机械顶管施工方案-给水管道顶管施工方案
施工组织设计
工程名称：广州南沙开发区市南路北段扩建工程排水顶管工程地点：南沙黄阁
施工单位：广州市健盈建筑工程有限公司
编制部门：工程部
编制人：谭君美
审批部门：
审批负责人：
编制日期：2004年10月8日审批日期：年月日
目录
第一节工程概况、地质情况和工程特点
一、工程概况
1、工程概述及方案选择
2、顶管工程数量
3、顶管施工主要设备
二、工程地质情况
三、周边环境情况、建筑物情况、地下管线情况
四、工程特点难点及对应措施
1、技术含量高
2、地质恶劣
3、一次顶进距离长
4、泥水处理困难、场地狭窄
第二节施工总流程
第三节主要项目施工方案
一、场地围蔽、“三通一平”、临建搭设、周边管线建筑物调查标志
二、测量放样及复核
三、工作井上下设备安装准备
四、工具头吊装下井、全套设备调试
五、穿墙初始顶进
六、正常顶进
1、泥水平衡式工具头顶管施工工艺流程
2、各个主要工序施工方法
3、其他附属施工方法
4、顶管工程力学参数确定
5、顶进设备
第四节顶进施工进度计划
一、机械设备计划
二、劳动力计划
三、材料计划
第五节工程项目的施工组织
第六节各项技术组织措施
一、质量措施
二、安全措施
三、现场文明施工措施
本施工组织设计的内容包括顶管施工的前期准备工作、顶进施工各个工序、工期计划、人材计划、质量安全文明施工技术措施。
参考技术资料：
1、设计图纸
2、地质报告
3、地下管线探测图
4、《地上工程设计施工手册》中国建筑工业出版
第一节工程概况、地质情况和工程特点
一、工程概况
本工程位于南沙开发区市南路北段（黄沙快速干线、黄阁大道段）扩建路段，拟以顶管工程。φ1200砼管约198m，φ800砼管约524m，工作井4个，接收井5个。
1、工程概述及方案选择
长度标高：拟施工的顶管工程为Φ1200mm污水管，全长约198m，Φ800mm 污水管、全长约524m，总长约722m分为多段顶进，顶管覆土深度约5m。
工作井接收井：拟设四个工作井、五个接收井，工作井采用深层搅拌桩作为止水帷幕及围护桩，人工挖孔成井，最后施工垫层、集水井、底水井、底板、内衬墙；接收井采用深层搅拌桩作为止水帷幕及围护桩，人工挖孔成井，最后施工垫层。
管材：污水钢筋混凝土管内径d=1200mm，d=800mm，每节管长度2500mm，混凝土强度C50，采用“F”型接口，管的端头采用多层胶合板作衬垫，管节接口采用优质止水橡胶条止水，管壁预埋压浆管。
施工工艺选择：经调查分析研究及结合本公司在设备和施工及相关的技术能力，该排水管铺设拟采用密封泥水平衡式顶管工艺进行非开挖施工。
2、顶管工程数量
顶管主要工作量：Φ1200mm、全长约198m，Φ800mm全长约524m，，顶管段总长约722米，4个工作井，5个接收井，地层分布主要为淤泥层，顶管管道主要在淤泥层中顶进。
3、顶管施工主要设备
顶管机一套（包括Φ1200mm、Φ800mm顶管机、机头地面遥控控制台系统、机内旁通系统）、进排泥泵2件，管内进排泥管道200根，工作井进排泥管道4根，
200M电缆系统一套（包括液压马达用高压油管、信号线、照明电缆、纠偏机线、闭路电视机线），注浆泵一台，制浆桶一台，污泥泵一台，激光经纬仪一套，整体式后座一套，可调速后座泵站一套，泥水分离装置一套。
二、工程地质情况
已知地层为淤泥层，需要补充调查。
三、周边环境情况、建筑物情况、地下管线情况
需要补充调查。
四、工程特点难点及对应措施
1、技术含量高
非开挖施工不可预计因素多，施工难度较大，技术含量高。我公司将组织具有多年顶管工程施工经验、计划性强、质量意识强的精英力量负责本工程的施工管理，投入先进的机械设备进行施工。
