顶管工程安全专项施工方案.docx
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顶管工程安全专项施工方案
顶管工程安全专项施工方案
顶管工程是本工程的重点和难点，为使顶管工程按《技术规范》的质量要求进行施工，并保证施工过程中的安全，拟采用以下施工方案：
以《技术规范》为准则，做好详细、准确的技术交底，施工过程的检查及三级检查制度———工序自检、互检、质检员专检。
定位放线：
确定沿线坐标、地面高程并与设计图复核，确定管道、检查井中心线，计算设计开挖深度，顶管施工前应对管道顶进地段的水文地质、地下埋设物、地上交通及构筑物进行周密的调查了解，有针对性的利用可能提供的设备，采取有效的排降水和防坍塌的安全技术措施，严禁在无施工组织设计的情况下施工，并结合水文、地质条件合理确定开挖顺序。
一、工作坑施工
1、顶管工作坑的位置，水平与纵深尺寸，支撑方法，后背、导轨及平台的安装，顶进设备的选用及其在坑底的平面布置等均应在施工方案中有经计算后的详细规定，在施工过程中不得任意更改。
2、开挖工作坑所有人员应接受并严格执行施工安全管理人员安全技术交底，工作坑的上口尺寸为5.5M×4.5M，采用机械挖上部土方时，现场应有专人指挥装车，堆土应符合有关规定，注意不得损坏任何构筑物和预埋支撑，然后人工修整，人工修整时要保证土体垂直，并尽可能在同一平面，使得土体与支撑充分接触，稳定有力，人工挖土使用的工具应牢固，作业人员应保持安全距离。
3、人工修整好2米时，打好第一级支撑，往下随着工作坑挖深，上面的支撑跟着延伸。
支撑用料严禁采用劈裂、腐朽木料，横撑应用圆木，直径应计算后确定，水平支撑截面应不小于15×15cm，支撑时撑木两端要用大绳系吊好再打撑，严禁用手托举撑木打撑，打撑的作业人员应站在安全可靠部位，严禁站在板桩或撑木上打撑。
密撑下端入土不得小于30cm,横撑、立撑应横平竖直，顶紧撑牢，联结牢固，立撑与撑木相接处应有托木板桩，并且必须紧靠坑壁。
横撑与立撑之间用马钉连接牢固，每层支撑之间的间距为80～100厘米。
4、工作坑四周应设两道牢固防护栏，工作人员必须戴安全帽，上下工作坑应走安全梯，正确使用个人劳保用品。
在工作坑的正上方架设龙门吊进行吊土、吊管,以保证安全，在工作坑的周边砌一匹红砖，以防止雨水流入工作坑内，影响工作坑内工人的操作及因水给工作坑壁带来失稳的现象，坑外的临时排水设施应保证畅通，工作坑底要安装有效的排水设施，保证坑底的安全。
工作坑内应设符合规定的和固定牢固的安全梯，梯子竖立较陡时，应有可靠的扶手，工作坑的坑口除留操作需要的洞口后，满铺木板或搭兜网，以防止人、物的坠落，在顶进时管内使用36伏以下的安全电压来照明，并采用鼓风机来保证管内空气的新鲜。
5、三角架承载力及稳定性验算：
三角架为两端铰接，采用长度计算系数为1.0,并对三角架的受力进行简单作图。
①按承载力验算
a、钢筋混凝土管重（Ф1200）G=3.14×1.32×0.12×2×2500=2072kg
b、每根杉木所承受的压力
P=G/3（1/sin600）=2100kg/3×1.15=805kg=8.05KN
c、设计荷载8.05×1.2=9.7KN≈10KN
d、尾径15cm杉木截面面积、长5.6mAn=3.14×752=17662.5mm2
e、由公式σc=N/An=10×103/17662.5=0.57N/mm2﹤fc=10N/mm2
结论：
承载力经验算符合要求
②按稳定性验算
三角架支点按铰接计算查杉木长细比λ=l0/i=5.6×103/0.25×150=150
因λ=150﹥91套用公式ψ=2800/λ2=2800/1502=0.124
由公式N/ψA0=10×103/0.124×17662.5=4.5N/mm2﹤fc=10N/mm2
结论：
稳定性经验算符合要求
6、工作坑平台设计
用两根［220槽钢搭设，设计跨度5.5m，间距1.6m，上面铺5cm厚松木板，平台总宽度2m。
