公路顶管施工方案.docx
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公路顶管施工方案
目录
1编制依据3
2工程概况4
3工程地质条件5
4施工方案选择6
5施工方案6
5.1施工准备6
5.2测量放线7
5.3作业坑开挖7
5.4设备安装9
5.5顶进施工12
5.6测量纠偏13
5.7设备拆调、场地清理15
5.8主管线安装15
5.9主管的穿越16
5.10排气管安装16
5.11管道附属工程的安装16
5.12清理现场16
6施工工期17
7施工平面布置图17
8主要人员配置18
9施工机具配置18
10手段用料表19
11质量保证措施19
12HSE管理措施20
1编制依据
2工程概况
公路名称
桩号位置
公路等级
套管长度（m）
穿越方式
顶管
顶管
顶管
顶管
顶管
顶管
顶管
顶管
顶管
顶管
由于采用顶混凝土套管方式穿越公路施工方案基本相同，故我们以其中一条路SHGA001～SHGA002桩的G320国道的施工方案进行方案的编制。
3工程地质条件
根据现场勘探深度内地层由上至下可分为4层：
第一层为粉质粘土层：
灰褐色、灰黄色，可塑~硬塑，稍有光泽，无摇振反应，干强度中等，韧性中等，厚度1.90m~2.50m、平均2.20m。
土石工程分级为Ⅱ级；
第二层为粘土层：
灰褐色、灰黄色，硬塑，局部可塑，光滑，无摇振反应，干强度中等，韧性高，厚度2.10m~2.90m、平均2.50m。
土石工程分级为Ⅱ级；
第三层为全风化粉岩层：
灰褐色夹灰黄色，饱和，中密~密实，呈粉砂状，含云母碎片，粘粒含量高。
厚度1.20m，土石工程分级为Ⅲ级；
第四层为强风化粉岩层：
灰褐色、灰白色，岩芯较破碎，裂隙发育，岩芯易断。
该层厚度为3.20m，土石工程分级为Ⅲ级。
4施工方案选择
根据设计图纸勘探资料和施工现场情况分析，穿越段大都位于粘土层和风化粉砂层，经多方面比较分析，决定采用液压千斤顶人工掘进方法施工。
施工前首先开挖操作坑，将设备安装就位，吊装套管、安装顶环，然后利用液压千斤顶顶推套管，每顶进一定行程后，退回顶缸，由操作人员进入套管内挖土外运，然后根据顶缸距离套管的距离来确定加入顶铁或套管再继续顶进,如此循环作业，直至套管顶至对面接收坑内；最后拆除设备，清理套管内余土，进行主管穿越施工。
5施工方案
5.1施工准备
1）组织施工人员熟悉施工图，进行技术交底，制定施工质量保证措施。
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，按照相关要求设置警示标志。
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）顶管设备、配套设备及各种机具材料准备齐全。
5.2测量放线
1）根据设计给定控制桩，放出穿越中心轴线、顶进作业坑及接收坑边线，撒白灰线。
2）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。
5.3作业坑开挖
5.3.1作业坑直接开挖
作业坑开挖是顶管穿越施工关键工作，针对穿越地段的地质情况，作业坑采用直接开挖的方式施工。
施工布置示意图详见下图：
公路
接收坑
操作坑
4m
套管穿越长度
6m
水渠
水渠
a）作业坑长度与管节长度、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有关。
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，一般设置在路旁场地宽阔无电缆且地面标高较低的一侧，如果穿越公路两侧地下光缆、电缆以及已建管道比较多，无法躲开时，采取相应保护措施，作业坑为矩形，另一个作为接收首节管的工作坑。
b）操作坑底宽度为4米，工作坑的长度根据现场和所使用的千斤顶的尺寸而定，本次穿越套管为2m，操作坑长度为6m，开挖边坡坡度根据现场地质情况确定：
硬塑的亚粘土、粘土的坡比为1：
0.33。
c）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。
考虑到导轨高度和对操作坑底部垫层处理的厚度，因此，操作坑深度为设计图纸操作坑管沟深度加上0.5m。
d）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：
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。
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。
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。
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，设置钢制组合靠背板，靠背板应靠紧坑壁。
