穿越309国道人工顶管方案.docx
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穿越309国道人工顶管方案
乳山-文登-荣成天然气输气管线工程
（文登门站～仁和坊村）（7#标）
穿越309国道顶管方案
编制：
审核：
审批：
北京市市政三建设工程有限责任公司
二〇〇九年七月
第一章编制依据
1.1.1、建设单位提供的文件
1、《乳山-文登-荣成天然气输气系统工程（文登门站～仁和坊村）》施工图设计（工程编号：
080432GC-07G）。
2、《乳山-文登-荣成天然气输气系统工程》工程地质勘察报告
1.1.2、有关规范、标准
1、工程测量规范（GB50026-2007）
2、工业金属管道工程施工及验收规范（GB50235-97）
3、现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范（GB50236-98）
4、油气长输管道工程施工及验收规范（GB50369-2006）
5、城镇燃气输配工程施工及验收规范（GJJ33—2005）
6、钢管环缝熔化焊对接接头射线透明照工艺和质量分级（GB/T12605-1990）
7、钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级（GB11345-1989）
8、钢制管道熔结环氧粉末外涂层技术标准（SY/T0315-2005）
9、埋地钢质管道聚乙烯防腐层技术标准（SY/T0413-2002）
10、承压设备无损检测（JB/T4730-2005）
11、建设工程施工现场供用电安全规范（GB50194-1993）
1.1.3、主要法规
1、《中华人民共和国建筑法》
2、《中华人民共和国环境保护法》
3、《中华人民共和国安全生产法》
4、《建设工程质量管理条例》
5、《建设工程安全生产管理条例》（国务院2003年第28次常委会通过，2004年2月1日起实施）
6、《城市市容和环境卫生管理条例》
1.1.4、其他
1、公司的质量保证体系文件
2、现场踏勘情况
第二章工程概况
2.1、工程概况：
本工程为乳山-文登-荣成天然气输气管线工程，工程起于乳山、途径文登最后进入荣成，设计压力4.0Mpa，管径为DN400，干线全线长约104km。
7#标段为乳山-文登-荣成天然气输气管道（文登门站～仁和坊村），管线位于309国道南侧，起点为文登门站，终点为仁和坊村，设计4.0Mpa天然气管道管径为DN400，总长10100米。
全线人工顶管2处。
7#标人工顶管工程量
序号
穿越道路
管线位置
套管内径（mm）
顶管长度（米）
1
309国道
75+17.63～75+44.63
1050
27
2
青龙河
83+230～83+310
1050
80
本工程顶管，穿越309国道，桩号为75+17.63～75+44.63，套管采用Ø1050钢筋混凝土管，全长27米。
2.2、现场环境：
2.2.1地上情况
设计节点G812—G813南北方向穿越309国道，309国道路面宽为20米，道路两侧为路绿化带，施工占地范围的杨树须伐移。
施工期间在道路南侧设顶管工作坑一个，占地500m²；在道路东北侧设接收坑一个，占地400m²。
2.2.2地下交叉管线情况
根据设计图纸提供资料，该穿越段有地下电缆线，埋深较浅。
为保证在施工中万无一失，在进行顶管工作坑和接收坑施工前，做好保护后方可进行开挖施工。
2.3、工程地质、水文情况
根据设计单位提供的水文、地质报告，该地段0～0.8米深，主要为含砾粉土层；0.8～5米深，主要含砾砂质土；5～10米深，为强风化花岗岩层。
地下水主要为松散岩类孔隙潜水和基岩裂隙水。
松散岩类孔隙潜水含水层在5～17米，水位埋深3～5米。
基岩裂隙水富水性不平均，常见流量多小于10m³／d。
水化学类型以重碳酸钠钙、重碳酸钙钠为主，PH值6.3-8.0.
