顶管施工方案

一、工程简述

该工程处于南京市河西新区在建工程滨江大道西侧，全长279米。工程内容包括提升泵站1座（兼顶管工作井，以下称1#井），工作井（Y20-A/BJ，以下称3#井）与接受井（Y19-A/BJ，以下称2#井）各一座。沉井采用钢筋混凝土结构，其结构形式有圆形、矩形两种;1#井、2#井、3#井壁厚分别为0.8米、0.5米、0.6米，2#井下沉深度最大，为12.35米。顶管管材采用直径1米(0.8米)的钢筋混凝土预制管材，壁厚0.1米(0.085米)。拟建顶管要穿越油棉路、既有红旗河道；最大埋深近10米。

地基土类别为III类，顶管最大穿越长度为107m，设计管底标高最底为-3.1m。 二、施工环境、水文及地质

拟建顶管穿越油棉路与既有红旗河道；同时既有红旗泵站即将施工，在施工场地布置上可能和提升泵站相互挤压，造成施工场地狭窄。 顶管穿越地段地形地貌及地质情况基本情况如下：

地形地貌：本工程沿线均处于长江漫滩地貌单元之上，目前场地内主要为农田、鱼塘及原有道路等。地势基本平坦，地面高程5.7~8米。

地质：沿线处于长江漫滩之上，经勘探表明，线段内表层人工填土较为复杂，其下在勘探深度范围内均为长江冲淤积成的土层，土层分布变化较大，详述如下： 1、表层人工填土厚度在0.4~6.6m，其中○1~1层主要分布于线北段，为原居民区填积，填料为碎砖混亚粘土，密实性较差，南端○1～1层为新近堆积，厚度较大（最厚处达5.8m），密实性差，线段内水沟、水塘密集分布，底部均分布有○1～2层淤泥质填土，密实性极差，○1～3层素填土局部表层为种植土，密实性差，其主要以亚粘土为填料，软塑状态。

2、填土之下主要为饱和的软土，强度，压缩性高，据河西已有资料，属正常固结土，线段内河漫滩表层“硬壳层”为软塑状态，主要分布于线段北端，厚0.7~2.7m，大部分线段处缺失。

3、线段内冲积成因的○2～4层粉砂层，埋深变化较大（13.0～大于20.0m）在勘探深度范围内，成不连续界面分布，属稍～中密状态。

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 水文：本标段属于长江水系，段内水网发达，沟渠纵横，地下水出露早。经检测，水对混凝土无侵蚀，可做施工用水。

工程特点：本标段工程特点是，顶管埋置较深，穿越底层复杂多变，根据红旗河桥基坑开挖实际情况，地表5米以下有一粉沙层，此地层将对沉井及顶管施工产生相当大的影响，如处理不当，将影响施工安全及既有构筑物的安全。 三、施工组织

施工任务的划分：为了优质高效按期完成本工程的任务，拟组建两个作业队，即沉井作业队、顶管作业队，分别负责沉井、顶管相应工序的施工。各作业队采取明确分工、相互协调、分项包干、流水作业的施工布置。

沉井作业队有相应的木工、混凝土工、钢筋工、沉井开挖班组等组成，负责沉井立模、混凝土浇筑、钢筋绑扎、沉井下沉等工作。沉井工作应于先期首先完成。

顶管作业队由相应的工程师、技工、测量工、机械工程师配以一定的普通工组成，负责顶管设备调试、保养、安装、顶进、拆除以及扫尾工作。

施工准备：

1、根据施工图，组织施工与技术管理人员现场勘查，调查施工范围内的地理环境、水文地质情况，确定临时道路的位置及走向，调查地下管线分布情况，调查地面建筑的分布情况及可能的地下障碍物情况。

2、对可能出现地下障碍物的地段，采取挖探坑等方法，尽可能在开工前摸清其分布位置、埋置深度等情况，并对其可能产生的不利因素进行预测和评估后，采取相应措施加以避免。

3、提前对沉井下沉、顶管施工过程中对既有建筑物安全先进行评估，并提出解决方法。

4、沉井及顶管施工产生的泥浆需进行外运，在沉井周围修建泥浆池贮存泥浆，以减少泥浆外运产生的周转时间。 四、主要工作内容

1、沉井3座。 2、顶管279米。 五、工程施工目标规划

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 1、质量目标

施工中严格按《给排水管道工程施工及验收规范》GB50268-97进行质量检验和评定，接受业主及监理工程师和南京市市政工程质量监督站的监督检查。工程质量检验评定结果合格率达到100%，确保优质工程。

2、工期目标

我部计划该单位工程施工工期为120天，计划于2004年12月1日开工，2005年3月1日竣工（以监理批准的开工日期为准）。

3、安全生产目标

工程贯彻“安全第一，预防为主”的方针，施工过程中杜绝重大人身伤亡事故，轻伤负伤率控制在0.27‰以下。

4、机械设备配置详见附表1 六、临时设施用地规划

由于施工现场采用流动作业，根据施工需要现场搭建临时设施，具体位置由现场协调决定，拟在每座沉井附近设临时钢筋加工棚及临时材料库，以便于就近施工。 七、施工方案

顶管施工顺序：工作井测量定位——挖表土——素混凝土垫层——扎筋立模——浇注混凝土——养护——下沉——平台制作——安装——顶管设备安装——掘井机安装调试——顶管作业——接受井启封。