避免造成后背墙受力不均，发生倾斜现象。
后背墙处理措施：
（1）一般地段采用枕木或者钢板加固后背墙；
（2）特殊地段（例如砂土段等）采用钢筋混凝土浇筑加固后背墙；
e）考虑水位比较高以及土壤渗水性强弱，根据需要在距操作坑坑壁0.5米处开挖一个长0.5米×宽0.5米×深0.8米集水坑，使用4寸污水泵，将坑内的渗水排到公路旁边的排水沟内。
如果操作坑集水坑满足不了降水的要求，则在地势比较低点，也可以采取井点降水方法降低地下水位，以便进行顶管操作。
5.3.2特殊地段作业坑开挖
若穿越段土层分布淤泥、流沙等，这里提供三种作业坑施工方法：
a沉井安装法
该方法是提前预制完成工作井和接收井，运到设计位置后，将工作井沉到顶管施工的设计深度，然后对井底和靠背墙进行处理。
b竖井安装法
该方法就是在设计作业坑的位置每隔1m或者小于1m高度开挖作业坑，然后进行钢筋绑扎、模板支护、浇注混凝土等制作钢筋混凝土护墙；护墙混凝土凝固达到设计规范的要求时，将模板拆除，按照以上工序进行第二级开挖，再浇注混凝土等，依次类推。
值得注意必须对后靠背墙进行加强，能承载顶管施工压力。
c钢板桩竖井法
在作业坑深度比较浅的流沙地段，设计深度一般在3～5m范围内的情况下，作业坑尺寸需要开挖长6m，宽4m，在作业坑四周安装防水钢板桩，钢板桩长度一般选择6～8m，作业坑底部采用钢筋混凝土加固处理，以满足施工要求。
5.4设备安装
液压千斤顶设备吨位选择，推力的理论计算（套管规格为D1500,外径按1.8m计算）：
F=F1十f2
其中F—总推力，Fl一迎面阻力，F2—顶进阻力
F1＝π/4×D2×P （D—管外径1.8m P—控制土压力）
P＝Ko×γ×Ho
式中Ko—静止土压力系数，一般取0.55
Ho—地面至掘进机中心的厚度，取值7m
γ—土的湿重量，取1.9t/m3
P＝0.55×1.9×7＝7.31t/m2
F1=3.14/4×1.8×2×8＝22.608t
F2＝πD×f×L
式中f一管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力，取0.8t/m2
D—管外径1.8m
L—顶距，取最大值100m
F2＝3.14×1.8×0.8×100＝452.16t。
因此，总推力F=22.608+452.16＝474.768t。
根据以上计算公式可知，本条公路顶管长度远远小于计算公式长度100m，且穿越深度小于7m，因此选择600t千斤顶可以满足施工要求。
1）设备下坑前，要对已挖好的坑基进行测量找平，确保各项尺寸达到要求方后进行下一步工序。
2）作业坑处理完毕，用吊车配合安装后靠背挡板，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。
3）后背支撑挡板、支撑架及推进轨道都安装完毕后，将主千斤顶吊装就位，待各主要施工设备就位后再次进行准确度校验，设备位置、顶进方向，水平、纵向都是否满足要求。
4）安装刃脚
刃脚装于首节管端部，刃脚由外壳内环和筋板三部分组成，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
5）仔细检查施工设备的电源线是否有损坏现象并布置好位置防止出现触电现象。
6）水泥套管安装
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。
千斤顶着力点被顶管端面上的部位是离管底1/3管径处。
故千斤顶下面需要安装轨道，千斤顶用2台，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300～500mm。
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300×300mm，长度按被顶管口径及千斤顶数量确定，本工程使用的套管规格为DN1500mm混凝土管，横铁长度应为1.3m，制做时要求工作面要平行和平整。
顶管穿越示意简图如下：
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.后背挡板9.轨道及底部基础
5.5顶进施工
5.5.1顶进
顶进也就是把混凝土套管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，需要复位，在横铁和环形顶铁间装进合适的顶铁，然后继续下一个冲程的顶进作业。
顶铁安装应平直，顶进时严防偏心，以免使顶铁崩出伤人，顶进时注意油压的变化，当油压出现不正常时必须立即停止顶进，查明原因并改正后再进行顶进。
千斤顶活塞伸展长度应在规定范围内，以免损坏千斤顶，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，故在顶进过程中，需要采取注浆措施。
5.5.2管道接口
