顶管施工技术方案

1、编制依据：（一）、中国市政工程西北设计研究院有限公司《昌吉州东三县天然气输气管道工程阜康至吉木萨尔段高压管线工程》施工图设计；（二）、业主、路政管理部门及我施工方对施工现场的实际勘察；（三）、技术标准及规范：①《公路工程技术标准》（JTGBO1-2003）②《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）③《顶管工程施工规程》（DG/TJ08-2049-2008）④《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246：2008）⑤《顶管施工技术及验收规范》(试行)中国非开挖技术协会行业标准⑥《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T640-2010)2.1概要:依据中国市政工程西北设计研究院有限公司《昌吉州东三县天然气输气管道工程阜康至吉木萨尔段高压管线工程》施工图设计,该项目为昌吉州彩乌线3号阀井至东三县燃气高压输气管道，主管道长度约220KM，支线长度约10KM，管道采用L415级钢，主线管径定高DN300，支线管径定为DN200，压力为6.3MPa。依设计显示，新建DN300主管线在G216线K522+900处与公路交越，设计采用顶管穿越方式从公路下方穿越。套管选用D800×80×2000钢筋混凝土顶进式排水管。穿越长度为32米。第①层低液限粉土：厚度4.20m，土黄色，稍湿，稍密状态，局部夹砂透镜体，天然密度1.49g/cm3，天然含水率5.8%，液限22.7%，塑限16.1%，粘聚力16.1kPa，内摩擦角19.5º，压缩系数0.26MPa-1，压缩模量7.5MPa，具中等压缩性，修正后标准贯入试验击数7击，承载力130kPa。第②层低液限粘土：埋深9.60m，最大揭露厚度8.90m，局部夹薄层细砂，未揭穿；土黄色，稍湿，硬塑状态，液限22.6%，塑限11.2%，修正后标准贯入试验击数7击，承载力140kPa。在勘察深度内未揭露地下水位。场地第①层低液限粉土对混凝土具硫酸盐弱腐蚀性、对钢筋混凝土结构中钢筋具弱腐蚀性、对钢结构具强腐蚀性。场地季节性冻土标准冻深0.75m，地基土属冻胀性土。场地土为低液限粉土、砂和低液限粘土等，在地下水位以上，建议基础开挖边坡系数1：1.00～1：1.25，陡于此坡必须进行支护；永久性边坡系数不陡于1：1.75。项目区域内标准冻土深度1.6m，结构物埋设应大于标准冻土深度。施工点位于戈壁腹地，夏季气温较高，施工机械使用、施工物资、生活物资补给等相对成本较高。施工点距乌鲁木齐约150公里，施工所需钢筋混凝土顶进式排水管需自乌鲁木齐市汽车运输至施工现场。3、施工总体部署3.1质量及安全目标：确保单位工程一次合格率100%，施工安全零伤亡、零事故，认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，全面落实安全生产管理制度，实现安全生产无重大事故。3.2工期及施工进度安排：1、工期：自开工之日起12日内2、施工进度安排：详见施工进度计划表3.3总体部署本工程穿越设计采用顶管施工技术，套管管径选择合理，穿越层地质稳定。考虑施工成本及工期，宜采用人工掘进顶管施工工艺。本工程中穿越长度32米，采用单向顶进，在公路东侧设置顶管操作竖井，在公路西侧设置顶管接收坑，管内采用轨道小滑车出土，坑道出土用小型提升机或龙门吊，配备10吨汽车吊24小时作业加接套管。针对该路段运行大多为100吨级车辆，为保证顶管施工期间安全，在顶进过程中应严格控制超前和径向超挖量，始终坚持“小进尺、多频次”的作业模式，施工完成后严格注浆。施工中重点做好定位测量、纠偏、注浆等工艺环业主及主管部门验收检查测量停顶、加接管挖管内土再顶管接管顶管清除管内泥土管道就位注浆施工设施拆除及现场清理节的内容，适时采用缓冲技术、减阻技术及隔离技术等手段，确保工程一次验收合格率达到100%。