人工顶管方案详解

五羊新城污水管网改造工程

人

工

顶

管

施

工

技

术

方

案

编制人： 潘金壮 陈洪新 编制日期： 2003-8-17

项目负责人： 陈洪新 技术负责人： 潘金壮

审批人： 罗时柳 审批日期： 2003-8-20

第一章 　工程概况

一、现场概况

五羊新城污水管网改造工程原设计污水管径为D600，现因五羊新城长期发展的需要，管径改为D1000。原设计采用机械顶管施工，但是由于工期紧，施工地段场地狭窄，交通问题比较突出，交警部门不同意实行全封闭施工，受场地限制不利于机械顶管施工；且工地靠近沙河涌，部分地段地质为杂填土，顶管穿越的土层可能遇到抛石、木桩等严重影响顶管的障碍物，部分地段甚至碰到路边大厦深基坑的锚杆影响，因此采用人工顶管进行施工。井段全长736米，管材选用“F”型钢筋混凝土管,每节管长2米，污水管平均埋深4.6米。

二、地质情况简介

据勘察查明，按地层成因岩性自上而下可分为：

1、填土

按其组成成分不同可分为杂填土和素填土：

杂填土：分布广泛，均出露于地表，呈连续层状分布。呈杂色，局部为褐色、褐红色、褐黑色，稍湿，松散～稍密。主要由建筑垃圾及粘性土组成。

素填土：仅出露于局部，呈透镜状分布。呈灰黑色、红黄色、褐色，可塑。主要由粉质粘土组成。

2、冲积层

按其岩性及状态可划分为：

有较多粉细砂，饱和，呈软塑状。

淤泥质粉砂、淤泥质细砂层：类似与淤泥质粉土层，主要由淤泥中夹带少量的粉砂或细砂，呈软塑状。

粉质粘土层：分布较广泛，呈连续层状或透镜状分布。呈灰黄色、灰白色、棕红色、褐色，可塑，局部软塑。

细沙层：埋深较深，含水量比较好，呈连续层分布，呈灰黄色。

据钻探揭露，场区的地下水主要为孔隙型潜水，主要赋存于冲积砂层中。施工段持力层含丰富的地下水；此外，人工填土层含有限的上层滞水。地下水补给主要来自沙河涌，同时接受大气降水和地表水的渗入补给。

各井段的地质资料详见后面附表

三、施工参照标准

GBJ08-221-96 《市政排水构筑物工程施工和验收规程》

GBJ08-220-96 《市政排水管道工程施工和验收规程》

GBJ141-90 《给水排水构筑物施工和验收规程》

YS1411-89 《防腐蚀工程施工规程》

GB50194-93 《建筑工程施工现场供用电安全规范》

GBJ208-83 《地下防水工程施工及验收规程》

GB50026－93 《工程测量规范》

第二章 施工部署

一 、施工组织安排

本工程计划投入四套顶管设备进行施工，分两大段顶管施工段。第一大段顶管施工段由W18#~W11#井，有4座工作井和4座接收井。4套顶管设备同时投入使用。待第一大段顶管施工段完工后，再进行第二大段顶管段的施工。第二大顶管段由W1#~W11#井，有5座工作井和5座接收井。施工作业按两班倒，平均每天投入人力为80人，并根据需要增加或减少。

