大口径顶管施工方案.docx

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大口径顶管施工方案

河南省南水北调受水区周口供水配套工程

穿越高速专项施工方案

XXX水利建筑工程有限公司

周口市南水北调配套工程XXX项目部

2013年3月10日

编制：

审核：

审批：

穿越高速公路专项施工方案

一、编制依据

本工程承包合同及施工图纸资料；

本工程招标时提供地质勘察报告；

经现场踏勘所获得的自然条件资料；

《国家和地方政府颁布的工程建设标准强制性条文》

《中华人民共和国建材行业标准》JC/T640-2010

《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）

《给水排水工程顶管技术规程》CECS246：

2008

二、工程概况

本标段位于周口商水县境内，起点为商水县张庄乡大郭庄、干线桩号116+060.000处，终点为商水县张庄乡双庙、干线桩号122+170.000处。

该标段管线长6.11km，管径为DN2400，管材为PCCP。

标段内有建筑物7座，分别为穿枯河倒虹吸1座；穿越跨高速引道及立交桥顶管工程6处；阀井、镇墩及设备安装等。

本标段穿越高速公路工程共5处：

穿越上南洛高速公路引道顶管，处于张庄乡富民养殖场东侧，无地下管线；设计桩号119+812.666～119+887.666，长75m；穿越段交叉面路面宽度12.93m，路基宽度30.0m，交叉角度43.87°，穿越段路面高程50.902m，管顶高程42.520m，土层厚度8.32m；地下水位41.1m，距路面9.802m；

穿越高速立交桥顶管，处于张庄乡富民养殖场东侧，无地下管线；设计桩号120+034.804～120+104.804，长70m；穿越段交叉面路面宽度34.74m，路基宽度34.74m，交叉角度90.0°，穿越段原地面高程46.133m，管顶高程42.120m，土层厚度4.013m；地下水位40.3m。

穿越高速顶管，处于张庄乡富民养殖场东侧，无地下管线；设计桩号120+260.514～120+300.514，长40m；穿越段交叉面路面宽度9.99m，路基宽度9.99m，交叉角度90.0°，穿越段原地面高程45.249m，管顶高程42.120m，土层厚度3.129m；地下水位40.2m。

穿越下南洛高速公路引道顶管，处于张庄乡富民养殖场东侧，无地下管线；设计桩号120+370.433～120+425.433，长55m；穿越段交叉面路面宽度11.16m，路基宽度22.61m，交叉角度39.71°，穿越段路面高程46.688m，管顶高程42.120m，土层厚度4.568m；地下水位40.5m，距路面6.188m；

穿越高速引道顶管，处于张庄乡东仁桥村东侧，无地下管线；设计桩号121+199.090～121+259.090，长60m；穿越段交叉面路面宽度7.82m，路基宽度34.38m，交叉角度90.0°，穿越段路面高程49.003m，管顶高程44.930m，土层厚度4.073m；地下水位41.8m，距路面7.203m。

以上穿越高速公路全长300m。

详见附件：

穿越高速平面布置图

三、水文气象和工程地质

3.1水文气象

本区域属暖温带季风气候，四季分明，春季干旱风较多，夏季炎热雨集中，秒秋温和日照长，冬季寒冷雨雪少。

气温、降水受季风影响而变化，多年平均气温14.6摄氏度，历年最大气温42.2摄氏度，最低气温-15.9摄氏度，多年平均降水量804.2mm，降水量年际变化大，年内分布不均，6至9月份降水量占全年降水量的54.4%。

多年平均水面蒸发量为1100mm，冬季多偏北风，夏季多偏南风，年平均风速为2.8m/s，最大风速为25m/s。

3.2工程地理

施工05标段属于叶县辛庄口门（口门编号10号）向周口市、商水县输水管线的一部分，位于商水县黄庄～商水县董庄，主线桩号116+060～122+170，长度6.11km。

沿途经过小黄庄、郭庄、任桥、小庄、董庄，先后穿越枯河、主线119+850穿高速引道、120+059穿商周高速公路立交、主线120+270穿高速引道、主线120+390穿高速引道桥、主线121+230穿高速引道。

3.3地质概况

3.3.1地形地貌

管道沿线场内属冲积倾斜平原，地势较为平坦，总体趋势由西至东缓慢降低，高程46.4m～48.0m。

该段冲沟发育，多呈近南北走向，与管线斜交或垂直。

冲沟宽度一般5～24m，沟深一般1～2.5m。

3.3.2地层岩性

工程场区揭露地层为主要为第四系全新统冲积成因的重粉质壤（alQ14）、上更新统冲积成因的重粉质壤土、粉细砂（alQ3）。

共分为5个土岩体单元：

第四系（Q）。

3.4地下水条件

主线桩号116+060～122+170段：

该段地下水主要为第四系松散土类孔隙潜水，含水层主要为第④层重粉质壤土、第⑤层重粉质壤土第⑥层重粉质壤土、第⑦层重粉质壤土和第⑧层重粉质壤土，勘察期间水位埋深一般1.35～4.70m。

