手掘式顶管施工方案

光明污水处理厂配套干管工程Ⅱ标段

顶管施工方案

目录

一、顶管施工方案编制依据 (2)

二、顶管施工简况.........................................（2）三、顶管施工方案.. (3)

四、顶管施工机具和劳力组织 (9)

五、顶管施工过程中安全措施 (10)

六、顶管施工安全应急预案 (12)

顶管施工方案

一、顶管施工方案编制依据：

1-1.深圳市城市建设研究院提供的《光明污水处理厂配套干管工程Ⅱ标段》全套设计施工图。

1-2.中国建筑西南勘察设计研究院提供的《光明污水处理厂配套干管工程详勘地质报告》。

1-3.顶管施工技术的相关资料及顶管施工在深圳地区应用情况的调查资料。

1-4.顶管施工区域的地理环境水文条件调查。

1-5.顶管施工材料生产厂家提供的技术数据。

二、顶管施工简况

2-1.工程简况：

2-2.工程地质简况：

2-2-1、顶管施工区域地形地貌为砂层，勘探资料提供43个详勘孔，地下水位在0.64m～6m之间。

2-2-2、顶管施工场地的工程地质结构情况为：

（1）地表填土层：主要成分为杂填土，土层厚度为0.5m～5.82m不均匀，属于大孔隙、压缩性高的松散结构土体。

（2）砂质粘性土层：主要分为中砂和砂质粘土相结合，土质结构极不均匀。砂层中含有中砂、细砂成份占65％，砂质粘土为35％，土层厚度为5.1m～11.45m。

（3）砂层：主要是中粗砂和细砂，中粗砂占72%，细砂占28%。

2-2-3、顶管施工区域水文地质条件：

（1）顶管施工区域内的地下水比较丰富，主要赋存于中砂层内，该土层渗透系数为30m/d，属强透水层。地下水和顶管施工区域内的已建排水明渠水系形成互状态。在雨季时，受降雨影响水位降升幅度更为明显，给顶管施工会产生一定影响。

（2）顶管施工设计采用顶管材料Ⅲ混凝土管。

2-3.顶管施工区域和工程量：

本标段管道铺设施工位置主要分为田寮段、东坑段；将石段；田寮段主要顶管施工污水主干道设计图纸管径为d800；支管管径分别是d300、d200。施工里程桩号为：Z5K2+757~Z5K4+181，全长约为1409m。

东坑段主要顶管施工污水主干道设计图纸管径为d1400；支管管径分别是

d300、d200。施工里程桩号为：Z6K0+340~Z6K1+239，全长约为805米。

将石段主要顶管施工污水主干道设计图纸管径为d1500、d1400；支管管径分

别是d300、d200。施工里程桩号为：Z6K1+239~Z6K1+288，全长约为1049米。

根据设计施工图，本标段顶管施工共有四种管径，施工种类多，工程地质条件复杂，这对顶管机具，施工方法和施工技术的选择和确定是一项重要工作。

本方案编制是顶管施工专项方案，是指导顶管施工的技术性文件和施工依据。

三、顶管施工方案

3-3.管施工方法的选择：

顶管是一种非开挖性的地下管道施工，在国内城市建设不断发展条件下，市政管道建设标准已趋向于环境保护法制化，过去采用的管道铺设方法在城市建设规划中受到很大制约，顶管施工则是近几年应用市政管道施工的新技术和新方法。

前在地下顶管施工中通常采用机械式和手掘式两种方法。机械顶管技术是引进和吸收国外一些设备制造工艺，因为设备制作材料和工艺缺陷，国产的小型顶管机械远不能满足不同工程地质施工条件，具有很大的局限性，在深圳地区地下顶管工作中，一般均采用手掘式施工技术。

3-1-1、机械式顶管施工机理分析：

本标段原设计采用机械式顶管施工，经过现场实践证明，机械顶管对软弱淤泥质土层、砂层和含卵砾石的土层施工非常因难。机械顶进的进程中，经常出现排浆管堵塞无进尺和机械头卡死在土层中，故障率频频发生，直接影响工程进度并酿造成管道事故。

机械顶管应用于软弱淤泥质土层和沙层影响施工的原因的机理分析：

（1）国产顶管机在顶管施工中，是借以筒式结构的前端设置动力旋转钻进切削土体的力排架，并在切削架底部设进浆和出浆口，排浆口的直径为Φ50.0mm。当顶管机械头工作时，将切削土体通过排浆口排出孔外，形成土体置挖后，利用千斤顶同步顶进，完成循序渐进的顶管过程。

这种钻顶作业方式在一般性粘土和砂土层施工时非常适合，因为粘土和水搅拌后易成泥浆，很容易以排浆口不断排出，机械阻力很小，饱和状的粉细砂的颗粒比重较小，也容易被抽排出孔外，从而达到钻削顶进的效果。

在本工程施工地段的地勘报告已明确告知，该地段的土质结构为中粗砂及细砂，处于顶管通过的中心端面约60％～65％均在砂层中，工程实践表明，透系数钻头在切削时，沙不能溶解成浆液，连续不断的切削作用，将大部沙土分为块状附在切削头上。另一部分拥堵在排浆口周围，导改积淤成阻，影响切削进度。列举一工程实例：2005年7月，广州南沙排污系统DN1800地下管道施工，用机械顶管在软弱淤泥质土和沙层中施工以失败而改用成手掘式施工，施工后3个半

月完成顶管施工。

（2）国产机械顶管设备在设计和制造中，对顶管动力切削部位缺少高压水射入和强力抽浆装置，同时钻削动力部件没有击石破碎功能，从而在含颗粒较大原砂卵石土中施工非常困难，经常发生机头卡死在孔中，造成事故。而国外的顶管机具备钻、搅、吸、排功能，在机头切削部具有破碎挤压功能，很容易穿越较为坚硬的土层。国产顶管机在结构设计，钻头材料选用上还需改进后才能运用于更多的土质结构条件施工。列举一工程实例：2006年深圳市沙井镇锦秀路段污水处理厂配套干管工程施工中，原设计采用DN1000~1500机械顶管在贝壳、沙卵石层中，首先选用国产顶管机施工，在顶进40m时机头卡死在贝壳、沙卵石层中，后换用日本产顶管机施工，在顶进70m后，机械头磨损严重，因频繁更损零件延误工期，机械顶管施工设备全部退出施工现场。后采用手掘式施工后，3个月时间内完成顶管施工1.7km。

（3）机械顶管机设备长度为4.0m，总重量约2400kg，自重压力为6KN/m （线荷载）。在砂土层顶管时，随顶管长度增加，管道重量不断增大，管底部砂层承载力仅为40KPa，在满足不了管道自重承载条件下，管道出现局部下沉，产生机械顶进偏位。机械顶管自身无纠偏能力，只能借助后部油压千斤顶进行水平向调整。而垂直高差无法控制。在淤泥质土层中时常发生机头扎下和向上冒顶现象，给工程质量留下严重隐患。机械顶管在淤泥质土层中要求设备重量轻并设有调向纠偏装置才能满足工程要求，但国内顶管机械目前尚不具备这种功能。

综上分析，光明污水处理厂配套干管工程Ⅱ标地下顶管采取机械顶管施工方案是不宜的。

3-1-2、手掘式顶管施工机理分析：

手掘式顶管施工又称为人工顶管，是目前应用顶管工程较为普遍的施工方法，特别是在深圳地区基本上顶管施工均采用此方法。

手掘式顶管施工是采用人工挖掘机械顶进的方法，通过人力机械组合来完成顶管施工过程，手掘式施工特点是适应工程地质条件较为广泛，在不同地质结构