2、地质恶劣
顶进断面为砂质淤泥层，由于在水下顶管，需要制定严密的技术措施防止工作面超挖及管节之间漏水流砂，避免引起周边地层损失引起周边土体过大沉降，并造成对道路及周边地下管线的破坏。应对措施为一方面需要有施工经验丰富的施工队伍和技术力量负责施工，严格控制顶进的工艺，真正实现泥水平衡的状态，实现对周边环境的影响程度降到最低；另一方面，严格控制承插式的管材，避免管节在承受顶力方机出现施工事故。由于在砂质淤泥、淤泥层中顶进，在顶进纠偏需要的导向力，造成纠偏困难，所以一定要“勤测勤纠”，将偏位控制在较小的范围内，实现“微偏微纠”，满足规范的要求。
3、一次顶进距离长度
该工程的最长一次顶进距离为140m，属于小口径顶管中顶进距离较长的工程，阻力大，需要采用触变泥浆减阻技术，技术含量高。
4、泥水处理困难、场地狭窄
工作井施工场地狭窄，施工中特别需要注意合理的安排场地各个阶段的使用并保证施工安全，在出土环节，需要及时将泥水处理系统处理好的土方外运，避免由于堆土问题影响工期。必要时需要24小时连续施工，需要有关单位的大力配合和支持。
第二节施工总流程
第三节主要项目施工方案
一、场地围蔽、“三通一平”、临建搭设、周边管线建筑物调查标志
施工队伍进场后，首先在工作井及接收井施工范围内进行围蔽、“三通一平”、临建搭设、周边管线建筑物调查标志工作。
（1）工作井接收井的施工现场简易围蔽，围蔽周边冲击钻成孔，采用 1.8m 长Φ18的钢筋每隔1.5m一道打入地下作为支架，塑料波纹瓦绑扎在钢筋上作为围
蔽。
（2）平整场地，接通水电。将建设单位提供的水源，采用Φ25mm镀锌水管接到工作井，水管埋入地下200mm；用电布置如下：设置总电箱，将建设单位提供的电源接到总电箱，由总电缆线接出各电箱到工作井位置，然后按国际《建设工程施工现场供用电安全规范》要求，对施工现场的电气设备均采用具有重复接地的专用保护零线的五线制（即供电方式采用YN—S系统），在场内分别布置动力、照明等线路。用电设备主要为：密封泥不平衡式工具头、渣浆泵、螺杆式泥浆泵、简易龙门吊、泥水处理设备、后座泵站、电焊机、水泵、照明用电，工作井施工面用电约需要提供170KW。
（3）临时设施布置：参见“泥水平衡顶管顶过示意图”。
（4）由于工作井接收施工范围内可能有地下管线，在井制作施工阶段及顶管顶进阶段会对附近管线造成一定的影响，为保证地下管线的安全，现需要运用专用先进设备对地下管线进行详细的探测及现场探挖明确地下管线的详细位置，以便在施工中各个阶段对其进行保护，避免造成对地下管线的损坏。
向相关单位索取地下管线资料，如规划局、电力局、电信公司、煤气公司、自来水公司、市政公司。
其次，采用人工实地进行探测。探测范围：工作井围护外边线外围3m的范围。探测的深度为地面至—12m范围。探测要求：提供地下管线的分布图，分布图包括管线的中心线位置、管线类型、埋深、管外径、现场所有管线检查井的位置。提供相关管线变形的警戒值。
再次，根据仪器探测的管线分布图，在排水管、给水管、电缆等管线位置探
挖，进一步明确其位置，探挖范围为井的施工位置，将井围护轴线位置开挖一个矩形的沟1m宽3m深，沿围护轴线挖一周。表面的路面用风镐凿除，当地质不好探挖浓度过深时，采用20#钢板桩支护木方反撑。管线的位置探挖出来后，把管线的外边线用漆引到管线旁边的固定物上，以便施工时避开管线。根据提供的“地下管线图”在现场将已知的管线用油漆及钢筋或木牌作好标志，主要为管线的类型、埋深、走向。如果周边有需要保护的建筑物，需要将建筑物的原有裂缝用封条作好标志，并拍照作为备用资料。
二、测量放样及复核