总体施工方案：沉井采用现场浇筑、管井预降水、排水下沉；根据地质报告，顶管采用泥水平衡方案进行施工，同时采用触变泥浆进行减阻，若顶进困难，采取中继间接力顶进；明开挖地段，采用机械开槽、彩钢瓦围护全封闭进行施工。 （一）、沉井制作

沉井制作前，应先在设计位置挖好基坑，基坑标高根据现场情况而定；基坑底部沿四周设置2‰坡度的排水沟，四角设集水坑，集水坑深度比四周沟的深度深500毫米以上。刃脚底模采用现场砖砌内模，先将软弱地基土挖除60cm，分层换填沙砾夯实，表层浇捣10cm素砼垫层。 1、模板工程

沉井内外模采用组合钢模，采用5×5cm方木作竖向围檩，D48钢管作背带（两根

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 钢管相并），沿周间距不大于1m。内外模竖向围檩每50~100cm间设一道φ16拉杆（低密上稀），同时用φ16圆钢作外模板箍筋，箍筋沿外周每隔50cm~100cm间设一道（低密上稀）。沉井内搭设临时加固支架，以加固内侧（对撑），对于圆形内模，横向钢管将弯曲后与内模相抵触，做为内模横撑，以达加固效果，横纵支撑间距均不得大于1m。

1)、模板及支架：

保证工程结构和构件各个部分形状及尺寸和相互位置的正确，具有足够的承载力、刚度及稳定性，能可靠承受新浇混凝土的自重和侧压力，以及在施工过程中的所产生的荷载。

构造简单，装拆方便，满足钢筋的绑扎、安装和混凝土的浇注、养护等要求。模板的接缝确保不漏浆。

模板与混凝土的接触面满涂脱模剂。 2）、模板的配模及安装

竖向模板和支架的支承部分：当安装在载基土上时应加设垫板，且基土必须坚实并有排水措施。

模板及支架在安装过程中必须设置防倾覆措施。采用分节脱模时，底模的支点应按模板设计设置，各模板应在同一平面上，错缝相差不大于3毫米。

固定在模板上的预埋件及预留孔不得遗漏，安装必须牢固，位置准确，其允许偏差应满足相应规范要求。内模在混凝土强度能保证混凝土表面不发生塌陷或裂纹时方可拆除。

3）、模板的拆除

现浇结构的模板及其支架拆除时的混凝土强度，需符合设计要求且满足以下规定，侧模在混凝土能保证表面及棱角不因拆模而受损坏后，方可拆模。

拆模的顺序：先安装的后拆，后安装得先拆；先拆支承，后从上往下拆除模板。 模板拆除后，及时清除模板表面上的灰浆，涂上隔离剂并堆码整齐。已拆除的模板及其支架的结构，在混凝土强度能保证符合设计强度等级后，方可使用其全部荷载；当施工荷载所产生的效应比使用荷载的效应更为不利时必须经过核算，同时加设临时支撑。 2、钢筋工程

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 钢筋采用集中加工，现场绑扎成型。 一般规定：

混凝土结构所采用的钢筋必须符合国家相关标准的规定。钢筋出厂必须有质量保证书，或试验报告单，钢筋表面或每捆必须有标志，进场时应分批对其进行检验。钢筋运输或贮存时，不得损坏标志，并应分批分别堆放整齐，避免锈蚀或油污。钢筋的级别、种类和直径应按设计采用，当需要替换时，必须征得设计院同意，并应符合下列规定：

同种类钢筋的替换，应按钢筋受拉承载力设计相等的原则进行。当构件受抗裂、裂缝宽度或挠度控制时钢筋替换后应进行抗裂、裂缝宽度或挠度计算。钢筋替换后，应满足混凝土结构设计规范所规定的间距、锚固长度、最小钢筋直径、根数的要求。 钢筋的加工：

钢筋的形状、尺寸必须符合设计要求。钢筋的表面洁净、无损伤、油渍、和铁锈在使用前必须清除干净，带有颗粒状或片状老锈的钢筋不能使用。钢筋应平直，无局部曲折。

钢筋的焊接：

钢筋焊接的接头形式、焊接工艺必须符合国家现行规定标准，钢筋焊接接头的试验方法应符合国家现行标准。焊接前必须根据施工条件进行试焊，合格后方可施焊。电焊工必须持证上岗。

轴心受拉和小偏心受拉杆件中的钢筋接头均应焊接；普通混凝土中直径大于22毫米的钢筋和直径大于25毫米的II钢筋均宜采用焊接接头。 混凝土施工：

混凝土采用商品混凝土，其供应方为嘉盛公司，双龙集团为备选公司。混凝土浇筑采用泵送，混凝土运输车运输。浇捣混凝土采用50型振动棒，以解决钢筋过密而振捣困难的问题。

1）、混凝土浇筑前的准备

检查模板及其支撑是否牢固，尺寸及位置是否正确，预埋件位置、尺寸、数量是否符合设计要求。

对隐蔽部位要填好验收、记录、组织复核、报请验收，严格执行混凝土浇灌记录，填好混凝土搅拌通知单，通知搅拌站混凝土标号，抗渗等级、配合比、搅拌量、浇筑时

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 间。

2）、混凝土的浇筑

混凝土应保证输送混凝土的泵能连续工作，泵送前先用与混凝土内除粗骨料外相同的水泥砂浆润滑输送管内壁，预计泵送间歇时间超过45分钟或混凝土出现离析现象时，立即用压力水或其他方法冲洗输送管。

