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关于南沙环岛路顶管施工技术总结

南沙污水管道顶管施工技术总结
2005年4月，本人调至中铁一局集团有限公司南沙工程项目经理部，参与了南沙环岛路西段污水管道的施工，并参与优化管道施工技术方案过程。在此对施工技术做总结如下：
一、 应用背景
南沙环岛路西段道路改造污水管道工程横穿京珠高速大桥，设计管道中线位置有滨海花园地产。在道路改造工程排水改造实施过程中，受立交桥及滨海花园地产下已有的地下管网和构筑物等地下障碍很多，以及立交桥引桥高度的影响，无法采用地面开槽铺设管涵施工方法，而只能采取无开挖地下顶进的施工方案。经过项目部从技术、经济、施工等方面进行反复论证，最终决定使用D900 F型管作为顶管。工作井、接收井为沉井施工，施工降排水使用井点降水施工。
二、 施工工艺
1、 沉井施工
沉井施工采用逆做法施工，这样可以避开以上地下管线复杂的问题，又可以加快施工进度。工艺如下：
平整场地→测量放线→开挖→垫层→支模→绑扎钢筋→现浇沉井→下沉→下沉到位→水下混凝土封底→浇底板。
2、顶管施工
顶管施工工艺见附图1：
三、 沉井施工方法
1、沉井制作：
沉井（含工作井、接收井）采取二次浇注成型的方式制作，即刃脚浇注完成达到一定强度后，再分两次浇注上部井壁。沉井为钢筋混凝土结构，采取内外钢模对拉螺栓定位，每次浇注均应连续施工。
沉井制作前依据设计图纸和导线控制网准确测放出沉井的位置，同时在沉井附近不易被扰动的地方设置临时水准点。基坑所处土层必须无地下水，基坑设置在地面下2.0m，边坡取1∶0.25，采用机械开挖，人工配合，基坑土方随挖随外运，基坑四周设置排水沟及集水井。
基坑预先清理、平整、夯实，使地基在沉井制作过程中不致发生不均匀沉降，并具有足够的承载力。沉井基础采用中粗砂垫层夯实后，上加混凝土垫层加以处理，砂垫层和砼垫层的宽度及厚度根据计算确定。混凝土垫层必须用水准仪抄平，保证使刃脚踏面在同一水平面上。铺砂垫层和砼垫层后，即可制作沉井刃脚和井筒。
2、沉井下沉
沉井下沉前在沉井外壁画出标尺及轴线控制点，在沉井附近不被扰动的地方作好观测点及护桩，以便在沉井下沉时测量控制，每班至少测量一次。沉井刃脚混凝土强度达到100%，其余部分达到70%，方可下沉。沉井下沉时，首先凿除混凝土垫层，先内后外、分区域对称、按顺序凿除，凿断线与刃脚平齐。凿断的垫层要及时清除，不得漏凿。在沉井下沉开始的5m以内，要特别注意保持平面位置与垂直度的准确。
沉井下沉采用抓斗挖土，人工配合掏挖，刃脚沉井内设可靠安全的上下扶梯。机械设备必须稳定安全，设专人指挥。挖土时，若土质松软，挖土由中到边，若土质坚实，则由边到中；挖土必须对称、均匀，同步进行，中途不能有长时间停歇。沉井下沉至一定深度，若出现下沉困难，可采取以下方法：a.外加荷载；b.井外壁适当加长；c.挖除井壁外侧上部土层，减少侧压力及摩阻力。在下沉中，井位中部设置始终低于基坑表面的集水坑进行地下水的抽除，保证人员在干爽的环境作业。
当沉井下沉接近设计标高时加强观测，待8h内沉井自沉累计不大于10mm时，方可进行素砼封底，此时井体的标高位移和倾斜在允许偏差范围内，并经检查合格。
3、沉井纠偏
沉井下沉时在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点，以控制位置和标高。在井筒外四边标出垂直轴线，各吊线坠一个对准下部标板来控制沉井垂直度，并定时用经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时，随时观测垂直度，当线坠离墨线达50mm或四面标高不一致时，即纠正本工程的地质情况显示，土质较硬，根据经验在较硬的土质下沉时不易纠偏，必须保证下沉开始的5m的垂直度。沉井下沉中加强位置、垂直度和沉降值的观测，每班至少两次，接近设计标高时加强观测，每2h一次，预防超沉。
4、沉井封底及底板施工
沉井下沉到位后，立即开始进行素混凝土封底施工，在封底中采用预埋Φ50钢套管卸压，当素混凝土达到设计强度的70%后再进行套管封堵C20混凝土施工。封底完成后，其强度达到70%设计强度时进行底板施工，底板采用商品砼，浇捣方法同沉井制作。
四、 顶管施工方法
1、顶管设备的安装与调试
顶管施工质量的好坏与设备的安装精确度有直接的关系。安装前，根据已知的控制点、标高，准确无误的测放出进出洞口的标高和顶管的轴线，并依此测放设备的安装位置。导轨、千斤顶支架、靠背等设备必须安放准确牢固，以保证顶管的顺利进行。在正式顶进前对掘进机、油泵、油缸、注浆设备进行试运转，确定符合性能要求后方可正式顶进。
2、顶管机具出洞
进出洞口紧密相连直接影响顶管施工成败；在工具管进洞时，严格控制其水平偏差不大于5mm，其高程应为设计标高加以超高数（其数值可根据土质情况、管径大小、工具管自身重量和顶进速度等因素设定），以抵消工具管出坑后的“磕头”而引起的误差；在粉砂层中顶管时，洞口橡胶圈磨损厉害，我们可采用两道止水圈，内圈平时与管道不接触，只有在外圈损坏需更换时，才将内圈冲气，起到止水作用，然后更换外圈；对于渗水量较大的砾石层顶管，可将出洞口周围泥土固化，起到止水效果；工具头出洞前必须对所有设备进行全面检查，并经过试运转无故障，同时认真核对止水胶板安装位置是否准确，外夹板安装是否牢固，确认无误后才可破除洞口；出洞时注意止水胶板压入是否均匀，有无翻转、破损等问题，如有将工具头拔出处理好后重新出洞。掘进机出洞时，要严格控制出洞时的顶进偏差。中心偏差不得大于50mm，高低偏差宜抛高5～10mm。若达不到上述要求，也应拉出作第二次出洞。顶进初始阶段的质量对后续管道轴线等有重要的影响；在顶管结束后，对工作坑、接收坑预留洞的环向间隙使用快硬微膨胀水泥进行封堵，封堵在顶管结束时迅速进行；管道顶进完成后，利用管节上的注浆孔对管外壁的膨润土泥浆进行置换，待水泥浆从注浆孔流出后确认置换完毕，即封堵注浆孔并清理管道。
3、顶进与纠偏
1）管道顶进及纠偏
① 掘进机出洞后顶进的起始阶段，机头的方向主要受导轨安装方向控制，一方面要减慢主顶推进速度；另一方面要不断地调整油缸纠偏和机头纠偏。严格控制前5m管道的顶进偏差，其左右及高程偏差均不能超过50mm。在顶进过程中坚持“勤测、勤纠、缓纠”的原则。纠偏角度保持在10′～20′，不大于1°。如果产生偏差及时纠正。纠偏逐步进行，坚持“缓纠、慢纠”的原则。
② 注浆与顶进同步进行，其原则是先注浆，后顶进；随顶进，随注浆；以保证管外围泥浆套的形成，充分发挥减阻和支承作用。在顶进过程中避免长时间的泥浆停注，保证顶进的全部管段形成良好的泥浆套。
③ 顶进过程中根据顶力变化和偏差情况随时调整顶进速度，速度一般控制在35mm/min左右，最大不超过50mm/min。
④ 顶进过程中根据顶力计算和实际顶力变化情况及时安放中继环，坚持安放后即使用，以减小后方千斤顶的工作负荷，减小设备磨损。
⑤ 通风设施的使用根据顶进距离的延伸和管道内空气质量的变化提前安装到位，并根据距离的延伸调整通风机的开启频率，保证管道内有足够的新鲜空气。
⑥ 管道顶进到离工作井前方内壁50cm时卸载，收回油缸和垫铁安装管节，然后继续顶进。
4、顶进测量
本工程顶管施工主要在城市道路及居民区进行施工,控制好地面沉降及确保按设计管道轴线顶进是顶管施工中的核心问题。
①前期测量
顶管前，先根据领桩点，利用全站仪准确测放出本工程的平面控制点及临时水准点，将每个工作坑的中心放出并设置管道轴线控制桩和临时水准点、工作坑护桩，以便复核顶管轴线和工作坑位置是否移动。在工作坑施工完成后，管道顶进开始前，准确测量掘进机中心的轴线和标高偏差，并作好原始记录。在机具内，要安装倾斜仪传感器，操作者可以随时得到机头的水平状态，指导刀盘的旋转方向和纠偏，曲线顶管采用全站仪来控制。
② 顶进测量
测量仪器固定安放在工作井的后部、千斤顶架子中心，并在工作井内建立临时测量系统。顶管过程中必须按要求测量和控制管道标高及中心偏差，并作好记录。每顶进50cm必须测量一次，要勤测量，多微调，纠偏角度保持在10′～20′并不得大于1°。每节管道顶进结束时，及时测量管道中心的轴线和标高偏差，每顶进完成一段顶管工程测量仪器校正一次，每一次交接班时必须校核测量一次。
测量时采用全站仪，直接测出高程及轴线偏差。通过全站仪在机具后部标尺靶盘上的投影，准确测设机具目前所在位置。在每一顶程开始推进前，我们必须先制定坡度计划，该计划根据工作坑及接收坑的洞口实际高差进行测放,可对设计坡度线加以调整，以方便施工并最终符合设计坡度的要求和质量标准为原则。