3.4组织及分工成立顶管穿越施工小组，负责本次穿越施工组织工作。项目负责人：陈新蕲安全员：王明亮质检员：高宁宇班组长：陈先银施工人员：6人（3人一组，共同2组）4、施工技术方案：4.1顶管穿越施工原理：顶管采用液压千斤顶进混凝土套管进行。在对顶管穿越的路由测量后，在公路两侧放出管道中心线，确定顶管穿越的进、出口位置，在一端挖操作坑，放入要穿越的套管及顶管设备。由人工先在套管前端掏土，待套管前端形成略大于套管外径的圆形空间后，再顶入套管。待套管顶进后再继续人工在顶管前端掏土，如此循环渐进，直到穿越公路到达接收坑。施工中的清土采用轨道小滑车（必要时配以小型卷扬机）经顶管、操作坑排出。4.2顶管施工工艺流程图4.3本次顶管穿越示意图：详见设计图4.4顶管穿越顶进阻力计算：边顶管边清土测量放线安装导向轨和设备制作顶管靠背挖操作坑和接收坑检查纠偏①顶力计算：顶进套管D800(外径Φ960)本次顶管穿越套管上方覆土厚度预计为3.24-4.80米，其顶进阻力一般可以按下列公式计算：①顶力计算：顶进套管D800(外径Φ960)本次顶管穿越套管上方覆土厚度预计为3.24-4.80米，其顶进阻力一般可以按下列公式计算：W1=f{k1(Pv+Pn)DL+Po}式中：W1为管壁与土层的摩阻力（以吨计）f为管壁与土层摩阻系数：湿性黏土层f为0.25k1顶力折减系数：L=30—60，k1=0.9Pv顶管上垂直土压力（t/㎡）Pv=rhr为管顶上土容量(t/㎡)黏土层为1.5；h为管顶上方土厚度（3.1-5.02m）（包括路面厚度）；h取平均厚度4.5mPn=管壁上土的水平压力（t/㎡）Pn=Pvtg²(45°-Φ/2)Φ为土壤内摩擦角,湿性黏土为18°D为管外径(m)L为顶进总长度(m)Po为顶进全部管道自重(t)，D800混凝土套管每根(节长为2米)自重为1.25吨以本工程32米计算:W1=f{K1(Pv+Pn)DL+Po}＝0.25×{0.9×(4.5×1.5＋4.5×1.5×tg²36°)×0.96×32＋20}＝76.29t完成本工程顶管穿越理论计算需76.29t吨的最大顶力，此次工程我公司将配备1支QYS320型顶镐，推力为320吨，可以满足施工顶力要求。②管材受力计算钢筋混凝土套管管内径d=800mm，管壁厚度t=80mm，外径D=960mm，每节管长度2000mm，混凝土强度C40，“F”型接口钢筋混凝土管，管的端头采用12mm的多层胶合板作衬垫。端面受力面积s=×(0.482-0.42)=0.221m2可承受的最大顶力为(安全系数为5)：F=s×4000T/m2/5=176.84T76.29t；满足要求。4.5施工准备:A、穿越方案编制、报审，材料进场报验，穿越手续办理；B、施工人员、设备、工程材料进场就位；C、组织施工技术人员熟悉施工图，进行施工技术交底；D、向国道公路、通信等有关部门了解清楚穿越部位地段内地下是否有通信线缆，管道等设施，请相关主管部门给予确认，作业场地平整完成。E、测量放线，根据设计给定的桩位用经纬仪放出穿越轴线，在公路两侧打控制桩点，控制桩点是穿越精确对接的关键，因此，一定要精确且牢固，控制桩点要用混凝土对桩点底部浇筑，确保桩点在施工过程中不移位。F、顶管设备、配套设备及其它各种机具准备齐全。G、在穿越点两侧分设施工警示标志、减速标志、安全通过标志和夜间照明标志。4.6作业坑挖：A、放线：依图纸在公路两侧放出操作基坑的灰线；B、沿所放操作基坑灰线四周人工开挖探坑，探明地下缆线或管线分布；C、在公路两侧利用水准仪测出高差，在两侧设置基准点；D、在确认无地下设施的情况下机械开挖公路两侧的操作基坑，开挖操作坑时要以两侧的高程基准点为依据，控制开挖深度，确保套管穿越的轴线沿水平顶进，操作基坑开挖尺寸（底长×底宽×深）为5.0m×3.0m×4.0m，操作坑四壁采用C30钢筋混凝土浇筑方式，竖井壁厚30cm。操作坑采用人工开挖方式，四壁支模进行钢筋混凝土浇筑，拆模后继续人工下挖，混凝土四壁浇筑，直至达到下挖高程要求，钢筋采用双层Φ12钢筋网片，钢筋采用圆钢或螺纹钢。