顶管施工方案

三、顶管施工方案及方法

1、管材

顶进管线为热力管套管，规格为双排管径φ2000mm。管材采用钢筋混凝土专用顶管管材(Ⅲ级钢承口管)。钢筋混凝土管材的技术规格及性能指标满足设计图纸及规范《顶进施工法用钢筋混凝土管》(JC/T60-1996)的相关要求。

管道出厂前每一节管道均进行打压试验，合格后填写合格证书方可进入施工现场，现场作业前对管道进行检查，管身不能有裂缝、钢筋缺损，管口不能有破损、裂口、变形等缺陷。符合标准的管材方可用于顶管施工。

2、顶管机具选型

①顶管机型的选择

主要从环保等方面考虑，由于大口径管DN2000出泥量较大，因此选用多刀盘土压平衡式工具管，该机型切削后的土体皆为原状土，利于弃土的外运，不会对环境产生污染。

②工具管施工原理及主要特点

多刀盘土压平衡式工具管机型源于DK式大刀盘土压平衡式工具管，所不同的是用四个对称布设小刀盘(70%的切削断面)代替了全断面刀盘，这样就解决了大刀盘的昂贵而笨重的驱动系统，使整机重量、成本大为降低，机内空间大增，且维修简单、操作方便。

3、推力的理论计算

顶管长度58m，顶进坑段顶管计算：F=F

1+F

2

其中F—总推力

F 1—迎面阻力；F

2

—顶进阻力

F

1

=π/4×D2×P(D—管外径1.6m P—控制土压力)

P=K

O ×R×H

O

式中：K

O

--静止土压力系数，一般取0.55

H

O

--地面至掘进机中心的厚度(0～-6.60m)，取值6.60m

γ--土的湿重量，取1.85t/m3

P=0.55×1.85×6.60=6.72t

F

1

=3.14/4×2.0×2.0×6.51=21.10t

F

2

=πD×f×L；式中：f—管外表面综合摩阻力，取0.5t/m2

D—管外径2.0m

L—顶距58m

F

2

=3.14×2.0×0.5×58=182.12t，既每顶进1m的顶力为3.14t。

F=F

1+F

2

=21.10+182.12=203.22t

主顶使用四台200t级油缸，在推进时，每台油缸的最大顶力不能超过100t。顶进力400t大于最大顶进阻力203.22t，不需要设置中继间即可完成顶进。

4、顶管注浆

顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆(双液注浆)。注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力，同时注浆还可以起到加固土体的作用，在注浆时做到以下几点：选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标为造浆率、失水量和动塑比。

在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。

膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，按照规范进行并听取供应商的建议。

压浆方式以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，经常检查各推进段浆液形成情况。

注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔，从而影响注浆效果。

注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。

注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相应配。

5、管子与接口

本工程顶进管道采用采用钢筋混凝土专用顶管管材(Ⅲ级钢承口管)，

管道接口采用套环连接，管道接口时管缝贴紧，不能出现开裂或脱落现象。

6、地下管道内通讯方式

顶管施工中地下通讯采用铺设有线电话，其设置位置：掘进机操作台一部，顶进坑顶进控制台一部，地面一部，以此方式加强通讯联系，协调指挥作业。

7、通风设施

本工程由于管道埋置深度深，管道内的空气不新鲜，加上土体中可能会产生有害气体，因此，必须设置供气系统。

通风设施用一台柴油空压机将压缩空气输入空气滤清器，再进入储气桶，经过气压调节阀，将压缩空气传输至管道最前端，并将管道最前端的空气排出，以此进行空气循环。

8、电源布置

在顶管施工中，主要用电为动力和照明用电，考虑到用电量大，附近无高压电介入条件，在顶进坑设一台300KW发电机。

动力用电：由于管道内电机采用380V动力电，因此，进入管道的动力电做到二级保护和接地保护措施，动力电源线设置在人员不易接触处，并在电源线外增设护套，保证用电安全。

照明用电：作业地段要保证有足够的照明，由于管道内的空气湿度较大，因此，采用36V低压照明电，低压照明电须通过变压器降压。照明灯具采用防水防爆型灯具。

9、地表隆沉控制

本顶管掘进机是采用土压平衡，可以先计算出各顶管段的开挖中心处的主动土压力和被动土压力，然后将掘进机的土压力设定在此主动土压力和被动土压力之间。

在刀盘切削搅拌的同时，主顶徐徐推进，土仓内的土压力便会徐徐升高，当土压力升到大于控制土压力P时，把螺旋输送机打开，一部分土被螺旋输送机排出，只要把推进速度调节到与螺旋输送机排土量相符，则可保持土压力为恒值。在实际推进过程中，不可能完全处于上述理想状态，如推进速度快于排土速度，就推推停停，保持向前推进；反之，则可将螺旋输送机开开停停。无论出现哪种情况，都必须使土仓内的土压力保持在控制土压P±20KPa的范围内，这就能保证土压平衡，如果土仓内的土压力小于主动土压力，地面将产生沉陷，反之，地面将隆起。因此，控制土压力的设置和土仓内土压力的保持是关键。

