高于该处管道设计高程，其纵坡应与管道设计坡度相一致。

安装导轨时，应首先利用垂球和直尺确定导轨的间距和平面位置，然后测出导轨各点的实际高程，并与设计高程相比较，确定导轨的高程调整后进行安装。

将钢轨安装在枕木上，用钉固定在枕木上。

导轨的安装精度必须满足施工要求。

其允许偏差为：轴线3mm，顶面高程为±3mm，两轨间距为±2mm。

（4）后背墙
后背墙采用厚度为4cm型钢，宽度为4m，高度为2.4m地下埋深0.5m，前立两根40cm×40cm×200cm立铁。

（5）出土及下管
出土采用人工挖土卷扬机出土，采用50T吊车一辆，人工配合下管。

（6）顶管平台下管
管材在顶坑的一侧排放在两根平行立放的I30工字钢上，底部横铺150×150mm方木，间距500mm，方木用土填平实。

下管时，工作平台上也平行立方两根I30工字钢，高度、宽度与排放管的工字钢相同并与其用钢夹板、螺栓相连一起，这样就可以人工向前滚动管材直至下管口，与汽车吊的大钩垂直起吊。

起吊后将工字钢拆开向两边移动，让出下管口，将管子放入井底导轨。

三）、顶进施工
（1）当工作井内设备安装调试完毕后，具备顶进条件后，即可进行顶进。

严格控制前方开挖距离，杜绝超挖、扩挖现象。

顶进中
出现以下情况时应立即停止顶进，及时分析原因并采取措施，待处理完善后再进行顶进。

①、顶进顶力骤升或顶力达最大值时；
②、后背发生位移或后背开裂时；
③、千斤顶油管不通或油泵工作不正常时；
④、操作按钮不正常时；
⑤、砼管出现裂缝或破损时；
⑥、电路发生故障时。

（2）管道的顶进与监测
首先在管道口安装好弧形顶铁保护管口，然后安装其它顶铁。

待管前挖土满足要求后，启动油泵，操纵控制阀，使千斤顶进油，活塞伸出一个行程，将管子顶进一段距离；操纵控制阀，使千斤顶反向进油，活塞回缩，安装顶铁，重复上述操作，直到管端与千斤顶之间可以放下一节管子为止，卸下顶铁，下管并安装好胶圈和多层胶合板衬垫，管接口采用钢外套承插橡胶圈接口。

重新安装好U 型顶铁或弧形顶铁重复上述操作进行下节管顶进。

管道顶进过程中，顶铁上方及侧面均不得站人，并随时注意观察顶铁有无扭曲迹象，及时采取措施，防止崩离。

管内挖土采用人工挖土方式，管内土方水平运输采用人工推土斗，铺轻型导轨水平运输。

垂直运输采
用电葫芦吊土，直接将土运至工作坑外，翻斗车转运。

顶进时应遵照“先挖后顶，随挖随顶；顶前测量，顶后复测的原则。

管道顶进与管道监测应同步进行，第一节管子下到导轨上，应测量管子的中线及前端和后端的管底高程，确认合格后，方可顶进。

第一节管子顶进方向的准确，是保证该段顶管质量的关键，对顶进方位应勤测量，勤检查，并细致操作，防止出现偏差。

（3）顶管方法和要求
1、测量次数：在顶进第一节管子时，以及在校正偏差过程中，每顶进20-30cm,即对中心线及高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50-100cm测量一次；
2、中线测量，一般根据工作坑内设置的管位中心桩挂设中心线，利用特制的中心尺和经纬仪，测量头一节管前端的中心偏差；
3、高程测量，一般使用水准仪和特制的高程尺进行，除测头一节管前端管底高程，以检查与设计高程偏差外，还应测量头一节管后端管底高程，以掌握头一节管子的走向（即坡度）；工作坑内设置稳固的水准点2个，以便测量高程时互相闭合。

四）顶进一般应昼夜三班不停施工，充分发挥机械的效能，同时防止由于中途停置，摩擦力增加，造成顶进困难。

但在顶进过程中
遇到下列情况之一时，即应停止顶进，迅速采取措施，处理完善后，再继续顶进。

1、顶管前发生塌方或遇到障碍；
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，而且校正无效；
5、顶力较预计增大，超过管口许可承受的顶力。

