CN111750172A - 一种顶管施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶管施工工艺，用于穿过大提的顶管施工，包括以下步骤：S1施工前，对大提上，设计有施工的取水顶管和排水顶管处分别进行土体加固；S2大提施工前，在大堤的堤身以及坡角处，分别设置矩阵式的监测点；S3顶进施工：通过工具头分别进行取水顶管和排水顶管的顶进，初始顶进速度为8‑12mm/min，正常顶进速度为20‑30mm/min，且进行土体加固后的大提位置，其出土量为102％‑110％；S4纠偏测量及施工：在步骤S3顶进施工中，每顶进小于1m的距离时，进行一次偏差测量，如偏差测量结果大于偏差标准，则进行纠偏施工。本发明中，施工中能够确保大堤外周的安稳，提高堤身的稳定性。

Description

一种顶管施工工艺

技术领域

本发明属于通过大堤进行施工的长距离顶管施工技术领域，具体涉及一种顶管施工工艺。

背景技术

根据对电厂增建发电机组取排水改造工程的勘测可知，其基本土层为：粉质粘土、淤泥质粉质粘土、砂质粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粉砂。取水顶管主要在④层淤泥质粘土层中顶进，排水顶管主要在③层淤泥质粉质粘土中顶进。基于这种特殊的地质环境，其施工中，遇到以下问题：

(1)本工程取排水顶管均需穿越长江大堤，若操作不当可能破坏大堤稳定。顶管顶进长江时，由于江底水头压力较大，易产生流砂现象。

(2)顶管口径大，管径周边土质不均引起摩阻力不均，可能会造成顶管偏位。

(3)取水顶管顶进距离长，摩阻力大，顶管后靠背所能承受顶力有限，造成顶推力不够。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种确保特殊地段，进行安全施工的顶管施工工艺。

为了实现上述技术效果，本发明通过以下技术方案予以实现。

一种顶管施工工艺，用于穿过大提的顶管施工，包括以下步骤：

S1施工前，对大提上，设计有施工的取水顶管和排水顶管处分别进行土体加固；

S2大提施工前，在大堤的堤身以及坡角处，分别设置矩阵式的监测点；

S3顶进施工，通过工具头分别进行取水顶管和排水顶管的顶进，初始顶进速度为8-12mm/min，正常顶进速度为20-30mm/min，且进行土体加固后的大提位置，其出土量为102％-110％；

S4纠偏测量及施工：在步骤S3顶进施工中，每顶进小于1m的距离时，进行一次偏差测量，如偏差测量结果大于偏差标准，则进行纠偏施工。

本发明中，与现有技术相比，采用了矩阵式的监测点，进而检测更加全面，矩阵式的监测点，具体是通过掘进的施工方式进行的施工，结合矩阵式的监测点，其密度较大，观测检测严谨，为后期安全，提供更为精准的数据。

本发明中，通过在堤身和堤角分别设置多个监测点，虽然施工主要是穿过堤身，但是在坡角范围内设置的监测点，可以检测堤身的数据，进而实现大堤外周的安稳，提高堤身的稳定性。

本发明中，将初始的顶进速度控制在8-12mm/min，目的是初始阶段顶进不宜过快，为了安全考虑。正常时，顶进速度为20-30mm/min，如果小于20mm/min，则影响整个顶管施工工期，速度太慢；如果大于30mm/min，则施工速度太快，难以及时检测大堤安全，容易造成安全事故。

进一步地，本发明中，对于出土量，加固区一般控制在105％左右，非加固区一般控制在95％左右。加固区出土量多，进而能够实现更多的加固，而非加固区，出土量少，只需要去满足设计中的其它施工即可，故出土量少。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1施工前，对大堤上，设计有施工的取水顶管处进行土体加固具体为：采用旋喷桩进行加固土体，所述加固土体的加固厚度为7-9m。

对大提上，由于本发明中取水顶管主要在淤泥质粘土层中顶进，而旋喷桩则比较适合于砂土、粘性土、淤泥等地基的加固，同时适用于已有建筑物的地基加固，而不扰动附近土体，同时具有施工设备简单，轻便，噪声和振动小，施工速度快，机械化程度高、成本低等优点，更适合于本发明中的地基保护。

本发明中，如果地基加固的厚度小于7m，则由于本发明中，顶管的直径较大，则在顶进中，地基加固厚度小，有一定的影响，尤其是整个顶管过长；而如果地基加固厚度大于9m，则厚度过厚，地基强度已经达到要求，反而容易造成地基加固施工的部分浪费。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1施工前，对大堤上，设计有施工的排水顶管进行土体加固具体为：对于顶管过堤段，在大堤坡角背水面设置水泥搅拌桩构成加固墙，所述加固墙的厚度为3-5m。

设置加固墙，目的是消除顶管施工中对于大提的影响。加固墙在坡角背水面，排水管则会经过大堤背水面排出，故要设置在背水面，而采用水泥搅拌桩，其一般用于软土地基改良。其成桩机械较大。制成的桩体水泥含量低，强度低。只能作为复合地基使用。可在场地条件好的条件下选用。更适合本发明中的背水面。而此时加固墙的厚度为3-5m，是因为此时水冲击等小，故应该小于大堤上的加固厚度。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中具体为在大堤堤身的有效监测范围内，设置矩阵式的监测点。