前一个顶进的混凝土管节稳定后，在管内侧两管节对口的地方按设计要求使用垫油毡或麻辫—石棉水泥进行填充密封作业，在管内用钢涨圈将两节管接口处支撑牢固，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。
5.5.3挖土
顶进管节的方向和高程的控制，主要取决于挖土操作，工作面上挖土不但影响顶进效率，更重要影响质量控制，这就要求对挖土作业有严格的要求。
（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0.1～0.2m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，使顶力限制在较小的范围内。
5.5.4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。
5.6测量纠偏
5.6.1偏差限制
（1）中心偏差：
套管顶进中心线偏差不应大于套管长度的5%。
（2）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。
5.6.2出现偏差原因分析
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，开始顶进的首节管段的测量非常重要，首节管顶进的好坏、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。
5.6.3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。
。
5.6.4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：
（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，以防产生相反结果。
（2）顶木校正法：
当偏差大于20mm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。
（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。
（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。
5.7设备拆调、场地清理
当套管顶进至对面接收坑内时，套管穿越施工完毕，可进行设备的拆除，按照设备安装的逆向工序逐步将设备拆除，吊出操作坑，千斤顶的液压缸要先复位后调离，后背支撑挡板撤离时要缓慢，避免造成后背墙的坍塌，两侧的支护可暂时保留，待主管线穿越施工完毕后再行拆除，之后对现场杂物进行清理，做到“工完料净场地清”。
若主管线的穿越施工不能及时进行，可首先将套管两侧进行封堵然后将两侧操作坑进行回填，待主管线穿越施工前再挖开，回填时需要对套管位置做好明显标注，避免在开挖时损坏套管。
5.8主管线安装
1）在穿越套管之前，根据设计要求，选择接收工作坑的施工作业带作为穿越管段预制场地，按照设计要求选择正确壁厚及防腐等级的管材进行布管，设计管材规格为Φ1016*21.0mmX70高温型三层PE加强级，然后用内对口器进行组对，根据穿越段长度进行管道预制工作。
2）组装焊接技术与一般地段相同,经RT、UT检测合格后，进行防腐补口补伤，防腐作业要进行严格检查,尤其注意管道防腐层损伤情况，避免影响主管道穿越施工。
3）按设计和规范要求，进行单独试压作业，管道试压前必须进行清管,确保将管道内的污物清除干净。
清管过程中,开口端不再排除杂物为清管合格,停止清管。
套管穿越段管道的试压采用洁净水作为试压介质,水质应经当地检测部门检测并达到规范要求（应有水质化验单）或者直接使用饮用水，按照设计要求进行强度及严密性的试验强度试验压力为15MPa，稳压时间为4小时，严密性试验压力为10MPa，稳压时间为24小时，严格执行《西气东输二线管道工程线路工程清管试压技术规范》Q/SYGJX0114-2008。
试压结束后，将管内水排净。
5.9主管的穿越
1）主管穿越采用小车发送的方式。
2）由于穿越套管埋设较深，穿越管段较长，因此穿越时要在穿越点两端开挖适合深度及长度的管沟，并根据管道长度选择合适数量及吨位的吊管机进行安装作业，一般选择2-3台70T，挖掘机进行配合，并按设计图纸要求安装好套管与主管之间的聚乙烯绝缘支撑块缓慢地穿入套管中。
3）按照设计图纸要求进行排气管的安装，同时需要按照设计要求完成硅芯管（光缆）所用钢套管及预穿拉线的安装。
4）以上安装完毕，及时进行数字化采集，然后进行下部工作。
4）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。
5.10排气管安装
主管段穿越完毕后，按照设计要求进行排气管的安装，然后进行套管端部的封堵和操作坑的回填，具体的施工形式见线L658/12。