四、施工组织及部署

4.1施工准备

4.1.1技术准备

1）组织项目部全体人员学习图纸，地质勘察报告和施工技术规范。

2）征询高速公路管理部门的意见，编制专项施工方案，办理相关穿越手续。

3）完成焊接工艺评定、现场补口补伤试验，并培训一批焊工以满足顶管要求。

4.1.2物资准备

1）根据施工进度计划要求，编制材料进出场计划。

2）落实管道通风、注浆管等零星配套材料。

3）根据应急预案要求，现场备足水泥等应急物资。

4.1.3组织准备

1）结合本工程特点，组织一批具有丰富经验的项目管理班子。

2）根据需求组织顶管顶进、测量、注浆、焊接、防腐等施工队伍，根据顶管顶进工期安排如期进场。

3）做好职工入场教育工作，落实各项责任制。

4）认真做好施工技术交底工作，使现场技术管理人员及每位工人清楚每到工序的操作过程及要点。

4.1.4施工现场准备

1）根据现场进场道路条件，合理组织交通，为设备和材料的进场创造条件。

2）按照施工平面总体布置要求进行平面布置，进行顶管轴线和高程测量，设置场内测量控制点，并定期进行复核。

4.2施工布置

4.2.1施工交通

4.2.1.1对外交通

本合同段五处顶管工程分别位于张庄乡富民养殖场东和张庄乡东仁桥村东侧，北距S238公路0.8km，该顶管工程对外交通由省道S238经S238至商水、S238至富民养殖场道至施工道路进场。

4.2.1.2场内交通

根据现场实际情况在管线右侧设置施工道路。

具体见顶管平面布置图。

4.2.2施工供风

施工现场设1台9.3m3移动式电动空压机，用于顶管施工管内现场通风。

4.2.3施工供水

现场施工用水主要为混凝土面冲洗和混凝土养生用水，利用降水井，直接用水泵抽取井水进行工作面冲洗和混凝土养生。

4.2.4施工供电、照明

从120+793.119高压线处接武汉QZB-100KW型移动箱变台，输电有效距离2km，配一台50KW上柴（DS）型柴油发电机备用；

施工面照明采用12V安全电压。

4.2.5顶管工作井现场布置

1、本标段采用汽车吊垂直提升泥土出土方式，现场设置临时泥土堆放处，并及时外运至弃渣场。

2、采用50t汽车吊吊放管道等。

3、现场布置民工临时住处。

4.2.2基坑内部布置

顶管井内布置设备包括基坑导轨、后靠背、主千斤顶、主定泵站、顶铁、焊接设备等。

基坑导轨采用型钢和钢板焊接而成，应保证其具有的强度和刚度。

主顶油缸架采用拼装式结构，高程和平面安装误差控制在3mm以内，以保证油缸均匀受力。

后座墙应保证足够的刚度，满足设计顶力。

详见附图:

穿越高速平面布置图

4.3劳动力配置

顶管施工人员的进场时间为：

先遣人员在顶管井施工时进入现场，以安排顶管与顶管井工程的协调事宜。

顶管施工人员在顶管井封底时进场，进行顶管机具设备的安装准备。

顶管施工结束后，人员随顶管设备一起撤出。

要求24小时连续作业，分三个班组轮流作业，另外设综合组作业一个，负责设备维修等综合保障作业，班组人员配备表见下表：

序号

人员

每组人数

合计

职责分工

1

技术员

1

3

施工技术管理、质量管理、数据收集与分析、测量，发现并解决问题。

2

班长

1

4

在技术人员指导下指挥、调度劳力、计划安排、质量控制

3

顶管机

操作员

1

3

操作机头运转、顶进、读取测量数据、分析偏差趋势、纠偏、报告顶进数据。

4

起重机

驾驶员

1

6

操作起重机械、安全监督

5

指挥工

1

6

指挥起重机械

6

压浆工

1

6

拌浆、调整注浆量及注浆压力

7

辅助工

3

12

接、拆进水管、泥浆管、降排水等

8

挖掘工

6

18

土方掘进、运输等

9

铆工

2

12

钢管对接

10

电焊工

3

10

钢管焊接

11

电工

1

3

电气设备维修

12

机修工

1

3

设备维护

13

钳工

1

3

机具、设备加工维修

14

测量工

1

3

对管线顶进的轴线、标高控制

15

泥浆处理人员

1

6

对废弃泥浆进行装车外运

合计

25

98

4.4主要机械设备配备

序号

设备名称及规格

数量

配套设备

1

400t千斤顶

2

2

顶压装置

2

顶铁、垫座、导轨

3

主顶油泵（400t）

2只

16根20米油管

4

SYB50/50-Ⅱ压浆机

5

水准仪

2台

6

泥浆泵

6部

7

15千瓦水泵

10部

8

电缆120mm2

1500米

9

电箱（立式）

2只

10

拖箱

4只

11

50t汽车吊

1辆

12

电焊机

6台

13

反铲挖掘机

1辆

14

电焊机

4台

15

1.5t卷扬机

1台

16

空压机

3立方

4.5管材加工运输

在顶管施工过程中，管材的供应是非常重要的，本工程为甲方供管。

在开始顶进前，制定详细周全的供应计划，现场备有足够余量。

根据进度计划，每天应保证需求供应。

管材在运输、吊运过程中防止管材变形。

管材运至现场后需对平整度、板厚、椭圆度、强度等进行验收，合格后方可进入现场进入下道工序施工。

4.6进度计划

为了能够按时并保质保量的完成顶管任务，我们决定投入2套顶管设备，将人员分为3个顶管班组，每天24小时轮流作业。

主要顶管进度安排如下：

穿越公路顶管主要施工项目进度计划表

序号

施工项目

桩号

工程量

计划工期

1

施工准备

300m

2013.3.1-2013.6.10

2

穿越上南洛高速公路引道顶管

119+812.666—119+887.666

75m

2013.6.10-2013.7.22

2.1

井点降水

8眼

2013.6.10-2013.7.20

2.2

工作坑开挖及后座墙施工

2013.6.13-2013.6.20

2.3

导轨及顶管设备安装

2013.6.21-2013.6.25

2.4

套管顶进

75m

2013.6.26-2013.7.10

2.5

钢管焊接、检测、顶进

80m

2013.7.11-2013.7.15

2.6

自密实混凝土浇筑及封堵

29m3

2013.7.16-2013.7.17

3

穿越商周高速立交顶管

120+034.804—120+104.804

70m

2013.7.1-2013.8.15

3.1

井点降水

8眼

2013.7.1-2013.8.12

3.2

工作坑开挖及后座墙施工

2013.7.3-2013.7.15

3.3

导轨及顶管设备安装

2013.7.16-2013.7.18

3.4

套管顶进

70m

2013.7.15-2013.8.2

3.5

钢管焊接、检测、顶进

75m

2013.8.3-2013.8.7

3.6

自密实混凝土浇筑及封堵

27m3

2013.8.8-2013.8.9

4

穿越上商周高速引道顶管

120+260.514—120+300.514

40m

2013.7.20-2013.8.31

4.1

井点降水

8眼

2013.7.21-2013.8.29

4.2

工作坑开挖及后座墙施工

2013.7.23-2013.8.5

4.3

导轨及顶管设备安装

2013.8.8-2013.8.10

4.4

套管顶进

40m

2013.8.11-2013.8.18

4.5

钢管焊接、检测、顶进

45m

2013.8.19-2013.8.25

4.6

自密实混凝土浇筑及封堵

16m3

2013.8.26-2013.8.27

5

穿越下南洛高速公路引道顶管

120+370.433—120+425.433

55m

2013.8.5-2013.9.30

5.1

井点降水

8眼

2013.8.5-2013.9.28

5.2

工作坑开挖及后座墙施工

2013.8.7-2013.8.15

5.3

导轨及顶管设备安装

2013.8.26-2013.8.31

5.4

套管顶进

55m

2013.9.1-2013.9.15

5.5

钢管焊接、检测、顶进

60m

2013.9.16-2013.9.22

5.6

自密实混凝土浇筑及封堵

22m3

2013.9.23-2013.9.24

6

穿越宁洛高速引道顶管

121+199.090—121+259.090

60m

2013.8.15-2013.10.10

6.1

井点降水

8眼

2013.8.15-2013.10.6

6.2

工作坑开挖及后座墙施工

2013.8.18-2013.8.25

6.3

导轨及顶管设备安装

2013.9.1-2013.9.10

6.4

套管顶进

60m

2013.9.11-2013.9.25

6.5

钢管焊接、检测、顶进

65m

2013.9.26-2013.10.2

6.6

自密实混凝土浇筑及封堵

22m3

2013.10.3-2013.10.4

五、降排水

5.1场地排水

操作坑开挖前对场地采取排水措施：

操作坑内的排水采用在操作坑的一角挖集水坑，用潜水泵抽水的方法。

作业坑周围距作业坑1m处挖截水沟，沟深0.3m、宽0.3m，将雨水和操作坑内抽出的积水引进公路边沟。

5.2穿越段井点降水

据勘测，施工区域内地下水位匀地地表3-4m，为保证施工质量和安全，采取井点降水，进场后先进行降水施工，降水采用井点降水方法，每处顶管布设Φ400mm降水井6座，深度根据需降水范围不一，降水用水泵（3吋潜污泵）8台。