1）荷载计算：
2）槽钢自重：
q1=5.5m×284.5N/m=1.5648KN
3）木板自重:
q2=2m×0.05m×2m×7KN/m3÷2=0.7KN
4）承载Ф1200钢筋砼管
Q=3.14×1.32×0.12×2×2500÷2=1036kg=10.36KN
5）平台活荷载标准值按2KN/m2计算
q3=2×2÷2=2KN/m
6）平台均布荷载设计值
q=1.2（1.5648+0.7）+2×1.4=5.518KN/m
7）平台集中荷载设计值
Q=10.36×1.2=12.432
8）钢梁跨中弯矩设计值
M=1/8×q×l2+1/4×Q×l=1/8×5.518×5.52+1/4×12.432×5.5=20.86+17.1=37.96KN.m
计算:
截面模量需用值
WX=Mmax/rx.f=37.96×106/1.05/215=168.15×103mm3
梁的经济梁高
hc=7×WX-300=7×168150-300=2570mm
强度验算:
①内力
梁截面面积A=220×5+8×2×5=1190mm2
②梁截面几何特性
IX=1/12×12×2203=1.065×107mm4
WX=IX/h/2=1.065×107÷220/2=96800mm3
③抗弯强度验算
σ=MX/rx/WX=37.96×103÷1.05÷96800=0.37N/mm2＜f=215N/mm2
结论:
抗弯强度满足要求
7、平台、支架、工作棚的支搭应有专人指挥，要正确使用安全防护用品。
支撑平台的［220槽钢两端搭在坑上，各不小于1.5m，接触土的部分加垫横排方木，每组纵向两根背对背立放，用铁丝摽紧摽牢。
平台所用木料无劈裂、腐朽，平台用木板厚度不小于5cm。
平台用木板应用马钉钉牢，平台表面应用木板铺平、铺严、马钉钉牢。
8、采用《给水排水管道工程施工及验收规范实施手册》经验公式计算后背墙顶力：
P=K粘（22D1－10）L
P—计算顶力（KN）
D1—管道外径（m）Ф1200D1=1440mФ1500D1=1800m
L—计算顶力长度,取L=50m
K粘—粘性土系数,取K粘=1.2
Ф1200P=1.2×（22×1.44－10）×50=1300.8KN
Ф1500P=1.2×（22×1.8－10）×50=1776KN
9、后背墙设计方案：
本工程顶进距离较长，采用钢筋混凝土整体浇注作为后背墙，宽度与工作井内净尺寸相等,同时保证其平面与顶进轴线垂直，后背墙底端在工作坑底以下，并大于50cm，后背土体壁面与后背墙贴紧，后背与坑壁之间的填充材料应分层夯实。
10、工作坑导轨采用重型钢轨。
顶管入土前，导轨要支承管节重量，并保证其稳定性和引导管节前进，所以安装时必须满足下列要求：
a、按管道设计高程、方向及坡度铺设导轨，要求两轨道平行，各点的轨距相等；b、导轨轨面应光滑，以减少管节前进时的阻力，装好的导轨顶面与管节应接触密切；c、导轨本身应平直，并具有足够的刚度和强度；d、安装导轨要牢固，保证安装后的稳定性，在顶进过程中，管节导轨上要不产生跳动和侧向位移。
11、卷扬机必须和平台、地锚联结牢固，吊装索具应完好无损；卷扬机的前方应设导向滑轮，使钢丝绕入卷筒的方向与卷筒相垂直，两者距离一般大于卷筒长度15倍。
滑轮、吊钩应有防钢丝绳脱落装置，顶部定滑轮应有安全限位装置，卷扬机等设备的制动装置应齐全、灵敏、有效。
作业时，钢丝绳不得和任何物品摩擦，卷筒上必须保留3～5圈钢丝绳，吊装索具的安全系数不得小于6倍，钢丝绳套子必须用编插接法，编插长度应大于钢丝绳直径的20～25倍，同时最小不得小于30cm，自制的吊钩不得焊接铸造。
二、工作坑排水
（1）施工地段地下水位较高时，工作坑施工过程中配备抽水机抽水。
每个坑三台潜水泵（两用一备），为预防停电，在现场预备一台发电机。
（2）排水系统确保能连续工作，使地下水位降至工作底以下至少50cm。
