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徽州大道人工顶管砖砌工作井施工方案

30
2020年4月19日
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目 录

1 编制依据、范围和原则 1
1.1 编制依据 1
1.2 编制原则 1
2 工程概况 1
2.1 工程范围及规模 1
2.2 主要工程数量 2
2.3 地质情况 2
2.4 施工用水、电情况 2
2.5 施工现场布置图 2
3 组织机构 3
4 工期及施工安排 4
5 主要施工方法及技术措施 5
5.1 施工工序 5
5.2 工作井、接收井施工方法 5
5.3 顶进施工 11
5.4 测量与校正 15
5.5 细节控制 16
6 资源配置 17
6.1 施工人员配置 17
6.2 主要机械设备配置 17
6.3 材料需求 18
7 工期保证措施 19
8 雨季施工措施 19
9 质量保证措施 20

1 编制依据、范围和原则
1.1 编制依据
1. 《给水排水工程顶管技术规程》（CECS 246： ）；
2. 《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268- ）；
3. 《混凝土和钢筋混凝土排水管》（GB/T 11836- ）;
4. 《混凝土和钢筋混凝土排水管试验方法》（GB/T16752- ）;
5. 《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T 640-1996）;
6. 设计图纸、业主招标文件、现场踏勘资料等
7.我单位拥有的机械设备状况、技术力量、施工能力、现场实际情况和我单位类似工程的施工经验。
1.2 编制原则
（1）遵照图纸、规范、现场情况、我单位实际情况并满足业主要求；
（2）做到统筹安排，科学合理的安排施工进度计划，组织均衡生产和工序衔接，做到紧张有序，确保工程质量，尽量缩短工期；
（3）采用合理的施工技术和设备，提高标准化施工作业水平。
（4）采用项目法施工，推行全面质量管理，达到安全、文明、高效。

2 工程概况
2.1 工程范围及规模
本顶管工程为徽州大道施工W10～W13段，检查井位置依据污水纵断面图中的道路桩号和距道路中心线的距离或平面图中的测量坐标确定。本段采用人工顶管法施工，管径DN1000，管材采用Ⅲ级钢承口钢筋混凝土管(F型)，橡胶圈接口。
顶管工作井及接收井均采用砖砌圆形倒挂井逆作法施工，基坑平均开挖深度12m左右，最深12.4m。

2.2 主要工程数量
顶管总长度233m，设工作井2座，接受井2座，检查井4座，见下表。
W10#（接收井）çW11#（工作井）èW12#(接受井) ç W13#（工作井）
井号
坑类别
管径
设计路面高程
管内底高程
井深
顶距
W10#
接收井
DN1000
20.300
8.400
11.900
75
W11#
工作井
DN1000
20.750
8.325
12.425
78
W12#
接收井
DN1000
20.400
8.427
11.973
80
W13#
工作井
DN1000
20.000
8.167
11.833

2.3 地质情况
根据勘察报告，沿线底层自上而下的顺序如下：
①层耕土：黄褐色，松散，含植物根茎，厚度：0.8—4.6m。
②层粘土：灰黄色、黄色，可塑、硬塑，含少量灰白色粘土，厚度2.8—7.2m。
③层粘土：灰黄色、黄褐色，硬塑、坚硬，主要以灰黄色粘土为主，含少量铁锰结核。
2.4 施工用水、电情况
施工用水：生活、生产用水拟由附近池塘、单位或居民区的给水管线接入。
施工用电：在施工现场有变压器一台，架设贯通标段的临时用电线路，以满足各工点用电需求。
2.5 顶管工作井现场施工平面布置图见下图。

顶管现场施工平面布置图

发电机组、高压
油泵
土石方、泥浆
临时堆放区

工 作 井
管材临时堆放区

3 组织机构
按项目法管理原则组建现场管理机构，成立项目经理部，负责施工全过程的管理工作，代表公司全面履行合同。
项目经理部对人员、设备、资金行使统一调配权，对质量、工期、成本实行统一控制，并对本项目的施工、验收交付和缺陷修复工作对业主全面负责，项目经理部下设五部二室：工程部、安质部、工经部、物机部、财务部、试验室和综合办公室7个相关职能部门。
施工组织机构设置见下图1。