混凝土自高处倾落的自由高度，不应超过2米，在浇筑竖向结构混凝土前，应先在底部填以500-100毫米厚与混凝土内砂浆成分相同的水泥砂浆；浇注中不得发生离析现象。当浇筑高度超过3米时，采用串桶、溜槽、或震动溜管使混凝土下落。

在降雨时不宜浇筑混凝土，当需要浇筑时，必须采取有效措施，确保混凝土质量。混凝土浇筑应连续进行，当间歇时，其时间应控制在前层混凝土凝固之前。混凝土运输、浇筑、及间歇时间不得超过120分钟。

采用插入式振捣时注意：每振捣一点的延续时间，应使混凝土表面呈现浮浆和不再沉落，捣实混凝土的移动间距，不应大于其作用半径的1.5倍，振捣器与模板的距离不大于其作用半径的0.5倍，并应避免碰撞钢筋、模板、蕊管、预埋件等，振捣器插入下层混凝土的深度不应小于50毫米，在混凝土浇筑过程中，经常观察模板、支架、钢筋、预埋件和预留孔洞的情况，当发现有变形、移位时，应立即采取措施进行处理。

施工缝位置应在浇筑以前确定，并宜留置在结构受剪力较小并便于施工的部位，在施工缝处浇筑混凝土时应符合下列规定：

已浇筑的混凝土，其抗压强度不小于1.2MPa。

在已硬化的混凝土表面上，应清除水泥薄膜和松动的石子以及软弱混凝土层，并加以充分湿润和冲洗干净，不得积水。

混凝土应细致捣实，使新旧混凝土结合紧密。施工缝的混凝土表面应凿毛，在继续浇筑混凝土前应用水冲洗干净后，在混凝土表面上抹一层10-15毫米厚的与混凝土成分相同的砂浆。

对已浇筑完的混凝土，应加以覆盖和浇水，并应符合下列规定： 1应在浇筑后12小时以内对混凝土加以覆盖和浇水。 ○

2混凝土的浇水养护时间不得小于7天。○浇水次数应能保持混凝土始终处于湿润状态。

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 3当进入冬季施工时，具体操作应满足冬季施工各项要求。 ○

（二）、沉井下沉操作方法和处理措施

1#~3#沉井均分三节浇注，分节接缝处按施工缝处理，即根据设计要求，在新浇砼前将施工缝凿毛，洗刷干净，先铺上与砼内砂浆成份相同的砂浆一层，然后再浇新砼。 1、下沉准备工作

1）下沉前进行结构外观检查、评定、检查混凝土强度等级是否符合设计要求；下沉前所有预留空洞用钢板封堵，当孔径小于1米时采用8毫米厚，大于1米时采用10毫米厚钢板，并用角钢加筋支撑，同时对洞口用粘土和砖密实填筑。顶管钢套管应采用盘根止水穿墙套管。

2)刃脚垫架的拆除砖垫架的拆除应在刃脚达到设计强度的100%，井身混凝土达到设计强度的70%后进行，拆除工作应对称同步进行，每拆除一段后，刃脚下应立即用中粗沙填实，在刃脚外侧应填筑成适当高的小沙堆，并分层夯实使下沉重量传给砂垫层，拆除时要加强观测。

3）不排水下沉：用高压水泵将高压水流通过进水管分别送进沉井内的高压水枪和水力吸泥机，利用高压水枪射出的高压水流冲洗土层，使其形成一定稠度的泥浆流至集泥坑，然后用水力吸泥机将泥浆吸出，从排泥管排出。在沉井附近设独立沉淀池(拟建设8m×5m×1m)，将泥浆沉淀后外运。

4）测量控制与观测

平面位置控制方法（经纬仪检查）：将经纬仪架设在井外部地面的中心控制点上检查设在沉井顶部的中心控制线，沉井顶部的中心控制线必须在每节井段混凝土下沉前测设到井口上。

高程控制方法（水准仪检查）：沉井下沉前，用水准仪实测各标高控制点的井壁高度，计算该点的设计标高，下沉中实测各点的高程，计算出下沉高度和倾斜度。

垂直度控制方法(垂球法检查)：沉井下沉前，在沉井内壁上弹出垂直轴墨线，上端挂线垂，下端安装标板。沉降观测和挖土过程中以控制垂直度为主，通过控制单向井壁垂直度之差（不大于30毫米）来保证沉井的平面位置、和刃脚高差（即保证刃脚均匀下沉）。沉井下沉过程中加强平面位置、垂直度和高程的控制观测，每班实测二次，接近设计高程时加强观测，每2小时测一次，以防超沉，设专人进行观测并进行记录，如

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 有倾斜、位移、扭转，及时通知值班班长指挥人员纠正，使偏差控制在允许范围以内。

5）沉井下沉注意事项

沉井下沉位置正确与否，初始阶段的下沉质量尤为重要，要特别注意保持其平面位置与垂直度的正确，以免继续下沉时不易调整。

在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，周边开挖深度应小于30厘米或更薄一些，避免发生倾斜。在离设计标高20厘米左右应停止取土，依靠自重下沉至设计标高。