2.4、主要工程量
穿越309国道顶管工作坑净空尺寸：
长×宽×深=7×4×5.5米一个；接收坑净空尺寸：
长×宽×深=6×4×2米一个。
顶管采用Φ1050钢筋混凝土管，长度为27米，每根长3米，共计9根。
2.5、工程特点、难点
本工程施工处于雨期。
需根据当地历史同期的有关汛情和当期的天气预报，制定科学的、操作性强的雨期施工措施，确保在雨期施工时工程质量达到设计、甲方要求。
第三章总体计划安排
3.1、总体计划安排
我公司计划开工日期为2009年7月15日，计划竣工日期为2009年9月20日，施工总工期67日历天。
顶管穿越银金大道计划工期为：
2009年7月31日～9月12日，历时44日历天。
3.2、现场平面布置
现场平面根据实际情况因地制宜进行考虑，尽可能减少拆迁工作量，具体占地面积根据现场情况确定，大体施工现场平面布置见图3-1。
现场平面布置图3-1
3.3、主要机械设备
顶管施工主要机械设备详见下表3-1。
主要机械设备用量表
表3-1
序号
机械设备名称
规格
单位
数量
备注
1
电葫芦
5t、10t
台
2
2
人工顶管设备
QYS320
套
1
顶管
施工
3
卷扬机
5t～10t
台
2
4
潜水泵
15以上
台
2
5
交流焊机
21KW
台
2
6
喷浆设备
套
1
7
空压机
9立方米
台
1
8
土斗
0.2立方米
个
2
9
搅拌机
台
1
3.4、人员配备：
为保证总体施工工期，本段顶管施工人员配置详见下表3-2。
顶管施工人员配置表表3-2
劳动力分配
计划人数
劳动力分配
计划人数
工长
1人
顶管施工
20人
测量员
1人
焊工
2人
材料员
1人
杂工
4人
质控员
1人
降水
2人
安全员
1人
管理人员
2人
电工
1人
合计
36人
第四章、主要施工方法和技术措施
4.1、顶进工艺
4.1.1、人工顶管工艺是顶进管前安装工具管，人工掘进、控制超挖的顶进施工工艺。
顶进过程中采用触变泥浆处理，顶完后做好水泥浆填充加固。
工艺流程见下示意图4-1：
工艺流程示意图4-1
4.1.2、掘进时保证管道内照明、通风良好。
管道内采用低压<36V照明。
4.1.3、为了保证工程的安全和可靠，顶管工作要连续不断地进行。
4.2、工作坑施工
4.2.1、顶管坑尺寸确定
根据顶管施工规范等要求，顶管坑结构内净空尺寸为：
长×宽×深＝7×4×5.5米1个，6×4×2米1个。
4.2.2、工作坑（竖井）支护施工
1、混凝土地圈梁
地圈梁的施工：
地圈梁尺寸为宽×高＝100cm×50cm，顶面标高从自然地面下返50cm。
地圈梁内侧采用钢模，混凝土标号为C25。
见图4-2。
2、锚喷和支护
用Φ16连接筋与混凝土圈梁下部骨架连接，并在混凝土圈梁底部安放焊接第一层钢格栅，焊接长度≥10d。
再分部位进行挖土、安装钢格栅、钢筋网片及锚喷混凝土，依次向下逐层交叉施工，3m以内每0.75m设一道钢格栅，3m以下每0.5m设一道，层与层间用连接筋焊接连接，连接筋间距1米，外挂间距为10cm×10cm双层ø8钢筋网片,喷射砼形成30cm厚的钢筋混凝土锚喷护壁，分2至3次喷射混凝土达到设计厚度要求，逐层重复施工直至设计深度，最终形成钢筋混凝土锚喷护壁。
工程喷射混凝土设计强度等级为C20，材料为P32.3水泥、中粗砂、豆石（粒径在0.3～1.0cm），配合比为水泥：
砂子：
石子＝1：
2.2:
2.3；速凝剂掺量为水泥重量的2～3%。
同时，当挖到1.5米、3.5米、5.5米左右时，加装30＃工字钢盘撑，该盘撑通过预埋钢筋与钢格栅焊接固定。
3、管道压浆后封闭