作业坑底部制作20cm厚混凝土垫层，在垫层制作时需考虑导向轨安装，在浇筑时安装预埋件。坑底标高比顶管底标高低0.2m。操作坑上口边沿设挡土堰，以防地表水汇入坑内。操作基坑一侧开挖人员逃生通道。作业区域设置安全防护，操作坑作业带宽度和防护要达到15m×15m。E、在开挖操作基坑时，后背墙的原土层不得破坏，机械开挖完成后由人工开挖保证与顶管穿越方向垂直，要与钢质后背墙紧密结合。F、操作基坑机械开挖完成后，利用水准仪对坑底进行测量，由人员抄平确保高程达到设计要求及套管穿越的轴线要求。4.7顶管设备安装就位：A、设备下坑前，要对已挖好的操作基坑进行重复测量，符合设计要求；B、预先制做后靠背墙(钢制后靠背墙)，吊装钢质后靠背墙，要确保与套管穿越轴线方向相垂直，后靠背必须牢固、稳定、坚实。C、导向轨的安装：导向轨选用钢制材料制作，两导轨应顺直、平行、等高。导向轨安装的允许偏差应为：轴线位置3mm、顶面高程0～+3mm、两轨内距±2mm。安装后的导向轨应牢固，不得在使用中产生移位，并应经常检查校核。D、架设激光指向仪：激光指向仪是本次穿越成功对接的关键控制设施，其架设的精度及稳定性是本次工程质量的关键，因此，激光指向仪的固定架必须选用钢质材料焊接安装，底部用混凝土浇筑固定。利用经纬仪和水准仪反复测量以减小人为测量误差。E、并根据现场情况在操作坑四壁利用架子管和钢模设置全方位的档土墙，安装吊装设备，本工程出土采用小型龙门架吊装，设备安装和加接套管采用吊车吊装。4.8顶管施工措施：1、顶管选用钢承插口钢筋混凝土管，内径为800mm、壁厚80mm，执行标准《混凝土和钢筋混凝土排水管》（GBT11836-1999）的规定。2、顶管作业时，首先把顶管在导向轨上稳定好，测量顶管中线与前后两端的高程(高差为25mm)，校核顶管轴线与测量中心线之间的偏差，要达到设计要求，每顶进一节管必须对套管高程进行认真复测核对，达到轴线及高程要求后方可加接管。3、对套管的前进方向的控制要有效的利用激光指向仪，因为这是全天候24小时发挥作用，掏土过程中要以激光靶做为依据，保持激光靶始终为于洞的中心点，每日对激光靶进行校核，确保激光靶准确无误。但对套管前进方向的控制和检查激光指向仪仅是保证措施之一，还必须定期利用水准仪和经纬仪测量方可做到准确无误。4、为使后背受力均匀，顶管设备与后背接触面加δ=30mm的钢板和钢制后靠背；为使顶管受力均匀，在顶管设备与顶管间加δ=30mm的承力盘；为保证顶管前进的方向，千斤应按顶管中轴线对称布置。5、顶管前进时，顶程在不停的发生变化，因此要配备不同尺寸的顶入传力设备:顶柱。顶柱可用多根型钢加横梁焊接而成,或用铸铁铸造而成。顶柱尺寸要求能够满足最小和最大顶程的需要，从短到长每根相差500mm。6、为防止操作坑塌方造成路基失稳及施工人员和设备损伤，操作坑四壁采用钢筋混凝土浇筑，操作坑外四周临边围挡，工作坑需设置人员逃生梯等安全设施。7、顶管顶进过程中，人工在顶管前端掏土，整个顶进过程为边掏土边顶进，为保证顶进过程中的施工安全和道路安全，须严格控制掘进长度，采用“小进尺，多频次”的方式，在土质条件较好的情况下，每次掘这长度控制在30～50cm，若土质条件较差，应将每次掘进长度控制在10～20cm之内。套管与周围土层之间的超大型挖量不得大于1.5cm。8、在顶管过程中，每次掘进完成后应及时顶进，若因故出现施工中断，需对掘进断面支护回填处理，采用砂袋等对断面进行堆筑支护，避免塌方对道路产生不利影响。9、顶管过程中，架设水准仪控制中心线，每顶进30—50cm左右就要对顶管中心线、高程等进行观测，以施工放线时布置的中心桩为准进行监测，发现位移，要采取适当措施予以调整，每次纠偏角度不宜过大，可根据管径、顶进长度和土质情况来确定，一般可在5´—20´之间选择。纠偏可采用调整顶力作用点、在顶进管前端挖土或在顶管前端加木楔子纠偏等措施处理.10、顶管每前进2000mm接管一次，每节顶管采用吊车安装，在导向轨上安稳后一定要进行重复测量，保证顶管前进方向和接管质量。钢筋混凝土管接口处垫上油毛毡、麻辫圈等，起缓冲作用及密封防水处理。11、