4、粟山路污水顶管方案
目录
1.工程概况 (3)
2.水文地质概况 (4)
2.1地质概况 (4)
2.2地下水情况 (5)
2.3地下管线断面示意图 (5)
3.编制依据 (5)
4.设计方案 (6)
4.1泥水平衡顶管施工工艺 (6)
5.施工方案 (9)
5.1施工计划 (9)
5.2工艺流程 (9)
5.3施工方法 (10)
6.建筑物及地下管线保护措施 (47)
6.1工程施工中需采取的保护措施 (47)
6.2施工过程中地面变形量控制措施 (47)
7.质量标准与控制 (48)
7.1质量标准 (48)
7.2顶管施工质量要求 (48)
7.3质量保证的技术措施 (48)
8.安全生产与文明施工 (49)
8.1安全管理目标 (49)
8.2现场安全管理措施 (50)
9.雨季施工措施 (54)
10.冬季施工措施 (54)
11.临时设施与平面布臵 (56)
11.1操作平台平面和补充注浆系统平面布臵图 (56)
12.应急救援预案 (57)
12.1应急预案的方针与原则 (57)
12.2应急预案工作流程图 (57)
12.3明挖深基坑开挖存在的危险因素及预防、应急措施。 (57)
济南市粟山路道路改造工程二标段
污水顶管专项施工方案
1.工程概况
济南市粟山路道路改造工程施工第二标段桩号为K0+893～K3+317段，西起美丽湖工业园五街，东至东宇大街，设计宽度24米，快车道14米，两侧各5米慢车道。粟山路D1000污水管位于北侧机动车道，污水管距道路中心线 6.5m。我标段污水顶管段起止桩号K0+893-K1+412.32，管线总长519.32m，顶管管材采用Ⅲ级钢筋混凝土管，管道平均埋设深度4.5m，工作、接收井挖深5m。
全线布臵工作井2座、接收井3座，工作井采用密扣式拉森钢板桩支护，桩长9米，后背、底板为C30钢筋砼结构，尺寸为长*宽*深=7*4*5m；接收井采用密排工字钢板桩支护，桩长9米，底板为C30钢筋砼结构，尺寸为长*宽*深=4.5*3.5*5m。
2.水文地质概况
2.1地质概况
拟建道路沿线位于黄河、小清河冲积平原，在钻探深度范围内揭
露的第四系地层主要为黄河冲积成因的粉土、粘性土和少量砂土，可
分为7层，自上而下分述如下：
（1）素填土（Q42ml ）：褐黄色，局部黄褐、灰褐色；可塑，稍
湿，稍密，主要由粘性土组成，含少量砖屑、灰渣、煤屑、石灰等，
表层一般为厚约10~20cm 的沥青路面。
（2）粉土（Q4al ）：褐黄色，稍密，稍湿~湿，摇振反应迅速，
含少量氧化铁。该层分布较连续，厚度不稳定。
（3）粘土（Q4al ）：褐黄色，可塑，湿，刀切面光滑，含少量氧
化铁。
（4）粉土（Q4al ）：灰黄~灰色，稍密，湿，摇振反应迅速，含
少量氧化铁。该层分布较连续，厚度不稳定。
顶管起点K0+893 顶管终点K1+412.32
（5）淤泥质粘土（Q4al）：浅灰色，流塑，湿，刀切面光滑，含有机质。该层主要在里程K2+300~K3+300 呈薄层状分布。
（6）粘土（Q4al）：灰黑色，可~硬塑，湿，刀切面光滑，含氧化铁和有机质。该层分布连续，局部厚度变化较大
（7）粉质粘土（Q4al+pl）：灰黄色，可塑，湿，粘粒一般，含铁锰氧化物，局部含少量姜石。
2.2地下水情况
粟山路沿线地下水类型为第四系孔隙潜水，地下水静止水位埋深2.5米。
2.3地下管线断面示意图
新建D1000污
水顶管工程
3.编制依据
1、《粟山路道路改造工程污水工程施工图》
2、给水排水管道工程施工及验收规范(GB50268-2008)、顶管施
工技术及验收规范、结构设计原理、建筑工程施工计算手册、土力学。
3、现场调查资料及多年类似建设工程施工经验。
4.设计方案
根据现场施工条件、管道埋深等因素，针对本工程顶管段水文、地质条件特点，从经济、安全考虑K0+893-K1+412.32段宜采用泥水平衡式顶管的施工方法进行施工。
4.1泥水平衡顶管施工工艺
4.1.1泥水平衡顶管工艺基本原理：
