D1000顶管施工方案

φ1000顶管施工方案
一、工程概况
1.工程概述
城北污水处理收集系统厂外工程内金川河主流Ａ2标，N84→N82←N79→N14顶管工序，管道均为：φ1000mm钢筋砼管，顶程分别为107m和32m。

根据地质勘察报告分析，本区以淤泥质粉质粘土为主，拟采用挤压法进行顶进施工。

2.水文地质、工程地质
水文地质：
管线段西侧为内金川河水域，地表水体受大气降水、上游水系及两岸居民生活用水补给影响，河道中有闸门，故水位受人工控制。

水质对砼无侵蚀性；地下水主要为孔隙潜水及下部为微承压水混合而成，主要受大气降水补给，水位动态受季节变化影响明显，地下水位埋深在0.70~2.20m之间。

工程地质：
管段沿线位于金川河岸边，隶属于古秦淮河漫滩相地貌单元，穿越“古秦淮河漫滩砂性土、粘性土（洞身）工程地质区段”、“古秦淮河漫滩以砂性土为主（洞身）工程地质区段”及“古秦淮河漫滩以软土为主（洞身）工程地质区段”。

全线洞身区间勘探孔处未见粒径大于20mm的砾、卵石等颗粒组分。

管线主要穿越：
②2c层粉土夹粉砂土：灰黄、青灰、饱和，粉土稍密，粉砂松散，含云母碎石及少量腐植碎屑，中等压缩性，中等强度地基土。

②2层淤泥质粉质粘土：灰色，饱和，流塑，含少量腐植碎屑，水平层理发育，局部粉质较重，夹粉土、粉砂薄层；高压缩性，低等强度地基土。

二、施工程序及技术要求
1.施工主要程序：（见附图）
2.主要施工方法及技术要求
2.1工具管选型
经对地质勘探报告分析，本顶层以②2层淤泥质粉质粘土、②2c层粉土夹粉砂土为主。

挤压式工具管，适用于淤泥质土和部分淤泥的土系，对覆土层的厚度有较高要求，一般为3D。

根据以上因素确定，采用挤压式工具管进行顶进施工。

2.2洞口处理
为保证顶管工序顺利进行，对进出洞口区域采取必要的加固措施。

⑴在预留洞口外侧安装[20槽钢，予以控制洞口外侧土体不会因地下水流动而沿洞口流入井内；
⑵为了确保工具管安全进、出洞，尽量避免洞外土体流失，造成地面塌陷，须对洞口外侧的土体进行压密注浆加固；
⑶在洞口设置止水系统：洞口止水0胶圈安装平整牢固，水密性良好；止水胶圈安装位置须与管道在同一轴线。

2.3管材进场
严格执行成品及辅材质量检验管理制度；收集材料质保书，做好材料进场记录及外观检查；对管材的槽口尺寸、橡胶圈和衬板实行专项检
顶管施工工艺流程图
查，合格后方可使用。

2.4顶管施工
⑴以工作井穿墙管与接受井接受孔中心为依据，在地面建立实际管道轴线控制点。

井上井下控制点的传递，因沉井较浅，可采用全站仪定向，经纬仪一次投递。

在管道轴线上任意一点传递至井下仪器平台上，再传递另一点至觇标。

水准测量采用水准仪，确立基准小平台，工具管后部设立水准标尺，由此确定高程偏差。

⑵为保证顶管工序顺利进行，对后靠背及千斤顶支架等设备安装准确牢固尤为重要。

防止工具头发生“磕头”现象采取以下措施：
a.在工具管后两节管材上预埋钢板，通过螺栓将工具管与其相互连接；
b.在工具管出洞时，须严格控制其轴线偏差不大于3mm ，其高程
应为设计标高加抛高数（其数值可根据土质情况、管径大小、工具管自身重量和顶进速度等因素设定）。

⑶出洞
出洞前必须对所有设备进行全面检查，包括液压、电气、压浆、照明、通讯、通风等操作系统是否能正常进行工作。

各种电表、压力表等是否能正确显示其进入工作状态，然后进行联动调试，确认没有故障后，方可准备出洞。

开顶前，先在洞口安装止水装置，拆除砖封门，然后推进掘进机至距钢板桩10CM拔起钢板桩，随即推进掘进机出洞。

掘进机出洞时，严格控制顶进偏差，中心偏差不得大于0.5cm，高低偏差宜抛高0.5—1.0cm，若达不到上述要求，应拉出工具管，作第二次出洞。

拆除封门前应检查洞口止水圈与机头外壳的环形间隙是否均匀、密封，封门和封板一经拆除后，必须要确保人身安全的前提下，立即清除洞口外存在的金属物件或较大的硬块等障碍物，而后将机头随即切入土层中，避免前土体松动坍落。