（3）在降低地下水的同时，将密切注意周围地区水位的降低至最小，并使用水位降低对构筑地基的影响，地下水抽降停止后水位回升引起的浮托作用及基坑下承压水层冲毁基坑底板可能产生的危害降到最低。
（4）将控制地下水位直至施工完成，避免浮力对结构或构筑的破坏。
（5）管内排水在工作坑内设一集水井，用泵将地下水抽至地面已安装好的管道内流走（升坡顶进时）此方法最为经济，但对工作面的土质要求要好。
（6）滤井排水，在沿顶进管线并距管线一定距离内挖掘排水滤井，将地下水位降至管底高以下至少0.5m。
此法适用砂土或砂砾石土层。
三、管道顶进
管道顶进施工工艺流程：
1、安装管节
（1）下管前在地面上应对下吊的管节进行外观检查，包括管端面的平直度，管壁表面的光洁度、端面上有无纵向裂缝，对马蹄行端面、裂缝超过标准、管壁粗糙、管体纵裂者不应使用。
（2）往工作坑内下管前，施工负责人必须进行防高处坠落，物体打击的安全交底，作业人员分工要明确，严格遵守纪律。
每次下管前，均应由负责人组织检查吊装设备是否完好无损，安全可靠，下管工序应有专人指挥，人工推运管子施工时，管子前方严禁有人，作业人员应集中精神，服从指挥，动作协调一致，严禁用手扶钢丝绳，防止手被滑轮、吊钩碰挤致伤。
下管作业的全部过程中，工作坑内严禁站人，待管节接近导轨时，工人再向前稳管就位，管节落到导轨以上，要检查管壁与导轨面是否密切接触，如发现有悬空翘起现象，应转动管节至完全密合为止。
坑内上下吊运物品时，坑内人员应站在安全角落，严禁利用卷扬机上下运人。
（3）顶进前将钢筋砼管在导轨上稳好，对正管口并垫上油毡或麻辫圈，在管内用钢胀圈将接口支撑牢固。
2、管道接口
（1）管节稳好后，在管内侧两管节对口处用钢胀圈将两管节连在一起，管与圈之间的间隙用木尖尖紧,使接口处于钢性连接，避免在顶进中受力后产生错口，标准顶进过程中管节高程和方向的准确度。
（2）安管与接口完成后，要将管内牵引小车的钢丝绳、照明电线以及其它向管内延伸的各种管线安装完毕后，就可在管前端工作面上挖土。
3、挖土
顶进管节的方向和高程的控制，主要取决于挖土操作，工作面上挖土不单影响顶进效率，更重要会影响质量控制。
对工作面挖土操作要求：
根据工作面地下水位高度来决定挖土的方法，必须在操作规程的范围内超挖，不得扰动管底地基土，每次管前挖土30—50CM，及时顶进，及时测量，并将管前挖出的土及时运出管外，土洞挖成后立即开始顶进，既可避免塌方，又不会加大顶力，在地下水位以下顶进时能减少渗透水量，挖出的土要及时运走。
（1）良好土质条件下挖土
管端可不安装刃脚，允许按规范要求向前超挖50cm，挖成土洞后才向前顶进，管顶超挖量一般不大于15mm，但在重要建筑物下不得超挖。
管底土基弧度120～135度范围内，不能超挖。
（2）土质条件差但不会出现塌方时的挖土
管前超挖量不能过大，一般不超过20cm，随挖随顶。
管顶部位最好不超挖，由于超挖后在顶进过程中土拱沉陷压到管顶上，要增加磨擦阻力，管底也不要超挖，保持135度弧度土基础。
（3）土质条件最差时的挖土
首先要在管前安装刃脚，以防塌方，并保证操作人员安全。
在刃脚上半部的保护罩下挖土，土层坍塌后流入刃脚内会保持一定的静止角，挖土时在坡角处挖取是比较安全的，将积土清运后立即顶进。
管侧土一般不要超挖。
管底绝对不允许超挖。
一定要在保护罩下进行挖土。
（4）地下水位以下的挖土
有地下水时，顶进管断面大，前面一定要装刃脚，不管什么土质，管下半部不得超挖，土基与管壁一定要求严密吻合，以减少地下水参透量。
管前超挖量也应比该种土没有地下水时要少。
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（5）岩石的爆破
如顶进时碰到岩石，则需请爆破专业队伍进行爆破。
4、运土
选用导轨车将土从挖掘处拖置工作坑，然后将导轨车用卷扬机吊置原地面高，用平板车拖到倒土点，泥水排除用泥浆泵抽到附近的雨水井中。
5、顶进
管节安装完毕，用千斤顶将管节沿导轨前挖好的土洞内顶进。
（1）顶铁的布置与安装.