工作井及接收井的位置详见附图。

二、顶管施工工艺流程

三、施工顺序

施工顺序为：制作砼管→顶进设备安装调试→吊装砼管到轨道上→连接好工具管→装顶铁→开启油泵顶进→出泥→管道贯通→拆工具管→砌检查井。顶管施工工艺流程图见上图所示。

第三章 　 施工准备工作

一、生产准备

1、进行施工测量和现场放线工作。

2、确定管线范围内及施工需用场地内所有障碍物，如管线、电线杆、树木及附近房屋等的准确位置。

3、按施工平面布置图修建临时设施，安装临时水、电线路，并试水、试电，利用工作井内集水井进行排水。

4、进行顶管所用设备的加工制作。

5、根据顶进长度，准备好各类管线和所需的辅助物（固定架等）。

6、根据材料计划，分期分批组织材料进场。

二、 技术准备

1、审查施工图纸和进行各专业图纸会审，进行施工技术交底工作。

2、做好定位点控制，施工测量和现场放线工作。

3、按照设计单位提供的永久水准点，引临时水准点至井下，施工中经常进行校核。

第四章 主要工程项目的施工技术方案

一、人工顶管顶力的计算：

（一）对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。

根据经验公式： P=n P0

其中：P——总顶力

n——土质系数。

土质系数取值可根据以下两种情况选取：

（1） 土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5～2.0。

（2） 土质为中粗砂及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3～4。

取n为3.0。

P0——为顶进管子全部自重。顶进的每节管自重约为2吨，最长段为48米，每节管长2米，共要顶进24节管，则P0＝2*24＝48吨。

则总的顶力为：P=n P0 ＝3.0*48＝144吨

考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.5倍左右的储备能力，设备顶进应力为216吨, 取总的顶力F＝220吨，选用两个千斤顶作为顶进动力设备，每个千斤顶的顶力应不少于110吨。

（二）对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖时容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。

根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。

⑴工具管正压力：与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常在30-60t/m2。大于40t/m2 时表明土质较好。

F1=S1×K1

其中

F1--顶管正阻力(t)

S1--顶管正面积(m2)

K1--顶管正阻力系数(t/m2)

F1=S1×K1=πr2×K1＝3.14*0.6*0.6*35＝40吨

⑵管壁摩擦阻力：管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.1-0.5t/m2之间。

F2=S2×K2

其中

F2—顶管侧摩擦力（t）

S2—顶管侧面积（m2）

K2—顶管侧阻力系数（t/m2）

F2=S2×K2=πDL×K2=3.14*1.2*48*0.5=90.5吨

顶管阻力为以上二种阻力之和，顶进长度按最长管段48米计算，总顶力：F=F1+F2≈40+90.5＝130.5吨

因此，取总的顶力F＝150吨，考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.5倍左右储备能力，设备顶进应力为225t,选用两个150吨的千斤顶作为顶进动力设备。

二、工作井和接收井的施工

工作井和接收井的施工方法采用人工挖孔护壁法施工。工作井和接收井的结构设计见附图。

一、工作井施工

工作井采用人工挖孔护壁支护结构。工作井净空尺寸为4.5*2.5米，工作井开挖深度为4～5.5米左右，壁厚30cm，横筋采用φ16@200，竖筋采用φ14@200，混凝土采用Ｃ30砼。底板先铺设15cm碎石垫层,采用φ14双向钢筋，浇注20cm厚C20混凝土。

（一）、施工工艺

采用分层开挖，分层浇注井壁的方法施工，每节开挖护壁的高度最多不超过100cm。

（二）、施工流程

（三）、施工技术要求

1、每层开挖深度不大于1.0米。

2、钢筋搭接长度不小于35d。

3、模板拼装要平整，牢固。

4、层与层之间搭接部分的泥土要清洗干净，并凿毛。

5、护壁的下一节和上一节的搭接长度不小于10cm。

6、钢筋的配置必须按照有关标准和规范进行，浇注的砼必须使用振笔进行振捣，要设置足够的支撑，防止“跑模”现象的发生。

7、井内的积水要及时排走。抽水时要注意用电安全。

8、严格控制后靠背、洞口墙的水平度和垂直度。洞心的标高和洞口的直径要符合设计要求。

9、浇注完24小时后，混凝土已终凝并有了一定的强度，才能拆模并开挖下一层，进行下一节护壁的施工。

10、第一层护壁必须勾挂在周边。详见工作井和接收井的施工图。

11、确保工作井的净空尺寸满足设备要求。

12、底板的标高要符合设计要求。

二、接收井施工

1、接收井的施工方法基本上跟工作井的一样。不再详述。

二、顶管工作井内设备安装

（一）导轨安装。严格控制导轨的中心位置和高程，确保顶入管节中心及高程能符合设计要求。

1、由于工作井底板设置了单层双向钢筋网，并浇注了20cm的砼，地基稳定，导轨直接放置在工作井的底板上。

2、严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管道纵坡一致。

3、导轨采用浇注砼予以固定，导轨长度采用2～3m，间距设置为60cm。

4、导轨必须直顺。严格控制导轨的高程和中心。

（二）下管、顶进、出土和挖土设备：

采用电动卷扬机下管，用千斤顶、高压油泵作为顶进设备，用斗车、垂直牵引的卷扬机作为出土设备，用空气压缩机带风镐机作为挖土设备。

（三）照明设备：井内使用电压不大于12V的低压照明。

（四）通风设备：人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风。

风量的计算：

1、按洞内同时工作的最多人数计算：

Q=k*m*q

式中：Q－所需风量，m3/min;