图1 施工组织管理框架图

4 工期及施工安排
在总体施工原则的基础上合理安排各分项工程的施工顺序是施工组织的重要程序。
由于工期短，按照全方位展开的原则，采用平行作业，所有工作井同时进行作业，设置顶进组2个，施工安排时间为5月20日至6月20日。

5 主要施工方法及技术措施
5.1 施工工序
施工时，按以下工序进行：
施工准备→工作井第一次开挖→工作井倒挂施工至设计标高→后背制作安装（等强度）→顶铁、千斤顶及高压油泵安装→下管节→预顶调试→测量较核→正式顶进→挖土→出土→顶进→ 测量较核→顶进→挖土→出土→测量较核→顶进……至接收井。
5.2 工作井、接收井施工方法
工作井采取砖砌圆形倒挂井逆作法施工，工作井内尺寸直径根据顶管需要设置为4600mm，工作井井壁砖砌体厚度上部采取240mm，下部采用370mm。
接收井内径4.6m，其余同工作井。
工作井、接收井剖面见图2、3：

图2 工作井剖面图

图3 接收井剖面图

5.2.1 工作井结构尺寸验算和设计
工作井的有效长度按以下式子计算：
L≥L1+L4+L5+L6
同时≥L2+L3+L4+L5+L6
L1—工具管长度，当采用工具管时，D1000工具管长度一般为 mm;
L2—单根管子长度，一般为 mm
L3—管道外露F型钢套环长度,一般为150mm;
L4—液压千斤顶长度，我单位液压千斤顶长度多为1600mm
L5—环形顶铁厚度，一般为200mm;
L6—后背厚度，钢制整体装配式后背一般为300mm;
根据以上条件得出，L≥4250mm
根据以上计算，本工程工作井结构尺寸采取直径4600mm（内径）圆形工作井。
5.2.2 倒挂井支护结构力学验算
根据地质勘探资料反映，未见明显地下水，主要地表水为主，考虑顶管施工集中在本地区雨季，因此按有水压力作用来验算。取土的内聚力c=34kPa，土的干容重γd=19.4KN/m3，γw =10KN/m3，Φ=13度，c=34kPa；受力最大处，即井底部验算，最大深度H=12.4米，内径为5米。现取井深为4米处砖砌井外侧所受土压力：
则Ka=tg2(45°－13°/2)=0.633 、γ′=（γd－γw）/(1－e0)=9.5
采用土水压力分算法中的有效应力计算：
Pa=γ′HKa－2cKa1/2＋γw H 
=9.95KN/m2=0.0095MPa＜fv=0.17MPa （砌体灰缝破坏时剪切应力为fv=0.17MPa）
砖砌井所受环向应力： 
δ= Pa (D＋2t)/2t 
=0.0095×5080/(2×240) 
=0.101N/mm2﹤f=1.89N/mm2（且安全系数大于1.4） 
由以上验算知，环向应力δ小于允许应力f，故满足要求，上部5米处能采用直径D4600mm，墙体t为240mm。 
  受力最大处，即井底部验算，最大深度H=12.4米。D=4600mm，t=370mm。取最深处砖砌井外侧所受土压力：
则Ka=tg2(45°－13°/2)=0.633 、γ’=（γd－γw） /(1－e0)=9.5
采用土水压力分算法中的有效应力计算：
Pa=γ′HKa﹣2cKa1/2＋γw H 
=138KN/m2=0.138MPa＜fv=0.17MPa（砌体灰缝破坏时剪切应力为fv=0.17MPa）砖砌井所受环向应力： 
δ= Pa (D＋2t)/2t 
=0.138×5340/(2×370) 
=0.995N/mm2﹤f=1.89N/mm2（且安全系数大于1.4）由以上验算知，环向应力δ小于允许应力f，故满足要求。
5.2.3 工作坑开挖
根据定位线沿井壁周围下部均匀对称挖土，每次挖土深度不得超过1m，周围砌好后挖中间部分土方，按顺序对称向下经行施工。根据圈梁上部标高控制上部的砌体砌筑，上部井身强度达到70%后经行下节开挖。要求对称掏挖井壁下方的土层，每次掏挖宽度不大于1200mm、深度不大于1000mm,至设计管内底标高下方300mm为止。依据土质情况和开挖深度，视情况设置钢筋混凝土圈梁。开挖上部基坑土方至地下水位以上不小于500mm，将开挖部分按施工要求的大小位置修正尺寸，然后砌筑井体；砌筑时每一米设置一道2Φ8钢筋砖，以提高砖砌体的整体性，增加其抵抗侧压力的能力。
5.2.4 井壁砌筑
井壁采用M10砂浆砌筑MU10砖，施工时要迅速砌筑掏挖部分的井身，墙宽自地表向下-1～-4m范围内为240mm砖混支护，-4m以下范围内为370mm砖混中插4Φ8钢拉筋支护。
管顶上部设置钢筋混凝土圈梁一道，圈梁为钢筋混凝土结构，采用截面尺寸：5m以上240*240mm，5m以下240*370mm，主筋采用Φ14mm，箍筋采用Φ8@200mm，圈梁钢筋要预埋，接头不得剪断，钢筋断头处搭接长度不得小于规范搭接长度; 保护层为30mm,混凝土强度为C25。