③ 竣工测量
管道顶完后，立即在每节管道上选点，测量其中心位置和管底标高。根据测量结果，绘制竣工曲线，以便进行管道质量评定。管段经过周围房屋建筑或已有管线时，在顶进过程中必须测量周围地面的沉降及管道沉降，并随时调整顶进速度及注浆压力，以确保顶管施工对周围环境的影响降低到规范允许的范围之内。
五、 地下管线及构筑物影响地段的加固措施
在顶管施工开始前，认真调查顶管穿越地段影响范围内的各种地下管线、建筑物基础及相关构筑物的埋深、走向、结构形式等情况，对于需要重点保护或由于沉降会引起较大破坏的管线、构筑物，必须有针对地对管线、构筑物周围的土体采取压密注浆或树根桩的形式进行加固处理，减小顶管施工引起的土体沉降，保护施工范围内的地下管线及构筑物。
在加固措施施工完毕后方可进行顶管的施工，同时在保护范围内加设沉降观测点，结合顶管的沉降观测来观察土体的沉降变化，保证被保护的地下管线及构筑物的安全。

附图1：
施 工 开 始
测 量 放 样
放 样 复 核
工作井设备安装
出 洞
推 进
排 运 弃 土
下管、接口处理、中继间安装、使用
进 洞
取出掘进机及附带设备、处理中继间接缝
全 线 测 量
洞 口 处 理
结 束
地面设备安装
注 浆

测量及方向纠正

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