6）、沉井封底方法和处理措施 稳定性控制：

（1）沉井下沉到距离设计高程0.2米停止井内挖土和抽水，让其靠自重下沉到设计高程或接近设计高程，再经2~3天下沉稳定，或经8小时累计下沉量不大于10毫米时，即可进行沉井封底。

（2）待混凝土强度达到设计强度的70%后，再进行钢筋混凝土底梁的施工。 （3）在沉井下沉结束以后，为了方便顶管施工及安全措施，在井外砌筑50砖墙至地面，然后在井外回填素土至原地面。在顶管施工结束后，进行提升泵站及盖板施工（盖板提前预制）。

沉井下沉施工常见问题及处理方法 （1）下沉困难：

处理办法：在沉井顶部加荷载；清理刃脚下的土，同时考虑适当降低井内水位，减少浮力影响。

（2）下沉过快（下沉速度超过挖土速度，情况异常）：

处理方法：重新调整挖土，在刃脚下不取或部分取土；在沉井外壁间填粗颗粒材料或将井筒外的土夯实，加大摩阻力，如沉井外部的土液化产生虚坑时，可填碎石处理。亦可增加井内水位，提高沉井下沉时的摩阻力。 （3）突沉(沉井下沉失去控制，出现突然下沉现象)：

处理方法：适当加大下沉系数；控制井内取土不要太深，避免掏空刃脚。同时注意水位不可过低。

（4）倾斜（沉井垂直度超过允许偏差）：

处理方法：加强沉井过程中的观测和资料分析，发现倾斜时要及时纠正；在刃脚高

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 的一侧取土，低的一侧少取或不取，待正位后再均匀分层取土；在井外深挖刃脚高的一侧取土，回填到刃脚低的一侧，增强倾斜面的摩阻力，在井外刃脚高的一侧射水或开挖，增加偏心荷载，施加水平外力。

（5）偏移（沉井轴线与设计轴线不重合，产生一定偏移）：

处理方法：控制沉井不向偏移方向倾斜；有意使沉井向偏移的相反方向倾斜，当几次偏移纠正后，即可恢复到正确位置；有意使沉井向偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至刃脚中心线与设计位置相吻合或接近时，再将倾斜纠正；同时加强检查复核工作。

（6）障碍物（沉井被地下障碍物搁置或卡住，出现不能下沉的现象）：

处理方法：遇较小孤石，可将四周土掏空后取出；遇较大孤石或大块石等，可用风动工具或松动爆破方法成小块取出；炮眼距离刃脚距离不小于500毫米，其方向需与刃脚斜面平行，药量不得超过200克，并设钢板保护，不得采用裸露爆破；钢管钢筋等用气割割除后取出；或采取潜水员下潜，进行水下清障工作。 （7）超沉（沉井下沉超过设计深度）：

处理方法：沉井将沉至设计高程0.8米至1米时，应加强观测；同时保证井内水位高于井外水位1~1.5米，此时在水下进行清底，以防沉井过渡下沉；沉井下沉据设计高程0.2米时，停止对井内取土，使其完全靠自重下沉至设计高程或接近设计高程。 （三）顶管施工方案 1、本工程工程顶管施工特点 1)、穿越的地质情况复杂

管道穿越在第②层淤泥质粘土,第②-3粉质土间,此时各层土的密度程度和透水性均不相同；上下顶进方向不好掌握,顶进轨迹容易跑偏。在流塑状的淤泥质粘土中顶进，管道上方土层易产生塌方，土体平衡控制的难度大。 2)、质量要求高

规范要求，掘进方向、高程的偏差≤±40mm，作为长距离顶管工程，要求顶管掘进机控制方向的能力强。顶管掘进机必须有强的稳定开挖面的能力，应具备覆盖挖掘面的刀盘式机械平衡土体的功能。 3)、工期短、月进度要求高

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 为配合滨江大道下沉式道路排水工程，顶管工程计划总工期为120天，考虑制作沉井、顶管掘进机，运输、组装所必须的时间，实际顶进的时间仅40天左右，且要完成穿越复杂地层的任务，因此要求顶管掘进机有较高的顶进速度和好的施工稳定性。 2、顶管掘进机的选型

根据上述工程条件、施工特点，由于开挖面地层为流塑状，土体的含水量丰富，本工程采用的顶管掘进机必须是密闭型顶管掘进机，如机械式土体平衡装置。综上所述，我部认为本工程的长距离顶管从安全、高效考虑，采用机械式土压平衡泥水加压顶管掘进机能够适应本工程。 3、顶管施工工艺

顶进施工工艺流程（见附图1） 4、顶管设备就位、安装、调试 1）安装导轨

A、导轨安放在混凝土基础面上，导轨定位后必须稳固、正确，在顶进中承受各种方向和负载不移位、不变形、不沉降。

B、导轨安放前，先复核管道中心位置。

C、导轨与管道接触位置的平行度、等高等参数由制作时保证，但在安装时必须复核。导轨接触管道位置的标高应按管道设计标高设置，在顶进中应经常复核调整，确保顶进轴线的精度。导轨设置坡度与设计轴线相同。

