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1、顶管顶进施工工艺和技术措施（一）顶管施工方法及推力计算1、方法选定根据本工程管道所穿过的地层主要为素填土、粉质粘土、砂土层；根据设计图纸，采用泥水平衡机械顶管工艺。本工程将先安排4套直径DN8001350的泥水平衡设备进场施工，然后再根据现场实际情况增加设备。名称泥水平衡 顶管掘进机电焊机发电机液压千斤顶空压机数量4台4台4台4套4台2、设备推力计算在普通泥水顶管施工中，推力计算：Fp=D0L fk +NF（a）.4式中：Fp顶进阻力（KN）；D0管道的外径，为1.62（m）；fk管道外壁与土的单位面积平均摩阻力（KN / m2）查表取fk =8；L推进长度（m）；NF顶管机的迎面阻力（kN）
2、。NF=（Pe+ Pw+P ） Dg2 （b）初始推力：（b）式中： Pe挖掘面前土压力(Pe=150kPa)；Pw地下水的压力（kpa），Pw=w（Hhw），w 水的重力密度，取10 KN/m3，H管中至路面埋深取6.2m，hw地下水位取1.0m；P附加压力（一般为20kPa）；Dg顶管机外径，为1.62（m）；按DN1350管径顶程153米计算，所需的最大顶力Fp =6292.65KN考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，最终顶力按700t配置设备，小于设计最大顶力8000kN，符合要求。（二）顶管顶进设备顶进设备主要包括导轨、顶铁、千斤顶（油泵）、后背及后座墙。1、千斤顶千斤顶是顶管顶进的
3、主要设备，本工程拟采用俩台350t的千斤顶。千斤顶在工作井内的布置采用两台并列式，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，采用机械切削土方，管上半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1/41/5处为宜。2、油泵由电动机带动油泵工作，选用额定压力为62MPa的ZB500柱塞泵，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。3、顶铁顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶压力而不变形，并且便于搬动。根据顶铁位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。4、后背墙沉井施工时,定好
4、后背墙的位置,按施工设计图在沉井上定好后背墙的位置,预埋12200的钢筋,以便焊接后浇的后背墙砼,后背墙采用C25砼,16100的钢筋。后背墙厚500mm。（三）机械顶管施工本工程采用泥水平衡法机械顶管施工，总施工管段长度约为3341m。1、顶管施工平面布置、井内布置及管内布置（1） 在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置以下必要的设施，地面指挥监测中心、办公室、仓库,布局要合理，环境整洁、卫生，污水沉淀池、液压机组、操纵台等等，并有专职人员进行管理。（2） 现场布置采用16t汽吊，用于吊放顶管机、混凝土、导轨等等设备。（3） 井内布置工作井井内布置主要是后座墙、导轨、钢制扶梯、激光经纬仪等。
5、（4） 顶管施工工艺如下图所示：2、顶管施工顺序顶管施工顺序见下图所示：3、顶进施工工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，即可准备进行出土和顶进。首先将管子下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管中心和管底标高是否符合设计要求，合格后即可进行顶进施工。顶进利用千斤顶出镐在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下:（1） 安装好顶铁挤牢，管前端到一定长度后，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） 下顶铁，下管，在混凝土管接口处放木垫圈，
6、以保证受力均匀。（5） 重复以上操作。4、出土方案泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速排土。在沉井上部砌沉淀池。沉淀的余土外运需按文明施工要求和渣土处理办法，运到永久堆土点，不得污染沿途道路环境。（四）进出洞方案进洞施工流程安装出洞口橡胶密封圈机头筹备破部分封墙送入泥浆池出水管吸出泥浆顶进至可安装第一条管进水管压入高压水机头磨削剩余封墙推机头进密封圈机头安装调试为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装一个单法兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈及止水封板，在顶管顶进施工前，对洞口处采用3排高压旋喷