本发明中，通过选择有效监测范围内设置监测点，避免了在无效监测点内设置监测点，而导致浪费人力和物力等的问题，同时，在有效监测范围内，设置监测点，提高了施工中的有效性。采用矩阵式的监测点，使得监测点有一定密度，能够保护长江大堤，避免因土体沉降引起堤身的破坏，对大堤进行必要的沉降观测，严密控制堤身下沉量，按大堤的重要性、危险性，有选择地在大堤堤身和坡角设立一定密度的监测点。

作为本发明的进一步改进，所述有效监测范围为：以距离顶管轴线两侧30-33m的距离分别构成有效监测范围的竖向端部极限，以堤身顶管顶进距离的两端，分别构成有效监测范围的横向端部极限。

本发明中，横向端部极限方便理解，是为了确保顶进的安全，而竖向端部极限，则是从土体沉降容易引起堤身破坏的角度进行考虑。如果小于30m，则观测点太少，同时堤身等有一定的宽度，故容易导致监测点的遗漏；而如果大于30m，此时基本已经满足监测布置，再设置，则造成浪费。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中还包括在所述有效监测范围内，每隔5m，设置沉降点，所述沉降点的数量至少为14个。

本发明中，为了保护长江大堤，避免因土体沉降引起堤身的破坏，对大堤进行必要的沉降观测，严密控制堤身下沉量，每5m一个沉降点，能够确保沉降点的及时监控。

作为本发明的进一步改进，所述14个沉降点中，至少4个所述沉降点分别布置于检测范围的竖向极限的两端以及横向极限的两端，其余沉降点，分成两组，均匀设置于顶进施工位置处。

本发明中，在极限端点设置监测点，以极限端点为重点，进行其他位置的检测布置，确保沉降点的布置合理。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4纠偏测量及施工中，还包括利用中继环辅助纠偏施工进行纠偏。

本发明中，对于顶进过程中因土质不均可能产生的偏移现象，在施工中调整工具头姿态及后座纠偏油缸推力的大小及时纠偏。并利用中继环进行辅助纠偏。

进一步地，本发明属于长距离顶管，顶管时可采用减阻泥浆能有效降低管壁的侧摩阻力，并在顶管施工中加入中继环以减小后座顶推力。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2大提施工前后以及步骤S3顶进施工前，还包括通风施工，所述通风施工为在距离顶进施工12-15m处，安装长鼓短抽组合式通风***。

本发明中，采用了长鼓短抽组合式通风，通风***安装在距掘进机12～15m处，抽风风筒与鼓风风筒分别安装于管内左右两侧，两风筒必须重叠5～10m，抽风机的吸入口在前，鼓风机的排风口在后，并在管道中间配置若干外轴流风扇，向井内排出浑浊空气。

进一步地，所述步骤S3顶进施工中，如工具头正面遇到障碍物，则顶进速度为3-8mm/min。

进一步地，所述步骤S3顶进施工中，未进行土体加固的大堤位置，其出土量为90％-96％。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4之后还包括施工后的泥浆置换，所述泥浆置换为对大提下90m顶管段，通过水泥、粉煤灰或水玻璃中的一种进行泥浆置换。

本发明中，增加泥浆置换，目的是进行孔口封堵和保护等。

附图说明

图1为本发明提供的沉降点的平面布置图；

图2为本发明中取水顶管的平面布置图；

图3为本发明中排水顶管的平面断面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明中，具体在顶管施工中，如下进行操作：

1.大堤布点监测，根据所设监测点沉降情况指导施工，切忌野蛮施工；对大堤制定有效保护方案，确保大堤安全。针对可能发生的流砂现象，可采用在土舱内加入局部气压以平衡开挖面的水土压力，防止流砂现象发生。在砂土层中顶进可采用在泥舱内加入局部气压以平衡开挖面的水土压力防止流砂等现象发生，且在顶面覆土变化较大的情况下，易于头部的平衡控制，正面如遇障碍物可以在气压状态进行处理，开挖面土体可通过观察窗直接观察土质变化。且该种形式的工具管已经过多次改进，头部增设了土压显示计，在泥水管路上增设了流量计和密度差压计，能更有效和便于施工参数的控制，并在实际施工中取得了良好的实绩。本工程属于长距离顶管，顶管时可采用减阻泥浆能有效降低管壁的侧摩阻力，并在顶管施工中加入中继环以减小后座顶推力。

2.由于顶管口径较大，在顶进过程中因土质不均可能产生偏移现象，在施工中应及时调整工具头姿态及后座纠偏油缸推力的大小来及时纠偏。并利用中继环进行辅助纠偏。

3.顶管顶进时可能穿越砂性层，由于江底水头压力较大，顶管在顶进时易产生流砂现象，这时可采用在土舱内加入局部气压以平衡开挖面的水土压力，防止流砂现象发生。

具体地，如果注入的润滑泥浆能在管子的***形成一个比较完整的浆套，在长距离顶管施工过程中其减摩效果将是十分令人满意的，一般情况摩阻力可由12～20KN/m2减至3～6KN/m2。本工程采用顶管掘进机尾部同步注浆和中继环后面管段补浆两种方式进行减阻。