D、顶进工作坑的混凝土底面的标高应为沟底标高减去导轨构造高度和10mm左右调整钢板的厚度。

E、导轨与管道的两条接触线与管节中心的夹角应为60°，由制作和轨道调整共同保证。 2)设置承压壁

A、承压壁应承受和传递全部顶力，必须具有足够的强度和刚度，本工程承压壁的设计的承压能力为2500KN。

B、工作井在作承压壁时，将预留的洞口用砖封堵。安装另一侧承压壁时，可使已完成的管道承受顶力。为使承压壁受力均匀，在承压壁与井壁间浇筑找平的混凝土，混凝土强度设计为10cm左右。

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 C、承压壁的平面必须与顶进轴线相垂直，在顶进中随时检查，如有发现倾斜，则必须重新布置，以保证安全。 3）、安装主顶设备

A、主顶设备是指安装在承压壁前方，使顶管掘进机和钢管管节向轴线方向顶进的加力组合装置。

B、千斤顶支架的前端焊接在导轨支架的末端，主千斤顶安放在千斤顶支架上，千斤顶活塞顶在环形顶铁上以均匀的力量推进管节。顶进时可组合千斤顶架上安装四只主千斤顶。

C、数台千斤顶应共同作用，规格一致，行程同步，每台千斤顶的使用压力不大于额定压力，油路必须并联，每台千斤顶均备有独立的控制阀，千斤顶伸出的最大行程应小于油缸行程的10cm左右。

D、油泵站设置尽量靠近主千斤顶，油泵安装应顺直，减少转角，接头不漏油，油泵站应在井口操作间内工作。油泵的最大工作压力不大于32Mpa，应检查限压阀、溢流阀和压力表等指示保护装置，安装完毕后必须进行试车，在顶进中应定时检查维护。

E、环形顶铁外径必须与管道直径一致，利用环的外部推动管节，为增加强度、刚度，可增加厚度和内径方向的尺寸。马蹄形顶铁必须符合要求，刚度大，受力后不变形，相邻面垂直，排列不扭曲，不脱焊，与导轨的接触面必须平整。 4）掘进机的安装

A、顶管机的尺寸和结构应符合要求，在地面上对整机应作详细检查。

B、起重设备根据选择25t的汽车起重机，起吊前将钢丝绳试放到井内，确保钢丝绳够长度。起吊中应使用专用吊具，保证平稳、缓慢、严禁冲击、碰撞，并由专人指挥。

C、掘进机安放在导轨上后，测定前后端的中心方向偏差和相对高差，做好记录。 D、对掘进机的电路、水路、油路、泥水管路和操纵设备进行逐一连接，各部件连接牢固，无跑、冒、漏现象，对各部分分别调试并进行全面的试运行。 (四)、顶管施工常规技术 1、顶进特殊处理技术 1)洞口土体加固

本工程进出洞口位于地下6~12米，地层为流塑状淤泥质亚粘土，局部地层可能夹

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 粉沙层，地下水丰富，土层无法成拱，这样就给掘进机出洞留下很大困难。但该地层适宜采用加密注浆法加固土体。应对洞口的土体进行加固，使土体的单轴抗压强度达到1~1.5MPA范围内。拟采用压注水泥浆方案。

2）、掘进机出洞时防止回退的措施

本工程覆土深，土层成流塑状，水压力大，出洞初期还必须防止掘进机及前几节管节后退的情况发生。这种情况是全封闭掘进机的全断面上承受的主动土压力造成的，它使掘进机后退的力大于混凝土管周边的摩阻力，当主千斤顶推力撤销后，掘进机后退。上述情况发生后，掘进机前方土体就会发生不规则崩塌，在无法成拱的土层中，土体会沿滑裂面崩塌，上部土体扰动后土压力变小，掘进机顶进时将偏向压力较小的一侧，极易向上爬高。因此出洞时临时防退措施必须考虑周密。在此拟用三只100KN手拉葫芦止退，顶进12米后将措施解除。

2、管节的正常顶进技术

1）管道正常顶进时土体平衡的重要性

管道在正常顶进时，挖掘并排出土体的量为顶管掘进机体积的95%~103%，在这个取土范围内，掘进机对土体的扰动，不会使顶进过程出现偏差，不会出现地面沉降，土体是平衡的。若取土过多，造成土体崩塌，上部压力过小，必然使掘进机上翘，地面沉陷，反之地面隆起。一次保证土体的平衡，不但是保护地下设施的需要，同时也是顶进方向顺直的需要。

2）顶进中操作掘进机保证土体平衡的必要条件

以MEPCB1500型顶管掘进机在顶进中与顶速、切土口、刀盘平动量、刀盘扭矩等参数的关系分析土体平衡的必要条件。MEPCB1500型顶管掘进机的刀盘开口很小，而且配有可自动或手动开启、关闭、调节开口量的切土口，正常工作和停止时，均可有效地支撑土体。整个刀盘是由和刀盘一体的一台油缸支撑着，调定油缸的压力即可预设土压力。刀盘在工作时一直有一台油泵为其供油，调定油缸压力后（即调定土压后），土体压向刀盘的力超过油缸推力时刀盘后退（溢流阀卸油）。土体压向刀盘的力超过油缸推力时刀盘伸出（油泵补油）。前伸的量为±50mm，后退的量为－100mm（该前进、后退的量称为：刀盘平动量）。只要推进速度适当，刀盘就可以保持浮动的平衡状态。