泥水平衡顶管工艺基本原理是将已调成一定浓度和比重的泥水，通过送泥水系统送至顶管机头前挖掘面处，泥水在挖掘面上形成一层不透水的泥膜，可阻止泥水向挖掘面里面渗透，同时调节泥水压力来平衡地下水压力和土压力，达到稳定挖掘面的目的；顶管机头前进的同时刀盘切削土体，被切削下来的残土与泥水充分拌和后，由排泥系统输送至地面泥水分离设备进行处理，分离出的残土被运走，泥水再送入送水系统循环使用。
4.1.2泥水平衡顶管施工特点：
（1）适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下也可适用；
（2）可有效的保持挖掘面的稳定，对所顶管周围的土体扰动比较小，因此施工引起的地面沉降很小；
（3）与其他类型顶管相比，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土、砂土层表现得更为突出，适宜较长距离顶管；
（4）作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、搬运土方等容易发生危险的作业；可在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。
（5）泥水输送弃土的作业连续不断地进行，其施工进度快，能有效的保证工期。
4.1.3泥水平衡顶进系统
泥水平衡顶进系统主要由以下几部份组成：① NPD泥水平衡顶管机；②机内控制柜；③洞口止水圈；④环形护口铁；⑤马蹄形顶铁；⑥主顶油缸；⑦主顶油泵；⑧激光经纬仪；⑨后背板；⑩基坑导轨；⑾油缸架子。
4.1.4泥水平衡进排泥系统
它主要由以下几大部份构成：①泥水分离设备（沉淀箱及分离器等）；②进水泵；③排泥管；④进水管；⑤基坑旁通；⑥流量计；
⑦排泥泵；⑧进排泥泵控制柜；⑨进排泥软管；⑩流量调节器。
5.施工方案
5.1施工计划
泥水平衡管道顶进施工安排示意图
粟山路污水顶管工程采用泥水平衡顶管施工，K0+893-K1+412.32段设2个工作井，接收井位臵为检查井位臵，顶管完成后进行开挖，制作检查井。
工期计划：2013年11月16日-12月31日。
5.2工艺流程
我标段粟山路新建D1000污水管道总长543.8m，管道平均埋深4.5米，该段地下水位埋深2.5米，地下水位较高。
5.2.1顶管施工总体流程
施工降水 →工作井施工→ 安装顶进设备 →管道顶进 →检
查井施工 →闭水试验
5.3施工方法
5.3.1降水井施工方法
5.3.1.1降水设计
（1）渗透系数的确定
①填土：分为杂填土和素填土。杂填土颜色杂乱，松散、混有
大量砖块、分布于该层上部。素填土呈褐黄色，以亚粘土为主松散，
含少量砖屑、灰渣、煤屑、石灰等，层厚为2-3米。
亚粘土：褐黄色、灰色，软塑、流塑，粘粒含量较多，含少
量姜石，层厚3.7-12.1米。
依据水文地质资料，参考简明施工计算手册：
渗透系数K=（（24.91-22.17）*0.1+3.3*0.1*1.1+5*1.1*10）
/12= 4.64m/d(含水层厚度H=12m 计算)；
在工作井周围，设臵四个降水井，本次降水采用?600无砂过
滤管管井降水，现状水位为地面下 2.5m ，降水至顶管管道流水面以
下1m ，即管底以下1m ，使两井心水位降水尝试达到降水深度
S= 6-2+1=5M ，S 为地下水位降低值
5.3.1.2抽水影响半径查桥梁施工手册：
R=1.95 S ×H K *=1.95×5×12*64.4=72.8m
5.3.1.3涌水量计算
因工作井基坑为7米*4米，可按假想半径为Xo 的圆形井，由
下式得： Xo=14
.34*7=2.98m Q=1.36K Xo lg -lgR S
S -H 2）（ Q=1.36*4.64*98
.28.725*5-21*2Lg Lg ）（=976m3/d 根据涌水量结果，选用流量12m3/h 型潜水泵满足抽水要求。
5.3.1.4 降水井深度
现状地下水位到井内的距离L=S+I ×R=5.84+1/10×90=14.34 m
降水井的深度=14.34+1=15.34m,取井深15.5米.
