1、石井污水处理系统管网工程-江高西北片区一期顶管专项施工方案（泥水平衡法） 第一章 编制依据和工程概况一、编制依据1、广州市净水有限公司所提供设计图纸、招标文件；2、给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-2008）；3、给水排水构筑物工程施工及验收规范（GB50141-2008）4、市政排水工程质量检验标准CJJ-90；5、混凝土和钢筋混凝土排水管 （GB/T11836-2009）；6、施工现场临时用电安全技术规范JGJ46-20057、顶管施工技术 余彬泉、陈传灿编著 人民交通出版社8、 国家有关法律法规及广东省人民政府、地方人民政府及其所属有关部门在施工安全、工地治安、人员健康、环
2、境保护及土地租用等方面的具体规定和标准。9、建设同类及类似工程的施工经验及用于本合同段施工队伍的施工设备和技术力量情况。二、工程概况本工程拟建设污水管道约2.893km，主管管径D500D1000管道，限流管管径D300D400，管材主要为：DN500采用HDPE管，倒虹管采用钢管，顶管采用级钢筋混凝土管，其余采用级钢筋混凝土管。施工方案为明挖和顶管结合施工。顶管工作段为WC22WC25长113米，WC25WC29长164米。顶管矩形工作井尺寸为7米4.9米，圆形接收井尺寸为7米。根据设计图纸顶管共2段共设顶管工作井1座，接收井2座，工作井设于WC25，接收丼设于WC25、WC25。地质情况：
3、根据地质报告中间成果，详见附件：钻孔柱状图本工程顶管方式采用泥水平衡法。第二章 工程特点和施工前的准备工作一、工程特点1、本工程平面位置按排水工程管道走向依次布置，施工线路较长，施工放线及结构的模板、钢筋施工的方案必须周密，重点控制。2、由于本工程为全现浇钢筋混凝土结构，因此混凝土质量直接关系到结构的安全和质量情况，因此必须确保混凝土的工程质量。3、本工程施工历经雨季，所以抓好雨季施工是重点。4、本工程施工场地要根据工程施工需要迁移，在每相临两座工作坑之间进行流水施工是本工程的施工特点。5、本工程顶管位于挖方区，埋置较深。二、施工前的准备工作 1、进行施工测量和现场放线工作。2、确定管线范围内
4、及施工需用场地内所有障碍物，如管线、电线杆、树木及附近房屋等的准确位置。3、按施工平面布置图修建临时设施，设置装、运临时用水的设施、安装临时用电线路，利用工作井内集水井进行机械排水。4、进行顶管所用设备的加工制作。5、根据顶进长度，准备好各类管线和所需的辅助物（固定架等）。三、 技术准备1、进行施工技术交底工作。2、做好定位点控制，施工测量和现场放线工作。四、施工流程1、顶管施工工艺流程开机顶进机头进洞竣工验收井内安装后续管节泥浆输送工作井、接收井施工设备安装砼管吊装就位砼管制作加工施工准备机头穿墙出洞测量控制及纠偏注浆中继间安装管内接头嵌缝井内回收机头管道贯通 备注：（1）工作井完成后用16
5、号槽钢做顶管导轨确定主轴线。（2）、各设备就位开始顶进。2、施工顺序 施工顺序为：工作井施工顶进设备安装调试吊装砼管到轨道上连接好工具管装顶铁开顶进机械出泥管道贯通拆工具管安检查井。顶管施工工艺流程图见上图所示。第三章 工作井与接收井施工方案第一节 测量放线一、平面测量与垂直测量方法选择本工程0.00以下平面及垂直测量采用全站仪进行施工测量。二、测量依据及操作执行标准所有测量定线依据建设单位给定的书面通知文件，以及设计施工图纸。测量操作执行国家规范工程测量规范。三、建立测量放线小组序号职务人数1测量工程师1人2专职测量员1人3测量放线员2人四、本工程测量仪器、量具精度序号仪器、量具名称职务型号