补浆管一般布置于中继环后面第二节管段及中断环与工具头及后座中间位置，补浆孔按90°设置。每道补浆环有独立的阀门控制。润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土，纯碱、CMC、物理性能指标：比重1.05～1.08g/cm3，粘度30～40S，泥皮厚3～5mm。施工时按土质具体情况调整合适参数。

本发明中，对于大堤的保护方案具体如下：

顶管需穿越长江大堤，为防止顶管施工对长江大堤造成损坏，在施工中拟采取以下控制措施：

1)土体加固

顶管施工前，取水口采用旋喷桩加固土体，厚约8m；在排水口，顶管过堤段在大堤坡角背水面设置水泥搅拌桩，墙厚约4m；以消除顶管施工对大堤的影响。顶管结束后，采用压密注浆，沿大堤轴线构成一道帷幕，用以改善大堤地基土的物理力学性能；对大堤下90米顶管段进行泥浆置换。置换材料为水泥、粉煤灰、水玻璃，通过泥浆置换控制大堤沉降以达到防渗加固的目的。

具体地，顶进结束，对已形成的泥浆套的浆液进行置换，置换浆液为水泥砂浆并掺入适量的粉煤灰，在管内用单螺杆泵压住。压浆体凝结后(一般为24小时)拆除管路换上封盖，再将孔口封堵。

(2)设置监测点

为了保护长江大堤，避免因土体沉降引起堤身的破坏，须对大堤进行必要的沉降观测，严密控制堤身下沉量，按大堤的重要性、危险性，有选择地在大堤堤身和坡角设立一定密度的监测点，监测大堤是否发生沉降等情况。即在大堤顶进轴线及轴线两侧布置地面沉降观测点，通过地面沉降率确定堤面的下沉量。

大堤测点每5m设置一点，测点范围为顶管轴线两侧各30m，设置沉降点14个。测点布置如图1所示。

(3)监测频率

江堤监测在顶管经过时，每天24次，穿过后每天12次，共测二周。如发现大堤发生不正常的位移和沉降突变，应加密频率至每天48次，及时监测，分析其发展变化趋势。

沉降观测范围除断面沉降观测外，顶管机头前后各20m，每天二次，工具头后20m外，每天测2次，后期沉降观测每周一次。

配备具有丰富经验的监测工程师规范操作，从严把关，准确、及时、有效地完成整个工程的监测任务。

同时邀请江堤主管单位进行监督，密切注意江堤的安全，在工程顶管施工期间，及时进行跟踪观测，及时提供观测成果，指导工程正常施工。

顶管施工

首先，工具头的选择

结合周边地区类似工程施工经验，本工程采用Φ3.5m二段无绞有檐气压平衡式工具头。网格式顶管工具管正面设置泥水仓,其后设置密封舱,水力机械冲下的泥土沉入泥水舱下部的泥水中并通过水力运输管道排放至地面的泥水处理装置，水力出土。

其特点是结构简单实用，可操作性强，施工速度快，该机适用本工程穿越各类土层。机头上设置相应的传感器，压力表等能反应顶进动态的显示装置，随时可控制顶进速度和出泥量，可穿越各种地面建筑物和地下管线，工具头设置四组纠偏油缸,可在需要时进行纠偏作业。在砂土层中顶进可采用在泥舱内加入局部气压以平衡开挖面的水土压力防止流砂等现象发生，且在顶面覆土变化较大的情况下，易于头部的平衡控制。正面如遇障碍物可以在气压状态进行处理，开挖面土体可通过观察窗直接观察土质变化，因此说这种工具头完全能满足本工程的施工要求。

其次，顶管施工控制

顶管施工控制主要因素为：

(1)正面保持相应土塞

(2)注浆量和注浆压力的控制

(3)工具头姿态

(4)顶进速度

(5)顶管口拼焊质量

顶管在渗透系数大的土层如淤泥质粉质粘土和此类少量类砂性土中顶进时，要充分考虑顶进速度与出土量的关系，以防止地面塌方，必要时应采取局部气压顶进，以上二点是保护江堤安全的根本措施，如出土过快，高压水冲破工具头前端土塞，会导致地面沉降亦大，对江堤保护不利。因此，在施工时除保证土塞之外，还应根据地面沉降所测数据出泥量的大小，进行具体分析准确地设定顶进速度和出泥量，采用信息化施工。

工具头顶至大堤坡脚前60m处时，工具头中心应与设计轴线重合，穿越大堤时不允许有纠偏动作。顶进速度与出泥量应严格控制，并对管外周边土体进行双液注浆，形成一道有一定密实度一定强度的水泥土环套，环套与管外壁注触变泥浆减阻。

初始顶进速度不宜过快，一般控制在10mm/min左右。加固区出土量一般控制在105％左右，非加固区一般控制在95％左右。正常顶进，土压力设定值应介于水土压力的上限值与下限值之间，顶进速度控制在20～30mm/min，如遇正面障碍物，应控制在10mm/min以内。严格控制出土量，防止超挖及欠挖，正常情况下出土量控制在理论出土量的98％～100％。