顶铁的布置采用单行传力式。
在钢筋砼企口管口增设环形顶铁与管子企口吻合，将管口变为平面以利顶进，同时又扩大了承压面。
安装顶铁是靠千斤顶力将顶铁挤紧后传递顶力，所以对尺寸要求严格，不能有偏心和错位。
对顶铁安装的要求如下：
纵顶铁相接时一定要平直，不能出现上下左右的弯曲和错台现象，以防止产生偏心荷载；单行纵顶铁的中心线要与管道轴线一致；横向顶铁与管端面相接触时，必须使横向顶铁的中心线通过管壁的平均半径上，即着力点位于管壁厚度的中点；纵向顶铁间的顶铁块数应减少到最少，只要满足模数就应换上整体顶铁；横向顶铁着力点高度位于外直径高度的1/3～1/4间，并且靠下半部，以防止着力点太高容易使前管低头，纵向顶铁与横向顶铁应垂直相接，顶力增大时管端应加设弧形顶铁，增加管子受力面：
为了接触均匀，管端面与顶铁应同时加设衬垫，衬垫材料可用油毡、橡胶垫、石棉板等。
在施工中自始至终应加强注意，只要发现顶进过程中管子不向前走而向后背压缩，顶铁上拱或下啃，立即停镐，加固后背严防崩铁伤人。
（2）顶进程序
顶铁安装完毕，管前端已挖成土洞，就可顶进。
开动油泵，千斤顶活塞出程，开始先压缩后背和压紧顶铁，以后才顶进管节。
当千斤顶活塞杆伸到临界长度，立即关闭油泵，停止顶进，退回活塞杆，然后安装顶铁继续顶进。
当顶完一节管时，即顶到留在导轨上的管节长度0.4～0.5m时，无论千斤顶是否出程完毕都要停止顶进，退回千斤顶行程，拆除顶铁，准备安装新管节，随即测量。
四、顶进事故的防止
1、顶铁必须直顺，无歪斜，扭曲等变形现象，要充分保证顶铁使用时接触面的严密性，在安装时，不给使用过程中潜伏下崩铁伤人的隐患。
顶机、顶铁必须与管子保持平直，受力平均一致。
2、在顶进作业时，发现顶铁变行、异常、左右偏移或向上有凸出现象，应立即停机进行调整；搬运顶铁、内胀圈要稳拿轻放，不准往坑内抛掷；顶进作业时，人不得站在顶铁上方或两侧，严禁穿行。
在顶进作业时，如发现混凝土管端有混凝土剥皮脱落等异常现象，应立即停机检查。
在顶进作业过程中，对顶铁的观察要有专人，丝毫不得放松，严防崩铁事故的发生。
3、及时注意油泵的压力表指针的变化，当发生压力突然上升时，要立即停止顶进，检查压力上升的原因，防止发生意外。
4、控制千斤顶活塞的完伸长度，不要超越临界冲程，以免损坏设备。
5、要连续顶进，不能停滞不前。
由于停工时间长，地下水渗透增加，土拱容易坍塌，再开顶时顶力将大幅度上升。
6、根据不同土质情况，坚持挖土后立即顶进，随挖土随顶进，以免塌方。
7、将顶速控制适当范围内，不要过快或过慢，过快产生偏差后不易纠正，过慢管节前进速度小于工作面保持稳定的时间，就要塌方。
五、管道测量、纠偏
1、测量：
（1）测量次数：
在顶第一节管时，及校正顶进偏差过程中，应每顶进20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进90～100cm时测量一次。
（2）中心测量：
根据工作坑内测设的中心桩，挂中线，利用中心尺，测量头一节管前端的轴线中心偏差。
（3）高程测量：
使用水准仪和高程尺，测首节管前端管内底高程，以控制顶进高程；同时测首节管后端管内底高程，以控制坡度，顶坑内应设置两个水准点，以便闭合之用。