切土口是这样配合刀盘工作的，当以一定速度推进时，土体压力小于预设刀盘压力，

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 刀盘伸出，与此同时，切土口减小或关闭，切土量减小，如果此时顶速不变，土体压力势必上升，使土体保持平衡。反之土压增大、刀盘后退、切土口增大、切土量增大，顶速不变、土压降低、产生新的平衡。这就是该机自动以机械方式平衡土体的原理。

在刀盘自动平衡挖掘面侧向土压力的原理叙述中，始终均假设是速度不变的工况。实际生产过程中，刀盘自动平衡土体的能力是有限的，往往是随刀盘的前伸、后退的变化调整顶速，使挖掘面土体的侧向力保持平衡。确切的说：刀盘自动平衡土压力是微调或缓冲，根据刀盘的运动调节顶速是实际生产中的施工方法。

分析顶进速度、顶力、机头土仓内的泥浆压力、刀盘平动量、刀盘扭矩、刀盘的切土口大小等参数，顶进速度应根据刀盘的平动量及切土口大小确定。顶进中应严格根据预调的刀盘推力顶进，禁止机头超负荷运转。

3）顶进中测量与纠编

A、一般顶距的测量：将地面上各点坐标、高程引入井下后，顶进管道水平、高程的偏差均由激光经纬仪测定，仪器固定在沉井的底板上，计算机控制的激光接收靶固定在机头前端，坐标中心在掘进机中轴线上。顶进时激光经纬仪常开启，机头操作人员通过观察计算机显示屏幕上的激光光斑移动数据及顶进的长度，分析偏差发展趋势，确定应采取的纠偏方法。激光经纬仪必须按规定的顶进长度或测量时间进行高程、水平方向校正，高程方向也可使用连通器在顶进中随时校正。

B、纠偏：管道顶进中的纠偏，突出勤纠、缓纠的原则，勤纠是指对掘进机的方向要勤观察、勤记录，发现微小的偏差，就要采取纠偏措施。缓纠是指用小的纠偏角度，使顶进的掘进机在较长的一段顶程内缓慢回归到设计轴线的位置。正常顶进中可采用“校正”、“恢复”两种方式。“校正”方式是根据机头轴线与设计中心线之间夹角大小，确定是否需要采取纠偏措施。采用“校正”方式时，机头纠偏角约0.3-0.6°。“恢复”方式是由机头位置与设计中心线累计偏差量，确定是否需要采取措施，这时的纠偏角约0.2-0.4°。

C、触变泥浆润滑：泥浆润滑不仅是长距离顶管的需要，而且是减少地面沉降的保证措施之一。在机头尾部及后三节工程管节的每2m处，分别布置一组注浆孔，用一套注浆设备在顶进中专门随顶随注。以后每隔6m 布置一组补浆孔，用另一套注浆设备在顶进中进行补浆，补浆时必须有专门人员巡视。正常顶进时，注浆或补浆均以控制注浆

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 量不主。压浆分两类，分别控制：A机头尾部同步压浆，以形成原始浆套，填充固有间隙和纠偏间隙，操作为随顶随压、先压后顶；B沿线及洞口补浆，以补充管道沿线因浆套失水等原因形成的浆套缺失，该操作在顶进时或停止时均可进行；

为了减小管道外部的摩阻力，必须在管道外围压注触变泥浆。

触变泥浆的压注力和耗量：触变泥浆的压注力应与注入土层的土体压力基本相当，或略大，而触变泥浆的耗量亦应大于或等于地层土体的损失量。

触变泥浆的配比及拌制：采取成品膨润土配合比如下：膨润土：水：碱=100：614：2（重量比）；

泥浆的拌制要均匀。首先将定量的水放入拌制桶内，开动拌和机徐徐投入膨润土，拌合2-3分钟，继续搅拌7-8分钟，即成泥浆制成的泥浆排放入贮浆池12小时，使膨润土、水、碱发生置换作用，形成稳定的泥浆。使用时泵压至管道外围。

为了防止贮浆池内泥浆外流，应间歇地对贮浆池内泥浆进行搅拌。 泥浆的压注方法:

采用在顶管机压浆、中继环补浆的方法，对掘进机压浆要与顶进同步，以迅速在管道外围形成黏度高、稳定性好的膨润土泥浆层。

中继站补浆是在已有泥浆层的基础上改善泥浆层，补充其损失量，掘进机尾部第一压浆孔后的10米设置第一道补浆孔，此后每隔4米要通过管节上的补浆孔补浆，以保证管道处周围空隙充满出变泥浆，补浆始终要坚持从后向前补压和及时补浆的原则。对各层土质，特别要夹砂土层施工时根据其渗透系数充分考虑泥浆的损失，调整注浆压力及注浆量。

泥浆的置换：

每段管道顶进完成后，立即用泥浆置换出来，以确保管道外围土体有足够的支撑和减少渗漏水。

顶管顶进： 最大允许顶力：

顶管中推顶力不仅受设备的制约，而且受工作井后靠土体稳定的允许反力和管材轴向承压力的限制，因此在顶管施工中允许推定理应受诸多因素中的最小允许承载力来决定。

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 管材和接口：

选用符合要求的成套管材，进场时按规范进行验收，不合格品予以清退。 安管前再次检查管子接口的槽口尺寸，橡胶圈和衬板的外观和质地。接管时在接口外均匀涂上抹薄层贵友等橡胶等无腐蚀性的润滑材料以减少摩阻力，承插接管时加力要均匀，保证橡胶圈不移位，不反转，不漏出管外。顶管结束时按设计要求对顶管接口进行处理。

