顶管施工组织.docx
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顶管施工组织
引黄供水工程穿越110国道
顶
管
施
工
组
织
设
计
方
案
审核：
年月日
编制：
年月日
编制单位：
宁夏坤承电力工程有限公司
2010年4月14日
一、工程简介………………………………….……….….….….…….1
二、工程概况…………………………………….………….…...…….1
三、施工准备……………………………………….…….….…..…….1
四、主要分项工程施工方法…………………..….……….….….……4
（一）工作坑的布置…………………………….….…………….4
（二）顶力的计算和顶进设备的选择…………….….………….10
（三）顶管操作工艺及管道方向的控制……….………..………11
（四）主要工程项目的施工技术方案………………………..……....
（五）顶管中的管道接口………………………………..……....16
（六）施工中的排水……………………………………..………18
五、文明施工和环境保护措施：
………….………….………………18
六、施工安全措施：
…………………….……………………………19
引黄供水工程穿越110国道——施工组织设计
一、工程简介：
阿拉善经济开发区引黄供水工程非开挖或开挖直埋穿越110国道。
根据现场情况和建设单位的具体要求，施工单位单独编制顶推穿越或开挖直埋混凝土涵管的施工方案。
施工工艺平面布置详见附图
（2）。
二、工程概况：
施工条件：
根据市政过路顶管或公路直埋涵管规范要求，砂粉土质过路顶管两管间的中心间距应大于6米。
直埋管道回填时要分层夯填，达到设计要求压实系数。
穿越110国道应与道路垂直。
三、施工准备
1.现场临时围护：
现场施工区域用钢管支架和彩条布围住，施工道路前方设置荧光警示牌和警示灯，同时进行开挖工作坑和接收坑的探坑工作。
2、由于野外施工，需要搭设保温棚50㎡，并需生明火。
3、因现在没有水电，需要到15公里以外拉运水，施工用电需安装两台35KW发电机组发电。
4、因现场没有放土位置，所以需将工作坑土方外运，回填时运回，运距一公里以内。
5、如果工作坑开挖位置有电缆、地下管网，所以在开挖前需用人工开挖将电缆、地下管网移开，待顶管施工完毕后用人工开在将电缆、地下管网移到原位埋好。
6、机械、工具制备：
准备柴油发电机组，制备的机械和工具详见后表。
7、施工进度计划：
顶管工作主要包括：
人工探坑、工作坑开挖、顶管设备安装、顶管、接收坑开挖、竣工验收六项。
简要施工流程和进度计划如下：
挖工作坑
人工挖探坑
现场维护
施工准备
顶管设备安装
顶管验收
顶管，出土
挖接收坑
工作坑回填
管道安装
恢复道路
保持围护
完工清理
施工进度安排
持续时间
项目名称
5月份
6月份
10号
11号
12号
13号
14号
15号
16号至31号
1号至6号
7号
8号
9号
10号
施工准备、围护
人工挖探坑
挖工作坑
顶管设备安装
顶管2根同时
挖接收坑
顶管验收
四、主要分项工程施工方法：
（一）、工作坑的布置
工作坑为顶管操作面设置针对本工程需顶两根管和工期紧的要求，工作坑横向（相对管道走向）13米、纵向7.2米、深4.8米。
工作坑西北角设置运土和设备的坡道一条。
工作坑的布置如下图所示：
后背木方
后背顶铁
工作坑宽度B=D+b+c+d
式中：
D—管外径（本案双管取3.6米）
b—管两侧操作空间，一般为1.2—1.6m；
c—撑板厚度一般采用0.40m
d—双管顶进时的管间距（本案6米）
工作坑长度L=L1+L2+L3+L4+L5+L6
式中：
L1—管节长度（本案2m）
L2—顶镐机长度（本案1.5m）
L3—后背墙厚度（包括后背立板、后背方木、后背顶铁等约1m左右）
L4—稳管时，前一节已顶管留在导轨上的最小长度，一般为0.3—0.5m
L5—为管尾出土所留工作长度，根据出土机具而定，用小铁车为0.6m，用手推车为1.2m（本案采用1.2m）
L6—调头顶进时的附加长度（本案采用1m）
工作间高度：
工作坑的配槽底到最下一步槽台的高度。
依管道的外径考虑挖土方便、撑板和撑木的规格而定。
一般为3米或（2—3倍）管外径，槽台的宽度应大于800m。
2、架设后座墙
后座墙承受管子顶进过程中受到的全部阻力，应有足够的稳定性，安全系数一般不小于最大阻力的1.5倍。
后座墙的做法可分为两种，即为原土的和人工的两大类。
原土后座墙的土质应有足够的高度、宽度和长度，一般长度不应小于7m，以保证有可靠的稳定性，其结构如图2.