⑷管材安装及外观检查
本工程管道连接采用“F”型钢套环橡胶圈防水连接，即在管节一端混凝土浇注时预埋钢套管，形成承口管节，另一端混凝土作成插口；插口上设安装密封圈的凹槽，相邻管段连接时，先在插口上安装好密封圈，装上软木垫片，然后插入完成连接，管材安装顶进前对其实行专项检查：
a 、管材槽口尺寸正确，表面光洁平整无气泡，套环必须按设计要求进行防腐处理，刃口无疵点，焊接处平整，肢部与钢板平面垂直，堆放整齐搁平；
b 、橡胶圈的外观和任何断面都必须致密均匀，无裂缝，孔隙或凹痕等缺陷，橡胶圈应保持清洁，无油污，不得在阳光高温下直晒；
c 、衬垫板的厚度，应按设计顶力大小确定，粘贴时，凹凸口对中，环向间隙符合要求；
d 、承插时外力必须均匀，橡胶圈不移位、不反转、不露出管外，否则应拔出重插；
e 、插入安装前滑动部位可均匀涂薄层硅油等润滑材料，减少摩阻；
⑸出土
中口径挤压式顶管，工具管顶进时，正面的泥土通过格栅挤压进入冲泥舱，然后被高压水破碎冲成泥浆，泥浆通过吸泥口、吸泥管，最后被抽出管外运至指定地点。

⑹管材顶进
顶进施工，严格控制前5M管道的顶进偏差，其轴线、高程偏差不得大于3—5mm。

本工程管道沿线主要为淤泥质粉质粘土及粉土夹粉质粘土，在施工前，须依据地质报告及管道埋深计算掘进机的主动力及被动力和水压力，力争精确控制顶进时掘进机前的压力；工作井设备安装精度须严格控制，如后背浇筑垂直度、轨道的高程、坡比、千斤顶的位置，液压系统的设计合理；假设管道顶进停止，管道与土体间的摩阻力随时间的延长而增大，故采用多班连续24小时作业，严格执行班前、班后技术交底制度；控制千斤顶的行程，严禁超越临界冲程；严密注视主站油泵压力的变化，假设发现压力突然上升时，应立即停止顶进，查明原因，以防发生意外；密切注意掘进机的压力表读数，在允许的变化范围内，如发现出土土质变化、土压变化及掘进机偏移等情况立即向值班技术人员汇报，及时采取措施；
根据土质进行取土控制，随取随顶，顶进时及时补浆，并注意注浆压力及注浆量的控制，在掘进过程中，注意掘进面的稳定与否，土压平衡顶管的舱前土压及后顶压力是否正常、地下水压力的变化，发现问题或前兆时，及时采取措施促使掘进面保持稳定；加强对顶进速度的控制，2—3cm/min。

加强监测，及时控制，随偏随纠；顶进应与管外围注浆同步进行，其原则为先注浆后顶进，随顶进，随压浆，以保证管外围充满泥浆套，充分发挥减阻和支承作用，管道顶进至工作井井壁内50cm时，应停止顶进，回缩油缸，按装下一节管材并加顶铁，如此循环施工，至完成全部顶程。

⑺管道外围压注触变泥浆减阻
为了减小管道外壁与土体间的摩阻力，采用在管道外围压注触变泥浆。

a、压浆孔的设置
注浆孔是指工具管后部的压浆孔，孔不能直接暴露在土体中，否则容易被土堵塞出口，压浆孔预埋时需与钢筋砼管圆心成120°，反之不能形成环状的泥浆套，底部不设注浆孔，管道在泥浆中都成上浮状态，故管道的洞口向顶部靠近，管道底部的泥浆由两侧注浆孔自动向下流动。

b、压浆设备的组成、注浆管道连接
选用螺杆泵，以使流量脉动小，注浆压力平稳，总管选用φ40～50mm
的镀锌钢管，支管选用φ25～30mm的高压橡胶管，为了使触变泥浆的压力在停泵以后仍基本保持不变，在泥浆出口处安装自落式单向阀，此阀安装必须垂直，泥浆顺向通过时铁球上抬，停泵时，铁球下落，在泥浆套的余压下封住回浆口。