6、及精度数量备注1全站仪ZT20 Pro1台鉴定2水准仪DS323台鉴定3塔尺5m1条鉴定4钢卷尺50m1条鉴定五、测量控制目标1、测量放线合格率100%，确保达到施工精度和进度要求。2、平面的控制线测量精度不低于1/10000，其测角精度不低于20。3、标高控制：每连续墙施工段层间测量偏差3mm，全高10mm。六、测量放线方法1、定位及轴线尺寸控制保证本工程的测量精度，在工作井中心线的延长线上设引桩控制网，控制网的各中心线桩应控制在距井边15米以上。工作井开挖后用它做为各施工层恢复中线的依据。外控制桩采用15015020mm钢板，底部焊接四只500mm20钢筋作为地脚埋置于混凝土中保护，保护深
7、度为500mm。 2、高程测量：基坑土方开挖时，以0.00标高控制点测出各负数整米数的水平点，并在基坑壁上标记，最后将水平仪移至基坑底，校测基底标高。3、标高控制现场建立统一的水准网点，水准网点应根据建设单位（业主）提供的水准点进行引测。工作坑施工时，根据所建立的水准网点，在坑边上测出-1.500m标高线，作为工作坑施工的依据。高程传递水准仪配合钢卷尺,钢卷尺起始端悬挂15kg线坠,如下图所示：第二节 工作井及接收井施工方案沉井施工顺序：泵井沉井井体分节制作，第一节和第二节3米，第三节2米，井体混凝土强度为C25。工作井下沉至设计标高之后，采用C20素混凝土封底，封底厚度为1.6米，之后制作工
8、作井底板，底板采用C20钢筋混凝土制作，厚度为0.4米。1、泵井沉井基坑开挖根据设计图纸的泵井坐标定出泵井中心及泵井井体外壁四个角点的控制桩，基坑底四边尺寸比泵井结构外围尺寸沿周边各放宽0.5m，依据设计图纸由泵井平面尺寸确定基坑底面尺寸，泵井的基坑开挖深度为1m，以基坑底部周边尺寸按1：1放坡至地面标高，为基坑敞口形，可供立模板、绑扎钢筋搭设外模板。泵井基坑采用人工挖土并整平基底，土方可随即用车辆外运。2、沉井基坑铺筑在人工整平之后，沿沉井壁体中心线铺设碎石垫层，垫层厚度为200mm，铺设宽度1.25m（比刃脚宽度两侧各放宽0.5米），并用人工机具夯实平整；然后在碎石垫层上填筑粗砂垫层，厚度
9、为100mm，用平板震动整平、密实。在垫层上沿沉井刃脚四周浇筑素砼垫层带，厚度为80mm，宽度比泵井壁体厚度内外宽200mm，沿砼垫层带周长相距1.0m设承垫木条，供内外立模板，绑扎钢筋之用。3、第一节泵井沉井制作根据设计要求，确定第一节泵井制作高度，在铺筑的素砼垫层带上，铺设隔离层（油毛毡或薄板条），然后通过垫层带中相隔1.0m 的木条上搭立内模板和泵井满堂内脚手架，内模板校正后绑扎钢筋，再立外模板和外脚手架，沉井内外模封闭后，串拉杆螺丝、拉紧、清理井壁冲洗干净，复核验收立模扎筋均符合规范规程要求，放置漏斗，间距4m，四个转角处均设漏斗，漏斗下挂若干节串筒，砼可直接通过漏斗、串筒灌入井壁之中
10、，保证砼跌落高度不大于1.5m，不会产生砼离析现象，施工人员用电动振动器，按砼操作规程进行振捣密实，保证泵井砼结构强度达到终凝后进行养生。当井体砼达到设计要求强度时，依次同步抽除一般承垫木，每根承垫木抽除后，立即用砂将刃脚下部填实，使沉井的荷重均匀地转移到砂堤上这样既可防止沉井的突沉，又可以方便顺利地抽除其它承垫木。最后抽除定位承垫木。4、沉井掏挖及下沉泵井沉井下沉根据地下水位情况，计划采用不排水挖土下沉方法。不排水下沉方法时，采用长臂挖掘机挖掘井底中央部分的土，使泵井形成锅底，在砂类土中，一般当锅底比刃脚低11.5米时，泵井即可靠自重下沉，而将刃脚下的土挤向中央锅底，然后继续挖土，泵井便可继