根据提供的测量基准点，按设计图纸要求进行工作井及接收井的放样工作，并放出顶管起点及终点的位置及顶进的高程，在工作井正前方墙体顶部及底部、工作井后靠背中部顶部、接收井地面钢筋及油漆作好测量控制点的标志，测量放样需复核后方可进入下一工序的施工。
三、工作井、接收井施工
施工方法：工作井采用深层搅拌桩作为止水帷幕及围护桩，人工挖孔成井，最后施工垫层、集水井、底板、内衬墙；接收井采用深层搅拌桩作为止水帷幕及围护桩，人工挖孔成井，最后施工垫层。详细尺寸配筋如“工作井接收井图”。
施工流程：
1、深层搅拌桩施工（工作井接收井止水帷幕）
深层搅拌桩是用搅拌机械将水泥固化剂和地基土相拌和，从而达到加固地基的目的一种方法。 （1） 设计要求如“工作井接收井图”。
（2）施工流程：
（3）施工工艺：
a ）桩机定位：搅拌桩机到达指定桩位后，进行对中，调平。
b ）当搅拌桩机正常后，启动电机下沉，可用4档下沉，在下沉过程中，应边送浆边钻进。
c ）浆液制备：即按设计确定的浆配方投料，拌制水泥浆。在送浆前必须不停搅
拌，防止浆液离析。
d）提升注浆搅拌：待搅拌机下沉到设计深度后，边搅拌边提升，提升速度用2档。
e）重复下沉：当搅拌机提升到设计桩顶标高时，重复下沉搅拌，使浆液与土体搅拌均匀，下沉速度为4档。
f）重复提升：待下沉到设计深度时，边喷浆，边搅拌，边提升。直至提升到地面，控制速度为2档。
g）冲洗系统：冲洗灰浆泵和输浆管系统，直至基本干净，并清除钻头上粘附的软土，检查钻头上粘附的软土，检查钻头，如有磨损及时更换。
h）移到新的桩位，重复a-g步骤。
2、工作井接收井成孔施工
工作井人工挖孔井壁详细尺寸配筋如“工作井接收井图”。
挖土施工顺序：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，人工挖孔护壁原则上每节挖孔深度为1000mm，进入流砂层后可调整到500mm。
人工在井内挖土，挖孔土方人工装进吊内、提升上地面堆泥场后装车外运。
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满足设计简图要求。
安装护壁模板：模板支撑要牢固，可在孔底下插入钢钎将模板脚固定，防止整套模板移动。
护壁砼浇注：工作井挖孔护壁砼采用商品混凝土，接收井混凝土采用人工搅
拌，用吊头将砼均匀地在模板的各个方向浇注，人工用钢筋把混凝土插均匀，防止模板受机械振捣而偏移。
万一遇到流砂流泥时，我公司有以下预防措施可以进行处理。
（1）缩短每节的掘进深度，一般采用节高500mm；
（2）在孔壁外斜插Φ20钢筋，并镶嵌稻草或竹片作过滤隔泥层；
（3）在孔壁上预埋透水管，以缓解护壁水压力；
3、垫层、底板、集水井、内衬墙、爬梯施工
垫层、底板、集水井、内衬墙详细尺寸配筋及其他技术要求如“工作井接收井图”，按以上顺序进行该部分钢筋混凝土结构的常规施工。
四、工作井上下设备安装准备
工作井施工期间，可进行工作井上的设备安装准备，包括砌好工具头系统的泥浆池砖墙及触变泥浆系统的泥浆池砖墙、安装好泥水处理系统、安装好进泥浆的渣浆泵及管道系统、压触变泥浆的螺杆式泥浆泵及管道系统、安装好地面操作系统及系统的防雨棚、接好水电。
工作井施工完毕后，可进行工作井下的设备安装准备，包括穿墙位置止水密封橡胶的安装、整体式顶进构架的安装（最重的部位约10T）、出现浆的渣浆泵及管道系统的安装、测量系统的安装。
五、工具头吊装下井、全套设备调试
工作井上下设备安装完毕后，将运支现场的工具头（约5T）吊装下井，将电力电缆、信号线、油管接好，对整机进行现场调试、对整体式顶进构架进行调试、对泥水处理系统进行调试、调好测量系统的激光经纬仪，调试工作必须全面细致，