根据现场土质情况为分集砂，所以选择采用100号水泥沙浆砌筑毛石作为顶管靠背，毛石靠背长度为长18m×高4.5m×平均厚度2.5m，然后在放两排（横竖两排）枕木，最后在将预制好的1.2m×2.4m的水泥靠背放上。
（见图3），混凝土管联合的（见图4），方木联合的（见图5）。
3、平基与导轨
平基与导轨是为了保证管子沿需要方向顶进而设置。
1）平基的做法，取决于下管方法、管子重量、基底上质及地下水位情况，采用垂直下管时，可参考下述一些做法。
（1）在槽底无地下水时，可采用土槽木筏平基，在方木上直接铺设钢轨，如图6。
（2）遇地下水不旺，地下水位高于槽底200mm，虽能挖成干槽，但当槽底土壤为细粉砂或亚砂土近饱和时，安装过程可能被搅动，可用卵石木筏平基，如图7。
（3）遇地下水较旺，土质不好，地下水距槽底较高，可采用方木平基作法如图8、图9。
2）导轨有钢轨、木轨两种，钢轨180kg/m轻便钢轨。
木轨用240×150mm方木，刨角、包铁皮或在方木两侧安角铁。
导轨阻挡于一个定向轨道，安装导轨必须符合管道中心线、高程、坡度的要求，安装轨道后，至少对六点（轨前、轨中、轨尾的左右各一点）检验。
在稳好第一节顶管后，测量负载后的变化，加以校正。
道轨的布置间距（上部净距）如图10所示。
图10
导轨安装净间距计算
按下式计算：
A＝2（D+2t）（h-c）-（h-c）2
式中：
A—导轨上部净距mm
D—管内径mm
h—导轨高度mm
t—管壁厚mm
c—预留空隙高度mm
导轨中心至中心的间距（A）
采用钢轨A＝A+a（mm）
a—钢轨上顶的宽度
采用木轨A＝A+B（mm），B为木轨的宽度（mm），当采用180kg/m轻便钢轨（轨高为90mm）和预留空隙高度采用10mm时，导轨上部的净距A＝85（D+2t）-400（mm）。
（二）、顶力的计算和顶进设备的选择
1、管子在被向前顶进时，受到两个方面的阻力：
管道外壁与土壤的摩擦力，工作管前进挤土时的挤压阻力，一般后者小于前者而忽略不计。
近似的顶力计算公式：
顶力T
T＝KπDLf（t）
式中：
D—管外径（m）
L—管子项进长度（m）
f—管子与土壤的单位面积摩擦力（t/㎡）
一般取f＝1.8—2.6t/㎡进行结算。
另外根据水文地质情况可选用下列经验公式。
在粘土、粘砂土、天然含水量少的砂质土，挖洞时能形成土拱，其顶力T＝（1.5-2.0）P。
在含水量低的砂性土壤、砂砾、回填土等不能形成土拱的，顶力T＝3P。
式中P为全部钢筋混凝土管重量。
2、顶进设备的选用
顶进的主要设备是千斤顶，按所需的顶力选择，一般采用1—3个200t油压千斤顶和高压油泵（压力可达40Mpa）。
根据布置的位置和作用不同，选用不同规格的顶铁等，满足顶管施工的需要。
一般人工挖土机械摇动千斤顶所需的设备表
机械名称
规格
单位
数量
用途
备注
卷扬机
0.5吨
台
1
水平垂直吊土
吊车
5吨
台
1
下管用
可用人工下管
液压泵站
Dz50-8.95
套
2
顶进
油泵等动力设备
千斤顶
100吨
200吨
台
台
2
4
顶进
顶进
台数据实际需要选
导轨
长4米
长1米
根
根
4
2
导向用
导向用
钢轨或木轨
钢轨或木轨
顶铁
400×400×400
块
4
千斤顶前后横向用
顶铁
200×400×750
块
4
后座立向用
顶铁
400×400×2200
块
2
后座立向用
顶铁
200×300×750
块
4
千斤顶前后纵向用
顶铁
400×300×750
块
6
千斤顶前后纵向用
顶铁
200×400×300
块
4
千斤顶前后纵向用
顶铁
400×300×200
块
4
千斤顶前后纵向用