顶管过程中，管从工作坑进洞、还是出洞，管子与洞口之间都必然会有间隙，间隙必须做好封闭，洞口“后封闭”见图4-3。
根据设计高程在施做工作坑锚喷护壁时，将预制好进出洞口的圆拱形钢格栅（内径尺寸略大于管子外径8～10cm），与横向钢格栅连接，洞口部分的钢格栅及锚喷混凝土在准备就绪后再拆除。
4、封底
工作坑底标高与设计管内底高、管壁厚、导轨高有关。
在挖深达到工作坑底标高后施作，底板配筋上层为φ12@300，下层为φ20@200,现浇30cm厚的C25砼。
同时安装用于固定导轨的预埋铁并与底板钢筋焊接。
图4-2
图4-3后封闭做法
4.3、顶管坑内布置
顶坑上支搭四根30＃工字钢井字梁，上铺15cm×15cm方木密排，中间留3.5×2m吊装孔的操作台，吊装孔两面焊死、两面安装h＝1.2m防护栏杆。
顶管坑内布置，具体详见图4-4。
图4-4顶管坑内设备布置
设备安装执行《北京市给水排水管道工程施工技术规程》相关规定。
4.4、顶管坑内垂直与水平运输
顶坑安装由φ200壁厚的钢管组成的四不搭，一个φ300三滑轮，规格为6×19、φ16钢丝绳，选用一台JJM－5单间慢速卷扬机作为主牵引力下管用。
坑内使用小土车，另设一台1t垂直运输卷扬机把土运出坑外。
具体见图4-5。
图4-5顶管工作坑运输设备平面图
图4-5（B）顶管工作坑运输设备立面图
4.5、顶力计算及后背设计
按顶距L=27米，管径D＝1050考虑计算顶力：
D＝1050，混凝土管3m/节，管重4.6t/节。
P：
总顶力；
r：
管道处土层的重力密度KN/m319.4
:
管道外径m1.24
H：
管道顶覆土层厚度m7.5
Φ：
管道处土层内摩擦角°30
ω：
单位长度管体自重（KN/m）15.03
L：
管道计算顶进长度m27
f：
管道表面与周围土层摩擦系数0.3
：
顶进时迎面阻力KN0
经计算：
P=4140KN
4.6、后背安全系数的核算
ρ－后背每米宽度上土壤的总被动土压力：
ρ＝1／2×r×h2×tg2（45o+Ф/2）+2×c×h×tg（45o+Ф/2）
r：
土壤容重（KN／m3）取含砾粉质粘土为19.4
Ф：
（土壤的内摩擦角度）取含砾粉质粘土为30°
C：
土壤的粘聚力（KN／m2）取含砾粉质粘土为15
h：
天然土壁后背高度6m
ρ=1/2×19.4×62×tg2（45o+30o/2）＋2×15×6×tg（45o+30o/2）
=1380KN
要求后背宽度：
B＝P／ρ
B—受力宽度：
4140/1380=3m
后背实际宽度为：
4米＞3米，且后背为拖拉式受力（竖井整体），后背满足顶距27m（考虑安全）的施工要求。
4.7、工作坑后背设计
后背结构设计为：
锚喷墙+钢板+立放一排30＃工字钢+横放一排30＃工字钢+后背靠。
在锚喷墙壁前开挖30cm宽、深50cm的沟，在沟中立放一排30＃工字钢。
在锚喷墙壁前放2cm厚钢板，钢板与锚喷墙面的空隙以砂子填塞。
在立放的工字钢前横放一排30＃工字钢。
工字钢及钢板均密放并焊接成一体。
4.8、顶稿设备选择
根据总顶力计算：
4140×70%=2898KN，（即296t）选用2台200t顶镐双向水平顶进。
4.9、顶进方法：
1、管前人工开挖顶进时，挖土长度控制为30cm，并做到随挖随顶。
施工中管前端外壁不得超挖。
为防止施工中产生管前塌方，根据土质的成拱情况顶进过程中在管前端加管帽。
管帽大样见附图4-6。
图4-6管帽大样
2、顶进开始时，缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进。
顶进时测量中心高程以顶镐间距为一次，发现偏差时必须及时纠偏。