k－风量备用常用系数，常取k=1.1～1.2

m－洞内同时工作的最多人数

q－洞内每人每分钟需要新鲜空气量，通常按3m3/min计算。

现洞内最多有两人工作，一人开挖，一人负责运余泥，取k=1.1,m=2, 则有Q= k*m*q=1.1*2*3=6.6 m3/min

2、漏风计算

Q供＝P*Q

式中：Q－计算风量

P－漏风系数

采用Ф200PVC管，每百米漏风率一般可控制在2％以下。取P＝1.02，则Q供＝P*Q＝6.6*1.02＝6.73 m3/min

取风量大于7000L/min离心高压鼓风机（或高压空气压缩机）作为通风设备则可以满足要求。

（五）工作棚架：作为防雨及安装吊运设备。工作坑上设活动式工作平台，平台用20#工字钢梁。在工作平台上设起重架，上装电动卷扬机。

三、引入测量轴线及水准点

（一）将地面的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个点），作为顶管中心的测量基线。

（二）将地面上的临时水准点引入工作井底不易碰撞的地方，作为顶管高程测量的临时水准点。

四、下管

（一）下管前，要严格检查管材，不合格的不能使用。

（二）第一节管下到导轨上时，应测量管的中线及前后端管底高程，以校核导轨安装的准确性。

（三）要安装户口铁或弧形顶铁保护管口。

五、千斤顶和顶铁的安装

千斤顶是掘进顶管的主要设备，由前面顶力计算可知,本工程最长管段的顶力为225吨.拟采用2台150吨液压千斤顶,共采用8台千斤顶。

（一）千斤顶的高程及平面位置：千斤顶的工作坑内的布置采用并列式，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，采用机械挖运土方，管上部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4~1/5处为宜。

（二）安装顶铁应无歪斜、扭曲现象，必须安装直顺。

（三）每次退千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数目最少。

（四）顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离。

六、顶进施工

工作坑内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态。即可进行试顶。首先将工具头下到导轨上，就位以后，装好顶铁，连接好各系统并检查正常后，校测工具水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，然后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。

在施工过程中，做到勤挖勤顶勤测，加强监控。顶进施工时，主要利用风镐在前取土，千斤顶出镐在后背不动的情况下将污水管向前顶进，其操作过程如下：

（1）安装好顶铁挤牢，工具管前端破取一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。

（2）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

（3）添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。

（4）卸下顶铁，下管，用环形橡胶环连接混凝土管，以保证接口缝隙和受力均匀，保证管与管之间的连接安全。

（一） 测量

1、测量次数：在顶第一节管时及校正顶进偏差过程中，应每顶进20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50～100cm时，测量一次。

2、中心测量：根据工作井内测设的中心桩、挂中心线，利用中心尺，测量头一节管前端的轴线中心偏差。

3、高程测量：使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程；同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。工作井内应设置两个水准点，以便闭合之用，经常校核水准点，提高精度。

4、一个管段顶完后，应对中心和高程再作一次竣工测量，一个接口测一点，有错口的测两点。

（二） 纠偏：

当测量发现偏差在10～20mm时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。

当偏差大于20mm时，采用千斤顶纠偏法，当超挖纠偏不起作用时，用小型千斤顶顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可施加顶力。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至使偏差回归。

（三）管前挖土要求

1、在道路和重要构筑物下，不得超越管段以外100mm，管周不得超挖，并随挖随顶。

2、在一般顶管地段，如土质良好，可超挖管端300～500mm，在管周上面允许超挖15mm，下面135度范围内，不得超挖。

（四）接口的处理：由于顶管的管材为F型接口，顶管完毕后，对于管与管之间的缝隙，采用膨胀水泥砂浆压实填抹。选用硅酸盐膨胀水泥和洁净的中砂，配合比（重量比）为：膨胀水泥：砂：水=1:1:0.3,随拌随用，一次拌和量应在半小时内用完。填抹前，将接口湿润，再分层填入，压实填抹平整后，在潮湿状态下养护。