5.3降水施工方法

本工程拟采用轻型井点方法降水

降水示意图

5.3.1降水井深度

HH1+h+IL

=6+1+1/4×50

=19.5m

5.3.2基坑涌水量

式中：

Q基坑涌水量（m3/d）；

k：

渗透系数（m/d）粉质粘土取3.5；

H：

潜水含水层厚度（m）取16；

S：

基坑水位降深（m）取6m；

R：

降水影响半径（m）=10SW

取75；

r0：

基坑等效半径（m）取60；

Q＝2117.8m3/d

5.3.3单井涌水量估算

q=1.366k（2H－S）S/lgR－lgr

=404.7m3/d

式中：

r：

管径（m）取0.4；

5.3.4井数量

n=1.1*Q/q

=5.8眼

5.3.5井点布置

按顶管全段排降水量及现场实际情况，共布设降水井6座，布置于顶进工作坑四周4眼，接收坑2眼。

井深20m，井管为无砂滤水管，直径φ400mm，滤料为5mm碎石与粗砂级配，抽取水就近排入高速公路边沟。

井位布置如下图：

六、操作坑施工

6.1工作坑位置、尺寸

顶管工作坑位置为镇墩或阀井位置，分为顶进坑与接收坑，结合顶管机具尺寸及作业要求，确定顶进坑与接收坑的净空尺寸：

6.2顶管顶进坑长度计算

L=Ll+L2+L3+L4

L—顶进坑长度，m

Ll—最长管节长度，m，Ll=3m

L2—千斤项长度，m，L2：

1.7m

L3—出土工作间长度，m，L3=1.0m

L4—后背厚度，m，L4=O.5m

L=3+1.7+1.0+O.5=6.2（m）

接收坑长度取5.0m

6.3顶管顶进坑宽度

B=D+S

B—顶进坑宽度，m

D—管外径，m，D=3.6m

S—操作宽度，m，每侧1.2m，S=2.4m

B=3.6+2.4=6.0m

接收坑宽度也取6.0m

6.4顶进坑深度

Hl=Al-A2+A3

H1一顶进坑净空深度，m

A1—地面高程，m

A2一管内底高程，m

A3一机坑导轨安装高度，O.4m

6.5接收坑深度

H2=Al-A2

H2—顶进坑净空深度，m

A1—地面高程，m

A2—管底高程，m

工作坑净空尺寸表

序号

桩号

工作坑类型

尺寸（m）L×B×H

地面高程

管底高程

距公路路基距离（m）

地下水埋深（m）

围挡周长×高度（m）

1

119+812.666

顶进坑

6.2×6.0×7.658

45.878

38.62

20.5

4.713

80×1.5

2

119+887.666

接收坑

5.0×6.0×6.452

44.672

38.62

14.8

3.657

70×1.5

3

120+104.804

顶进坑

6.2×6.0×7.300

45.52

38.62

13.9

5.633

80×1.6

4

120+034.804

接收坑

5.0×6.0×7.701

45.921

38.62

11.36

5.462

70×1.5

5

120+300.514

顶进坑

6.2×6.0×5.081

43.301

38.62

10.5

5.049

80×1.7

6

120+260.514

接收坑

5.0×6.0×6.625

44.845

38.62

19.51

5.046

70×1.5

7

120+425.433

顶进坑

6.2×6.0×9.750

47.97

38.62

16.82

4.193

80×1.8

8

120+370.433

接收坑

5.0×6.0×5.081

43.301

38.62

15.57

4.201

70×1.5

9

121+259.090

顶进坑

6.2×6.0×7.113

47.743

41.03

14.56

6.294

80×1.9

10

121+199.090

接收坑

5.0×6.0×7.464

48.094

41.03

11.06

6.152

70×1.5

如此，确定顶管工作坑净空尺寸为：

测量放线后，在公路两侧顶管起止点处挖顶管工作坑，顶进工作坑一般设置在下游。