顶管顶进时，顶管采取在井下手工焊拼接。将Ф3500m×8m的钢管吊向井内平放在顶管轨道上，与前段钢管进行拼接，相邻纵缝间距要＞500mm，拼接前对焊接坡口处必须清除铁锈、油污、水份，表面须经过打磨光，无凹凸不平。拼装时用搭马、斜锲、千斤顶等装配后，应将焊疤铲平打磨但不得低于母材，拼装后纵缝错边误差为±1mm。装配完后进行施焊：内缝先行施焊打底，外缝用Ф8mm碳刨进行清根处理后，内外缝同时进行焊接。对不合格的焊缝应进行质量分析，定出措施后进行返修，同一部位返工不允许超过三次。

本发明中，具体顶管的施工工艺如下：

本发明中，取水管为直径3500mm的钢管，分为顶管段和桩架埋管段，其中顶管段长度为639m，壁厚34mm，标高自-5.0m至-11.9m,顶管坡度1.08％，钢管材质采用碳素结构钢，型号Q235A，钢管采用焊接连接。顶管以4#泵房前池作为顶管工作井，穿越长江大堤，向江心顶进，顶管完成后，开挖顶管上层覆土，水下割除打捞工具头。

排水顶管采用DN3500钢筋混凝土管，外径4140mm，长度约70m，壁厚320mm，中心标高为-3.40m。以5#SMW工法井作为顶管工作井，大堤外的排水阀门井作为顶管的接收井。

顶管管节分节长度为2.5m，管节连接承插式“F”形接口。顶管为水平直线顶管，同样采用泥水切削气压平衡工具头。配备6个200t主顶作为主顶设备。现场配备80t履带吊进行砼管的吊装。

第一步、场地布置

1.地面场地布置

本工程泵房进水间作为顶管工作井，井顶布置一台32t行车负责钢管及顶铁吊运和井内、地面的吊装工作，5#工作井现场布置80t履带吊车。现场内另设临时堆场，供管节及半成品、周转材料等堆放，顶管现场考虑一定管节的贮存量。现场一侧布置空压机房、泥浆房等。顶进控制室布置在沉井内，自动控制台、通讯、中央控制均在顶进控制室内。顶管出泥排入泥浆池。

顶管施工为24小时连续施工，在现场四角各安装錪钨灯一座，供夜间现场照明。

2.井下场地布置

工作井内沿顶管轴线方向在临时后座墙上装刚性后座，主顶千斤顶、导轨、刚性顶铁、环形顶铁等顶进设备。工作井边侧设置下井扶梯二座供施工人员上下。

管内供电及工作井内电力配电箱均位于工作井内。管内测量起始平台，安装在主顶千斤顶之间轴线上，独立与砼底板连接，与千斤顶支架分离，确保顶进时测量平台的稳定。

引水管利用泵房进水间作为工作井，沿井壁依次安装2寸压浆管、6寸供水和出泥管、供电、2寸供气管线。井内二侧工作平台布置配电箱、电焊机、泥水旁通装置、后座主顶油泵车和顶铁堆放。管内进、排泥管、压浆管、供电、通风管分别安装于钢管左右偏下侧。管内照明采用36伏低压照明灯，每8m布置1只。沉井内照明采用高压水银灯。

施工期间在工作井内及管道内应配置足量的排水设备。

工作井内布置注意事项：

(1)安装后座时，必须保证使其平面与顶管轴线垂直，倾斜允许误差±5mm。

(2)千斤顶应安装在有一定刚度的钢支架上，其支架应与底板固定，防止位移，千斤顶后盖必须与后座平行，并贴紧。

(3)应用仪器校验千斤顶安装标高及位置，使其轴线与顶进管道轴线平行。

(4)导轨安装前，首先用经纬仪在井内放出管道中心线的延长线，并在工作井两端适当位置设置标记，作为导轨安装中心线和管道顶进时测量基线。

(5)按照管道两端高差放出轨道坡度，轨道固定在底板预埋的钢板上。

第二部、顶管工作***

1.顶进***

本工程取水钢顶管主顶装置采用国产400t油缸4只。排水顶管主顶装置采用西德生产的双动作油缸6只，顶力3000kN/只。后座千斤顶总顶力可以根据油压来进行控制，使与最高油压相对应的顶力小于后座允许顶力。把实际顶力控制在10000(取水顶管)、5000(排水顶管)KN以内。每只油缸有其独立的油路控制***，可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。

2.出泥***

出泥***采用TSWA150×9级高压水泵抽水用6寸管输送高压水，长距离顶进时，为增强高压输水的能力，拟在机头处串连增压水泵一台；高压水送至工具管尾部后一路输送至顶管掘进机尾部水力机械设备，另一路分出一根Φ50mm的水管进入掘进机头部高压水枪。高压水枪将正面土体破碎形成泥浆，由水力机械结合排泥不堵泵将泥浆吸出并水平输送排放到泥水池。长距离顶管时，排泥也采用串联接力形式，排泥泵每隔200m设置一台。排泥时，可先将泥浆排入工作井泥浆箱中，然后再启动渣浆泵或备用水力机械进行二级提升。