七、各井段顶进安排：

八、割除锚杆的技术措施：

在W16～W18井段顶管施工过程中，可能会遇到凯旋会大楼的锚杆，因该楼的地下室已建好，可直接割除在顶管过程中遇到的锚杆。

1、 W16、W17、W18井内锚杆的割除：

首先, 打掉锚杆要割除位置的水泥,为防止锚杆（钢铰丝预应力张拉）割除后回弹伤人，在井内锚杆的一侧，用四条钢管（ф48）垂直打进井底（钢管位置见图），并固定好锚杆，在钢管边放置一块木板并固定好，人站在与钢管位置相同的一侧，用砂轮切割机把靠近侧墙位置的锚杆钢铰丝分条割除。最后用砂轮切割机把另一边侧墙位置的锚杆割除。

2、顶进过程中锚杆的割除(见下图)

人工顶管顶进过程中,管内的土方从上而下分层逐层挖除,当锚杆被挖露的时候,只把锚杆一部分的土层挖开(另外一边的土不动),并打掉锚杆的水泥,然后用砂轮切割机把锚杆的钢铰丝割掉, 为防止锚杆割除

后回弹伤人, 在人与锚杆之间放置一块木板。最后割除另一边的锚杆。

九、工作井内管道施工

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。

十、遇到流砂时工作井和接收井的施工技术措施

对流沙较厚的井位先施工布袋桩，然后人工挖孔护壁。

（一）、布袋桩的简介

布袋桩是先用钻孔机在桩位竖直地钻出一个柱状孔，一般孔径为300mm,然后把装好注浆管的布袋放到柱状孔里，接着往布袋里注水泥浆。注浆压力可达到2Mpa.等水泥浆的强度达到一定时，整个桩就形成了一个柱体。桩与桩之间在注浆时的强大涨力下，能够很好地夹在一起。从而达到止水，止流沙的效果。

（二）、布袋桩的优点

1、施工设备简单，场地占用少。

2、利用其注浆的强大压力，可以很好地与已经顶好的管外壁结合。从而避免了采用钢板桩的弊病。

3、施工时基本没什么噪音。

第五章 施工计划

由于本工程工期较紧，因此在开工前一定要做好施工前期的准备工作：首先要落实挖掘机、吊机、装载机、槽钢、拉森钢板桩、管材等关键设备和材料以及人员，保证工程开工能够即刻到位；测量人员根据甲方提供的控制点加密导线点水准点、测放中线点标高点以及探测地下管线、构筑物等，根据中线点确定开挖范围以及范围内的拆迁物，在现场和平面图上作标记；搭好工地办公室、小型仓库、工棚以及清理停车场等前期工作。

详见施工进度计划横道图

第六章 质量保证措施

1、顶管施工前编制顶管组织设计，提交监理和业主审定才能进行施工。

2、顶管前，项目部向作业班组进行详细的技术交底工作，每道工序开工和员工上岗前进行简短的质量要求和技术交底，由各专业工程人员负责实施，使每个员工上岗前做到人人心中有数，以确保工程质量。