操作坑采用阶梯式开挖，底层操作坑尺寸按上表放线，分2个台阶进行开挖。

作业坑开挖点应离公路边沟边缘10m，以保证公路路基边坡的稳定。

工作坑的二层采用钢筋混凝土护壁，厚300mm，根据工作坑的开挖总深度，第一层高度作增减变动。

操作坑四周设钢性围栏，警示标志，操作坑内设爬梯至一层平台。

操作坑底设（500×500×500）mm集水坑一个。

6.6工作坑支护

顶管工作坑坑壁处理根据现有地质资料和工作坑开挖深度，结合以往的施工经验，确定工作坑采用25cm厚C25整体式钢筋混凝土护壁支护，交汇坑采用密板木支撑。

工作坑定位设立组合梯架，以方便人员上下工作坑。

工作坑边3m范围内用灰土平整夯实，周围修筑50cm宽，厚30cm3：

7灰土防水墙，以防雨水流入工作坑。

后附钢筋砼护壁示意图。

6.7工作坑基础

工作坑基础结合工作坑检查井底砼施工，下设30cm厚3：

7灰土，满坑底铺设。

井底施工时，设置（50×50×50）cm集水坑一个，随时抽排井内集水。

七、顶管施工方法及技术措施

7.1施工工艺

图、顶管的施工流程

7.2总顶力估算

管道的总顶力按照下式估算：

F0=л×D1×L×fk+NF

式中：

F0——总顶力标准值（KN）；

D1——管道外径（m）；

L——管道设计顶进长度（m）；

fk——管道外壁与土的平均摩阻力（KN/m2）,取6KN/m2；

NF——顶管机迎面阻力（KN）；

人工敞开式掘进，迎面阻力取值为零，根据以上公式计算总顶力见下表：

表7.2总顶力估计汇总

施工部位

施工长度（m）

管道外径（mm）

总顶力（KN）

119+812.666—119+887.666

75

3000

5087

120+034.804—120+104.804

70

3000

4748

120+260.514—120+300.514

40

3000

2713

120+370.433—120+425.433

55

3000

3730

121+199.090—121+259.090

60

3000

4069

以上总顶力＜DN3000混凝土管设计要求的允许最大顶力17100KN，满足设计要求。

7.3设备安装

在操作坑内安装轨道、顶管设备等并进行顶管。

顶管轨道的中心线和千斤顶的中线必须与穿越套管的平面中心线三线重合。

设备安装就位前，应再次确认作业坑开挖的深度是否达到设计要求，作业坑底部是否平整。

①轨道安装时将发送轨道固定在操作坑底部并校正其方向，保证两轨道之间的中心线与设计穿越套管中心线在同一垂直面上，两轨道之间的间距为0.8m，轨面与基坑底部之间的高度为0.12m，顶管机的尾部要紧靠在抗力挡墙上。

导轨采用轻型钢导轨，两根钢导轨距离控制在管径的0.45-0.6倍之间。

确定导轨的高程调整量后进行安装。

导轨内距按下式计算：

A=2

式中：

A——两导轨间距（mm）；

D——管外径（mm）；

h——导轨高（mm）；

e——管外底距枕铁顶面间距（mm）。

导轨要安装在枕木上，且保证枕木下地基稳定；导轨安设要直顺，严格控制导轨顶面的高程，两导轨应顺直、平行，等高或略高于该处管道的设计高程，其纵坡应与管道设计坡度相一致。

②传力板采用钢板制作，作用是将顶管机的顶力均匀的分布在套管上，保证套管受力均匀，传力板的中心线与套管中心线、顶管机顶进油缸中心线在同一直线上。

传力板的高度为0.55m，就位后传力板的顶部应在套管的1/4高度范围内。

③顶管机安装在轨道上，顶管机尾部应紧靠在抗力挡墙上。

④工具切屑管的安装

为保证顶进过程中，套管前面端部的切屑阻力，需要在第一根套管的前端安装工具切削管，工具切屑管采用δ=10mm的钢板卷制而成，切屑管的长度约0.5m，工具切屑管的外直径与套管的外直径相同。

轨道、传力板组装图

7.4顶进后靠及主顶进系统

1、后背与后座墙设计

根据工程实际情况，本工程顶管工作坑后背采用装配式与钢筋砼护壁相结合后背墙，装配式后背墙直接支撑与钢筋砼护壁上，同时在后背支撑面内钢筋砼护壁增加一层钢筋网片。

后背承受管子顶进的全部水平顶力，将顶力均匀地分布在后座墙上。

后背应具有足够的强度、刚度和稳定性，不允许发生相对位移和弹性变形。