4）中继环

A、中继怎样采取管道顶进的减摩措施，当管道延伸至某一长度时，顶进的顶力大于管道能承受的顶力，管节损坏、管道无法继续顶进。中继接力环技术的应用，能够从根本上限制超过管道最大允许顶力的情况发生。该技术的原理是：中继环在顶进过程中，先由若干个中继环按先后顺序把管子推进一小段距离后，再由主顶油缸推进最后一段管子，这样不断重复，一直到把管子从工作井顶到接收井内。本工程设计的中继环允许推力为8000KN。

中继环安放的顺序是：第一只中继环应放在比较前面一点，因为掘进机在顶进过程中顶力的变化会因土质的变化而有较大的变化。所以当顶力达到中继环推力的40－60％时，安放第一只中继环。以后每当下一区间的管段顶力达到中继环必须启用中继环。中继环接力环应根据实际顶力情况设置。

B、中继环的密封

中继环采用两段无铰的壳体形式，前后壳体间安置两道D型橡胶止水圈，防止环外泥水渗入。我们特别设计了能够在顶进中具有气的压力作用下，起自动补偿的密封作用，密封效果好，此时备用密封圈是不参与起密封作用的，也不会磨损。当工作密封圈因磨损。当工作密封圈因磨损失效时，将备用密封圈顶出，密封地下水继续顶进。

3、进洞方法及掘进机的分离、吊出

本部分工作包括：在接收井搭建托架导轨、洞口止水圈安装、洞口地基加固、机头偏差复测、拆除洞口封门、掘进机进洞吊运等。后三项工序应根据管道顶进长度，有严格的时间、顺序限制，其它可及早做完。

1）洞口止水圈安装

由于地下水的压力大，虽然洞口外侧的土体已加固至1.0-1.5Mpa，但掘进机在推

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 进洞口的过程中，会不可避免地扰动土体，掘进机进洞过程中，地下水在压力的作用下，延着缝隙钻入接收井，因此必须在接收井的洞口的胶圈会有很大的磨损，因此不必安装充气的备用密封圈。安装该止水圈主要强调其密封性，该密封圈除密封地下水外，还要承担密封管道与进洞洞口间隙的注浆浆液的任务。

2）接收井搭建托架导轨

接收井托架的作用是将顶进接收井洞口的顶管掘进机托住，掘进机在托架上仅推行4－5m，工程管节出洞约0.5m，因此该托架无须滚轮结构，用两根32#槽钢，按一定的宽度、接收井的总长度、掘进机出洞口的标高（略低3－5cm），与两侧的洞口止水圈法兰焊好定位，然后在下部、左右两侧固定牢固。

3）进洞洞口土体加固

与出洞口土体加固的理由相同，进洞洞口处的土体同样需要加固，而且加固的强度、加固的径向范围相同，加固的轴向长度应加大，因为掘进机出洞时，在强大推力的作用下，会将近1m长的土塞顶进洞口中，在进洞口外形成空洞。

4）掘进机在距进洞口25－30m时，应对掘进机进行最后的复测。主要目的是：最后确定掘进机与设计轴线及进洞洞口的相对位置，如果此时的偏差不大，可以进行进一步调整、纠偏，同时也为竣工复测积累资料。

5）拆除洞口封门

拆除洞口封门的时间一定要掌握好，一是要等到洞口的加固土体达到强度。二是要待掘进机抵近洞口后，距离为0.5m时进行。

6）掘进机进洞口并吊运

掘进机破洞进入洞口后，为减少土体的扰支时间，可以加快顶速（此时掘进机不旋转、不出土），接收井派专人观察及时与工作井顶进人员联系，防止将管道多顶进接收井，一般管道进井约1.0m即可。待掘进机完全停稳后，立即将掘进机与管道分离，分离时应注意电缆和液压油管的接头。确认完全将掘进机与管道分离后，用吊车轻轻起吊晃动掘进机头，使掘进机与管道脱开，此时必须再次检查分离情况，确认后将掘进机吊井外，运往维修场地。最后将掘进机后用法兰连接的内法兰管节，推进接收井后吊出。

4、顶段的收尾工作

掘进机进入接收井并吊起运走后，管道内还有下列工作要做，拆除各种管道、电缆、

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 中继间滑动连接处注浆加固土体、拆除中继间设备、洞口密封止水等。

1）中继间滑动连接处注浆：中继间的千斤顶应全部收回，千斤顶及密封圈在注浆前不能拆除，仍需它们对中继间进行定位和密封。为保证密封圈在拆除后，中继间滑动密封处不漏水、漏浆，应由中继间的注浆孔向外注水泥、水玻璃双液浆（凝固时间25min）。在注浆时只要中继间密封圈允许（此时应将备用密封圈压紧），注浆压力应达到0.15Mpa，注浆量应控制在每个中继间注0.8-1m3。注浆在各中继环均准备完毕后统一进行。

2）中继间拆除设备：中继间连接处注浆后，在拆除千斤顶前，将所有备用密封圈的固定螺栓松动、工作密封圈气压放尽，检查是否有泥水流出，如漏水、漏泥严重应对注浆处进行补注。然后拆除千斤顶、密封圈运出管道外。

