人工顶管方案.doc

4.5 人工顶管方案
本工程中京周路干线D=1600mm，蟒牛河线D=1200mm-1400mm，牤牛河东线11#-35#井，牤牛河西线1#-45#井段采用人工顶管。
4.5.1 顶管施工工艺流程图如下
测量放线
挖工作坑
搭工作平台
注水泥粉煤灰浆
设备安装
始 顶
管道顶进
顶至检查井
检 验
设备拆除
测量控制
管材进场

4.5.2 测量放线
4.5.2.1测量主要仪器
6″经纬仪一套，用于顶管工作坑内井位轴线控制及地上己知点坐标复核及测定井位。
S3自动安平水准仪一套，用于己知控制点高程复测及顶进作业中高程控制测量。
4.5.2.2 管道顶进施工前的测量工作
（1）对己知控制点进行复核测量
平面位置的复测
对己知0点的高程复测
（2）下管就位后，管道前后高程应符合设计要求，在首节管的轴线高程无误后方可进行顶管作业。
首节管顶进施工中，每顶进30cm应对管道的轴线、管内底两端的高程进行复测一次。顶进长度在60cm以内可采用锤球拉线的方法进行测量，要求两锤球间距尽可能拉大，用水平尺测量头一节管前端的中心偏差。当管道顶进超过60cm后，也就是在常规作业时，一般每顶进100cm进行复测一次即可。复测过程中，按规定做好测量各项记录，作为施工人员在作业中纠偏依据，保证管道轴线位及高程符合设计要求。
4.5.2.3 施工测量注意事项
（1）在风力超过四级以上严禁进行地面测量施工。
（2）测量仪器专人专用，严禁非专业人员使用仪器。
（3）中心桩复核后及时设置中心控制桩，并砌砖保护，做明显标志。
（4）水准点复核后，设一临时水准点供施工作用。
（5）水准仪、经纬仪校核后方可使用。测量仪器要定期校核，防止施工中使用时发生偏差。
4.5.3 挖工作坑
基坑方案上面已做。
4.5.4 平台安装
⑴、平台支搭
工作坑平台底梁采用2根30#工字钢，4根30#工字钢顺管线方向，作为纵梁。工字钢及槽钢两端在地面上的放置长度距顶管工作坑边线均不少于1.5m，以顶管坑中心线为准，两根工字钢纵梁间距为2.0~2.5m，在四根纵梁之间采用工字钢进行连接来保证纵梁的稳定性。
顶管工作坑上平台留口宽度根据管径大小确定，长度不小于一节管程度。在工作坑纵梁上采用20*20cm油炸木，铺设平台，平台留口两侧用厚50mm的木板，木板之间用扒锯子进行连接。
沿管道顶进方向，在距工作坑两端1.5m处将起重架腿部固定在两侧槽钢纵梁上，起重架采用φ159mm厚壁钢管加工制作，L=9.0m，顶部用60mm圆钢连接，两端锁紧，架底部焊接在平台上横向放置的30#槽钢上，支架加肋。出土及下管采用卷扬机，设2t卷扬机1台，5t卷扬机1台。下管口尺寸6.2m*2.0m，三面用架子管焊出围栏。四脚架采用φ159mm钢管，先在地面上组装好四根腿柱及顶部穿杠，挂好定滑轮及钢丝绳，再用吊车吊起，人工定位焊接。采用两台卷扬机，分别为下管用的5t大卷扬机和吊土用的2t小卷扬机，安装应牢固、线路清晰， 滑轮转动灵活。见下图

⑵、立顶管架
顶管工程下管，出土所用的工作支架由四根φ159mm，壁厚12mm钢管组成，每根钢管长度L=8.8m，顶部用60～70mm圆钢连接，两端锁紧。工作支架底部由人工配合将四个支点位置找准确后立即在四脚外侧焊防滑挡托，在顶管工的指挥下，上横向拉杆。横向拉杆要齐全，安装要平且保证拉杆能充分拉。拉杆上齐后，卷扬机就位。
4.5.5、导轨安装
导轨使用高度为140mm的钢轨，安装道轨用木枕，经计算D=1600mm砼管导轨宽度为930mm，导轨高程用顶管坑内的水准点测设。钢制道轨与木枕用道钉固定，两侧用方木与槽壁撑紧固定，本工程以管径1600mm为例，导轨安装宽度参照下图计算。
导轨安装及计算见下图：

A=2
=2
=930
4.5.6、后背安装
后背尺寸如下：
宽度：3m 高度：2.3m
采用长4m、断面15cm×15cm方木密排,高度为2.5m，尽量贴紧墙壁，后背平面要求垂直于管道中心线，如有空隙用砂石填充严密，方木前如设2cm厚钢板，再埋设3根立铁，间距1.2m，立铁前端码放横铁。立铁与横铁均采用25号工字钢对焊而成。横铁要求码平整，顶镐后座与横铁结合处严密，以便均匀地 将顶力传到后背上。顶力设备为2台500t油压千斤顶，行程L=500mm。顶管设备见下图。