顶铁
200×300×100
块
4
千斤顶前后纵向用
顶铁
200×300×50
块
4
千斤顶前后纵向用
顶铁
200×300×20
块
4
千斤顶前后纵向用
顶铁
200×300×10
块
6
千斤顶前后纵向用
水泵
2“或是”电动
台
1-2
工作坑排水
备用
照明
220V
套
4
全部用电
配电箱
个
1
工作坑全部用电
包括三块分闸20-30A，总闸100A电流表0-500V
挖土工具
镐锨
按需
运土机械
小土车
按需
（三）、顶管操作工艺及管道方向的控制
在顶管的各项准备工作完成后就可下管，开始顶进工作，顶管时，先使千斤顶头伸出，使管子入土。
当顶头伸到极限位后退回，插入顶铁，再使千斤顶顶头伸出，如此反复，逐节把管子顶入土中。
顶管过程中靠人工挖土，挖土用土车，人工运到管外操作坑；再山卷扬机或人工把土车垂直吊运到地面，推到操作区外。
管前挖土是保证顶管施工质量的关键。
人工挖土时要掌握管子方向，根据土质情况和地下水高低，采用不同的刨挖方法和管子纠正方法。
随时注意前方情况和第一节管子上下左右的变化，还采取铺小砾石，及配砂石等处理措施
1、管前挖土与顶进;
管前人工挖土一般是先后顶，在管子前端先挖掉一层上，用小车运走，然后顶管，再挖再顶进。
在无水的土中挖土，可先挖下面，管前15㎝以外的土要随挖随找周边，管前25㎝以外的土可先挖成锅底形，顶管过铁路时，只允许挖管前土深5㎝。
挖土采用管檐时，可在管内挖，只要求平均挖土即可；不用管檐时，管下槽按120－135较好。
（如按90则易偏，按180遇在差误难以纠正）。
在正常情况下挖土，上部可比较外壁多挖11.5㎝，下部120135不得超挖，较管底外壁高1㎝，让管子前进时切去，这样可防止管子下沉。
当前方遇到上部土绝对不允许下沉的地段时，则管四周中一律不超挖、使土完全包着管子前进，在流砂、松散土壤地段挖土，要防止管底土壤的扰动，可先顶管后挖土，然后挖掉管管道中的泥土。
2、顶管过程中的管道方向控制及偏向校正，为了保证顶管操过程中工作管按设计方向顶进，必须加强测量检测工作，发现偏向及时校正。
由于第一节管子的方向决定土孔方向，以后的管子都将沿着第一根管入土后形成的土孔前进，所以开始顶第一节时，尤应加强检测和控制。
上顶管过程中的测量检查工作。
在顶管过程中必须经常检测管道的中心线位置及高程是否符合设计要求。
通常在工作管内放一个有中线和高程标记的丁字尺，工作坑内设置一架水准仪，随时进行观测。
为了便于随时观测，又不妨碍顶管操作，水准仪可用专用的架子固定在工作坑的支撑上，而不用自身的三角架。
在图13中，在地面上先拉出龙门架（中心桩）中心钉线，然后在线上两个点，用垂球引出工作坑两点，观测时将水准仪放在点上瞄准到的垂线，观察放在工作管里的丁字尺（水泡应居中）的中线是否与水准仪里十字线的垂直线重迭说明中心线位置正确，反之中心线偏离。
工作高程可以从水准仪在丁字尺高程标记上读数求得，由于同一管径同一丁字尺放在同一工作管内，其也不变，因此值反映了工作管内底的高程。
3、顶管过程中工作管中心和高程偏移的校正
当在顶管过程中工作管方向发生变位误差，根据变化大小采取不同的校正。
发生的误差仅在第一根管上，其余管节合乎要求时，以挖土方法校正。
1）当管头抬高时，挖前方土孔的下半圆土，使其顶进中借自身的重量下沉，从发生高程误差的起点向前挖土1.5米以上长度。
如图14所示。
2）当管头低头时，则多挖上半圆土，在继续顶进中管头自然推起，也可以用小千斤顶一次顶到设计高度，或者用千斤顶顶到合格坡度，再将管子向前进100㎜，使第一节管头落于硬土上，或在管前以木料斜撑顶进，使管头抬起来。
