铁路顶管穿越施工专业技术方案.docx
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铁路顶管穿越施工专业技术方案
铁路顶管穿越施工方案
1、工程概况
第六施工标段行政隶属于甘肃省安西县。
起点BA001#桩新疆甘肃交界，终点BA082#桩为峡东车站，管道线路自西向东经芦苇井-照东-大泉-小泉-柳园-土墩泉-峡东站，线路全长为116.96km。
线路基本沿兰新铁路敷设，其间穿越兰新铁路1次其施工方式暂按顶管穿越考虑。
穿越套管采用DN1200×120钢筋混凝土管，施工作业采用液压千斤顶顶管方法。
2、施工方法
2.1方法简介
顶管穿越施工设备主要包括千斤顶、高压液压站、工具管、顶铁及运土设备等。
施工前开挖工作坑，将设备安装就位，吊装套管、安装顶环，利用液压千斤顶顶推套管，每顶进一定行程，退回顶缸，操作人员进入套管内挖土外运，然后加入顶铁或套管继续顶进,循环作业，直至套管顶至对面接收坑；拆除设备，清理套管内余土，进行主管穿越。
2.2顶力计算
工程施工采用DN1200×120钢筋混凝土管。
根据总顶力经验计算公式F=n·G·L
其中n——土质粘住系数
G——每米套管自重
L——顶管长度
每米套管自重=材料密度×每米套管体积=2.45×π×（1.2+0.12）×0.12×1m3=1.218t
顶管长度按60m计算，土质按粘土、粉质粘土，含水量较小时，挖后能短期形成土拱，土质系数取1.5～2。
总顶力=n·G·L
=2×1.218×60=146.23t
土质按密实砂土、含水量大的粘土、亚粘土，挖后不能形成土拱，土质系数取3～4。
总顶力=n·G·L
=4×1.218×60=292.45t
根据以上计算，本标段设计顶管穿越长度最大为61米，按穿越地段为含水量较大的粘土、亚粘土、粗砂、密实砂土考虑，采用400吨液压千斤顶进行施工应该可以满足其推力需要。
3、施工工艺流程图
4、主要工序施工方法及措施
4.1施工准备
4.1.1组织施工人员熟悉施工图，进行技术交底，探讨施工质量保证措施。
4.1.2开工前预先与公路主管部门联系，按照路政部门的要求办理穿越施工手续，按照路政部门的要求设置相应的警示标志。
4.1.3应向路政等有关部门了解清楚穿越地段内地下是否有通讯线路，管道等设施，对于此类设施应请主管部门的有关人员现场指定位置，人工开挖，使之暴露，保护方案应得到主管部门认可。
4.1.4顶管设备、配套设备及各种机具材料准备齐全。
4.2修施工便道
根据现场情况，在穿越点工作坑侧修一条施工便道，以便于车辆、材料进入，施工便道与管线便道平顺相接。
4.3场地平整、测量放线
4.3.1根据现场情况，若操作坑开挖深度能够一次开挖的，在工作坑一侧平整出一块宽30m，长30m的施工场地。
4.3.2测量放线
1）根据设计给定的控制桩位，用经纬仪放出穿越中心轴线，并定穿越中心桩，施工带边线桩，撒上白灰线。
2）放线同时放出操作坑与接管坑的位置和开挖边线。
3）保护好公路两侧中心线上的标志木桩，以便按该桩测量、审核操作坑开挖深度和穿越准确度。
4.4作业坑开挖
4.4.1根据设计要求，在穿越道路两端各开挖一个工作坑，一个作为作业顶进工作坑，另一个作为接收首节管的工作坑。
4.4.2操作坑宽度为4米，工作坑的长度与管节长度、千斤顶长度及后背墙的尺寸有关，还与顶进方法和运土工具，其长度根据现场和所使用的千斤顶的尺寸而定，本次穿越套管以2m计算，操作坑长度为6m。
4.4.3工作坑的深度由设计管底高程及基础厚度而定，即管底高程加上轨道及基础厚度，就是坑底标高。
4.4.4在挖作业坑时，后背墙的原土层不得破坏，后背墙具体要求如下：
1）要考虑有充分的强度，在顶进中能承受液压千斤顶的最大反作用力而不破坏。
2）要有足够的刚度，当受到千斤顶的反作用力时，应使压缩变形小，当反作用力取消时，应能基本恢复原位，以充分发挥千斤顶的有效冲程。
3）后背墙表面要平直，并且垂直于顶进管道的轴线，以充分避免产生偏心受压。