11、续下沉。若刃脚下的土不易向中央塌落，则配以高压射水松土或进行适当排水下沉。由于上步桥净空小，所以挖掘机在施工过程中，必须安排专人监督指挥，避免挖掘机在施工过程中碰撞上步桥桥梁。5、第二节的泵井沉井制作在第一节泵井下沉至预定标高的基础上，停止挖土，泵井井壁外围用砂回填至壁顶下500mm，泵井内用砂回填1500mm,便于增加井壁的摩擦力、对泵井进行限位和上一节井壁的顺利施工。开始制作第二节泵井。先将内脚手架接高稳定，沿着第一节顶面部的拉杆螺丝上立第二节内模板，经校正后，绑扎钢筋，其后再立外模，串拉杆螺丝和校正，同时接高外脚手架和顶面工作平台铺设完毕，各道工序和复验工作同第一节井壁制作标准相同进行验
12、收。第二节模板接高，放置漏斗，间距4m，四个转角处均设漏斗，漏斗下挂若干节串筒，砼可直接通过漏斗、串筒均匀灌入井壁之中，每次浇注的高度不大于50cm，且保证砼跌落高度不大于1.5m，不会产生砼离析现象，施工人员用电动振动器，然后拆除内外模进行养生，达到强度后拆除内外脚手架清理井内垃圾准备下沉。6、第三节泵井的工艺与第二节基本相同。第三节泵井下沉的过程中，考虑到上步桥净空只有6.2米的因素，先将泵井周边土降1米后，采用长臂挖掘机挖土下沉，工艺与第一节相同。若挖掘机由于桥梁净空小的原因不能挖到位，则采用抓斗机进行抓挖下沉施工。采用抓斗机抓挖井底中央部分的土，使泵井形成锅底，在砂类土中，一般当锅底比
13、刃脚低11.5米时，泵井即可靠自重下沉，而将刃脚下的土挤向中央锅底，然后继续挖土，泵井便可继续下沉。若刃脚下的土不易向中央塌落，则配以高压射水松土或进行适当排水下沉。7、泵井沉井封底及底板浇筑泵井下沉至设计标高后观察其稳定性，在8小时内泵井自沉累计量不大于10mm时，才能进行封底。不排水封底，即在水下进行封底，要求待井体下沉相对稳定后，将井底整平，将多余的浮泥清除（必要时可派潜水员进行水下检查、处理），铺碎石垫层30cm，封底混凝土用导管法灌注，灌注水下封底混凝土时，需要的导管间隔及根数根据导管作用半径和封底面积确定，导管作用半径随导管下口超压力大小而异，其关系如下：超压力（kpa）75100
14、150250导管作用半径（m）P=1.5127.15=190.73 KN，符合要求！10、顶管后背墙安全稳定性计算1、顶力的计算例：按井距最长的一段（L=165m）管径为1000计算顶力，砼管每节长2m，重1.2吨，土质为粉质粘土。依据顶力经验公式计算顶力：P=NGLP=总顶力 N为土质系数 粉质粘土取2G：单位管体自重 L为顶进总长度P=2219.8100=3920则在总顶力3920KN的作用下（弹性平衡状态）后背所需均布荷载最小面积为（后背墙壁排方木的最小面积）：=P/F得F=P/=20.9EP=土壤的总被动承载力郞青的被动土压力理论 EP=1/2rh2+tg2(45+/2）+2chtg(
15、45+/2） r：为土壤容量（KN/m3） 粉质粘土为：20.5KN :土壤内摩擦角 粉质粘土：27.5 c:为土壤内摩擦角聚力 粉质粘土：24 h为挡墙后背土的高度：5mEP=（1/2）rh2tg2(45+/2）2chtg(45+/2）=（1/2）20.5（5）2tg2(45+27.5/2)+245tg(45+27.5/2)=1192Kn/m在力的作用点出每水平延米的均布线荷载那么在总顶力作用下后背所需最小宽度：W=P/EP=3136/1192=2.6米故该顶管后背墙安全稳定性符合设计规范要求。11、沉井现场监测（1）沉井支护结构相关资料深基坑支护结构施工前应取得以下基本资料：a建筑场地及其