4m以上圈梁 4m以下圈梁
图4 圈梁
5.2.5 底板及后靠背
底板厚为200mm，混凝土为C25，同时设置1个50×60cm的集水坑。
后靠背：对于顶管工作井，倒挂井至既定标高后，根据管道走向设置钢制整体装配式后背墙，后背墙采用δ14mm的钢板焊成的铁箱，尺寸为200cm×250mm×30cm，中间浇筑C25混凝土。
5.2.6 出土及排水
采用人工取土，用电动葫芦从坑中吊土，配合龙门架垂直运输。排水采用集水坑排水，用潜污泵明排。
5.2.7 工作井的施工允许偏差

工作坑的施工允许偏差如下：
项   目
允许偏差
工作坑每侧
宽度
不小于施工设计
长度
装配式后背墙
垂直度
1%H
水平扭转度
1%L
注：①H为装配式后背墙的高度（mm）；
②L为装配式后背墙的长度（mm）。
5.3 顶进施工
5.3.1 工艺流程
顶进采用手掘式机械顶管施工，工艺流程见下：

5.3.2 顶力计算
根据给排水管道施工及验收规范第6.3.4节规定：
顶进力FP=πD0Lfk+NF
Fp---顶进阻力，KN；
D0---管道的外径；
L---管道设计顶进长度；
fk---管道外壁与土的单位面积平均摩阻力，取8.0KN/m2；
NF---顶管机得迎面阻力，有公式计算而得，公式如下：
NF=π（D0-t）tR
t---工具管厚度，
R---挤压阻力，取400KN/m2
1.0m管径顶力计算
D0=1.2m，L=80m，fk-=8.0KN/m2
t=0.1m，R=400KN/m2
则NF=π（D0-t）tR=π×（1.2-0.1）×0.1×400=138.2kN
FP=π×1.2×80×8+138.2=2550kN
5.3.3 千斤顶等设备的选择
千斤顶
根据5.3.2节计算最大顶力为2550kN，管材轴向允许推力5300KN，则主顶油缸选用2台300t(3000KN)级油缸，每只油缸顶力控制在250t以下，这能够经过油泵压力来控制，千斤顶总推力500t。因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。
高压油泵
由电动机带动油泵工作，选用额定核动力为31.5Mpa液压油泵，经分配器，控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。
顶铁
顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶进压力而不变形，而且便于搬动。
采用纵向顶铁，由双排32#工字钢焊接而成，两侧由10#槽钢加固。两端由12mm厚钢板封堵。
导轨
导轨采用复合型导轨，每一根导轨上都有两个工作面：水平工作面是供顶铁在其上滑动，倾斜的工作面则是与管子接触。为了测量及导轨安放的方便，导轨的水平工作面依然与钢筋混凝土管内的管底标高同处一个水平面上。每一副复合导轨中还设有六只能够调节高低的撑脚，以便安装。

