顶管工程施工技术方案

顶管工程施工技术方案

一、顶管工程概况：

本工程的污水管道顶管工程位于1#北路，污水管直径d900，管中距离道路中心线2米，全长660米。

管线南起江南路与1#北路交叉口已建污水窨井W1—0，北至1#北路与7#路已建窨井W1—19，包括5个方形工作井、1个圆形工作井、5个方形接收井。

由于本工程时间紧、要求高，特安排一个高素质的专业施工班组，负责顶管工程的施工。

二、顶管工程具体施工安排如下：

1、施工顺序：

顶管工程施工工艺流程如下：

工作井开挖→沉井制作→养护→沉井下沉→沉井封底→周围回填→顶管设备安装→拆除封头→管道顶进→顶管设备拆除→沉井封顶。

2、沉井制作

（1）基坑开挖

根据基坑底面几何尺寸开挖深度及边坡定出基坑开挖边线。整平场地后根据设计图纸上沉井中心座标定出沉井中心桩以及纵横轴线控制桩，并测设控制桩的攀线，桩作为沉井制作下沉过程的控制桩。

基坑用机械开挖，自卸车装运。为了减少沉井的下沉深度可加深基坑的开挖深度，但若挖出表土硬壳层后坑底为很软弱淤泥则不宜挖除表面硬土。决定合理深度应通过综合比较。

刃脚外侧面至基坑底边的距离一般为 1.5～2.0m ，以能满足施工人员绑扎钢筋及树立外模为原则。边坡一般取1:0.33～1:0.67。

基坑底部若有暗滨、土质松软的土层应予清除。在井壁中心线的两侧各1m 的范围内回填砂土整平振实，以免沉井在制作过程中发生不均匀沉陷。

（2）制作沉井

制作沉井的场地应预先清理，平整和夯实，使地基在沉井制作过程中不致发生不均匀沉降，制作沉井的地基应具有足够的承载力，以免沉井在制作过程中发生不均匀沉陷以致倾斜甚至井壁开裂，若地基承载力不够时必须采取地基加固等措施。

（3）砂垫层

基坑面在刃脚的垫层采用砂垫层。砂垫层分布在井壁刃脚中心线两侧各一定距离范围内，砂垫层厚度为60cm ，下面对砂垫层的验算，根据下列公式计算：

Ｂ＝ｂ＋2H

B

N +r 砂.H ≤[σ]

上式中:B —砂垫层宽度（m ），B=0.6+2×0.6=1.8m ， H —砂垫层厚度（m ），取0.6m ，

ｂ—砼垫层宽度，取0.6m ，

Ｎ—第一节沉井单位长度自重（Kn/m ），经计算为47.6Kn/m ， r 砂—砂的容重kn/m 3，取17kn/m 3，

[σ]—土层容许承载力(Kpa)，取70Kpa ，

B

N +r 砂.H=47.6/1.8+17×0.6=36.64 Kpa 〈[σ]，符合要求。 （4）砂垫层的分层铺设

可根据具体备件选用振实、夯实或压实等方法。适当加水分层夯实，做好一层经检验合格后再做一层，采用平板式振动器时松砂的分层厚度取20～25cm 。砼垫层厚度为25cm ，可按下式验算：

G 02h+b

≤R 上式中：ｈ—砼垫层厚度（ｍ），取0.25m

G 0—沉井第一节单位长度重量（Kn/m ），取47.6kn/m R —砂垫层的允许承载力一般取100kpa

b —刃脚踏面宽度，取0.2m

G 02h+b =47.62×0.25+0.2

=68kpa 〈R 符合要求。

（5）壁板的分节制作，安装和支撑，钢筋绑扎及砼浇灌。

沉井模板和钢筋的施工顺序为：

支设内模→绑扎钢筋→支设外模

沉井模板一律采用木模板。

沉井的内模宜一次性安装完毕。刃脚底模应用水平尺进行标平，使之保持在同一水平面上。外模按分节浇捣按装。

沉井内模应保证垂直（第一节制作时），外模跟着内模支立，不得内外倾倒，以保证外壁面平正垂直以及井壁厚度均等。内外模板及模板支撑牢固性、刚性、密封性须符合要求。

（6）沉井的浇筑

沉井分二节浇筑，分二次下沉，沉井第一节砼浇筑高度应根据地基承载力和沉井的结构情况确定，至施工缝高度。在第一节砼达到设计强度，第二节达到设计强度的70%后可下沉。

沉井接高的轴线应与沉井中轴线重合或平行。在接高进行砼浇筑过程中应尽量使刃脚踏面处压力保持均匀，防止因荷载不均匀而引起沉井偏斜。接高处的砼表面应先进行凿毛，清除表面的浮松石子等并冲浇干净。