16、周边，地表至支护结构底面下一定深度范围内地层结构、土(岩)购物理力学性质及含水层性质。地下水位、渗透系数等资料；b标有建筑红线、施工红线的地形图及基础结构设计图；c建筑场地及其附近的地下管线、地下埋设物的位置、深度、结构形式及埋设时间等；d邻近的已有建筑的位置、层数、高度、结构类型、完好程度。已建时间以及基础类型、埋置深度、主要尺寸、基础距基坑上口周边的净距等；e基坑周围的地面排水情况，地面雨水与污水、上下水管线排入或漏入基坑的可能性；f基坑附近的地面堆载及大型车辆的动、静荷载情况；支护结构最大水平位移允许值安全等级支护结构最大水平位移允许值（mm）排桩、地下连续墙、放坡、土钉墙钢板桩、深层搅
17、拌一级0.0025h二级0.0050h0.0100h三级0.0100h0.0200h基坑变形控制保护等级标准保护等级地面最大沉降量及围护墙水平位移控制要求环境保护要求特级1.地面最大沉降量0.1H；2.围护路最大水平位移0.14H； 3.Ks*2.2离基坑10m，周围有地铁，共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施必须确保安全一级1.地面最大沉降量0.1H；2.围护墙最大水平位移量0.3H；3.Ks*2.2 离基坑周围H范围内没有重要干线、水管、大型在使用的构筑物、建筑物二级1.地面员大沉量控制在0.5H；2.围护堵最大水平位移0.7H；3.Ks*2.0在基坑周围H范围内没有较重要支线管
18、道和一般建筑、设施三级1.地面最大沉降量1H；2.围护墙最大水平位移1.4H；3.Ks*2.0在基坑周围30m范围内没有需保护建筑设施和管线、构筑物本工程基坑安全等级按特级要求保护。（2）沉井基坑监测主要进行以下必几方面的监测：a周边建筑物沉降，周边建筑物在开挖期间的沉降量和不均匀沉降量，采用水准仪观测，每2天1次，暴雨或其他突发事件，加密观测，沉降稳定后，视情况结束观测。 b周边地面沉降，周边地面在基坑暴露期间的沉降量及变化率，采用水准仪观测，每2天1次，暴雨或其他突发事件，加密观测，沉降稳定后，视情况结束观测。 c地下水位观测，周边地区地下水位变化，每3天1次，暴雨或其他突发事件，加密观测
19、。 d支护结构沉降位移，支护结构变形，采用水准仪、经纬仪测量，基坑开挖和暴露期间，每1天1次，暴雨或其他突发事件，加密观测。 e周围重要设施（地下管线）的变化和破损，每2天1次，暴雨或其他突发事件，加密观测第四章 泥水平衡顶管施工主要施工方法顶管工作井施工完成并达到管道顶进要求后即开始顶管施工。一、穿墙顶进顶管进出洞是整个施工过程中的关键环节之一，进出洞成功等于整个顶管工程成功了一半。本工程是采用地下预埋钢盒作为预留进出洞口，在井出洞口安装可拆式止水钢圈，再在钢圈上上安装止水胶圈，达到止水效果。并在洞口前方挨着顶进方向的支护桩的外边线做旋喷桩止水幕墙并加固，旋喷桩为500mm。1、工作井出洞处
20、理：在出洞前，割掉预埋钢盒外侧钢板，并将止水钢环焊接到预埋钢盒的外侧，再将止水橡胶圈安装在止水钢环上。在准备出洞时，在将钢盒内侧挡土钢板割掉，清理预留孔内的杂物后立即将工具头推进预留孔，缩短停顿时间，这时止水橡胶圈紧抱工具头外壳，发挥止水作用。顶进工具头到穿墙管内，工具头与第一节混凝土管采用刚性联结，避免工具头“磕头”。顶管出洞的施工环节相当关键，顶管穿墙时要防止工具头下跌，在穿墙的初期，因入土较小，工具头的自重仅由两点支承，其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。因此，工具头穿墙时，一方面要带一个向上的初始角（约5），另一方面穿墙管下部要有支托，并且加强管段与工具管、管段与管段之间的联结。此