5.3.1.5降水井平面布臵
工作井、接收井和检查井周围打4口降水井。
5.3.1.6降水井施工
①钻进
管井采用反循环钻机成孔，为防止粉细砂渗入井内，钻孔直径
比井管外径大300mm ，直径900mm 。首先将钻机移到井位上，架立稳
固，四脚垫平。安装时，使钻架顶的起重滑轮、钻头中心、井中心三
者在一条竖直线上，以保证钻孔竖直方向。护壁泥浆采用地层自动造
浆，在钻孔过程中保证泥浆补给，保证孔内浆面稳定。
②换浆
钻进结束后，因泥浆粘度很大，过滤管进水缝隙可能被堵塞，
井管也可能放不到预计深度，因此在下管前进行换浆。
井内稀泥浆控制要求：黏度在16～18s，密度为1.05～1.1g/m3。
③下管
换浆完成后即可进行下管工作，为保证滤水速度快，降水效果好，井管全部采用无砂混凝土井管，外径600mm、内径500mm；由于降水管井井身较浅，井管安装方法相对简单，采用钻机提吊下管。井管安装时应安装在井正中，以保证滤料厚度均匀。
④滤料
滤料是成井工艺的一个关键工序，直接影响管井的质量，甚至导致管井报废，因此充分做好准备。在填滤料前井内泥浆稀释至密度小于1.1 g/m3，备齐测量填料深度的测绳。滤料采用2-3mm豆石或干净砾石，填料前，检查滤料的质量和数量。
⑤洗井
洗井是成井工艺的一项重要工序。为防止泥皮硬化，下管填料后，立即进行洗井。洗井采用水泵抽水洗井，当井内水基本澄清后，即可达到洗井目的。
5.3.1.7降水井降水
①工作井周围的降水井排出的水通过Φ150水带汇集到现有排水系统中。
②降水
在管线施工前，提前降水7天，在观察地下水位达到要求降低深度后方可进行基坑开挖，直到回填完成为止。在降水时间和影响范围内，每天派专人进行观测和监控周边相邻建筑物、构筑物等，使其
不受破坏。
5.3.2工作井施工方法
5.3.2.1工作井设计说明
（1）开挖方式及开挖机械的选型
根据施工图要求及现场周边情况，污水工作井土方开挖施工拟采用支护开挖。
本工程土方开挖选用反铲挖掘机进行基坑土方开挖，因施工场地的限制（无回填土方堆方场地），所有土方全部外运，开挖后的基槽边不留土方，污水顶管完成后从外拉运材料进行回填。
工作井开挖深度为5m，为不影响周边构、建筑物，土方开挖前先进行基坑支护，即先确定好拟打入支护的位臵，沿基坑周边支护桩位臵进行密扣拉森钢板桩支护桩施工并加固支撑后，方可进行所有土方开挖。
（2）工作井施工工艺流程
（3）顶管工作井设臵
本工程选择矩形工作井设臵于污水检查井处。工作井按双向顶
进考虑，顶进长度120-154米，工作井基坑采用拉森钢板桩支护，依
据以下计算得出井身几何尺寸及结构。
（4）顶管机械选型
污水管线设计位于粘质粉土层中，地下水位高，综合现场情况、工期要求、机械工作效率等要素，在保证工程质量、施工安全等的前提下，顶进机械根据管径选择1000型泥水平衡顶管机2套。
（5）顶进力的计算（以φ1000顶进管道工作井为例）
根据《市政工程施工技术规程》有关钢筋砼管顶力计算公式：
P=nGL
式中： P—计算总顶力(吨)
G—管子单位长度自重(吨/m)
L—顶进管道总长度(m)
n—土质系数
直径1000mm钢筋砼管壁厚为0.1m。
G=3.14×1.45*0.1×2.5=1.14(t/m)
本工程顶管按150m计算，根据过去在该地区施工对土质的了解，以及顶管施工经验，n取1.34。
总顶力P＝1.42*178*1.34＝285.42.4t
故工作坑安设两台200t顶镐，满足要求。
（6）矩形工作井的底部尺寸应满足式（a）和式（b）要求：
B=D1+S （a）