c、触变泥浆的生成
触变泥浆是由膨胀土、水按体积比为成品膨润土：水＝1：8，首先将定量的水放入搅拌桶内，开动搅拌机徐徐投入膨润土，充分搅拌，即成泥浆，泥浆拌和后须经24h静止方可使用，根据需要配备一只供浆桶，一只制浆桶，轮流使用。

d、泥浆的压注
触变泥浆的压注力应与注入土层的土体压力基本相当或略大，而触变泥浆的耗量应略大于或等于地层土体的损失量。

在顶进过程中，还应按地面变形的观测结果适当调整，采用顶管机压浆、中继站补浆的方法，对掘进机压浆须与顶进同步，以迅速在管道外围空隙形成粘度高、稳定性好的膨润土泥浆套。

管道补浆是在已有的泥浆套基础上改善泥浆套，补充其损失量，掘进机尾部第一压浆孔后的10m处设置第一道补浆孔，此后每隔4m通过管节上的补浆孔，以保证管道外围空隙充满触变泥浆，补浆始终要坚持从后向前补压和及时补浆的原则，对于各层土质，特别是夹砂土层施工时根据渗透系数充分考虑泥浆的损失，调整注浆压力和注浆量。

e、泥浆置换
每段管道顶进完成后，立即用2：1水泥浆将触变泥浆置换出来，以确保管道外围土体有足够的支撑和减少渗漏水，待浆水凝结后（一般在24h以上），拆除管路，换上闷盖，将孔口封堵，压浆结束后，所有设备必须认真清洗。

f、通风
以保障管内空气畅通，确保操作人员安全，采用2台30L/S鼓风机及送风管向管内持续送风。

g、进洞
顶管机头进洞时，在接受坑内预先安置枕垫和滚筒，当顶管机头接近封门时严禁挤压，应拆除封门后顶进接受井，当管节顶进接受井后，施工技术人员应考虑工作井和接受井各留出的管节长度，尽量避免敲拆砼管，方便接口施工。

顶管结束后，按设计要求在管内间嵌以弹性密封膏或水泥砂浆填料，要求与两管口抹平。

管道顶进至N22井后采用大开挖取出工具管，作检查井施工。

3.施工主要难点及解决办法
⑴为抵消工具管出洞后的“磕头”现象，在顶管导轨敷设时尺寸略上仰，以平衡重力影响，工具管对准穿墙孔位置，管头稍稍向上抬3―5mm，工具管与后几节管道刚性连接。

⑵由于管道在金川河边顶进。

在顶进过程中，加强速度控制及轴线、高程偏差的调整，发现压力突然上升时，应立即停止顶进，查明原因，假设遇到小石块或建筑垃圾，可以打开封门人工进入机头处理。

⑶管道沿途主要穿越②2层淤泥质粉质粘土，其管道外壁与土体间单位面积摩阻力为20kpa，采用触变泥浆减阻后，降低为4kN/m2.
⑷为防止在顶管过程中产生管涌、流砂，敬请金川河河道管理部门予以配合，尽一切可能降低金川河水位，同时对管道沿线建（构）筑物、市政设施加强沉降观测，发现问题前兆，及时采取有效措施。

⑸N79井→N14井32m过河管，；河床覆土层实测约0.7m，根据挤压式工具管覆土要求，拟以管道为中心宽度约3.5m、高度约2.5m进行填土，同时预埋数根管道，便于金川河水流放。

4.列出技术复核的内容
1、顶管轴线放样线与设计轴线的偏差；
2、顶管洞口中心高程及方向；
3、顶管后背厚度、尺寸以及安装水平度及垂直度；
4、顶管轨道安装高度、水平度以及两轨间距；
5、千斤顶安装位置、高度及间距；
6、顶管施工过程中管节的高程及轴线偏差；
7、管缝宽度以及封堵情况；
8、管材以及辅助材料的质量及数量。

5.工程防护内容及其方法
（1）在顶进过程中注入膨润土泥浆，注入的膨润土浆不仅起润滑减阻作用，而且由于超切在土层与管材之间的空隙得到填充；再则，原有的空隙和由于顶推而产生的松动区的空腔都会被膨
润土浆填堵起来。