顶管过程中地面沉降或隆起的允许量符合相关施工验收规范的规定。

10、方向和高程控制、管线、道路、建(构)筑物变形控制

顶进的测量与方向的控制，是采用激光经纬仪辅以水准仪测量，通过油缸进行纠编，遵循先纠上下后纠左右的原则，要做到以下几点：

有严格的放样复核制度，并做好原始记录。

布设在顶进坑后方的仪座避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。

顶进纠偏勤测量、多微调，纠偏角度保持在10'～20'，纠偏角度不能大于1o。

初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。在每一顶程开始前必须制定坡度计划，可对设计坡度线加以调整，以方便施工和最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。

在管线位置和周围道路、建(构)筑物等设施上布置测点，随时观测沉降情况，如发生异常，立即停止施工，并采取有效措施，对邻近设施进行保护。

11、进出洞口措施

进洞措施：顶管机头由顶进坑入土前，在顶进坑内顶管部位设置橡胶止水圈，防止机头顶进时地下水涌进基坑，同时防止顶进施工时注浆减阻的泥浆流失。在顶进坑外侧施打一排3.5m宽的钢板桩作为钢封门，以便于凿除洞口，并做好进洞前的准备工作，包括人员设备；机头进洞后，及时将与机头连接的管子分离，机头及时吊出井外；并抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门止水。顶管机头部进洞后抓紧作好止水工作，防止发生洞口处土体流失、管子沉降等现象，同时这也是保证顶管质量的关键。

出洞措施：顶管机头进入接收坑前，在接收坑内顶管部位设置橡胶止水圈，防止机头顶进时地下水涌进基坑，同时防止顶进施工时注浆减阻的泥浆流失。为防止顶管机出洞时产生叩头现象，可以采用延伸导轨，并将前三节钢混凝土管与机头做成刚性联接。紧贴顶进坑洞口外侧安插一排钢板桩，作为钢封门，防止洞口打开后外侧土体涌进顶进坑内。钢板桩的打设深度为管底以下1.5m，宽度为3.5m。

待顶进坑、接收坑基坑开挖完毕，准备进行管道顶进或接收时，对顶进坑、接收坑基坑进、出管道位置进行加固(视情况采用型钢横梁及注浆等措施)，加固完毕且做好止水措施后，方可凿除顶进坑、接收管道出入部分的支护桩。

12、顶管施工的质量控制

顶管结束后，管节接口部位内侧间隙采用石棉水泥、弹性密封膏或水泥砂浆密封，密封层及填塞物表面抹平，不能凸入管内。

管内清洁、光滑，管节和管口无破损。

钢筋混凝土管道的接口密封填料饱满、密实，且与管节接口内侧表面齐平，管道接口套环对正，管缝贴紧，不能出现开裂或脱落现象。

顶管施工中，严格控制工具管前进方向和高程，并根据实时测量结果分析偏差产生的原因和发展趋势，及时采取有效的纠偏措施。

13、内置热力管线

顶管套管内置热力管在基坑范围外调整好平面位置与套管对应。基坑内不设检查井，热力管道可在基坑内调整高程，按照相关图纸要求进行连接。

热力管穿越套管区段后，在套管和热力管之间吹砂稳固，并在套管两端采用砖砌封堵(厚度不小于240mm)，防止吹砂流失。

14、顶管时的意外应急措施

根据本工程的特点及地质勘察报告，顶管所处土层可能产生流砂，因此本工程在顶管施工时可能遇到一些意外情况，如土质突然变化、遇到障碍物等，必须采取有效的措施来处理。

地质发生很大的变化，突然间变硬或变软。这可以通过刀盘的转矩来判断，如果突然变硬了，则向土仓内加入水或泥浆，掘进机上设有加泥孔，其目的就是用来加泥的。如果太软，这没有多大问题。但为了防止土的承载力急剧下降，出洞时已把第一至第三节管子及工具头都联成了一个整体，以增加它们的刚性，从而可避免机头突然沉陷。

如果发生漏水，可把螺旋输送机出土口关闭或并得很小，同时加快推进速度，快速通过滞水层。如果是明水，除了关闭出土口外必须把螺旋输送机倒转，不使水涌入，同时，尽快找出水源，加以堵漏。此种情况在封闭式土压平衡机头中比较容易处理。

遇到障碍物时，可以在机头前进行注浆固结土体，然后将机头上人孔打开进行清除。

在顶管施工过程中，如果出现异常偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。操作人员必须严格遵守这样一条规定：无论何种情况，超过允许偏差一律停下来，并且如实汇报情况，以便分析原因，找准对策。

建立意外情况立即报告制度。即当意外情况发生时，当班人员必须采用任何可采用有效通讯方式，尽快地与项目部领导取得联系，向上级报告情况，以便及时采取行之有效的措施。