调整高程误差仅发生在第一节管上的校正方法示意仅示于发生的变位较少，误差在允许范围内。
图14
3）当连续几节管子发生偏高偏低，但高程误差没有反坡，且不超过全长高差，则应变更坡度，逐渐校正。
按全管剩余的高程和剩下的管道长度平分调整，具体方法如图15所示。
调整时按全长全长剩下的高程平均调整，即改变坡度。
例2‰设计坡度，2米管长计算每节管高差应为4毫米，若顶程为15节，则全程为60毫米高差。
当顶至第7节管时，若高差已超过40毫米，即超过设计坡度12（40-28）毫米。
全长剩下8根管只有20毫米高差，则每节管按2.5高差前进。
4）当管道顶进已发生了严重反坡或是超过了全长高差，高的部分也无法掏空下降，低的部分也不能顶起来时，其校正方法如图16所示。
5）中心方向的偏差，也可用挖土校正法，利用一侧起挖，一侧不挖或留5-10mm的土坎，使管中心徐徐变位。
如挖土方法不能使管中心复位时则采用木柱支撑的方法校正。
如图17所示。
4、顶管过程中的施工质量控制：
顶管本身为施工手段，工作管的标高和中心线应严格按着由管道干线的座标，中心线和标高换算来的数据控制。
在顶管工作完毕，验收时可参考管道安装设计要求进行。
无设计要求可按下列标准验收：
1）顶管的标高按设计标高+100mm-400mm;
2）管道中心线按设计中心线允差200mm；
3）管道接口错口允差100mm；
4）对顶时两段管道接口处允许错口30mm；
（四）主要工程项目的施工技术方案
1、人工顶管顶力的计算：
1）对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。
根据经验公式：
P=nP0
其中：
P——总顶力n——土质系数。
土质系数取值可根据以下两种情况选取：
2）土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5～2.0。
3）土质为中粗砂及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3～4。
取n为2.0。
P0——为顶进管子全部自重。
顶进的每节管自重约为4吨，最长段以42米计，每节管长2米，共要顶进21节管，则P0＝4×21＝84吨。
则总的顶力为：
P=nP0＝2×84＝168吨。
考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.3倍左右的储备能力，设备顶进应力为218.4吨,取总的顶力F＝200吨，选用两个千斤顶作为顶进动力设备，每个千斤顶的顶力应为200吨。
2、对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖时容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。
根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。
1）工具管正压力：
与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。
根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常30-60t/m2。
大于40t/m2时表明土质较好。
F1=S1×K1其中
F1--顶管正阻力（t）
S1--顶管正面积（m2）
K1--顶管正阻力系数（t/m2）
F1=S1×K1=πr2×K1＝3.14*0.85*0.85*35＝79.40吨
2）管壁摩擦阻力：
因管壁摩擦阻力大，所以在管壁上涂泥浆或腊以减少阻力。