（7）商品砼浇筑

沉井刃脚和井壁砼均采用商品砼浇筑。

在砼浇灌前应对模板钢筋预埋件及预留孔的位置和尺寸等按照“钢筋砼施工及验收规范”和设计所提出的特殊要求进行仔细检查核对，经隐蔽工程验收手续合格后方可浇筑砼，

刃脚砼必须一次浇灌完毕，不得中途停顿。浇筑砼应连续进行，分层浇筑间隔时间不应超过砼初凝时间，否则应按施工缝处理。

3、沉井下沉

（1）按沉井下沉阶段计算下沉系数与稳定系数。

每节沉井下沉前须设计下沉系数，沉井自重须克服井壁摩阻力才能下沉。

Ｇ≥K１f

式中Ｇ为沉井自重

K１为下沉系数（１～1.25）

f为井壁总的摩阻力。

粘性土对井壁单位面积摩阻力：ｆ＝25～45Kpa （2）砼垫层的凿除

凿除砼垫层时应先内后外，应对称按顺序凿除，凿断线应与刃脚底边平齐，凿断的板要及时清除，空穴立即用砂或砂夹石子回填。对砼垫层的定位支点处应最后凿除，不得漏凿。

（3）下沉

用人工挖土，机械吊运出土的施工方法。人工挖土时应以井孔中心划分工作面，挖土的方位应基本相应和对称。定位支点不宜固定，应对称稳定。

沉井纠偏应根据测量资料随偏随纠，当沉井偏斜达到容

许值的1/4时便要纠偏，沉井下沉过程中要做到勤测、勤纠、缓沉。沉井初沉阶段应根据“沉多则少挖”，“沉少则多挖”的原则在开挖中纠偏。量脚下挖土要逐步扩大，不能一次过量掏挖。不要通过大量挖土来纠偏。

当沉井分数次下沉时，在每次下沉终了前要严格控制偏斜。终沉阶段须加强观测，严格控制超沉。

沉井下沉时应注意观测，刃脚标高每班至少测量一次，轴线位移２—3班测一次，当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量，初沉阶段每２小时至少测量一次，必要时应连续观测，及时纠偏。终沉阶段每小时至少测量一次，当沉井下沉接近设计标高时，应加强观测，待８小时内沉井自沉累计不大于10mm时方可进行封底，此时井体的标高位移和倾斜应在允许偏差范围内，并须检验合格。

4、沉井封底

封底前应整理好锅底和清除浮泥，对新老砼接触面应凿毛清洗，井内积水应尽量排干，并设置至少一个集水井，其深度和大小要满足水泵吸水要求。

封底前按照规定，一般先用大块石先将刃脚下垫实，整修锅底用块石填满，铺碎石，填平整实后浇筑素砼封底。此类工作均须沉井壁四周向中央进行。素砼封底浇筑应对称进行，不得中途停顿，避免产生施工缝而产生渗漏现象。素砼封底的同时集水井不得填没，排水工作连续进行，以保证砼

在终浇前不浸水。素砼封底表面应平整，当强度达到设计强度25%以上时才允许在上面绑扎底板钢筋，钢筋绑扎经检验合格后方可浇筑底板砼。

当底板钢筋砼强度达到设计要求时方可停止抽水，封填集水井，封填先应清洗干净，封填必须密实防止渗漏。钢筋砼底板表面应平整，整个底板不得有渗漏现象，如发现有渗漏点应压泵堵漏。漏水严重时应设置临时水管引流，在压泵堵漏后再封闭水管。