（4）一个管段顶完后，应对中心和高程再作一次竣工测量，一个接口测一点，有错口的测两点。
（5）对顶施工时，在顶至两管端相距约100cm时，可从两端中心掏挖小洞，使两端通视，以便校核两管中心线及高程，使两管准确对口。
2、纠偏：
顶管工程顶进过程中，由于各种不平衡外力影响管节在土内不可能形成直线前进，而是上下左右摆动前进呈现偏离设计位置的现象，出现此种现象即称之为“误差”。
应及时及早的采取措施，使管节回到原设计的位置上，此为“纠偏”。
产生误差现象的原因很多如：
导轨的安装、千斤顶的位置、后背与管节位置的布置等操作上的因素。
在客观因素上，因管道周围土质不同，作用于管周壁的土压力便会出现不平衡，粘土层中夹带砂层，硬土层中夹带软土层，均会造成力系的不平衡，土层较浅等亦可造成误差，顶管产生误差后，应即时纠偏，否则会造成报废的严重后果。
测量发现管位偏差达1cm，一般应考虑校正，但对高程偏差的校正，应根据管道的设计坡度和头一节管子的走向，来确定校正方法。
当根据头一节管子的定向预计可能自行恢复到设计位置时，不必校正。
纠偏校正应缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛纠硬调，以防产生相反结果。
在工程中主要采用普通校正法。
普通校正法分挖土校正法和强制校正法：
a、挖土校正法
偏差为1～2cm时，可采用此法。
此法是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。
b、强制校正法
衬垫法：
即在首节管外侧局部管口位置垫上钢模或木板，造成强制性的局部阻力后迫使管节转向。
支撑法：
即采用支柱或5～10T千斤顶在管前设支撑，斜支于管内顶端，随着顶进即可将管节顶起或顶向左右方，当管节接近设计高程或中轴线时即可拆除，使管节缓慢的正常顶进。
支托法：
在支撑法无效时即可采用支托法，即在第二节管节内壁和首节管节口前，设两个支撑点，在两个支撑点之间架设槽钢，然后用千斤顶将管节顶起。
千斤顶校正法：
当顶距较短时（15～20cm内）可调整顶铁的位置平行的用主压千斤顶顶进的力量校正管节。
校正管节时，首先要及早及时，同时需用渐进的方法，不可急于求成。
六、顶管工程施工允许偏差如下表：
顶管工作坑允许偏差
序号
项目
允许偏差
检验频率
检验方法
范围
点数
1
工作坑每侧宽度、
长度
不小于设计规定
每座
2
挂中线
用尺量
2
后背
垂直度水平线与中心线的偏差
1.1%H
0.2%L
1
1
用垂直
与角尺
3
高程
+3mm
0
1
用水平仪测
中线位移
左3mm
右3mm
1
用经纬仪测
注：
表内H为后背的垂直高度（单位：
m）
L为后背的水平长度（单位：
m）
顶管允许偏差
序号
项目
允许偏差
（mm）
检验频率
检验方法
范围
点数
1
中线位移
50
每节管
1
测量并查阅测量记录
2
管内底高程
D＜1500mm
+30
-40
每节管
1
用水准仪
测量
D≥1500mm
+40
-50
每节管
3
相邻管间错口
15%管壁厚，
且不大于20
每个接口
1
用尺量
4
对顶时管子错口
50
对顶接口
1
用尺量
注：
表内D为管径。
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