管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关，在道路中心绿化带内增加中间续接工作坑两个。
根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.1-0.5t/m2之间。
F2=S2×K2其中
F2—顶管侧摩擦力（t）
S2—顶管侧面积（m2）
K2—顶管侧阻力系数（t/m2）
F2=S2×K2=πDL×K2=3.14*1.7*60*0.5=160.14吨
顶管阻力为以上二种阻力之和，顶进长度按最长管段60米计算，总顶力：
F=F1+F2≈239.54吨因此，取总的顶力F＝300吨，选用两个150吨的千斤顶作为顶进动力设备。
3、工作井和接收井的施工
工作井和接收井的施工方法采用人工挖孔护壁法施工。
1）工作井施工
工作井采用人工挖孔护壁支护结构。
工作井尺寸净空为12×6米，开挖深度为
4～6米左右，壁厚采用30cm厚混凝土。
2）。
3）严格控制后靠背、洞口墙的水平度和垂直度。
洞心的标高和洞口的直径要符合设计要求。
4）确保工作井的净空尺寸满足设备要求。
5）底板的标高要符合设计要求。
。
4、顶管工作井内设备安装
1）导轨安装。
严格控制导轨的中心位置和高程，确保顶入管节中心及高程能符合设计要求。
2）由于工作井底板浇注了20cm的砼，地基稳定，导轨直接放置在工作井的底板上。
3）严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管道纵坡一致。
4）导轨采用浇注砼予以固定，导轨长度采用6～5m，间距设置为78cm。
5）导轨必须直顺。
严格控制导轨的高程和中心。
5、下管、顶进、出土和挖土设备：
采用机械下管，用千斤顶、高压油泵作为顶进设备，用斗车作为出土设备，用空气压缩机带风镐机作为挖土设备。
6、照明设备：
井内使用电压不大于12V的低压照明。
7、通风设备：
人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风。
风量的计算：
1）按洞内同时工作的最多人数计算：
Q=k×m×q式中：
Q－所需风量，m3/min;k－风量备用常用系数，常取k=1.1～1.2m－洞内同时工作的最多人数q－洞内每人每分钟需要新鲜空气量，通常3m3/min计算。
现管内有两人工作，一人开挖，一人负责运余泥，取k=1.1,m=2,则有Q=k×m×q=1.1×2×3=6.6m3/min
2）漏风计算
Q供＝P×Q式中：
Q－计算风量P－漏风系数采用Ф200PVC管，每百米漏风率一般可控制在2％以下。
取P＝1.02，则Q供＝P×Q＝6.6×1.02＝6.73m3/min取风量大于7000L/min离心鼓风机（或高压空气压缩机）作为通风设备则可以满足要求。
（五）、顶管中的管道接口
在顶管过程中，管道接口主要是解决在施工顶进时管子接口能承受较大的顶力，而不致破裂，管节接口不易错开，在使用中达到防水防漏，在管基不均匀下沉时，减小变形。
出于下述因素，其接口的方式有多种形式：
顶管过程中的工作管和介质管道为同根管，其接口要承压，防渗漏。
顶管过程中的工作管做为介质管道的套管其套管接口仅为防渗漏。
顶管过程中的工作管材质和对口结构形式如下：
1、顶管用的钢筋砼仅做为介质管道的管口形式是凸口式，及承插式接口的铸铁管，其接口的处理分两段进行。
在一节管子顶进后，第二节管子下到工作坑里，将两管管口对齐。
在间隙处填一圈浸过沥青的麻辫（铸铁管接口为油麻）。
管内壁的接口处用金属胀圈将管子撑紧，使顶管过程中不致产生错口中。