顶进每班均应填写施工记录。

施工记录应包括顶进长度、顶力数值（或油泵压力表数值）、管位偏差及其校正情况、机械运转情况、土质变化以及出现的问题和应注意事项。

交接班时应将施工记录向下一班交接清楚。

人工挖土顶进时，管前挖土一般应在管内操作，以确保安全。

土质容易塌方者，应加管帽。

所顶混凝土管内径较小，在管内操作不便时，可在管前安装用钢板制作的工具管。

千斤顶及出土电葫芦的操作，均应听从挖土人员的指挥。

五）管前挖土是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。

挖土应遵守下列规定：
管前挖土长度；
1、在一般顶管地段，如土质良好，可超越管端30-50cm。

2、在土质不良地段顶管不得超越管端以外10cm，并随挖随顶。

测量发现管位偏差达1cm，一般应考虑校正，但对高程偏差的校正，应根据管道的设计坡度和头一节管子的走向，来确定校正方法。

当根据头一节管子的定向预计可能自行恢复到设计位置时，不必校正。

纠偏校正应缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛纠硬调，以防产生相反结果。

人工挖土顶进的校正方法主要有以下几种：
3、挖土校正法：
偏差为1-2cm时，可采用此法。

此法是在管子偏向设计中心的一侧面适当超挖，而在相对的一侧不超挖或留坎，使管子在继续顶进中，逐渐回到设计位置。

4、顶木校正法：
偏差大于2cm时，或采用挖土法校正无效时，可用10cm的圆木或方木一根，一端顶在管子偏向设计中心的一侧内管壁上，另一端安在垫有钢板或木板的管前土壤上，支架牢固后，开动千斤顶，利用顶进时顶木斜支管子所产生的分力，使管子得到校正。

5、千斤顶校正法：
方法基本上同顶木校正法，即用小千斤顶接一短顶木，利用小千斤顶的顶力使管位得到校正。

六）施工期间的复检
施工前对管子接头的槽口尺寸进行检查，橡胶圈和衬垫板的外观和质地。

确认合格再在接口处均匀涂抹薄层硅油等对橡胶无侵蚀性的润滑材料以减少摩阻力。

承插接管时加力要均匀，应保证橡胶圈不移位，不反转，不露出管外。

顶进过程中加强管道中线、高程的测量复核，及时纠正管道的高程、中线，以降低后方顶力。

七、安全措施
1）在基坑四周用Φ50钢管搭设一排1.2米高的防护栏杆，打入土中60cm，横杆两道，并挂好安全网与安全标志。

2）夜间施工根据需要设置照明设施及设置明显警戒标志，井内照明用电，应使用低于36V低压照明。

3）人工挖土的施工人员要按规定戴好安全帽，不准穿拖鞋和无跟鞋上工地。

4）在施工过程中作业人员上下基坑应设置安全爬梯通道。

5）所有的工人必须经过三级安全教育及安全技术交底，方可允许参加施工。

6）基坑在支护和开挖阶段中应注意保护周围道路、建筑物和地下管线的安全。

7）基坑支护完成后应注意地下水位、周围道路、相邻建筑物的变化。

八、注意事项
1、各种原材料应满足设计和规范要求。

材料进场要有产品合格证和性能检测报告，需要复检的复检合格后才能可使用。

2、所有施工用具要符合安全要求，作业时要配备安全用具。

3、基坑支护过程中,随时观察土质变化情况,要有专人负责检测，具体内容如下：
1）、支护位移测量；
2）、表面开裂状态（位移、裂宽）的观察；
3）、附近建筑物和重要设施的变形测量和裂缝观察；
4）、渗、漏水情况观察。

如出现异常现象应立即向上级汇报，再由项目部与监理沟通，采取措施加固地基。

九、安全应急预案:
成立安全应急小组，小组组一名由项目经理担任，副组长一名由安全主管担任，项目部其他成员担任组员共10人。

1、事故汇报考试
当险情或事故发生后，应立即向监理、甲方及公司有关部门、领导，汇报事故发生的时间、地点、事故类别、人员伤亡情况。

2、事故应急处理
项目部应遵循“统一指挥、快速反应、各司其责、协同配合”的原则，共同做好建设工程重大质量安全险情或重大事故的应急处置和抢险救援工作。

在第一时间将伤员送到医院救治，同时项目部有关人员做好事故现场秩序维护工作，等待司法及公安部门现场确认。

为便于急救工作，我项目部在工地设置专职医生、急救药箱。

3、事故处理原则来源：
项目部在处理施工过程中发生的事故时，应本着“以人为本”的原则，积极、主动的面对所发生的事故。

严禁隐瞒不报违者一查到底，追究到底。

十、文明施工及环保措施：
(1)严格执行施工现场文明施工和环卫保护的管理制度。

(2)施工范围要严格控制，不在范围以外，搭设、临设、停放机具、材料等。

(3)施工范围内的土方要苫盖，施工作业面用硬式围挡搭建，围挡上策安装红色警示灯。

(4)现场施工人员一律佩戴安全帽，非施工人员一律不得进入施工现场。

(5)严格禁止生产、生活污水乱到乱放，防止污染施工环境和附近居民、单位的环境。

(6)防止粉尘
①施工现场道路实施洒水防尘措施，以确保道路不扬尘。

②粉尘材料采取封闭措施，运输时防止遗撒，飞扬。

③运输车辆不能装载过满，车帮顶部拍实，并覆盖苫布，以免沿路遗撒，进出场地设专人清洁车轮。

(7)防止噪音
采取降噪措施：空压机等采用防护棚隔离；夜间严格控制强噪音施工。

(8)交通安全
①施工现场设围栏，做到施工现场与社会严格区分，确保施工与社会的安全。

施工时，做好道路交通疏导。

②施工道路沿线各出入口畅通，并设明显的标志，防止发生任何交通事故。

十一、附表，附图：
1）施工机具设备配备表
2）木板支护简图
3）施工现场平面布置图
机械设备配置表
测量仪器配置表。