图5 复合式导轨
5.3.4 后背墙土抗力验算
后背墙土抗力（反力）计算：

式中：——总推力之反力，kN；
——系数1.5～2.5，取=2.0;
——后座墙的宽度，2.5m；
——土的容重，18kN/m3；
——后座墙的高度，2m；
——被动土压系数，查表取1.42；
——土的内聚力，90.4 kPa；
——地面到后座墙顶部土体的高度，10m。
计算得出后背墙土抗力=3888KN/m
则后背墙受力：FP＝2550kN＜=3888KN/m（2550KN为根据5.3.2节计算最大顶力），能满足顶力要求。
5.3.5 管前挖土
一般是安排一个人挖土。为加快工程进度，每班两个人，轮流开挖。
土方在管内采用人力斗车进行运输。
土方在工作坑采用电动葫芦进行垂直运输。
在一般地段，土质良好，挖土时可超挖30～50㎝。
管子周围超挖的控制：
管上面允许超挖1.5㎝，但在下面135°范围内不得超挖，一定要保持管壁与土基表面吻合。

图6　超挖示意图
a——最大超挖量1.5cm；b——允许超挖范围
5.3.6 下管
挖土之前应先下管，并做好以下几项工作：
a、检查管子
下管前应先对管子进行外观检查，主要检查管子有无破损及纵向裂缝；端面要平直；管壁无坑陷或鼓泡，管壁应光洁。检查合格后的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位。
b、检查起重设备
起重设备以检查、试吊，确认安全可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。当距导轨小于50㎝时，操作人员方可进坑工作。
c、管子就位
第一节管放到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。因此，必须认真对待此项工作。
5.3.7 顶进
采用2台300t/台的液压千斤顶作为主顶。顶进开始时，就缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。
顶进若发现有油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因经过处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。
挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小范围内。
在过路段采取注浆措施，以防止路面塌陷。
5.3.8 安装工具胀圈
为了有利于导向，顶进的前数节管中，在接口处应安装内胀圈，经过背楔或调整螺栓，使用胀圈与管壁紧成为一个刚体。胀圈一定要对正接口缝隙。安装牢固，并在顶进中随时检查调整。
5.4 测量与校正
5.4.1 测量
中线桩是工作坑放线和测设坡度板中线的依据。测设时，根据设计图纸的要求，根据管道中线控制桩，用全站仪将顶管中线桩分别引测到工作坑内，距离顶管顶0.5m高处的井壁上，并钉以大头钉，以标定顶管的中线位置。工作坑内设置临时水准点，水准点设在坑内顶进起点的一侧木桩上，使桩顶的小钉的高程与顶管起点管内底设计高程相同。
中线测量时，经过埋设的两个中线控制桩，挂两个垂球，然后贴靠两垂球线拉紧一水平线，这根水平线即标明了顶管的中线方向。这时管内前端横放一水平尺，其上有刻划和中心钉，尺长略小于管径，顶管时用水准器将尺找平，经过拉入管内的小线与水平尺上的中心钉比较，可知管中心是否有偏差，尺上中心钉偏向哪一侧，就说明管道也偏向哪一侧。为及时发现顶进时中线是否有偏差，中线测量以每顶进0.5—1.0m量一次为准。其偏差可直接在水平尺上读出，如左右偏差超过1.5cm，则需要进行中线校正。
高程测量，采用管道激光指向仪进行测量，将管道激光指向仪安装在工作坑内，并按照管线设计的坡度和方向调整好，同时在管内装上标示牌，当顶进的管道与设计位置一致时，激光点即射到标示牌中心，说明顶进质量无偏差，否则应根据偏差量进行校正。
全段顶进完后，应在每个管节接口处测量其中心位置和高程，有错口时，应测出错口的高差。