5.11管道附属工程的安装
按照设计图纸要求，管线在进行下沟回填过程中按相关规范要求进行硅管敷设、阴保的安装施工以及三桩的埋设。
5.12清理现场
5.12.1施工场地平整及两岸作业带清扫时，应将耕植土和其他土进行分离，待工程结束后将耕植土覆在表面进行还原。
5.12.2施工完毕后，废弃物、油污及其他杂物要装车运走。
5.12.3将施工用的设备、余料运出施工现场，所有施工工序完成后要进行施工场地的清理。
按照设计图纸要求，施工破坏的作业带按照要求恢复至原貌。
6施工工期
根据现场的实际情况，公路穿越的具体施工工期如下表。
序号
主要
项目
工程进度（天）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
1
施工便道修筑
2
设备调迁
3
工程材料运输
4
测量放线
5
场地平整
6
操作坑开挖
7
设备安装
8
顶管掘进
9
设备拆除
10
焊接检测
11
清管试压
12
主管穿越
13
封堵回填
14
排气管安装
15
三桩埋设
16
地貌恢复
7施工平面布置图
8主要人员配置
序号
工种
人数
职责
1
机组长
1
现场综合管理
2
技术员
1
施工技术
3
质检员
1
施工质量
4
HSE监督员
1
施工安全
5
测量工
1
测量
6
机手
6
机械操作、保养
7
电工
1
维修
8
电焊工
6
焊接、返修
9
防腐工
4
补口、补伤、检漏
10
电工
1
电器维修
11
普工
10
协助各工种
9施工机具配置
序号
名称
规格
数量
用途
1
液压千斤顶
500吨
2台
顶管穿越
2
液压站
1台
动力
3
单斗挖掘机
PC-200
1台
挖土方
4
吊车
16t
1台
吊装
5
柴油发电机
50kw
1台
动力源
6
值班面包车
1辆
接送职工
7
工具房
1座
物品堆放
8
双排
1辆
运货
10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
2台
推土
6
安全灯
8盏
照明
7
钢丝绳
16mm
100m
吊装
8
靠背板
2m×2m
2付
止推
9
制作轨道
6m
2付
运行导轨
10
顶铁
1500×1500
1付
推进
11
顶铁
1500×1000
1付
推进
12
顶铁
1600×1000
1付
推进
13
顶铁
2000×1000
1付
推进
14
尼龙绳
φ20
200m
牵引
15
爬梯
2幅
下沟
16
铁锹
5把
除土
17
出土斗
2副
出口
18
碘钨灯
6盏
照明
11质量保证措施
1.主管焊接要严格按照有关施工规范进行。
2.套管穿越时，套管长度伸出路基坡脚外宜大于2m。
3.穿越管段与套管端部形成的环形空间应按设计进行封堵，其长度应大于200mm。
4.应用仪器对中心线方向进行测量控制，确保精度。
5.在地下水位高的地段，应采取降水、排水措施，保证顶管施工的正常进行。
6.在地质情况复杂、易塌方的地段，开挖作业坑应采取开挖梯台、板桩等措施防止塌方；并应设置安全通道。
7.顶管作业坑的开挖不应影响路基的稳定，作业坑的底部应平整、结实。
8.顶管作业宜连续进行，不宜中途停止，套管全部顶进以后，为保证穿越管段正常穿入，可将套管内用砂浆适当找平。
9.套管顶进中心线偏差不应大于套管长度的5%。
10.接受现场监理的监督检查，发现问题及时解决。
11.特殊工种必须持证上岗，严禁无证操作。
12.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，并做好防腐检漏工作，把缺陷全部消除。
13.认真贯彻三检制度，实行班组自检、互检与专检相结合的检查制度，并做好各项检查记录。
12HSE管理措施
1、顶管作业采用全封闭施工，靠公路一侧必须采用彩钢板封闭，表面喷或粘贴醒目警示标语，其他部位除车辆通道外，可采用彩条布围；
2、现场设备、材料摆放整齐；
3、公路一侧作业区外10m内设置警戒线、挂彩旗；
4、公路上行50m、100m各设一个“前方施工、车辆慢行”警示标语；
5、作业坑开挖按规定放坡，作业坑较深时应采取分层放坡；
6、作业坑土质松软、有流沙或水位较高时，要采用混凝土浇筑或打桩进行支护；
7、采用沉井作业时，沉井上部要使用编织袋装土码砌护坡；
8、作业坑土质松软，后顶背应用混凝土浇筑，防止后顶背后移产生作业坑塌方；
9、洞内照明必须采用36V以下直流电；
10、现场施工人员劳保着装要统一；
11、远离居住地作业时，现场要搭建帐篷，供倒班人员休息；
12、顶管作业报批规定：
13.顶管操作坑的选择应该根据公路两侧土质的质量，确定开挖操作坑的位置，避免对公路路基的破坏。
14.公路穿越的长度根据现场的实际测量而确定。
最少为公路路肩外2m。
15.施工期间，保证公路两侧的排水沟、边沟的畅通。
16.现场的安全用电由
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