5、顶管设备安装

该段管道埋深6米以上，管径d900，部分管顶以上不足3米需采取堆载措施。同时根据地质状况，拟采用手掘式机头型式，管道外围压浆形成泥泵套。

顶力估算：按采取管壁外侧同步注入触变泥浆处理，顶进阻力按下式计算。

F=f2×л×D×e

Ｄ—管节外径（ｍ）

e—全部顶进长度m（ｍ）

f2—采用注浆工艺的摩阻分数，其值一般取f2=12KN/m2

顶进长度e按80m计、Ｄ＝1.08m

按F=12×л×1.08×80=3256KN

（1）顶管设备安装：

（a ）安装导轨

导轨采用装配式导轨，安放在砼基础面上，导轨定位后，必须稳固正确，在顶进中承受各种负载时不位移，不变形，不沉降，导轨安放前应先复核管道中心位置。

二导轨必须互相平行，等高，导轨面的中心标高应按设计沟底标高设置，在顶进中必须经常复测调整，以确保顶进轴线的进度。导轨的坡度应在设计管道坡度相一致。

导轨采用轻型导轨，由钢轨、横梁和垫板组成。

导轨的轨距可按下式计算： Ｂ＝２22内外R R

式中：Ｂ—钢轨与砼管相接触的间距（ｍｍ）

Ｒ外—外管节半径（ｍｍ）

Ｒ内—管节内半径（ｍｍ）

（ｂ）设置承压壁

承压壁应承受和传递全部顶力，必须具有足够的强度和刚度，应根据最大顶力计算具有较大的安全度，圆形沉井前垫以40×40cm 方枫木,外衬的厚5cm 钢板作为承压面，钢板面必须与顶进轴线相垂直，钢板就位后，应用钢丝绳牵牢防止倾倒。

（ｃ）安装主顶设备

主顶设备由以下几部分组成：①组合千斤架②主顶千斤顶４只③油泵站及管阀④组合Ｕ型顶铁⑤Ｏ型接口顶铁。

４台千斤顶对称布置

４台千斤顶应共同作用，规格一致，行程同步，每台千斤顶的使用压力不大于额定工作压力，油路必须并联，每台千斤顶均备有独立的控制阀，千斤顶伸出的最大行程应小于油泵行程10cm左右。

油泵的最大工作压力不大于32Kpa，装有限压阀，溢流阀和压力表等指标保护装置，安装完毕后必须试车，在顶进中应定时检修维护，及时排除故障。

Ｕ型顶铁必须符合要求刚度大，受力后无变形，相邻面垂直，排列不扭曲，单块放置稳定性好，连续部位不脱焊，凸面与导轨的接触面必须平整，顶进前滑动部分应抹牛油润滑。

环形接口顶铁应与砼管口相吻合，中间用软木板衬垫，防止承插口处破损。

（ｄ）安装前墙水圈

为了防止顶管机头进出工作坑洞口流入泥水，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不致流失，必须预先安装好前墙止水圈，其组成部分为①予埋法兰底盘②橡胶板③钢压板④垫圈和螺栓。法兰底盘应予先埋设在砼沉井内，中心正确端面平整，安装牢固，螺栓的丝口应妥善保护，水泥浆应予先清除。

（ｅ）安装顶管机头

顶管机头的尺寸和结构应符合要求，在吊入顶进坑前应作详细的检查。

起重机械应根据机头重量，现场条件和方位，角度经过详细的调查核算，选用有富裕承载力的吊机，卸机头时应平稳，缓慢避免冲击、碰撞，并由专人指挥。

机头安放在导轨上后，应测定前后端的中心方向偏差和相对高差，并做好记录，机头和导轨的接触面必须平衡吻合。

6、顶进

（1）出坑

出洞前必须对所有设备进行全面检查，液压、电气、压泵、气压、水压、照明、通讯等操作系统是否正常进行工作，各种电表、压力表换向阀、传感器、流量计等是否能正确显示其进入工作状态，然后进行联动调试，维修或更换。

拆除沉井洞口砖封堵后，必须在确保人身安全的前提下，立即清除洞口外可能存在的金属物件，（如短钢筋、钢管等）或较大的硬块等障碍物，而后将机头随即切入土层，避免前方土体松动坍落。

（2）顶进

工具管切入土体后，应严格控制其水平偏差不大于5mm，其高程为设定标高加以抛高数。工具管与第一节砼管连接时，其尾部至少须搁在导轨上20～30cm，，并立即进行砼管的连接。严格控制顶管出坑后10m范围内管道顶进轨迹

的偏差，以保持砼管有一个良好的导向。

开始人工挖土前，应先将刃口部分切入周边土体中，挖土程序处自上而下分层开挖，严防正面坍方。挖土当遇到地下障碍物，应在采取安全措施条件下，先清除后予以继续顶进，如遇特殊或紧急情况，应及时采取应变技术措施管道内运土采用小型轨道车，由吊机从沉井吊出，根据出土量、运距和现场堆土条件，可将余土用机动翻斗车或自卸汽车运送至堆土场。

当因故暂时或较长时间停止顶进时，为防止开挖面的松动或坍陷，应采取正面支撑或全部封闭的措施。

顶管交接班就将开挖情况和排除故障所采取垢措施作逐一详细交换。

顶进工作坑安放管节的程序为：

缩回主顶千斤顶活塞杆→拆除管内轨道、电缆油路注泵管路接头→吊开顶铁→安放钢筋砼管节→安放橡胶圈接口→安放钢套环→安装顶铁→安装轨道连接电缆、油路注泵管路接头→伸出主顶千斤顶活塞杆→继续顶进。