这时管子可顶进，内胀圈由两个半圆形的钢板制作内套环壁厚为15cm宽度为30cm数量为42个，两者用螺栓连接，旋转螺栓把内胀圈胀大，撑紧两节管子的接口，管子全部顶进后，拆除内胀圈（见图18），再在接口处填石棉水泥，并与管内壁齐平。
当顶管管段作为生产管段的套管，其内接口用水泥砂浆抹平。
如图19所示。
五、文明施工和环境保护措施：
落实明确工地文明施工管理制度，指定专人进行管理和监督。
严格执行现场总平面管理，按照各施工阶段的施工平面布置图规划和要求实施。
在明显的地方设置工程概况、施工进度计划、施工总平面图、现场管理制度、防火安全保卫制度等标牌。
材料堆场、供电、给水、排水等系统的设置严格遵循平面图的要求，并经常检查执行情况。
环境保护的要点在于保护和改善施工现场的工作环境，防止由于施工作业造成的污染。
主要措施有：
（1）装卸粉尘的材料时，要洒水湿润或在仓库内进行。
（2）严禁向施工区外抛掷垃圾，所有建筑垃圾及时外运。
对装运建筑材料、土石方、建筑垃圾及工程渣土的车辆，派专人负责清扫及冲洗，保证行驶途中不污梁道路和环境。
（3）做好施工现场周围的树木和植被的保护。
同时配合建设单位做好施工现场及周边的清洁工作。
六、安全防护措施
在施工中贯彻文明施工的要求，科学组织施工。
做好施工现场的各项管理工作，制定安全生产目标计划、安全生产责任制并落实到岗、到人。
主要做好人员管理和安全防护工作。
首先要建立健全安全生产管理体系,明确安全第一责任人、现场安全负责人、班组长和专（兼）职安全员等各级安全管理人员的工作职责。
同时，根据施工特点，完善各岗位安全技术操作规程，并在作业前搞好从业人员的安全教育工作,使全体作业人员了解并执行各自的岗位安全职责和安全技术操作规程。
同时还应遵守建设单位提出的要求，积极配合建设单位和监理单位的安全管理人员的工作。
其次确保施工现场的临时用电、临边防护、基坑围护、施工机具、“三宝四口”和消防保卫工作均应有专人负责和监督执行。
特别是施工现场用电管理及维护工作须由专职电工和机械工进行，严禁乱拉乱接电线，并派专人对电器设备定期检查，对所有不合规范的操作限期整改，杜绝隐患，对所有不合规范的操作限期整改，杜绝隐患。
针对施工现场距道路较近、工程机械多的情况，要求现场指挥员与作业人员在施工作业前做好警示牌、警示灯，同时要确定好手势指挥信号,避免误指挥和误操作安排专人进行施工现场交通指挥,搞好隧道口交通管制。
禁止非施工车辆和无关人员进入作业区域，排除和减少其他干扰因素。
另外，要兼顾施工现场周围的环境清扫和保持工作（清理运输车辆遗留的建筑垃圾），每日施工工作完成后将现场周围清扫干净、材料堆放整齐，夜间警示灯、警示牌安装到位。
针对顶管作业的特殊性，还应注意下列问题：
1）顶管工作人员多在坑内和管内操作，因此要有专职安全人员负责观察工作坑的边坡安全隐患，发现异常及时告知坑内的施工人员。
2）在工作坑的构筑过程中除注意工程质量问题外。
还应有专职安全人员负责观察护板、撑木、后座墙的支固情况，防止发生塌方事故。
3）遇有土质松散的情况，需对工作坑范围内进行土方防护，并根据情况在周边增设红旗及灯光等对过往车辆和人员进行警示防护。
4）对作业坑内和边坡的土方情况专人连续观察，如发现异常情况，及时停止顶进施工，采取措施确保安全后方可施工地。
5）顶进作业时要严格检查头管前障碍物和设施的情况，发生异常及时采取相应的处理措施，力保障碍物和设施不影响顶管工作
6）安全协议：
如发生任何事故由我方承担。
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