3.泥浆***

(1)泥浆减阻

用泥浆减阻是顶管减少摩阻力的重要环节之一。如果注入的润滑泥浆能在管子的***形成一个比较完整的浆套，在长距离顶管施工过程中其减摩效果将是十分令人满意的，一般情况摩阻力可由12～20KN/m²减至3～6KN/m²。本工程采用顶管掘进机尾部同步注浆和中继环后面管段补浆两种方式进行减阻。

补浆管一般布置于中继环后面第二节管段及中断环与工具头及后座中间位置，补浆孔按90°设置。每道补浆环有独立的阀门控制。润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土，纯碱、CMC、物理性能指标：比重1.05～1.08g/cm³，粘度30～40S，泥皮厚3～5mm。施工时按土质具体情况调整合适参数。

(2)泥浆置换

顶进结束，对已形成的泥浆套的浆液进行置换，置换浆液为水泥砂浆并掺入适量的粉煤灰，在管内用单螺杆泵压住。压浆体凝结后(一般为24小时)拆除管路换上封盖，再将孔口封堵。

(3)注浆设备

符合物理性能要求的润滑泥浆用BW-200压浆泵通过总管、支管、球阀、管节上的预留注浆孔压到管子与外管土体之间，包住钢管。

4.通风***

在长距离顶管中，通风是一个不容忽视的问题，它直接影响至管内工作人员的健康。为获得理想的通风效果，本工程采用长鼓短抽组合式通风，通风***安装在距掘进机12～15m处，抽风风筒与鼓风风筒分别安装于管内左右两侧，两风筒必须重叠5～10m，抽风机的吸入口在前，鼓风机的排风口在后，并在管道中间配置若干外轴流风扇，向井内排出浑浊空气。

5.供电***

工作井现场由变压器供电，为适应供电要求配置电容补偿柜。输出端电缆分三路，分别供工作井上供电***、井下顶管机头、及井内主千斤顶。

第一路：泥浆间：2×10KW，空压机间：65KW，各工种间：10KW，现场照明：20KW

第二路：后座油泵：2×22KW＝44KW，电焊机：4×10KW＝40KW

第三路：工具头：网格式局部气压平衡255kw(含出泥***)，中继间：11KW，管内照明：10KW

管内供电***配备可靠的触电、漏电保护措施。井上井下与管内照明用电采用36v的低压行灯。现场配电间为适应上述要求，安装600A主受电柜一只，分别输入3只配电屏，经3路分送至各用电部门。

6.通讯与工业电视监视***

为保证顶管施工期间能及时了解顶管进程，掌握顶管头部施工动态，指导安全施工，安装便捷的通讯***。

(1)管内通讯与工作面现场通讯采用HE系列自动电话总机，用机械拨盘式电话机互相联系。电话设置在空压机房、压浆棚；各工种间、中控室、办公室、掘进机、每道中继环、工作井内。

(2)配备2只低照度摄像头，一只安装于掘进机操作台处，监测操作台各项数据；一只安装于工作井内，监测主千斤顶的动作，监视器安装中央控制室，以利技术人员正确指挥。

6.中继间及其自动控制***

(1)组合密封中继间

本工程中继间采用上海基础公司自行研制的组合式密封中继间，其主要特点是密封装置可调节、可组合、可在常压下对磨损的密封圈进行调换，满足超长距离顶管的工艺要求。

(2)中继间布置

本工程中取水管直线段顶管长度639m，顶管共布置3道中继间，中继间拟安装40只250KN油缸，合计最大顶力10000KN，中继间设计允许转角1°，中继间可通过径向调节螺旋丝自由调节，在圆角方向可以根据需要局部或整体调节，具有良好止水性能，每道中继环安装一套行程传感器及限位开关与DK-20自动控制台相连。

中继间布置计算

①掘进机正面阻力N

根据该地区相关工程施工经验，正面阻力按500KN/m²估算。

迎面阻力N＝4863kN

②每米管壁摩阻力：F＝πD·f

F——管壁每延长米摩阻力(KN)

D——管壁外径(m)，D＝3.52m

f——管壁单位摩阻力，取4KN/m²

F＝πD·f＝44.2KN/m

③中继间布置

L＝(K·P－N)/F

P——中继环设计顶力(KN)

N——机头迎面阻力(KN)

F——每米管壁摩阻力(KN/m)

K——顶力系数0.8

L＝(0.8×10000－4863)/44.2＝71m，考虑到第一道中继环的纠偏作用，第一道中继环布置于距头部55m处。

④第二道以后中继环布置L＝(K·P)/F＝181m，取间隔180m布置一道中继环

⑤主顶千斤顶推进长度计算

L＝10000/44.2＝226m

经计算639m顶管共需要3套中继环。由于地质资料不完整，实际中继环安放数量及距离根据现场顶进顶力作相应调整，保证顶管有足够的顶力。

(3)自动控制***

中继环自动控制采用基础公司提供的ZD-20中继控制台进行程序控制，在顶管过程中按摩擦力的大小，由控制台自动发出信号自动控制中继环，中继环控制台通过控制电缆、中继箱、远程传感器及限位装置与中继环油泵自控箱连接，按顶进程序自动控制中继环工作。