3、随时观测压力表的压力情况。
如油路压力突然增多要停止顶进，检查原因并经过处理后方可继续顶进。
回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。
4、施工时避免超挖，施工顶进采用触变泥浆处理，施工后做好水泥浆置换加固。
5、顶进后接口内侧采用双组份聚硫密封膏嵌缝。
4.10、测量控制
1、根据管道的中心位置，在地面上先测出中心桩，高程引点到井坑边，工作坑挖完后引入坑底。
在施工过程中主要对轴线中心位置和高程进行重点测量控制。
2、施工中严格执行三级测量复核制度,做好测量原始记录,及时对测量成果进行复测。
施工中如发现水平桩错位或丢失，需及时进行校测并补设桩点。
4.11、触变泥浆的制作与填充
在顶进过程中，后背的承载能力有限，为减少摩擦阻力，使用触变泥浆溶液，用高压空气将溶液压于管外壁使之与管外壁与土壤之间有一层润滑体，并控制顶进挖掘长度不得超挖，防止前方土因超挖而塌方。
制作触变泥浆选用材料为膨润土、水和碱（碳酸钠）。
注浆管见图4-7示。
图4-7
填充注浆前，先注清水检查灌浆设备（空气压缩机或泥浆泵）的完好程度，确认设备正常后，将制作好的触变泥浆灌入设备，用不大于0.1MPa的压力开始加压，压力根据注浆现场情况进行调整。
管道注浆顺序与管道顶进同步进行，如遇机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况，处理后方可继续进行。
顶管完毕后把管子清理干净。
4.12、管道顶进中的纠偏方法：
1、顶管过程中，如不按操作规程顶进就会出现偏差。
出现偏差视造成偏差的原因选择适当方法纠偏。
2、纠偏原则：
每顶进30cm,对中心线及高程测量一次，发现偏差，及时纠正，防止误差积累。
要遵循"小纠"、"勤测"、"勤纠"的原则，一是每次纠偏量不要过大，而且要注意发展趋势，二是有高低与左右均发生偏差时，先纠高低，后纠左右。
3、管道一般纠偏方法：
开挖面的一边保留土体，另一边被开挖，顶进时土体正面阻力移向保留土体的一侧，管道向该侧纠偏。
4、管道顶进中防止偏差方法：
顶进前按标高稳好道轨，准备好内涨圈。
内涨圈使用δ＝10～12mm厚钢板制作，宽度200～250mm，外径尺寸比顶进管径小40mm即可。
顶管前挖土严格按规定执行，超挖不得大于20mm，上、左、右三面不超过20～30mm，每顶进一镐校测标高和中心，发现问题及时解决。
严格交接班制度，记录齐全，交接清楚。
4.13、顶管施工的土壤加固措施
在顶进过程中，将对管外壁的土壤造成松动和空洞。
顶管施工完毕，为不造成今后的事故需对管外壁压入填充物。
本次压入物选定为水泥粉煤灰液，其配比为10：
1，使用定量水稀释水泥粉煤灰，置入压力罐中，使用高压空气压入，压入口还使用触变泥浆孔管。
如在压浆孔加固不当的，采用从地面打孔的方法压浆加固。
具体详见图4-8。
图4-8背后注浆加固图
4.14、雨季施工管理与技术措施
1、疏通原有排水设施，并与之结合建立临时排水系统，确保施工现场及周边排水通畅。
2、顶管坑上部支搭遮雨棚，坑底设积水坑，坑边设挡水墙。
3、现场所有材料作好遮盖防水工作，使任何避水的材料、产品、半成品免于浸泡淋湿，材料场地作好排水（重点是保护好土源）。
4、施工现场的电器设备做好防雨罩，小型机械用苫布盖好。
电器设备雨后由电工专业人员测试，合格后方可使用。
安排电工经常检查外露电缆、电线的绝缘情况，发现破损及时维护，防止漏电。
4.15、顶管施工安全
1、顶管工作开始之前，对地上、地下构筑物、公路的结构及基础做法和高程做细致的调查，听取各有关管理单位的要求和意见，得到他们的同意后，方开始施工。