因此，通过注入膨润土浆可以显著减少沉降。

（2）泥浆置换，每段管道顶进完成后，立即用2：1水泥浆将触变泥浆置换出来，以确保管道外围土体有足够的支撑和减少渗漏水，待浆水凝结后（一般在24h以上），拆除管路，换上闷盖，将孔口封堵，压浆结束后，所有设备必须认真清洗。

三、主要资源需用计划
１、劳动力配备一览表
2、主要工、机、具一览表
3、主要检验、测量和试验设备
四、进度计划及工期控制措施
１、自设备安装至拆卸预计：21天；
２、在施工期间采取24小时施工制度，确定周，天，班作业计划，
逐级按目标控制，以达到对工程施工进度有效控制；
３、对施工班组及施工技术人员实行责任承包制度，明确施工任
务具体要求，明确工期及质量指标，运用经济杠杆实行奖罚措施，
使施工班组按期保质保量完成任务；
４、采取切实可行的措施，合理安排流水作业，保证人力、物力、
资金的投入。

五、质量及安全措施
（一）工程质量保证措施
1. 加强职工质量意识教育，严格按各项操作规程和验收规范施工；
2. 为保证工程质量创精品，创名牌，工地质量与工地全体人员的经济利益挂钩，实行质量工资和质量风险抵押金；
3.严格执行成品、半成品和原材料验收管理制度，按规格、品种分类挂牌堆放。

做好材料进场记录，质保书及外观质量检验，原材料性能复试，严格杜绝使用不合格品；
4.施工中必须对每道工序执行施工质量的检测。

严格执行自检、互检、专检的三检制度；
5.施工中严格执行顶管施工工艺流程及进出洞土体加固保护。

最大顶推力检测及限制、承压水处理方法；原有地下障碍物处理方法，建筑物沉降控制和地下管线保护等技术措施；
（二）安全生产措施
1.严格遵守施工现场六大纪律和各项安全操作规章制度，施工现场设专职安全员和医疗站，监察和处理各类安全隐患及劳动保护问题等；
2.电器设备必须安装漏电保护器，须有接地装置，电动工具实行一机一闸制接线，并有专人负责管理及维修。

非指定人员不得动用电器设备；
3.严格执行班前交底(交任务、交安全、交质量)和三上岗(上岗检查、上岗计录、上岗交底)制度，执行工序交接自检和互检制度；
4. 机械电器操作人员应严格遵守操作规程，管外各种移动式电器设备均需有漏电开关保护装置，各种电器必须有可靠的接地和接零管内照明，管内照明电压采用36V；
5. 与工作无关人员严禁下井；
6. 安全管理目标：无重大伤亡事故、重大机损事故；伤亡事故、返工损失率小于1‰；
六、所用规范、标准目录
《给水排水管道工程施工及验收规范》G50268—97
七、各种记录的目录
1.工程洽商记录；
2.周围建筑物沉降观测记录
3.施工测量记录
4.水泥注浆记录
5.工序报验单
6.工序质量评定表
7.单位工程质量评定表
八、顶力计算
1.管材最大允许顶力
A、F=π/K·δ（T-L
- L2）（d+T）
1
其中：F—钢筋砼管允许顶力（KN）；
K—安全系数，取K=6；
δ—混凝土抗压强度（Kpa）;
T—壁厚（m）;
L1—密封圈槽底与外壁距离（m）;
L2 —木垫片至内壁的预留距离(m);
d —钢筋砼管内经（m）。

经计算：钢筋砼管允许顶力F为1813.35KN。

B、工作井设计允许顶力，R
：3000×1.2=3600KN。

允
2）管道的顶进阻力：由掘进机的正面阻力和管道外壁的摩阻力组成F=F1+F2（N79N82）
其中：F1为工具管正面阻力；
F=1/4·（πD2R）=361.728 KN；
D—管道的外径1.2M；
R—挤压阻力，取400 KN/m2；
α—网格截面参数，取0.8；
F2为管道摩阻力；
F2= fπDL=1209.53 KN；
f—管壁四周的平均摩阻力系数，采用触变泥浆减阻后
f=2―3 KN/M2(经验所得) 取3 KN/M2 ;
L—管道的入土深度107m。

经计算：工作井允许顶力及管材最大允许顶力，满足双向顶进施工需要。