中继环自动控制台具有如下功能：

①可以控制各中继环按程序要求自动/手动进行顶管。

②可以按要求改变顶进程序。

③可以按受力情况调整每环顶进距离。

④计算机可以从自动控制台自动取样，设置中继环自动/手动工作，并适时打印各类数据，供技术人员分析。

该***能够满足复杂地质情况下顶管施工控制。

5.2.5顶管方向控制及纠偏

(1)顶管方向控制

地面上按设计提供的井位，采用激光经纬仪轴线进行定向；井上、井下点位传递采用苏光J2经纬仪将顶管轴线标点传递到井下；在后座千斤顶中间的钢质仪器平台上，用激光经纬仪直接读出误差值，供纠偏人员参考进行顶管轴线测量定向。由于沉井内基线较短，控制顶管总长度误差也较大。为此，要求测量人员不论是仪器对中还是后视对点都要精细，必须精心操作。进行管道水准测量时，水准仪器加测斜仪。定时进行顶管轴线及标高复测，防止造成误差，影响质量。顶进过程中，根据测量结果绘制顶管轴线轨迹图。

(2)管道顶进方向纠偏

工具头穿墙时偏差大小直接影响到顶管的质量，所以工具头穿墙时应特别注意，防止工具头下落。开始顶进时要加强观测，防止出土过多或者产生流沙。确保顶进方向精确。工具头在出洞时，有意识地将工具头头部略抬高0.5～1.0cm左右。

顶进过程中坚持勤测勤纠原则。每顶进一定距离(不大于1m)，测量一次工具头轴线及标高偏差情况。用电话通知工具头纠偏人员。纠偏人员依据工具头存在的偏差角度，冲泥仓泥面情况，前几个冲程的偏差数据等资料可输入微机，由微机进行综合分析后，由纠偏程序给出各油缸纠偏力大小，进行纠偏。

坚持小角度纠偏。每次纠偏角度要小，每次纠偏角度宜为10′～20′，不得大于0.50度。

纠偏操作中不能大起大落。如果在某处已经出现了较大的偏差，这时也要保持管道以适当的曲率半径回到轴线上来。避免管道产生过大的弯曲应力。必要时可就地采取措施，将工具头纠正后再行顶进。

5.2.6机械设备及劳动力计划

1.主要施工机械设备计划表

2.劳动力计划

序号	名称	人数
			1	起重工	2
2	机、钳工	3
			3	电工	2
4	电焊冷作工	10
			5	测量工	2
6	泥浆工	2
			6	普工	40
合计		61

第三部分 顶管施工技术质量、安全保证措施

顶管施工技术质量保证措施

1.洞口加固及顶管穿墙措施

顶进前所有顶进设备及顶管工具头必须全部安装就位，设备需试运行。为确保出洞时的绝对安全，洞口外侧需要进行加固。如果洞口外侧没有进行加固，则通过闷板上的注浆孔进行压密注浆加固，起到挡水隔泥作用。确保出洞安全后，才能拆除闷板。闷板拆除后，随即安装穿墙止水装置。这种穿墙止水装置的特点是用复合橡胶止水，根据水头压力来选择一至三层复合橡胶，而且止水橡胶预先装入穿墙管装置***，既能平面止水(闷板与法兰间)，又能轴向止水(管段与穿墙管间)。当工具管穿墙时，闷板开启，工具管进入穿墙管即能达到止水目的。

2.工具头出洞防沉措施

工具头出洞时可能会由于沉井下沉时周围土体被破坏或在出洞时洞外泥水流失过多，造成出洞时工具头因自重大而下沉。工具头就位后，将机头垫高5mm，保持出洞时工具头有一向上的趋势。出洞时观察工具头的状态，一旦发现下沉趋势，立即调整后座主推千斤顶的合力中心，用后座千斤顶进行纠偏。洞口外侧进行加固措施，防止下沉。

3.顶管穿越加固区和障碍物

顶管出洞后不久即需穿越加固区。取水顶管需要穿越高压旋喷加固区域，排水顶管需要穿越深层搅拌桩加固过的土体。此时可根据实际情况采用高压水枪冲或人工凿除的办法，如果加固土体很硬的话就需要采用风镐、钢钎等设备在工具头内部凿除加固土体。如果在凿除过程中有水或砂涌入，就需要在顶管工具头头部内加局部气压，通过气压平衡水土压力，防止水土流失造成地面沉降，人再通过附加气闸段进入顶管工具头前部进行凿除施工，保证顶管顺利穿越。

顶管在顶进过程中如果碰到地下不明障碍物，同样采用在顶管工具头内加局部气压，人员通过气闸段进入头部附加气压环境，再根据障碍物大小的情况采用人工破碎后小块取出或整块取出。

4.初始顶进防后退措施

由于出洞口深度较深，在初始顶进阶段正面水土压力远大于管周围的摩擦阻力。拼接管子时主推千斤顶在缩回前必须对已顶进的部分与井壁进行固定，否则管道发生后退会导致洞口止水装置受损，因此初始顶进的管节在主推千斤顶退回前在管节后部的发射架上增加一个限位，直至钢管外壁摩阻力大于工具头正面水土压力后取消限位。