2、掘进时保证管道内照明、通风善良好。
管道内采用低压（<36V）照明。
3、为了保证工程的安全和可靠，顶管工作应连续不断地进行。
4、不论任何理由使顶管暂停，水位监测和降水、排水工作不能停止，操作面必须干燥。
5、注意工作井的施工降水和排水并保持水位监测，保证人员在干燥环境下操作。
6、作好顶管工作井的防讯事宜，工作井上方设雨棚，避免雨水流入井中，雨季时设专人看护。
7、在工作井上设置栏址、台阶、梯子和一切必要的安全设备。
8、管材到货时立即确认有关文件和手续齐全、合格，并进行外观检验。
凡不合格的管子应立即运现场。
9、吊管时先试吊，吊离地面10cm在右，检查捆扎情况，确认安全后方可起吊。
10、下管时工作井内严禁站人，当管节距导轨小于50cm时操作人员方可进前工作。
11、开始顶进前，须对全部设备进行检查，并进行试运转。
12、在顶进过程，顶铁的侧面和上方均不站人，保证人员安全。
4、16、顶管质量控制
1、顶第一节管时及在纠偏过程中，每顶进30cm，测量不少于一次；管道进入土层后正常顶进时，每顶进100cm，测量不少于一次。
测量项目为中心线和高程。
工作坑内设置2个稳固的水准点，以便测量高程时相互闭合。
2、工具管在开始顶进的5～10m范围内，允许偏差为：
轴线位置3mm，高程0～+3mm。
如超过时应立即采取措施纠正。
3、严格按顺序开挖，当工具管接触或切入土层后，自上而下分层开挖，工具管迎面的超挖量应根据土质确定：
当正常的顶进时，管下部1350范围内不得超挖，管上部225°超挖量不得大于管外皮1.5cm；如遇重要构筑物或其他管道，一律不许超挖顶。
进管段的施工外观质量符合下列规定：
①、目测顺直、无返坡、清洁、不积水，管节无裂缝
②、管道内接口填料饱满、密实，且与管接内侧表面齐平。
③、顶管工作完成后，管内清扫帚干净，被碰坏的部分修复完好。
4.17、在顶管施工应测量并合理控制以下几项指标：
①、顶进速度，每日顶进量；
②、挖土、运土计量；
③、顶力大小及顶镐的冲程；
④、倾斜、高程差、顶管轴心的确切位置与设计轴线的偏差；
⑤、管线的沉降曲线。
4.18、暂停顶进的几种情况
①、工具管前方遇到障碍；
②、后背墙变形严重；
③、顶铁发生扭曲现象；
④、管位偏差过大且校正无效；
⑤、顶力超过管端的允许顶力；
⑥、油泵、油路发生异常现象；
⑦、其他认为会影响顶管质量及安全的异常现象。
4.19、土壤加固、触变泥浆及注浆置换
管段顶进完成后，管节接口的内侧的间隙应用双组分聚硫封膏密封。
密封膏抹平，不得凸入管内。
①、在顶管施工时，可根据现场水文地质情况，采用加固土壤、减少阻力的措施。
土壤加固可用用注浆的方法；为减少顶进阻力，可采用触变泥浆做为管外壁润滑剂。
②、保证泥浆搅拌器能充分搅拌泥浆。
③、事先将注浆孔的布置及孔径提交预制管厂。
下管时应检查管子是否有注浆孔。
④、用水泥砂浆（掺入适量粉煤灰）置换触变泥浆，置换后管道上的注浆孔应封闭严密。
⑤、在置换触变泥浆后应将全部设备清洗干净
第五章安全生产措施
5.1、安全技术保证体系
为了保证本工程施工中的安全，由公司、项目部及班组三级分别成立安全小组，以便加强安全管理工作。
图5-1安全生产体系图
5.2、安全管理目标
积极开展安全达标工作，切实贯彻安全生产责任制，强化安全意识，本工程杜绝重伤和死亡事故，轻伤事故频率控制在1‰以下。
5.2.1、安全技术措施
1、实行连续作业的各班组间，建立完善的交接班制度。
在交接时，交班负责人将本班组工作及有关安全措施实施情况，特别是发现安全隐患，向接班负责人详细交待，并记载于交接记录薄上。