(1)、后背宽度
根据需要的总顶力，使土壁单位宽度上受力不大于土壤的总被动土压力，从而确定后背宽度。计算公式根据《北京市给水排水管道工程施工技术规程（DBJ01-47-2000）》11.1.9.2条如下：
后背每米宽度上的总被动土压力可按下式：
PB=1/2γh2tan2（45°+ C/2）+2Chtan(45°+C/2)
式中：
γ——土壤的重度（KN/m3）
h——天然土壁后背的高度（m）；
C——土壤的内摩擦角（°）
C——土壤的粘聚力（KN/m3）
其中：
γ=10KN/m3 h=10.7m c=40° c=0.2
PB=1/2×10×4.52×≤tg2(45°+40°/2)+2×0.2×4.5×tg265°
=221.25×tg265°+26×tg265°
=2734.1KN/m
B=P/PB
=5601.10/2734.1
=2.0m
考虑到安全系数及减小后背高度，后背宽度取4m。
(2)、后背高度计算
计算公式根据《北京市给水排水管道工程施工技术规程（DBJ01-47-2000）》11.1.9.3如下:
L= +La
式中：
L——后背总长（m）；
P——顶管需要的总顶力（KN）；
B——后背受力宽度（mm）；
La——附加安全长度（m）；
其中：
P=5601.1KN； B=4m； La=1m；
计算得出：L=2.29m;
近似取长度:L=2.3m;
由2.2及2.3得顶管后背尺寸L×B=3m×2.3m
4.5.7、护铁及顶铁
由于一次顶进长度较小，故选用圆形钢护铁，确保管体安全，保护管子端面，使端面传力均匀，顶铁条用U形顶铁。

4.5.8 触变泥浆减阻
管道顶进20m后在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成泥浆套减阻。触变泥浆从前向后依次加入，顶进一段距离后及时进行补浆。为了使膨润土充分分散，泥浆拌合后停滞时间在12h以上。管道顶进时向管外压注触变泥浆，降低管道磨阻力。根据经验，采用触变泥浆减阻。
（1）应用触变泥浆的设备
泥浆封闭设备：包括前封闭管（前端刃脚工具管设封闭环）及后封闭圈，主要作用是防止泥浆从管端流出。
调浆设备：包括拌合机及储浆罐等。
灌浆设备：包括泥浆泵、输浆管、分浆罐及喷浆管。
（2）触变泥浆的材料
触变泥浆的主要成分是膨润土，掺入碱（碳酸钠）和水配制而成。
触变泥浆配制：膨润土运到现场后分批测式膨润土的胶质价，然后按比例配制泥浆（重量比）。
膨润土的胶质价
膨润土
水
碱（碳酸钠）
60～70
100
524
2～3
70～80
100
524
1.5～2
80～90
100
614
2～3
90～100
100
614
1.5～2
（3）触变泥浆一般拌合程序
将定量的水放入搅阗罐内，并取其中一部分水溶化碱。在搅拌过程中，将定量的膨润土徐徐加入搅拌罐内，搅拌均匀。将溶化的碱水倒入罐内（碱水必须在膨润土搅拌均匀后加入），再搅拌均匀，放置12h后即可使用。
（4）加浆设备及加浆压力
加浆设备采用1-1B泥浆压力。加浆前先通过注水检查注浆设备，确认设备正常后方可罐注，压力控制在0.2Mpa左右，在灌注过程中按实际情况调整注浆压力，防止泥浆短路外溢，随着顶进不断进行注浆，并观察后背顶镐的顶力变化。
6.4.2.6 水泥、粉煤灰浆补浆
管道顶进施工完成后，使用高压注浆泵向管外注入水泥、粉煤灰浆液灌顶管超挖空隙，最大限度减少地面沉降，补浆时由后向前交错压入水泥、粉煤灰浆液。
4.5.9 管道顶进
1、下管就位
（1）检查砼管：顶管所用砼管应无破损及纵向裂缝，端面要平直、管壁无坑陷及鼓包，管壁应光洁，检查合格的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位。
（2）检查起重设备：起重设备经检查、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50cm，操作人员方可进前工作。吊运时应用专用吊钩或柔性吊锁，严禁用钢丝绳穿入管内起吊。
（3）管子就位：第一节管子下到导轨上，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。经监理工程师验收合格后方可进行下一步工序。
2、管前挖土与顶进
管前挖土是控制管节顶进方向和高程，减少偏差的重要作业，是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。顶进时要注意以下事项：
（1）管前挖土长度：根据本工程土质情况，为防止塌方，管端挖土长度应在30cm以下。
（2）关于管子周围超挖：本工程顶管段位于南四环，管子周围一律不得超挖，一定保持管壁与土基表面吻合。
（3）安装管帽：由于土层松散，为了防止坍落，保证安全和便于挖土操作，在首节管前端要装管帽，帽檐伸入土长度为0.2m。
（4）开始顶进时，应缓慢进行，待各接触面部位密合后再按正常速度顶进，顶进施工应连续顶进。顶进测量在首管顶进时测量间隔
不应超过30cm，正常顶进时测量间隔不应超过1m。在测量过程中发现偏差应进行纠偏工作。顶进的砼管在接口时一定保证严密。
（5）顶进时昼夜两班不间断施工，防止因中途停置而导致磨擦力增加，造成顶进困难，同时保证工程工期，不影响工程总体部署。
（6）认真填写顶进施工记录是提高顶进质量的首要保证，交接班时的负责人必须向接班负责人交清记录，并说明在顶进操作中出现的问题及处理情况。
（7）对于影响顶进质量与安全问题的隐患必须及时处理，减少停滞时间。对于不得不停下来研究解决的问题要尽快制定出对策，抓紧处理，恢复顶进。
（8）在纠缠顶进过程中，应采取分段校验，每顶进10～20m宜全面检验一次施工质量，解决存在问题。
（9）提高施工和操作人员的素质，加强顶进施工的动态管理，是保证顶进施工质量的关键。
（10）顶进过程中出现中心偏差或高程偏差及有偏差趋势应及时
纠偏用千斤顶人工配合，纠偏时每顶进20～30cm测量一次，注意第一节管子的走向趋势，来防纠偏过急。
为防止顶管中砼管错口，顶进的前三节管中，在接口处应安装内胀圈，使胀圈与管壁胀紧成为一个刚体。
顶管允许偏差表
序号
项目