确保正式顶进时设备的万无一失。
六、穿墙初始顶进
割除穿墙预埋钢盒（需要预备充分的水泵抽水），吊住工具头，顶出推进千斤顶，前环形顶铁对准工具头尾部，将工具头缓缓推进穿墙管内，当工具头的最前部到达沉井的外侧时，停止顶进，安装好所有管线（电力电缆、信号线、油管、进出泥浆管、触变泥浆管），转动力盘，向工作仓注入泥浆，开始顶进，进入正常顶进工序。
七、正常顶进
1、泥水平衡式工具头顶管施工工艺流程
泥水平衡式工具头顶管施工工艺流程
顶管管内管道：顶管工种：
A电缆管①工具头机械工兼测量工
B触变泥浆管②泥浆工
C进泥浆管③电工
D出泥浆管④电焊工
E信号线⑤起重工
F油管⑥杂工
2、各个主要工序施工方法
（1）顶进前准备所有机械设备交班检查
顶进前，机械工需要进行交接班手续，将记录的设备运转情况表交下一个班组的机械工，并进行口头的设备运转状况交班，则上班的机械工需要对控制制台、各个泥浆泵、管道、测量系统、工具头等进行例行检查。
（2）工具头刀盘转动、开进出渣浆泵
交班和例行检查完毕后，接通电源，将工具头的刀盘转动，当设备的参数稳定后，开进出渣浆泵，开始泥浆循环。
（3）顶进、调整进出渣浆泵流量达到平衡
工具头的操作全部采用在管道外（工作井上）控制台控制，只需1个机手操
作，可实现对工具头刀具的转动、纠偏控制、压力显示、实时监控（工具头安装了摄像头、控制台上安装了电视机）。顶进千斤顶，观察工作仓的土压力表，调节渣浆泵的流量达到工作仓的泥水平衡，其平衡的原理是，当进泥和吸泥泵稳定工作时，调节进泥和吸泥的泵量，使工作仓内应保持一定压力，仓内泥水压力应与地下水压力相平衡，泥水压力过大，地面隆起；泥水压力过小，地面沉陷，所以控制顶进与出泥的速度相当关键。
（4）泥水处理系统好砂土、装车、外运
采用泥水平衡式工具头出土，需要在工具头中注入含有一定泥量的泥浆，通过大刀盘切削工具头前方的原状土屿注入的泥水搅拌，泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理，泥浆可以反复循环使用，处理好的泥沙用泥浆车外运。（5）测量工具头的偏位、作好记录、纠偏
测量方法，在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进的误码差，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过望远镜读出工具头的偏差。每隔0.5m记录一次。（辅以人工测量校对）
纠偏办法，顶进中发现管位偏差5mmm左右，即应进行校正。纠偏校正应缓缓进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调。校正方法采用工具头自身纠偏法：控制工具头的状态（向下、向上、向左、向右），这种方法纠偏方法良好，每次纠偏的幅度以5mm为一个单元，再顶进1m时，如果根据工具头的测斜低度及激光经纬仪测量偏位趋势没有减少时，增大纠偏力度（以5mm为一个单元），如果根据
工具头的测斜仪及激光经纬仪测量偏仪趋势稳定或减少时，保持该纠偏力度，继续顶进，当偏位趋势相反时，则需要将纠偏力度逐渐减少。
（6）1个行程顶完后，整体式顶进构架调节顶块
当顶完1个行程后（1m），停止顶进，调节整体式顶进构架顶块，可继续顶进下一个行程。
（7）触变泥浆系统