图7 中线测量示意图

5.4.2 校正（纠偏）
顶管误差校正是逐步进行的，形成误差后不可立即将已顶好的管子校正到位，应缓缓进行，使管子逐渐得位，不能猛纠硬调，以防产生相反的结果。
超挖纠偏方法：偏差为10～20㎜时，可采用此方法，即在管子偏向的反侧适当超挖，而在偏向侧不超挖甚至留坎，形成阻力，使管子在顶进中向阻力小的超挖侧偏向，逐渐回到设计位置。
千斤顶纠偏法：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，即可进行纠偏。
5.5 细节控制
导轨安装：导轨采用钢轨与型钢焊接，导轨长2×4m，两条导轨顺直、平行、等高。导轨安装在工作井内砼垫层上，安装牢固，以保证在管道顶进时不发生位移；导轨安装的轴线偏差≤3mm，顶面高程误差控制在0-3mm，两轨内距误差为±2mm。
管节接口：管节接口主要由外套环（钢套环）橡胶止水带和软木衬垫组成。钢套环在加工处至现场运输吊装过程中不能变形，接口不损坏，以确保管节在对接过程中，橡胶带不移位、不翻转，确保管节的密封性。同时，钢环套在进场前还必须做好防腐处理。
管道的照明、通风：管道内的照明采用36伏的低压安全灯具每20米设一盏灯进行照明。通风管采用φ100的UPVC管，用鼓风机向内送风。
6 资源配置
6.1 施工人员配置
根据施工安排及任务划分，共配备2个顶进组，各组人员配置见下表1。
表1 劳动力配备表
序号
人员类别
数量（人）
备注
1
管理人员
技术、施工员
4

测量员
2

安全员
2

质检员
1

试验员
1

2
顶进组
每组8人
每个顶进组需完成工作井、接受井的开挖，井壁砌筑，管段顶进，窨井砌筑，井周回填的工作内容。
汇总：
26

6.2 主要机械设备配置
根据施工安排，同时全线同时施工，第十二顶进班组需配置砼施工工具，具体见下表2。
表2主要施工机械和工具一览表
序号
机械名称
产地/型号/规格
单位
数量
备注
1
机动翻斗车1吨
泰州
台
2
自有
2
砂浆搅拌机
200L
台
1
自有
3
蛙式打夯机
HW-84
台
2
自有
4
污水泵
6寸
台
2
自有
5
顶进系统

套
2
自有
6
履带式挖掘机
徐州重工、1.0m3
辆
2
租
7
电动葫芦
5T
台
2
自有
8
千斤顶
10T
台
2
自有
9
鼓风机
3M3
台
2
自有
10
电焊机
BSI-300
台
1
自有
11
柴油发电机
75KV
台
1
自有
12
插入式振动器
B-30型
台
2
自有
13
水准仪
苏州一光
台
2
自有
14
激光经纬仪
苏州一光
台
2
自有
15
钢尺(50米)
扬州
把
4
自有
16
全站仪
进口
台
1
自有
17
陲球标杆
7.07×7.07×7.07
根
2
自有

6.3 材料需求
需要的材料如下表3。
表3 主要材料一览表
序号
材料名称
单位
数量
备注
1
砖
m3
200
砌筑井壁用
2
Φ1000
m
233
F型钢筋混凝土管（Ⅲ）
3
围护栏杆
m
180
围护用
4
安全网
m2
100
围护用
5
安全爬梯
m
35
上下基坑
6
彩钢瓦
m
220
围护所用