允许偏差
检验频率
检验方法
范围
点数
1
中线
D＜1500
≤30
每节管
1
测量并查阅测量记录
2
位移
D≥1500
≤50
3
管内底高程
D＜1500
+10
每节管
1
用水准仪测量
－20
4
D≥1500
+20
每节管
用水准仪测量
－20
5
相邻管间错口
D＜1500
≤10
每个接口
1
用尺量
6
D≥1500
≤20
7
对顶进管子错口
≤30
对顶接口
1
用尺量
注：（1）管内底高程如管径D＜1500的最大超差超过100mm；管径≥1500的最大超差超过150mm时，均应返工重做；
（2）表内D为管径（mm）。
4.5.10 顶管的顶力计算
设计图纸管线全长75m，最大顶进距离为75m。
计算公式根据《北京市给水排水管道工程施工技术规程（DBJ01-47-2000）》11.1.7条如下：
公式：P=fγD1[2H+（2H+D1）tg2(45°-C/2)+W/ΓD1]L+PF
式中：
P——计算的总顶力（KN）；
γ——管道所处土层的重力密度（KN/m3）；
D1——管道的外径（m）；
H——管道顶部以上覆盖土层的厚度（m）；
C——管道所处土层的内摩擦角（°）；
W——管道单位长度的自重（KN/m）；
L——管道的计算顶进长度（m）；
F——顶进时，管道表面与其周围土层之间的摩擦系数；
PF——顶进时迎面阻力（KN）；
根据有关规格实地调查以上各参数取值如下：
γ=10KN/m3； D1=1600+160×2=190； H=10.7m； C=30°
W=40KN/m； f=0.15；（采用有效减阻措施）
公式：PF=πDavTr
式中：
Dav——工具管刃脚或挤压喇叭口的平均直径（mm）；
t——工具管刃脚厚（m）（加幅厚度取0.05m）；
R——手工掘进顶管法的工具管迎面阻力；
Dav——（D外+D内）/2=（1.92+1.6）=3.4m
t=0.05m R=500KN/m2
PF=πD avtR
=π×3.4×0.05×500=293.45KN/m2
故：P=fγD1[2H+(2H+D1)tg2(45°—C/2)+w/ΓD1]L+PF
=5601.10KN
根据以上计算最大顶力为5601.10KN，施工时一座工程坑最多采用500T顶镐2台。
4.5.11 安全措施
⑴、安全教育
（1）进场前进行相应的安全教育，并进行安全考试合格后进入施工现场。
（2）每天作业前进行相应作业内容及相关的安全注意事项教育。
（3）、特种作业操作人员必须持证，严谨无证上岗操作。
（4）进入现场的作业人员，必须配戴齐全相应的安全防护设备。方可上岗操作。
（5）机械作业时，必须设专人指挥，并对机械指挥人员进行相应的交底。
（6）、顶管坑四周设一米高的护栏，施工洞口、安装平台设明显标志。
（7）起重设备，必须进行定期检验，消除安全隐患，卷扬机设防护罩，防止高空坠物损坏。
（8）顶管坑支护设专人检查，每天不少于三次，发现问题及时处理。
⑵、挖顶坑
（1）坑下作业人员必须戴安全帽。
（2）吊装时，重物下不得站人。
（3）支护焊接，电、气焊必须专业人员使用，非专业人员不得使用。
（4）焊口必须焊满、牢固，经安全员相关领导检验后方可。
（5）挖坑深度不得超挖（根据土质情况）随挖随做支护，防止塌方。
⑶、顶进
（1）检查起重设备，试吊确认安全可靠，方可下管。
（2）下管时，工作坑内严禁站人，当距导轨小于50cm操作人员方可进前工作。
（3）管前挖土长度不得超挖，防止塌方。
（4）管内照明，采用36辐低压灯照明。
（5）顶进距离过长时，采用专用抽风机通风。