4）根据土质情况，必要时后背墙要采取相应的支撑措施，例如加道木，加止推平台，选材要均匀坚固，以承受较大的后座力，避免造成后背墙受力不均，发生倾斜现象。
4.5顶管设备安装就位
4.5.1设备下坑前，要对已挖好的坑基进行测量找平，符合技术要求。
4.5.2作业坑处理完毕，用8t汽车吊安装后靠背挡板，支撑托架及推进轨道等，测量校正导轨面，保证套管中心线与设计中心相吻合，保证施工精确度。
4.5.3安装刃脚
刃脚装于首节管端部，刃脚由外壳内环和肋板三部分组成，刃脚外壳套于顶进管外部,遮板端部呈20°～30°角，尾板宽度15～20厘米。
1—遮板2—尾板3—套管壁4—环梁5—筋板
4.5.4安装管节
管节安装下坑前应先进行外观检查包括管端面的平直度，管壁表面的光洁度及端面上有无纵向裂缝，检查合格的管子用吊车吊到顶管工作导轨上，准备连接顶进。
详见顶管穿越示意简图4.5.4-1：
4.5.5千斤顶着力点被顶管端面上的部位是离管底1/3管径处。
故千斤顶下面需要搭台，千斤顶可一只或多只，但要按管中线对称布置。
管道前端面安装刃角，起切土的功能，减小顶进阻力，控制塌方。
管道顶进时所用顶铁包括环形顶铁，方顶铁和横铁。
环形顶铁安放在管端面处，它的内、外径尺寸要与管端面尺寸相适应，厚度300～500毫米。
它的作用是使方顶铁传来的顶力较均匀地分布到被顶管端面上，以免管端面顶坏。
方顶铁是在顶管过程中调节间距的垫铁，因此方顶铁的长度要根据千斤顶的冲程、管节长度而确定。
方顶铁的两顶端面严格要求平整与平行，若达不到这一要求时不可使用。
因为顶端间不平行，在作业时容易发生顶铁外弹。
顶管横铁安在千斤顶与方顶铁之间，将多只千斤顶的顶推力传递到两侧的方顶铁上。
横铁断面尺寸300×300毫米，长度按被顶管口径及千斤顶数量确定，公路（铁路）套管规格为DN1200mm砼混凝土管，横铁长度应为1.6米。
制做时，要求工作面要平行和平整，特别是中间一条焊缝要避免凸出。
1.边坡2.套管3.环向顶铁4.纵向顶铁5.横向顶铁
6.千斤顶7.集水坑8.方木9.基础
图4.5.4-1顶管穿越示意简图
4.6顶管作业
4.6.1顶进也就是把管节沿导轨推顶到已挖好的土洞内的作业，顶进操作要坚持“先挖后顶，随挖随顶”的施工原则。
千斤顶顶进一个冲程后，千斤顶复位，在横铁和环形顶铁间装进合适的顶铁，然后继续顶进。
顶铁安装应平直，顶进时严防偏心，以免使顶铁崩出伤人。
顶进时注意油压变化，发现不正常时立即停止顶进，并检查原因。
千斤顶活塞伸展长度应在规定范围内，以免损坏千斤顶结构。
在整个顶进操作中应坚持连续作业，若顶进间隔时间过长，土拱容易下塌，使顶力增大。
4.6.2管道接口
管节稳定后，在管内侧两管节对口的地方按设计要求用垫油毡或麻辫—石棉水泥填充密封，在管内用钢涨圈将两节管接口支撑牢固，使接口处于刚性连接，避免在顶进中受力产生错口，保证顶进过程中高程和方向的准确性。
钢涨圈是用6～10mm钢圈焊成的圆环，宽260～300mm，环外径比钢筋混凝土管内径小30～40mm。
1—木楔2—套管3—钢涨圈4—麻辫
4.6.2挖土
顶进管节的方向和高程的控制，主要取决于挖土操作，工作面上挖土不但影响顶进效率，更重要影响质量控制，这就要求对挖土有严格的要求。
1）必须在规定的范围内开挖，不得超挖，管底土基弧度在120°～135°范围内一定要保持管壁与原土层表面吻合。
2）在人工挖土时，不得搅动管底下部的地基土。
3）根据土质情况，工作面向前挖至0.1～0.2米时，顶进一次，挖出的土要及时外运。
4）开挖后要及时顶进，及时测量，可使顶力限制在较小的范围内。
4.6.3运土
管径大于1200毫米，可采用双轮小推车运土，从工作面挖下来的土，要及时通过管内用小推车水平运输至工作坑内，然后垂直提升至地面。
4.7设备吊拆
当套管顶进至对面接管坑时，套管穿越完毕，吊拆设备，清除管内余土，进行误差测量。
进行主管穿越施工。
4.8穿越管预制
4.8.1在穿越套管之前，根据设计要求，选择主管，进行布管，然后用外对口器进行组装，组装应在穿越一侧进行，主管道长度应大于套管长度4m以上，且应是整根管。