L=L1+L2+L3+L4+L5 （b）
式中：B—矩形工作坑的底部宽度，m;
D1—管道外径，m;
S—操作宽度，可取1.4-3.2m；
L—矩形工作井的底部长度，m ；
L1—顶管掘进机长度,m；
L2—管节长度，m；
L3—输土工作间长度，m；
L4—千斤顶长度，m；
L5—后座墙的厚度，m。
①工作井的长度应满足下列构件的长度之和，机头长度2.8米，管道长度2米，千斤顶长度2米，千斤顶后的垫板按20厘米考虑。考虑的50cm的操作空间，实际操作中，由于可以先用千斤顶将刀头顶进一部分，所以在计算基坑纵向长度时，管道长度可以不计取，即基坑的最小长度为7米。
②工作井的宽度为管道两侧共加3米，满足施工人员作业要求，摆放泥浆泵，水管等物件,宽度4米。
③工作井深度应符合式（c）和式（d）要求
H1=h1+h2+h3 (c)
H2=h1+h3+t+h4 （d)
式中：H1—顶进坑地面至坑底的深度，m；
H2—接收坑地面至坑底的深度，m；
h1—地面至管道底部外缘的深度，m；
h2—管道外缘底部至导轨底面的高度，m；
h3—基础及其垫层的厚度（不应小于该处井室的基础及垫层厚
度），m；
h4 —顶管机进入接收坑后支撑垫板厚度，m；
t—管壁厚度，m。
基坑的深度根据设计标高确定，管底以下包括导轨高度，和底板厚度。由此可得φ1000泥水平衡管道顶进工作井几何尺寸为：内径7米*4米的矩形井。
5.3.2.2支护桩设计说明：
本工程工作井采用拉森钢板桩支护结构，“拉森式”（U型）钢板桩材料采用进口热轧锁扣Ⅲ型钢，拉森板桩—SPⅢ，宽400mm，高170mm，厚度15.5mm，桩长9m，嵌固深度不少于4m。本工程安全等级为三级，侧壁重要性系数0.9，考虑施工期间地面超载＜5kPa。
为增加拉森钢板桩的整体刚度，在基坑中部沿基坑四周设一道通长钢腰梁，钢腰梁、角撑选用25aH型钢，腰梁与钢板桩使用角撑焊牢，防止反护结构变形转脱。
基坑周边观测要求：沿基坑每边每隔30米单边设一水平位移和垂直位移观测点，当水平位移大于50mm，基坑外路面沉降量大于50mm 时应及时通知有关单位研究，以便作出处理措施。
为保证基坑支护桩的稳定，防止塌方、滑坡，禁止在基坑附近堆土，要挖多少运走多少。
施工及雨雪期间应做好基坑临时排水措施。
施工前应探明地下管线，施工时须采取切实可行的措施保护管线。
(1)支护桩设计参数表
(2)基坑支护示意图
a)支护桩平面示意图
b)基坑拉森钢板桩支护剖面示意图
c)工作井钢筋砼底板示意图
?16@200
?16@20012钢筋
材料表（每1座钢筋砼工作井底板用料）
1混凝土
规格
?16
型式根数长度m 重量Kg 394070275.8435.64?166********.6438.482C30:8.4m3C30混凝土平面图
剖视图
(3)支护桩验算
钢板桩嵌固于多层土质中，钢板桩发生倾斜的不利因素可能性较大，需验算钢板桩嵌固深度和稳定性。
密扣式拉森钢板桩支护的有关参数如下：
计算参数：
土重度γ=16KN/m2；内摩擦角错误！未找到引用源。，粘聚力错误！未找到引用源。；基坑开挖深度错误！未找到引用源。=5m；桩边均布荷载为0
计算钢板桩入土深度和选择钢板桩
1)
板桩土压力分布图
K d=tg2错误！未找到引用源。
所以
p b=错误！未找到引用源。
2)计算板桩墙上土压力强度等于零点离挖土面的距离y
(K为坑底被动土压力增大系数，土重度γ=16KN/m2取1.4,下同)
3)按简支梁计算等值梁的两点支点反力（R a和P O）
错误！未找到引用源。
4)计算板桩最小入土深度t0