顶进过程中，需要经常压触变泥浆工作，以减少顶进的阻力，触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液（造成后应静置24小时后方可使用）。注浆是通过注浆泵进行的，根据压协和表和流量表，安可以控制注浆的压力压（力控制在水深的1.1—1.2倍）和注浆量（计量桶控制）。管道分总管和支管，总管安装在管道内一侧，支管则把总管内压送过平的浆液输送到每个注浆孔上去。注浆孔布置为：工具头后3节砼管各设一道、之后每间距5m设一道补浆孔（间隔2节砼管）。
注浆流程：
（8）顶完一节管后，拆开各管路、砼管吊装、各管路安装
顶完一节管后，拆开所有管线（电力电缆、信号线、油管、进出泥浆管、触变泥浆管），进行砼管吊装后，安装好所有管线（电力电缆、信号线、油管、进出泥浆管、触变泥浆管），继续顶进。
3、其他附属施工方法
（1）顶管工作面排水
地下水由工作面流向工作井集水坑，再用泵排出地面。
（2）管道渗漏
对管道渗水和漏水点，先凿V形槽，埋入导水水管，用快凝不泥封闭管周，待水泥由一定强度后，用手动泵压入水泥水玻璃浆液封堵。
（3）顶管内通风
顶管内面无人，如果需要进去维修设备等，进管之前需要通风，采用入强制性通风措施，用风机通过1.5英寸铁管向顶管工具头压风。
（4）照明及用电
施工用电主干线采用380V三相五线制，接通地面、工作井、管道内、工具头、管道照明采用12—24V低压电源供电。
（5）顶管坑内检查的砌筑
管道完成后，按设计图在坑内用砖砌筑检查井，井内外批防水砂浆。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。
4、顶管工程力学参数确定
顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力、学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管计算的根本问题是要估计顶管的推力。顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具头正面泥水压力、管壁磨擦阻力。泥水平衡压力：在封闭的工作仓内加泥水压力平衡地下水压力，是防止泥砂涌入的重要方法。泥水压力一定要合理。压力较小，大量的泥砂涌入，会造成路面破坏，一表设施受损；压力过大，会增大主千斤顶负荷，严重的可能产生冒顶现象。
（1）顶力计算
工具头正面泥水压力：F1=π×D2/4×P
其中：F1—顶管泥水阻力（t）
D—顶管外径（m）
σ—顶管泥水最大压力（t/m2）
σ与土层密实度、土层含水量、地下水位状况有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算工具头正面泥水压力为50t/ m2左右，F1=π×D2/4×P=π×1.22/4×50=56T
管壁摩擦阻力：F2=S×L×f
其中：S—顶管外周长（m）
L—最长一段顶管长度（m）
f—综合摩擦力系数（T/m2）
f与管道的埋设深度、土质、地下水位等因素有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算综合摩擦力系数F1=1.3/m2。F2=S×L×f=π×0.56×85×1.3=610T
在考虑一次顶进距离为80m时，顶管总阻力为以上阻力之和：
F=F1+F2
根据该管径混凝土管的要求，其承受的顶力不大于340T，顶力较大，需要增加中继环外，顶进的后座采用2个200T的千斤顶。另外，顶管过程还要采用减阻措施，尽量减小顶力，利于保证混凝土管的安全、后靠背的安全，同时，尽量减少启动的中继环数量，可提高施工效率。通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