4.8.2组装焊接技术要求应同一般地段相同。
4.8.3组焊完毕后进行100%X射线探伤和100%超声波探伤，质量达到规范和设计要求。
4.8.4探伤合格后，按设计要求进行防腐补口。
4.8.5按设计和规范要求，对组焊完的管道进行单独试压。
在管段两端加封头、进水阀、放空阀和压力表，进行水压试验。
4.9主管的穿越
4.9.1将已试压合格的管段用两台吊管机吊入沟内，按设计图纸要求安装好套管与主管之间的支撑管卡和镁阳极带缓慢地穿入套管中。
4.9.2按设计要求进行套管与主管之间的封堵工作和阴极保护工作。
4.10回填、恢复地貌
4.10.1在穿越主管工程完毕后，应进行回填，靠近公路侧的回填土应夯实，恢复边沟、排水沟等道路设施。
路旁有电缆线或管道的应按图纸的要求进行相应防护后回填，并恢复至原地貌。
4.10.2将穿越施工中留下的废钢铁、防腐材料、污水、油迹及其它废弃物等全部清除。
5.质量控制与误差校正
5.1质量控制
5.1.1顶管的质量要求
1）上下偏差：
钻进长度在30m以内的套管，偏差不应大于100mm；钻进长度在30～42m以内的套管，偏差不应大于150mm；钻进长度在42m以上的套管，偏差不应大于200mm。
2）水平偏差不应大于套管长度的2%。
3）顶管中心线允许偏差不得超过顶进长度的1.5%，顶进位移纠偏时，每次纠偏角度不宜过大，可根据管径、顶进长度和土质情况确定，一般在5′～20′之间为宜。
5.1.2顶管质量的检测
管节在顶进时，必须对顶进管段中线的方位及高程严格控制，以保证顶管的质量。
顶管时的中线容易产生方位和高程上的偏差。
其原因有以下几个方面：
1）由于两侧千斤顶的顶力不对称，或后背发生倾斜，造成中线左右偏离。
2）由于顶力作用点和管中线不一致，造成中线左右偏差。
在前方挖土时，管底超挖而使高程起伏的不均现象。
3）顶管的端面或后背上下部位的土壤承载力相差较大。
4）导轨安装有较大误差。
5）顶铁制造质量差，受力后变形。
根据设计要求，工作坑的方位、高程、标定管道中心线、设定临时水准点等，都要进行精心测量，开始顶进的首节测量非常重要，首节管顶进好坏、方位是否正确直接关系到顶进的质量。
对每节管吊装下坑组对时，要及时进行相关的测量，并在正常顶进1～3米时就应测量一次，管线位置发生顶偏移时，要及时采取校正措施。
5.1.3顶管质量的控制
1）顶管高程的控制，可在顶坑中悬空固定水准仪，在顶管首端设立十字架。
每次测量时，若十字架在管首端的相对位置不变，水准仪的高程亦固定不变，只要量出十字架交点偏离的垂直距离，就可读出顶管的高程偏差。
若水准仪从坑外引进绝对高程，那么顶进管段的各点高程也可推测出来。
顶管时的方位偏差，可在坑上面引出中线，在中线方位的两点向坑内吊设两根垂球线，若管首端通过中心点的垂球线和上两垂球线在一条直线上，则顶管方位是准确的，否则存在偏差。
2）对管内工作面已挖成形，要由专检人员进行质量检验符合要求后，方准进行顶进作业。
3）对含水量大的粉土、砂土、砂砾土挖土后不能形成土拱，可采取润滑处理，以减少管壁与土壤的摩擦。
采用触变泥浆可减少顶管顶力达2/3左右，同时在松散的土层中顶进，用它可对管周围土质起到加固作用。
防止土拱的坍塌。
触变泥浆是一种由特殊粘土（高岑土，有称膨润土）掺合2-3%的碳酸钠而成，为了增加上述触变泥浆凝固后的强度，又掺入凝固剂（石膏）。
但使用凝固剂时，还必须同时掺入少量缓凝剂（工业六糖）和塑化剂（松香酸钠）。
应用触变泥浆顶管时，在管前方外缝隙处加前封闭管，在工作坑管外壁缝隙处加后封闭圈。
泥浆调剂后通过压缩空气经压浆罐，输浆管、分浆罐及喷浆管等送至管外壁四周。
形成一个泥浆环。
。
5.2顶管偏差校正
在顶管过程中校正偏差是保证顶管质量的有力措施，偏差是逐渐积累起来的，也只有逐渐校正过来，偏差过大校正就很困难，因而在顶管过程中应勤校测，发现偏差及时校正。
校正的方法分坑内和管端面纠偏这两类方法，具体作法如下：
5.2.1挖土校正法：
在管子偏向设计中心的一侧适当超挖，而在相对的一侧不超挖或留坎，使管子在继续顶进中，逐渐回到设计位置，校正中不得猛纠硬调，以防产生相反结