21、外，工具管的推进一定要迅速，不使穿墙管内的土体暴露时间太长。顶管穿墙位置必须作好止水，防止孔口因为流失减阻泥浆，造成孔口塌陷，发生安全事故。2、在出洞施工初期，由于顶管机正面主动土压力远大于顶管即周边的摩擦力和与导轨间的摩擦力的总和，因此极易产生顶管机反弹，引起顶管即前方土体不规则坍塌，使顶管机再次推进时方向失控和向上爬高。为此，在洞口的两侧平行地面各安装好一条工字钢，当主顶千斤顶准备回缩加顶铁时，将两条工字钢分别与第一个顶铁的焊牢，然后回收千斤顶，防止顶管机反弹。3、同时，在出洞施工初期顶管机容易发生扭转现象。因为顶管机大刀盘转动时对前方土体会产生一个扭矩，根据相互作用原理，土体对顶管机同时
22、也会产生一个扭矩。而由于顶管机周边的摩擦力和与导轨间的摩擦力很小，故摩擦力及顶管机自重所产生的反抗扭矩小于土体对顶管机产生的扭矩，所以此时顶管机会扭转。为了克服此现象，防止顶管机发生扭转，分别在顶管机的两侧焊上各一块挡板，挡板底面与导轨面平齐。当顶管机扭转时，挡板压在导轨上，防止顶管机扭转。4、穿越旋喷桩止水幕墙：旋喷桩硬度较大，顶进不能过快，否则会使顶管机严重扭转或使顶管机损坏。因此，要放慢顶进速度，一般顶进速度控制在20mm/min。加大泥水流量，防止旋喷桩硬泥块堵塞泥浆管道。二、正常顶进管道出洞成功后，管道开始正常顶进。通过后座主顶油泵和主顶千斤顶产生推力，推动管道向前推进。在管节推进的
23、同时，顶管机大刀盘切削前方土体，切削下来的土体进入顶管机的泥土仓内，经刀盘的搅拌与进浆管送入的清泥浆搅拌成浓的泥浆，再通过排浆管道将浓泥浆排出机头。通过管节一节一节向前推进，顶管机不断推进最后到达接收井，形成整段管道。初始顶进时顶进速度一般控制在2050mm/min，正常顶进时顶进速度控制在50150mm/min，如遇正面障碍物，应控制在10mm/min以内。初始顶进时出土量一般控制在理论出土量的95%左右，正常情况下出土量控制在理论出土量的98%100%。排泥过程是通过后座主顶千斤顶推进，顶管掘进机大刀盘切削前方土体，切削下来的土体进入顶管掘进机的泥土仓。块石、混凝土或坚硬的土块等大块状物体
24、在内外锥体的偏心碾压破碎作用下粉碎成为直径小于30mm的颗粒；粘性土在外壳斜锥段4个高压水孔喷射水流的作用下变成碎块和泥浆，在刀盘和内锥体的搅拌下成为可流动的泥土并被挤入泥水仓。同时，泥水循环泥浆经进浆管进入泥水仓，在泥水仓与泥土充分混合成为浓度更大的泥浆，经排浆管排出机头，再经泥水分离器处理泥沙等固体颗粒被分离外运，泥浆循环使用，实现了连续掘进作业，见图4-18。泥水处理器泥浆箱进浆泵进浆管下一节管道顶进 制作排浆管进浆泵机内旁通图4-18泥水平衡顶管排泥系统循环泥浆的浓度控制在1.09，压力比地下水水头增加20Kpa10Kpa。泥水除了对泥沙起悬浮和携带作用外，同时对开挖面起平衡稳定作用，
25、泥水压力由泥土仓的流动土体传到开挖面，防止开挖面坍塌，而且通过泥土仓的缓冲作用，即使泥水压力不正常，也不至于产生较大的地面沉降，泥土仓的土体与开挖面处于主动平衡或被动平衡状态。在工作前须制作一定浓度的清泥浆储放在泥浆箱内，工作时清泥浆经进浆泵和进浆进入顶管机的泥水仓，与顶管机刀盘切削的土体搅拌成均匀的浓泥浆，经排泥浆管和排浆泵管排出井外，经泥水处理装置把浓泥浆的砂土一般在0.4mm以上的颗粒分离出来。泥浆再经过沉淀池的过滤，把较细的颗粒再分离出来，这样可以把浓泥浆过滤成清泥浆。泥水经过不断循环，把顶管机前方的泥土排出井外。三、测量、纠偏（一）、顶管顶进中的测量工作激光经纬仪安置在观测台上，它发
26、出的激光束为管道中心线，又符合设计坡度要求，实为顶管导向的基准线。施工开始时将顶管机的测量靶的中心与激光斑点中心重合。当顶管机头出现偏差，相应激光斑点将偏离靶中心，测量靶图像通过视频传送到操作台的监示器上，从而观察出激光斑点将偏离靶中心偏离图像，通过控制纠偏千斤顶的伸缩量，进行顶进方向的纠正，使顶管机始终沿激光束方向前进。顶管施工中测量工作的主要任务是掌握好管线的中线方向、高程和坡度。1、高程控制激光经纬仪图4-19 导线控制19 井口投点示意图（1）根据设计坡度要求，沿线路布设四等水准路线，并在各井口处埋设临时水准点以供顶管高程放样。（2）根据顶管线路所布设的导线点及水准点，标定出井的平面位