3、认真分析地质资料，摸清施工沿线的地下管线的详细情况，并制定详细的技术措施。

4、做好施工资料管理工作，及时填写原始记录和隐蔽工程记录（含照片），及时完成竣工资料。

5、认真做好施工计划，保证施工作业连续均衡、紧凑，从而有效可靠地控制质量，保证工程质量。

6、顶进过程中，应严格控制顶力在允许的范围内，并留有足够的安全系数。

7、顶管控制在质量标准范围以内，如果在顶进过程中，发现方向失控，应该立即停止顶进，逐级上报，经研究同意后，方可以继续顶进。

8、作好地质勘察及资料整理工作，认真编制好施工方案和通过不同土层的技术措施及纠偏措施，确保管道的顺利顶进。

9、加强操作控制，使顶管均匀平稳，受力均匀，尽可能减少顶进过程中的倾斜、偏移、扭转，防止管壁出现裂缝、变形。

第七章 安全文明施工及环保措施

一、 施工安全措施

1、沿工作井四周设置1.2米高的固定护栏，护栏上挂安全网，工作井四周要挂相应的警示标语。

2、挖土施工时工作井必须设置应急爬梯，供人员上下井用。使用的卷扬机等应安全可靠并配有自动卡紧保险装置。

3、挖出的土石方应及时运离工作井，不得堆放在工作井四周1米范围内。

4、顶管作业人员必须戴硬安全帽。

5、顶管施工区域沿线采用标准围蔽。

6、严格遵循土方开挖程序，控制均匀挖土，防止发生偏位，严重倾斜或管涌等现象，做好作业前和施工中的通风换气工作，每次进入管道时，保证管内通风，以免导致人身事故。

7、吊车、起重设备由专人操作和专人指挥，统一信号，预防发生碰撞。吊车靠近工作井边坡行驶时，加强对地基稳定性检查，防止发生倾翻事故。吊管下工作井时，注意安全。

8、加强机械设备维护、检查、保养。机电设备由专人操作，认真遵守用电安全操作规程，防止超负荷作业。

9、开挖前详细了解沿线管线资料，做好沿线管线保护措施。

10、作业人员轮换制。每个作业人员在管内作业时间不得超过1小时，避免劳动强度过大引起危险。

11．顶进过程中，施工人员必须使用安全带，洞口必须有施工人员照应，洞内用12伏照明灯照明，每班作业时必须有合格的电工当班。

12、利用轴流式抽水泵在工作井设置的集水井内进行抽水，保持井内无积水，抽水时，施工作业人员不得站立在积水范围内。

13、采用卷扬机垂直牵引出土时，井下不能站人，工作井上平台的作业人员出土时必须使用安全带。

14、自制木板小车，用于放置压缩空气呼吸器和运载进管人员，并在车尾部拴上绳子，在万一发生意外的情况下由管外监护人员迅速将管内人员拉出管外进行抢救。

15、利用鼓风机并购买84米长的软管，用于输送空气进入管道，加强管内空气的流动和循环。工作挖掘面的工人要佩带含氧量探测仪，经常检查该处含氧量必须超过18％。

16、管外配备专职监护人员，密切注意入管作业人员状态，每三十秒对管内人员进行呼喊，在得不到安全的反馈情况下立刻采取相应应急措施。

17、井上配备担架和药品。作业前要对施工人员进行紧急救援的培训，使全体人员懂得使用呼吸器和含氧量探测仪，懂得救人步骤，并进行实地现场考核合格后才施工。

18、在人员进管前要用含氧量探测仪进行管道内氧气浓度的探测，利用毒气探测仪进行管道有毒气体浓度的探测。

19、施工过程中使用的有关机械设备必须严格按照各机械的安全操作规程进行操作，全部用电设施必须符合《施工现场临时用电安全技术规范》。

20、电动卷扬机必须设置防冲顶装置。

二、采用空气压缩机带风镐机挖土时的安全措施

1、作业环境内保持清洁和干燥，贮气罐放在通风良好的地方，半径15m以内不得进行焊接或热加工作业。

2、曲轴箱内的润滑油量应在标尺规定范围内，加添润滑油的品种、标号必须符合规定。

3、各联结部位应紧固，各运动部位及各部阀门开闭应灵活，并处于起动前的位置。

4、起动空气压缩机必须在无载载荷状态下进行，待运转正常后，再逐步进入载运转。

5、开启送气阀前，应将输气管道联接好，输气管应保持畅通，不得扭曲。送气时，在出气口前不准有人工作或站立。

6、发现以下情况必须立即停机检查，找出原因待故障排除后，方可作业。

①漏水、漏气、漏电或冷却水突然中断；

②压力表、温度表、电流表的指示值超过规定；

③排气压力突然升高，排气阀、安全阀失效；

④机械异响或电动机电刷发生强烈火花。

7、停机时，应先卸载，然后分离主离合器，再停止电动机的运转。

三、割除锚杆的安全措施

1、操作工人割除锚杆的时候，必须穿上绝缘衣服，戴手套，穿水鞋，严禁赤脚进入洞内。

2、砂轮切割机所用的电线用波纹管等塑料管套上，防止电线拖进洞和拖出洞时磨损，产生漏电。

3、砂轮切割机应设置三级漏电保护开关装置，地面设置一级，井中设置一级，洞内设置一级。

四、环保与文明施工

1、控制噪声，顶管设备施工作业、施工运输车辆特别是夜间施工所造成的对附近居民的影响，由于顶管进行连续顶进施工，采取必要的减噪措施，同时报经主管部门批准。

2、加强环境保护，控制空气污染，对施工作业机械，运输车辆作业时所产生粉尘进行控制，并定期对施工现场周围地面进行淋水，减少灰尘对周围环境的污染，同时做好对城市绿化、地下管线、地下文物的保护。

3、保持每天24小时对工地范围内的交通通道进行维护、清扫。工地范围与各主要通道加强照明设施，保证车辆司机、行人能充分看清路况、警示标志以及施工围栏。

4、当天的余泥尽量当天运走，避免污染环境。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/6c7243a9ec630b1c59eef8c75fbfc77da369974f.html