7、桩进行加固，有效桩长D+2m，加固范围D+2m。由于顶进距离长，造成管材表面及F型钢套环、砂等对橡胶止水圈不可避免的磨损，需经常更换橡胶止水圈。因此，我们在洞口里侧增加一道橡胶止水圈，当需更换外部橡胶止水法兰时，洞口内部的橡胶止水圈可防止地下水进入井内。沉井制作时,在洞口位置预埋一环钢法兰,沉井下沉封底后,由于洞口标高可能与设计值有误差,必须使管道标高尽可能符合设计标高,在预埋钢法兰上再焊一圈钢法兰,法兰中心与洞口中心错位,而与实际管道中心保持同心度要求,这环后焊的法兰中心就是洞口止水装置的中心,预埋钢法兰应与沉井牢固的锚固在一起,锚固强度与焊缝具有足够的强度,钢法兰中心与管道中心保持同心,误
8、差不大于5mm。（五）测量以及设备安装1、测量的方法（1）通视条件下的测量1.1.1使用交汇法引工作井及接收井预留洞口中心至各自的井壁。置经纬仪至A点，后视B点，作BA直线的延长线，并在工作井后部定出一点C。保证C、A、B在一条轴线上，置经纬仪在C点上，后视A点，在工作井井壁上定出一点A，置激光经纬仪基座于井下D点，并抄平固定激光经纬仪架，置经纬仪于A点，后视B点，在激光经纬仪器架上定出D点，D点同A，A，B点在竖直方向上成一直线，安装激光经纬仪于仪器架上，对中D点，后视A，点，依设计轴线打好角度，既可定出轴线。（2）不通视条件下的测量 引出A、B两点后可根据导线法以及平移法定出C、D、A，其
9、余步骤同通视条件下测量定位。 后背墙导轨及后顶的安装轴线确定后先安放后靠背，后靠背后部距离井壁100200mm，调整后靠背前后以及左右方向，应尽量保证后靠背的中心于轴线相重合，调整方法见图：在轴线定好后既可安装导轨以及后顶，先根据导轨本身的尺寸计算出导轨顶面至轴线的高差h，置水平仪于井下，在井四周作出46个临水点，保证轴线标高-临水点高程= h，安放导轨时可用线绳在相对的两个临水点拉出一条直线，使导轨顶轻触于线绳既可，然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线重合，导轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程，最后支撑导轨至井壁上。引轴线至井底前后两侧A、B两点，分中后靠背，在后靠背上
10、作一分中点C，开始放置后靠背时尽量使C点在AB的延长线上，此值可肉眼鉴定，误差不应大于10cm，在后靠背边缘定出任意等高两点D、D，测量AD和A D，的距离，只需保证AD的距离约等于A D，的距离既可，误差不应大于3cm，导轨左右方向确定后既固定下面两侧各一点，后使用线坠调整前后方向既可，最后根据实际情况填塞C15-C30的混凝土至井壁到后靠背的间隙，后方顶的安装在后靠背的安装完毕后进行，抄平后顶后只要保证所以千斤顶后平面贴实后靠背既可固定。导轨安装完毕后需在预留洞口内安装副导轨，副导轨的轴线以及高程均要与主导轨保持一至，此副导轨用于防止机头进洞后低头，见下图：增高装置可根据机头重量以及增高量
11、选择枕木，钢支架或砼垫层。洞口止水装置的安装，应保证除止水圈外最小直径大于进洞物最大直径的8cm，防止受到进洞物的剪切而失去止水效果，位置确定后可用水泥砂浆封堵与井壁形成的间隙，防止从间隙处漏水、漏浆。（六）泥水系统的安装泥浆池应尽量靠近工作井边，可采用并联法，见图：泥浆池尽量靠近工作井边，可以减少排泥管路过长而且产生的管路摩阻力，沉石箱的配置可沉淀块状物，防止块状物直接进入排泥泵引起排泥泵堵塞和损坏。注浆系统应尽量使用螺杆泵以减少脉动现象，浆液应保证搅拌均匀，系统应配置减压系统，在泵出品处1米外以及机头注浆处各安装一只隔膜式压力表。（七）顶进过程的方向控制由于TCZ机头本身所具有的方向诱导装
12、置，纠偏操作简单易行，操作员只要通过纠偏动作，始终保证激光点在二号光耙的中心既可。测量与方向控制要点：1、有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：施工组测量员项目管理部监理工程师，确保测量万无一失。2、布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。3、顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在1020不得大于0.5，并设置偏差警戒线。4、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。5、开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶
13、进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。6、顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组的办法，进行编组操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩方法，反之亦然，如果同时有高程和方向偏差，则应先纠正偏差大的一边，顶进时必须严格控制机头的走向，随时纠偏，控制好管道的线形。纠偏时应做到在顶进中纠偏，采用小角度分次逐步纠偏，勤调微纠。纠偏工作尚应在仿真分析的指导下进行。在顶进中顶管机头发生旋转时，可采取在管内的相反方向增加压重块或在中间站提供旋转纠正力矩等方法，直到正常，以防止偏转增大，影响后续工作。（八）管接口质量控制1、 选用优良管材并处理好管子接口是顶管施工十分重要的。要按有关规范对管材作现场检查验
14、收，如发现不合格品坚决予以退回。2、管材运送、起吊均应有专用夹具，搁置时应用方木垫高，防止管接口的套环受压变形。3、接管前再次检查管子接头的承插口尺寸，橡胶圈和衬垫板的外观和质地。确认合格后可在接口处均匀涂抹薄层硅油等对橡胶无侵蚀性的润滑材料以减少摩阻力。承插接管时要保证与上节管的钢套环同轴度，并且加力要均匀，应保证橡胶圈不移位，不反转，不露出管外。顶管结束后要按设计要求在管内间隙处填充弹性密封膏，并与管口抹成个光滑的渐变面。密封圈的胶结应在使用前两天完成并检查其牢固性。4、管材供应在顶进过程中，管材的供应是非常重要的，如果供应不及时造成顶进停止，后果是非常严重的，由于机头重量一般较大，长时间
15、的滞留会造成机头沉降，使轴线发生偏差；或已顶好的管子和周围土体固结，使得摩阻力增大。因此，在开始顶进前，需指定详细周全的供应计划，现场应备有足够余量。（九）触变泥浆减阻方案顶管随着距离的增长，管道经过不同的土质时，摩阻力上升的很快，一旦顶力超过混凝土管所承受的极限时，混凝土管就有可能破坏，因此管壁外的减阻是工程顺利完成的必要措施。通常我们采用在混凝土管周围注触变泥浆，将混凝土管与土之间的干摩擦变为湿摩擦，达到减阻的目的。一般混凝土管壁与砂层土体的摩擦力达23t /m2，而采用触变泥浆减阻后，摩阻力可以减少到0.31.2 t/m2。在长距离混凝土管顶进中，必须采取触变泥浆减阻措施，以增加一次顶进
16、长度。触变泥浆通过制造、储存、压浆系统，从工具头处压入触变泥浆，形成一定厚度（12mm左右）的泥浆套，间距12m设一道补浆孔，使顶管在泥浆套中向前滑行，减少摩阻力，根据压力表和流量表，计量桶控制用浆量，压力控制在自然地下水压的1.11.2 倍。制备泥浆的配比须经试验，以确保泥浆性能良好，必要时可加其他外加剂。触变泥浆是由膨润土、水和掺合剂按一定比例混合而成。施工现场按重量计的触变泥浆配比为：水：膨润土 = 8：1 膨润土：CMC = 30：1本工程拟购置膨润土袋装复合材料，在施工现场加水拌和。压浆数量和压力第一次压浆量为管道外周环形空隙的1.52.0倍，压注压力根据埋设深度和土的天然重量而定，
17、本工程拟采用2H（kPa），式中为土的重量，H 为管道的覆土深度。在顶进过程中，还应根据不同的土质条件和覆土厚度变化等适当调整压浆量和压力。压浆孔的布置每一压浆断面设置3个压浆孔，按圆周120布置。压浆孔应在工厂加工好。注浆断面的位置，拟在机头及其后面每隔10米均设置。为使泥浆能及时将管壁空隙灌满，灌浆速度要与顶进速度相适应，注意观察，防止跑冒，并保证泥浆达到量。为达到良好的减阻目的，在施工操作上必须“先压浆后顶进、边压浆边顶进、停顶进勤补浆”的办法维持泥浆套的性能。（十）动力及照明、通风装置1、管内动力及照明管内动力主要用来掘进、纠偏、出土、顶进，考虑管内工作环境要求，选择电力作为动力源。管
18、内施工用电必须采用三相五线制，供电线路用线马固定在管体右上角。管内施工属于潮湿环境，照明必须采用安全低压照明，管内沿线间距10m，在管体右上角安装一盏12V60W的灯泡。最远灯泡离低压变压器电源不能超过200米，以保证各灯泡的正常功率。顶管动力配套：序号设备名称数量总功率(kwh)1刀盘电机1222螺旋输送泵电机15.53纠偏油泵电机144排水泵2155电焊机130(注：以上所列设备，并不都是同时启动。)动力电线设置：管内设置二路电缆，按其配套动力负载功率，选择电缆规格，供电采用TNS方式，三相五线制移动电线装接。2、管内作业面通风在顶管中，通风是一个不容忽视的问题。因为在顶进过程的时间比较长，有时因需要会进入管道内，管内的气体成分较复杂，随时影响作业人员的健康,因此要保证通风，并且进入管道前需用毒气检测仪进行毒气检测。（11） 顶管质量控制标准顶管施工质量控制项 目允许偏差钢筋砼管最大偏角0.5管线轴线偏差L100m50mm标高偏差L100m+30-40mm相邻管节错口15mm无碎裂接口抗渗试验应达0.11MPa内腰箍不渗漏，橡胶止水圈不脱出顶进过程中地面沉降控制范围项 目允许变化范围（mm）地面隆起的最大极限+10地面沉降的最大极限-10