5.管道抗扭转措施

顶进过程中由于周围土质的变化，纠偏的影响及管内设备的不均匀性会造成推进时管道发生不同程度的扭转，直接影响到施工质量。主要采用以下措施，降低作用在顶管上的扭转作用。

(1)在管内设备及管道安装时，根据重量平衡原理，在安装设备及管材的另一侧配以相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡。消除人为造成管道扭转的因素。

(2)顶进时在工具头及每个中继环处设有管道扭转指示针。一旦发现微小的扭转即用单侧加压配重的方法进行纠扭。并配备30t压铁，单块重量为25kg。

工具头若发生扭转，则将左右两只抗扭转翼板向外推出。推出越长，抗扭力矩就越大，当工具头平衡时则缩回翼板。

6.顶管轴线控制措施

顶管要按设计要求的轴线、坡度进行。主要是工具头测量与纠偏的相互配合。纠偏是完成管道线型的主要手段，按照以下原则进行。

(1)勤测勤纠：即每顶进一段距离，测量一次工具头轴线及标高偏差情况。用电话通知工具头纠偏人员，纠偏人员再将工具头现在纠偏角度、各方向上千斤顶的油压值、轴线的偏差等报给中控室，输入微机。微机将显示出纠偏方法、数据，进行纠偏。

(2)小角度纠偏：每次纠偏角度要小，微机每次指出的纠偏角度变化值一般的都不大于0.5°，当累计纠偏角度过大时应与值班工程师联系，决定如何纠偏，此时应特别慎重。

(3)纠偏操作中不能大起大落，如果在某处已经出现了较大的偏差，这时也要保持管道轴线以适当的曲率半径逐步地返回到轴线上来，避免相邻两段间形成的夹角过大。

7.减阻泥浆管理及控制

顶进时应贯彻同步压浆与补浆相结合的原则，工具管尾部的压浆孔要及时有效地进行跟踪注浆，确保能形成完整有效的泥浆环套，管道内的压浆孔进行一定量的补浆孔，具体补浆孔位位置设置于中继间后面一节管节及二道中继间中间管道位置上，补压浆的次数及压浆量根据施工情况而定。压浆时必须坚持“先压后顶、随压随顶、及时补浆”的原则。为保证润滑泥浆的稳定，确保泥浆满足施工要求，每拌泥浆应进行测试，浆液质量指标一般按PH值9～10，析水率<2％。

V＝π(D₁ ²—D₂ ²)/4

D₁—工具管泥浆槽外径(m)，D₂—管节外径(m)

本工程中每延长米注浆量为V＝0.35m³/m。

安全保证措施

1.安全保证管理体系

项目经理作为项目生产安全地第一责任人，全面负责项目各项安全管理工作的实施。项目安全工程师检查工程施工过程中各项安全措施到位情况。安全员、项目管理人员以及各工种的班组长，对自己所负责施工内容进行直接进行安全管理。

2.重点工作安全措施

(1)管内通风

由于本工程属于长距离顶管，管内空气流通不畅，并且顶管穿越的土层，可能存在沼气等有害气体，为保证作业人员的健康，需采取有效措施排除有害气体。管内采取抽吸式通风方式，采用空压机将新鲜压缩空气送至工具头部；排气采用管内设置三道轴流风机排气，保证浑浊空气及时外排。在工具头内及管道每30m处设置有毒有害气体报警装置，同时按管内施工人员数量配备足够的氧气面罩，以备急用。建立健全管内动火制度，中继环处配置干粉灭火机及泡沫灭火机，管内施工员人不允许吸烟，管内动用明火施工必须开具动火证明且专职安全员在场监督。如果发现开挖土体含大量沼气，且浓度较高时，立即停止顶管施工。会同工程技术人员制定详细、周密的施工方案，报监理、业主同意后方可继续施工。

(2)顶管用电安全

因本工程为长距离顶管，虽然采用高压水作为动力，但管内用电也必须注意安全。管内供电***必须配备可靠的触电、漏电保护装置。井上井下与管内照明用电采用36v的低压行灯。施工中应保证高压电缆、配电箱具有良好的绝缘性能，电缆接头应连接方便可靠，电器设备的检修维护必须有专人负责。同时作业人员必须具备高压电操作技能，做到持证上岗。

(3)管节吊运

顶管施工中顶管管节需在地面吊运入井，垂直运输频繁，且顶管自重、体积较大，因此施工中应严防吊运操作不当伤人。起吊行车等设备有限位保险装置，不超负荷工作并定期检修：行车操作由专人持证上岗：吊装时，施工现场有两名指挥，井上下各一名：定期检查料索具，发现断丝超标、钢丝绳棱角边损坏等现象，及时报废更换；同时加强施工人员教育，严禁向下抛物。