7 工期保证措施
为保证按期完成本工程施工任务，采取以下工期保障措施：
(1)、加强领导班子建设，提高施工组织能力，搞好分工协作，各负其责，加强领导层的责任感、使命感，定期召开工程例会，及时发现问题，解决问题。
(2)、加强思想教育，开展全员劳动竞赛，掀起施工热潮，为保证工期，创造信誉尽心尽责。
(3)、做好冬季、雨季及其它不利条件下的施工组织工作，确保一线正常施工。
(4)、完善承包责任制，将工人奖金与施工进度挂钩，奖罚分明。
(5)、加强计划控制，制定合理的施工计划，以旬保月，以月保季，以季保年，对未完成计划的要及时分析原因，调整解决，确保总工期。
(6)、加强施工机械的维修保养，投入一定量的备用设备，从而保证机械设备的利用率、出勤率。
(7)、加强施工组织管理，对关键性的控制工期的工程应重点保障，做好“二班倒”工作制度的落实，做到各工序连续施工，流水作业。
(8)、加强材料的管理，搞好物资储备工作，决不能因为材料而影响施工。
(9)、加强财务管理，做到专款专用，使资金直接用于工程施工。
(10)、处理好各种外部关系，项目部有领导干部分工主管外部关系，争取一个良好的施工环境。
8 雨季施工措施
雨季施工主要要以预防为主，采用防雨措施及加强排水手段，确保雨季正常地进行生产，不受季节性气候的影响。
做好施工准备工作。施工场地的排水应畅通不积水，并防止四邻地区地面水倒流进入场内。
作好机电设备及材料的防护工作
机电设备：机电设备的电闸箱要采取防雨、防潮等措施，并应安装接地保护装置。
原材料及半成品的保护：对木材、水泥等以及怕雨淋的材料要采取防雨措施，可放入棚内或屋内，垫高码放并要通风良好。
大小型设施检修及停工维护。
临时设施检修：对现场临时设施：如临建民工住房、食堂、仓库等应进行全面检查，对危险建筑物应进行全面翻修加固或拆除。
对停工工程要进行检查并作好维护。
明挖基础施工，基坑应防止雨水浸泡而造成塌方。
基坑要设排水沟和集水井，并配抽水机，坡道部分应根据实际情况采取临时防护措施。
合理安排工序，防止雨水倒流基坑。
雨季施工深基础开槽，要做支护确保边坡的稳定。
9 质量保证措施
1、坚持“百年大计，质量第一”的方针，建设一流工程。认真贯彻执行国家有关质量管理法规，对建设工程质量实施全过程监控，全部工程质量达到国家现行的工程质量验收标准，确保工程质量“零缺陷”。总体工程确保达到优良等级。
2、根据本工程特点，成立以“高效、低耗、安全、优质”为主要工作内容的质量领导小组，工程质量保证体系详见图8。
3、建立内部质量“三检”制度，即定期检查与自检、互检、交接检。
4、建立各级质量检查制度，项目经理部采取定期和不定期相结合的方式。定期检查于每月进行一次。质量检查由主要领导组织有关部门人员参加，外业检测、内业检查分别进行。外业检测对照评定标准对工程中线、水平及工程结构尺寸和检测项目进行实地量测，做出记录，作为评定质量等级的依据之一；内业按管理部门对口检查各项资料、记录、台帐、报表、签证、质保书、设备状况等是否清楚、齐全、完整、符合标准，按检查办法做出检查评定结果。
5、加强与建设、监理、设计单位的密切配合，服从质量监督和建设、监理单位对工程质量的检查。严格执行隐蔽工程检查制度，对监理工程师和甲方代表进行的随时抽查和重点检查提供必要的检查条件，对检查提出的质量问题，必须及时采取有效可靠的措施进行返工或返修。
6、建立质量事故报告制度，凡工程在建设过程或竣工后，由于施工原因造成工程质量事故的，立即用电话或传真上报建设单位及主管监理工程师，如涉及设计问题的，通知设计代表，共同参加分析处理，不得隐瞒不报，不得拖延处理，否则应追究领导责任。工程质量重大事故，3天内向建设单位提出书面报告。
7、建立质量创优激励机制，发挥经济杠杆的作用，工程计价与质量挂钩，实行优质优价，奖优罚劣，单位工程、分项分部工程完工后组织对工程质量进行等级评定，根据工程质量等级进行奖罚。
8、实行全面质量管理，全员参与，发挥所有项目部成员的聪明才智，以提高工程质量为最终目标。
人人都是质量提高人，人人都是质量监督人。发现一处质量隐患即可与相应奖励。

图8 质量保证体系框图