（3）测量

顶管必须按照设定的管道中心线和工作坑位建立地面和地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动，视线清楚，方便校核的地方，并加以保护，必要时增设每点有二个以上便于校核攀线桩。

顶进坑内应设置由地面水准点引入的临时水准点，在交接班时进行仪器高程的校对和调整，顶进轴线由设计管道中心通过经纬仪引入坑内，然后对中观测。

每个顶程结束贯通后必须全线复测，绘制管道顶进轨迹图（含高程、方向、顶力曲线）并由施工质监人员检查复核。

（4）纠偏

顶进纠偏可以采用调整正面开挖部位，范围和深度的办法，也可采用调整千斤顶编组方法。若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩方法，反之亦然。如同时有高程和方向偏差，则应先纠正偏差大的一面。发生较大偏差应分析发展趋势，采用分次逐步纠正，勤调微纠，若偏差超过标准，应通知停止顶进，研究有效措施，方可继续顶进。

（5）压浆

必须将压注触变泥浆填充管道的外周空隙作为减少地层损失，控制地面沉降、减少顶进阻力和长距离顶管的最重要措施。

对顶管机头尾端的压泵要紧随管道顶进同步压浆，为使管道外周形成的泥浆套始终起到支承地层和减摩作用，在中缝间和砼管道的适当点位道必须进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失量。

压浆设备的组成：

ａ注浆泵：宜选用螺杆泵，以使流量脉动少，注泵压力

平衡平稳。

ｂ搅拌器：具备充分拌和泥浆的功能，并具有所需要的供浆容量。

ｃ注浆管道：总管宜选用Ф40～50钢管，支管Ф25～30橡胶管。

ｄ管路连接：选择装拆方便，密封可靠的活络接头。

ｅ控制阀：在每个注浆断面上均加一组控制阀。

ｆ压图表：在泥浆出口和顶管机头后的一二个注浆断面上设置腾膜式压力表，在补浆范围也适当设置。

ｊ压浆设备安装完毕后，由专人进行检查，然后作压水试验。

压浆量为管道外围环形空隙的1.5～2.0倍，压注压力根据埋设深度（Ｈ）和土的天然垂度（ｒ）而定，为2～3Rh.在顶进过程中，还应按地面变形的测试资料适当调整压泵量及压力。

按单液注浆要求配制浆液，其配制材料为膨润土，化碱CNC和水.

注浆孔的布置:每个注浆断面设3个压浆管道采用多点压浆，相邻注浆断面的孔位交错布置。

压浆方法：在每次顶进中心须对顶管机头后的第一个注浆断面上压注足量的泥浆，以使其形成完整的泥套，其它断面则按依次顺序作定压定量的跟踪补浆。

置换泥浆：顶进结束后，应对泥浆套的浆液进行置换，置换浆液可用水泥砂浆并掺加适量的粉煤灰，以增加稠度，压浆体凝结后，（一般24小时）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。

压浆机具由专人操作，并详细填写压浆的原始记录和当班工作情况。

（6）进坑

当顶管机头接近接收井外壁时，可拆除砖墙封堵。顶管机头进坑时，接收井内应予先安置衬垫和滚筒。

当管节顶入接收坑后，施工人员应考虑顶进坑和接收坑各留出的管节长度，尽量避免拆钢筋砼管节，方便接口施工，落出的管段应小于管长的三分之一，以使管节重心继续留在土层中。下接口顶进前对钢筋砼成品管、钢套环、橡胶密封圈从尺寸、规格、数量等均作检查，必须符合标准设计图的要求。钢筋砼管接头的槽口尺寸正确，光洁平整无气泡。

橡胶圈外观和任何断面都必须致密均匀，无裂缝孔隙和凹缝等缺陷，橡胶圈应保持清洁，无油污，不得在阳光高温下直晒。

钢套环必须按设计要求进行防腐处理，焊接处平整，肢部与钢板平面垂直，堆放时整齐搁平。

7、质量标准

（1）顶进不偏移，管节不错口，管底坡度不得有倒落

水。

（2）顶管接口套环应对管缝和管周密贴，粘牢，不脱落。

（3）管内填料和顺，不流溢，橡胶圈安装位置正确。

（4）管节不裂，不渗水，管节内无建筑垃圾等杂物。

（5）顶管质量检验标准和允许偏差符合质量检验标准。

沉井施工工艺框图