3.一般安全措施

(1)施工现场、井内及顶管内照明要充足。安全用电，顶进阶段必须有电工值班，检查电缆、电线绝缘情况，电器装置，空气开关，漏电开关，接电装置是否良好

(2)上下的临时爬梯要安装牢固并注意加固，井上要设围护，防止杂物坠落伤害井下工作人员，造成事故。

(3)组织安全技术交底，明确各自责任，使每个操作、指挥人员在工作中有头绪，每班安排安全员跟踪监护。严格执行有关的安全技术规范及规定施工，严禁违章操作。

(4)电箱、开关箱使用BD型标准电箱，电箱内开关电器完整无损，接线正确，电箱内设置漏电保护器，选用合理的额定漏电动作电流进行分级匹配。配电箱设总熔丝、分开关、零排地排齐全，动力和照明分别设置。金属外壳电箱应作接地或接零保护。开关箱与用电设备实行一机一闸保险。同一移动开关箱严禁有380伏和220伏两种电压等级。

(5)安装、维修或拆除临时用电工具，必须由电工完成。

(6)对取、排水顶管轴线两侧15m范围内的管线，建(构)筑物，地表变形等相邻环境进行监测。一旦发生异常情况，立即组织技术人员解决。

环境保护

主要废弃物为顶管施工产生的大量泥浆，顶管长度较长，产生的泥浆量也十分巨大，如不能够及时处理将可能对周边环境产生较大影响。在堤外靠近排水口施工围堰处设置泥浆沉淀池，施工产生的泥浆输送至沉淀池，经三级沉淀后，上部清水外排。下部沉淀的泥土因不含污染性废物，采用挖泥船挖除，并倾倒至海事部门指定区域，避免污染环境。

文明施工

(1)做到“两通三无五必须”。两通：施工现场人行道畅通；施工工地沿线单位出入通道畅通。三无：施工中无管线事故；无重大伤亡事故；施工现场周围道路平整无积水。五必须：施工区域与非施工区域必须严格分隔；施工现场必须做到挂牌施工和管理人员配卡上岗；工地现场施工标必须堆放整齐；工地生活设施必须清洁文明；工地现场必须开展以创建文明工地为主要内容的政治思想工作。

(2)在现场人员中广泛开展“七不”宣传，争做文明市民。

(3)要防止泥浆、污水、废水和其它混浊废弃物流入下水道或河道。施工中各类垃圾应堆置在规定地点及时处理，不得倒入河中和居民生活垃圾容器。实现施工区域、生活区域的标准化。

(4)成立文明施工小分队，按规定组织文明施工建立文明施工管理责任制开展文明施工达标活动。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种顶管施工工艺，用于穿过大提的顶管施工，其特征在于，包括以下步骤：

S1施工前，对大提上，设计有施工的取水顶管和排水顶管处分别进行土体加固；

S2大提施工前，在大堤的堤身以及坡角处，分别设置矩阵式的监测点；

S3顶进施工：通过工具头分别进行取水顶管和排水顶管的顶进，初始顶进速度为8-12mm/min，正常顶进速度为20-30mm/min，且进行土体加固后的大提位置，其出土量为102％-110％；

S4纠偏测量及施工：在步骤S3顶进施工中，每顶进小于1m的距离时，进行一次偏差测量，如偏差测量结果大于偏差标准，则进行纠偏施工。

2.根据权利要求1所述的一种顶管施工工艺，其特征在于，所述步骤S1施工前，对大堤上，设计有施工的取水顶管处进行土体加固具体为：采用旋喷桩进行加固土体，所述加固土体的加固厚度为7-9m。

3.根据权利要求1所述的一种顶管施工工艺，其特征在于，所述步骤S1施工前，对大堤上，设计有施工的排水顶管进行土体加固具体为：对于顶管过堤段，在大堤坡角背水面设置水泥搅拌桩构成加固墙，所述加固墙的厚度为3-5m。

4.根据权利要求1所述的一种顶管施工工艺，其特征在于，所述步骤S2中具体为在大堤堤身的有效监测范围内，设置矩阵式的监测点。

5.根据权利要求4所述的一种顶管施工工艺，其特征在于，所述有效监测范围为：以距离顶管轴线两侧30-33m的距离分别构成有效监测范围的竖向端部极限，以堤身顶管顶进距离的两端，分别构成有效监测范围的横向端部极限。

6.根据权利要求5所述的一种顶管施工工艺，其特征在于，所述步骤S2中还包括在所述有效监测范围内，每隔5m，设置沉降点，所述沉降点的数量至少为14个。

7.根据权利要求6所述的一种顶管施工工艺，其特征在于，所述14个沉降点中，至少4个所述沉降点分别布置于检测范围的竖向极限的两端以及横向极限的两端，其余沉降点，分成两组，均匀设置于顶进施工位置处。

8.根据权利要求1所述的一种顶管施工工艺，其特征在于，所述步骤S4纠偏测量及施工中，还包括利用中继环辅助纠偏施工进行纠偏。

9.根据权利要求1所述的一种顶管施工工艺，其特征在于，所述步骤S2大提施工前后以及步骤S3顶进施工前，还包括通风施工，所述通风施工为在距离顶进施工12-15m处，安装长鼓短抽组合式通风***。

10.根据权利要求1所述的一种顶管施工工艺，其特征在于，所述步骤S4之后还包括施工后的泥浆置换，所述泥浆置换为对大提下90m顶管段，通过水泥、粉煤灰或水玻璃中的一种进行泥浆置换。

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