27、置及测定其深度，以指导工作井的开挖施工；定出始发井与接收井的管道中心点，并将其投设于地面（以下简称投点），作好标记，由于投点处于井的边缘，事先作好投点的支架搭设与焊接标志工作。（3）以布设的线路导线点中的一个导线点及一条边的方位角，重新精密测定二井间的导线，即贯通导线，并联测二井投点，在有条件的地方，最好将投点作为导线点，以便获得投点的精确坐标，所有导线点应埋设牢固标志，以备复测。根据贯通导线及井口投点，在始发井边缘放样出顶进方向的坐标点，而后与井口投点一起向井下投设方向线，并将高程从井上传至井下，埋设临时水准标点，如图4-19所示。（4）在工作井下建立控制观测台，在其上配置有强制对中的仪器基
28、座，并设有上下左右可调节的装置，能使架设于其上的仪器调整到中线（或与中线偏离一定距离）的位置，并使仪器横轴调整到中线（或与中线偏离一定距离）的高度上。（二）、纠偏顶管机的测量靶网格为10mm，根据顶管机测量靶激光点的偏移量计算顶管机的斜率，伸出相应的纠偏千斤顶组，使顶管机推进改变方向，从而实现顶进方向的控制。纠正偏量应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调。由于顶管机头附有测量靶见图2-27，激光经纬仪安置在观测台上，在工作中，已使它发出的激光束既为管道中心线，又符合设计坡度要求，实为顶管导向的基准线。施工开始时使测量靶中心与激光光斑中心重合，当掘进机头出现偏差，相应测量靶中心将偏离光斑中心，
29、从而给出偏离信号，通过通过视频传送到操作台的监示器，进行顶进方向的纠正，使工具头始终沿激光束方向前进。 激光经纬仪图4-20 顶进施工中的测量示意图工具头开始顶进510m的范围内，允许偏差应为：轴线位置50mm，高程30mm，当超过允许偏差时，应采取措施纠正。纠正偏差应缓慢进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调。工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，根据测量反馈的结果，调整纠偏千斤顶，使工具头改变方向，从而实现顶进方向的控制。如果工具头的方向偏差超过10mm，即应采用纠偏千斤顶进行纠偏。管顶出穿墙管及在长度3040m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度
30、短、工具头重量大，近出洞口土质易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时，应该综合运用工具头自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向。纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，必须做到严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势没有减少，增大纠偏力度，如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时，保持该纠偏力度，继续顶进，当偏位趋势相反时，则需要将纠偏力度逐渐减少。顶管施工的顶进管道允许偏差：表4-4 顶进管道允许偏差表（mm）项目允许偏差轴线位置顶进长度300m50300m顶进长度1000m100管道内底高程顶进长度300mD