工地值班负责人认真检查交接班情况。
2、工程在施工过程中，通过目测观察来监视土壤和支护的稳定性，仍然是一个非常重要的手段。
因此，必须施工重视目测观察。
在施工中，发现管道洞体内有险情，必须立即在危险地段设立明显标志或派人专人看守，并迅速报告工地施工负责人或领导，及时采取处理措施。
若情况严重时，立即通知全体工作人员撤离危险地段。
3、目测观察包括直接目测和通过量测仪表、器具目测。
目测观察的主要内容有：
土层松散密实程度、稳定状态、涌水量和压力；相对位移观测等是否超过限值等等。
4、在洞口（或附近）设置急救材料储备库和防止酸碱灼伤等意外事故发生，需要急处理的医药品和医疗器械室。
储存的防火、防水、防毒器材、支护用料、各种适用工具，以及医药品、医疗器械等，从数量、质量上要给予特别保证，不得随意挪动，使用后随即补足数量。
5、所有进入工作坑，必须按规定配备防护用品，要做到遵章守纪，严格听从指挥。
6、起重架、脚手架等按施工设计搭设，搭设完毕必须经验收合格后方可使用。
7、施工现场架设的临时电线，有专人负责，做到经常检查，电焊机的一次线长度不得大于5m，现场的临时电闸箱有专人管理，并加锁。
8、工人按安全技术交底操作，上班时不做与本职无关的工作。
9、下管时必须有专人指挥，下管前要向工人做安全交底。
上下工作坑走安全梯。
5.2.2、安全防护重点
1、防触电：
施工现场严格执行三相五线制要求，配电系统实行三级配电两级漏电保护，雨季施工各种电气设备要有防雨措施，严格电工当班及值班制度。
2、防机械伤害：
各种机械（含中小型机具）要当期检查，定期保养，施工前要对操作人员进行交底，严禁无证上岗，违章驾驶。
3、防有害气体中毒：
在调查旧井和已使用过的管线时，要通过气体检测仪检测为安全值后方可下井，严禁冒险蛮干。
4、由于雨季施工，配备足够的排水泵和排水管，并成立以项目经理为首的排险抢险队伍。
5.2.3、安全教育
1、项目部所属各参加建设的单位，结合本工程的特点，进行一次安全生产责任制和操作规程的再教育，做到安全意识先行。
在施工过程中，分阶段地、广泛地宣传各种安全生产知识的教育活动，提高施人员的安全生产意识，并贯穿到工程的始终。
2、从事特殊工种的电工，电、气焊工，木工，压力容器、起重、井下以及各种机械和机动车驾驶等操作人员，须经专业培训和考试合格后方准上岗操作。
某些特殊工种还必须按国家或市劳动局规定，考核持证上岗。
3、各级职能部门经常对施工安全进行监督和检查，对严重违反施工安全规定的工点，有权责令停工整顿，直到复查合格后，方可复工。
4、对新工人，必须进行3～7天的安全生产教育，考试合格后核发生产上岗证书，方可上岗操作。
5.2.4、安全管理制度
1、制定详细的安全生产技术措施方案，并报审获得批准后方许开工。
2、坚持交底单制度。
施工中，每道工序由施工员向班组进行有针对性的书面和口头安全交底，安全交底单，交接手续齐全，切实起到对班组安全生产的指导作用。
3、坚持班前会制度。
各生产班组每天坚持召开班前会。
坚持班组长每日自检，项目部经常抽查和定期检查，公司每半个月检查，以及安全员的每日巡查的检查制度，发现问题及时整改，以确保每项安全管理制度的落实。
4、在现场醒目位置设置各项安全标志、标牌、宣传品等，提醒施工人员注意安全。
5、对各类事故均严格按照“三不放过”原则进行处理。
即事故原因分析不清不放过；责任者和职工群众未受到教育不放过；事后没有制定和采取安全施工防范措施不放过。
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