5.2.2顶木校正法：
当偏差大于20毫米或者用挖土法校正无效时，可用圆木或方木一端顶在管子偏离设计中心的一侧管壁上，另一端装在垫有钢板或木板的管前土壤上，支架稳固后开动千斤顶，利用顶进时顶木斜支管子所产生的分力，使管子得到校正。
5.2.3千斤顶校正法：
这种矫正法基本上同顶木校正法，即用小千斤顶接一短顶木，利用小千斤顶的顶力使管位得到校正。
5.2.4加垫块校正法：
即在顶管末端与顶铁间的适当位置垫上一块相应厚度的楔形钢板，使顶铁和管间形成一角度，顶进时可使被顶管得到纠正。
6、套管穿越施工机具配置
6.1施工设备、机具表
序号
名称
规格
数量
用途
1
液压千斤顶
400吨
1台
顶管穿越
2
液压站
1台
动力
3
单斗挖掘机
PC-220
1台
挖土方
4
汽车吊车
8t
1台
吊装
5
柴油发电机
30kw
1台
动力源
6
值班面包车
16座
1辆
接着职工
7
工具房
1座
物品堆放
6.2手段用料表
序号
名称
规格
数量
用途
1
吊管带
2根
吊装砼管
2
道木
250×250×2000
20根
支撑
3
测量仪器
J2
1套
测量
4
电缆
三芯
200m
电源线
5
小推车
1台
推土
6
安全灯
4盏
照明
7
钢丝绳
16mm
100m
吊装
8
靠背板
2m×2m
1付
止推
9
制作轨道
6m
1付
运行导轨
10
顶铁
1200×1500
1付
推进
11
顶铁
1200×1000
1付
推进
12
顶铁
1300×1000
1付
推进
13
顶铁
1500×1000
1付
推进
14
自制护帽
1付
保护套管
15
尼龙绳
φ20
200m
牵引
16#
柴油
0#
200kg
17#
液压油
N46
50kg
18
爬梯
1幅
下沟
19
铁锹
20把
除土
20
出土斗
1副
出口
21
碘钨灯
6盏
照明
22#
钢涨圈
φ1200
13副
加固接口
注：
#为消耗材料，按一处穿越点40米计算。
7、人员配备（不包括管线安装）
序号
工种
人数
序号
工种
人数
1
处长
1
2
技术、质量、HSE
1
3
测量
1
4
机械
2
5
管工
2
6
电工
1
7
起重
1
8
电、气焊
1
9
司机
1
10
炊事员
1
11
排土工
8
合计
20人
8.施工工期进度计划表（不包括主管预制）
序号
时间
内容
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
1
准备工作
2
场地平整
3
测量放线
6
设备搬迁
7
操作坑开挖
8
设备安装
9
顶进作业
10
设备吊拆
11
管内清土
12
主管穿越
13
管口封堵
14
场地恢复
注：
一条公路作业工期约18天，钻进作业每台班进尺按5m计算。
9、HSE保证与质量保证措施
9.1HSE保证措施
9.1.1现场设备较多，并且穿越时需连续昼夜作业，机械手精神会高度紧张，因此，要求施工人员相互关照，协同作业，时刻注意安全。
9.1.2注意现场的安全用电。
必须由专业电工进行电工作业，要时刻注意线路是否漏电。
9.1.3试压要有专人负责，严格按照试压方案去做，要做好试压时安全防护工作。
9.1.4穿越施工要由专业起重工指挥吊装，要采用通俗、易懂的专业手势、旗语等，要平衡操作，严格遵守安全管理条例。
9.1.5穿越长度超过30m的，应采用循环送风机进行送风。
9.1.5各工序有完善的安全管理组织，要有齐全的安全管理资料。
9.2质量保证措施
9.2.1主管焊接要严格按照有关施工规范进行。
9.2.2接受现场监理的监督检查，发现问题及时解决。
9.2.3特殊工种必须持证上岗，严禁无证操作。
9.2.4防腐补口每一道口，每一道工序要严格执行规范，要求详细的施工数据，施工记录，并搞好防腐检漏工作，把缺陷全部消除。
9.2.5认真贯彻三检制度，实行班组自检、互检与专业检查相结合的检查制度，并做好各项检查记录。
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