3）焊接两层滑动连接钢板：清理擦干两层滑动钢板的连接处，必要时使用氧气割烤干，按两层钢板的缝隙大小填晒适当厚度、形状的钢板，然后将其焊接牢固后用焊条堆焊成大角度得斜面，最后用手提砂轮打磨光滑成型。由于管道长度大，即使贯通后也会缺氧，故在整个作业面应在良好的通风的情况下进行。

4）洞口密封止水：该工序分两步：一是利用洞口密封橡胶的密封作用（该处密封不能承受大的注浆压力），用较小的注浆压力分几次将水泥、水玻璃浆（凝固时间约5min），注入掘进机出洞时，推出土体形成的空洞内，填充空洞并密封地下水。二是待注浆凝固后，拆除洞口密封圈，将管道与洞口间隙处的注浆剔除约1.0m的深度，用止水胶泥填入并砸紧，最后用形状适合环形钢板与洞口止水圈钢板焊接牢固。 顶管施工的技术要求：

（1）后座安装：安装时必须与后背墙贴紧，与顶管轴线垂直，如不垂直应加后座调整垫，是调整垫与油缸的接触面积垂直于顶管轴线。

（2）安装主油缸时应按操作规程施工，不平行度在水平方向不允许超过3毫米，在垂直方向上不允许超过2毫米。

（3）数台千斤顶使用压力不应大于额定工作压力的70%。

（4）为了减少后座倾覆、偏斜，千斤顶受力的合力位置应位于后座中间，数台千斤顶须分层布置时，其合力位置在管中心以下0-20厘米处，每层千斤顶位置应与环形顶铁相适应。

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 （5）主油缸先计划安装2-4台，油路必须并联，使每台千斤顶有相同的条件，每台千斤顶应有单独的进油退后控制系统，以后视土质和顶力、摩阻力情况增加指数。 （6）千斤顶应根据不同的顶进阻力选用，千斤顶最大顶伸长度比行程少10厘米。 （7）油泵必须有压阀，滤油器，溢流阀和压力表等保护装置，安装完毕后必须进行试出车，检验设备的完好情况。

（8）导轨安装时应复核管道的中心位置，2根导轨必须互相平行、等高，导轨面的中心标高应按设计管底标高适当抛高（一般为0.5-1厘米）。 （9）安装导轨时，要在穿墙管下留出一定空隙，为拼管之用。

（10）穿墙前应对工具管进行检查试验，止水试验应不小于0.2Mpa压力下不漏水方可作用。

（11）液压纠偏系统无渗漏，手动纠偏系统应完好，工具纠偏灵活，测角表要调整为零。

（12）水力机械试运转半小时正常工作，水力冲洗泥运转正常，管路无漏水。 （13）压莤空气管路路接通后试运转，操作室加压试验。 （14）泥浆系统试验合格后方可顶进。 （15）严格按操作规程进行穿墙一系列的工作。

(16) 在顶进前，触变泥浆减租必须先压后顶，随顶随压。如果先顶管后压浆，工具管向前移动时泥浆套的容积扩大，产生抽吸作用，极易造成洞穴的崩塌。特别是沙性土，砂土塌入泥浆套，会使泥浆套残缺不全，摩阻力增加。

（17）在每节管道顶进全过程中，必须测量和控制管道的管底标高和中心线，工作坑内设置水准点，并应在交接班时进行校核。

（18）顶进测量仪器放设时，其视准轴与管道顶进中心线相互一致，以测定管道的中心线偏差，同时整平仪器，以测定管道的管底标高误差，每次纠偏为10-20秒之间为宜。

（19）严格控制顶进速度和正面阻力，尤其是头部在加局部气压时要根据土质情况作适当调整，以不塌方为标准进行施工，每班结束后要灌水加气压。

（20）冲泥不要冲到隔栅外，以免引起塌方，地面沉降等情况，尽量保持原状土的稳定。

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 （21）触变泥浆压送与顶进同时进行，拟将配合比要做试验，按配合比根据不同土质进行适当调整，保持泥浆的稳定性，由于顶管距离较长，工期也相对较长，部分泥浆可能失水，应进行部将措施，保持泥浆减租的良好效果。同时要控制压浆量和压力。 （22）每个注浆孔应安装阀门，注浆遇有遇有机械故障、管路堵塞、接头渗泥时等情况时，经处理后方可继续顶进。

（23）拆注浆管道路，将管道上的注浆孔封闭严密，对全部注浆设备清洗干净。 （24）管道在顶进过程中要控制管道的旋转，各地内的设备和管路要布置均匀。 （25）工具管的纠偏反力不宜过大，顶进方向要严格控制。

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南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案

附图1 顶管施工平面布置示意图

Y20-A/BJ(3#井) 管径100cm,长105m 管径100cm,长107m 提升泵站(1#井) Y19-A/BJ(2#井) 管径80cm,长67m 提升泵站(1#井) 匝道边线 下沉道预留井 新建红旗河中铁四局集团第二工程有限公司 20

南京纬九路工程 沉井及顶管施工方案 顶管施工流程图 附图2

工程开始 测量放样 N 测量放样 Y 基坑构筑 工作坑设备安装 出洞准备 挖土、运土 推 进 N 地面设备安装 注浆材料准备 注 浆 测 量 卸管、接口安装 Y 进 洞 取工具管 全线测量 收 坑 工程结束 中铁四局集团第二工程有限公司 21