手掘式机械顶管施工方案.docx
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手掘式机械顶管施工方案
手掘式机械顶管顶坑施工方案
一、工程概况
主要工程量：
顶进内径DN2600mm,钢筋混凝土管双道，
二、顶管范围及主要施工内容
本工程为顶进内径DN2600mm钢筋混凝土管。
本工程采用手掘式机械顶管施工。
三、顶管前准备工作
1、顶管施工方法的选定应根据施工沿线的地形、工程和水文地质、交通状况、地上建筑物、地下管线和有无地下障碍物等实际情况和对地表变形控制的要求综合考虑后作出选定，必须确保安全，保证质量，经济适用，节约用地。
2、顶管的施工顺序，施工当中，施工指挥人员应适应施工环境，掌握顶管设备运转规律，合理组织操作人员，通过起始掘进段的顶进小结，进一步调整各项施工技术参数，优化下一步顶管施工工艺。
3、所有顶管设备必须经过维修保养，经检验合格后方可运入施工现场。
在进入工作坑安装时必须进行单机和整机联动调试，在顶进中必须贯彻例行保养制度。
4、应按保证工程质量、安全、文明施工、保护地面建筑物与地下管线、维持道路交通等要求，根据不同的工程地质、水文地质与施工环境和条件合理选择顶管机头。
5、在综合考虑了上述各种因素后，合理选择顶管施工方法。
四、顶管施工顺序及工艺流程
1、施工顺序
基坑挖掘—安装板桩—基坑底基础及后靠背安置──安装导轨──安装主顶设备──安装顶管顶帽──安置起重机械──安置土方运输设备──安放管节──顶进
2、顶进工艺流程：
基坑中心线测量放样──安装顶机架与主顶装置──安装顶铁，吊下一节管节──管节顶进────顶完第一节管，吊下一节管──管节拼装──顶力接近许用力──同上继续再顶──出洞，顶管机与管节分离。
五、顶管设备安装
一、钢板桩工作井制作
A、人工顶管需做两个工作坑，一个是顶进坑，一个是接收坑。
顶进坑与接收坑的做法基本相同，底板采用钢筋混凝土制做。
做法如下：
钢板桩以企口相接，形成矩形的围堰支持井壁的工作井，称为钢板桩工作坑。
它具有占地面积小，能防止塌方，施工方法快捷简单。
具体施工步骤如下：
1.管线调查：
工作坑施工前需进行地下管线的调查，提出对原有管线的保护方案，施工中不得损坏原有管线。
2.探槽：
工作坑施工须先开挖探槽，开挖相互垂直的二条探槽，分别平行于工作坑的两边，其长度须大于工作坑开挖范围1米，深度的确定须配合地下管线调查资料，通常在2米左右。
3、先用经纬仪进行三点一线放样，使工作井和接收井在一条中心轴线上，然后根据中心轴线放出8m×6m的矩形基坑边线，然后挖一条深1m左右的地槽用机械打桩机把12米长的300mm槽钢钢板桩沿基坑边线砸入地下，使板桩顶边与地面基本平齐。
4、当挖到地表下1.5m左右时，应对板桩工作坑设置第一道支撑，支撑用用30工字钢采用框形中间增加一道支撑，形成日字形，四个角部分加45°的斜撑，焊接牢固后接着继续进行挖土，挖到4.0m需设置第二道支撑。
根据设计图纸确定。
5、在挖深达到顶进坑底标高后施作底板，底板现浇60cm厚的C40混凝土，使用∮20双层螺纹钢，间距200×200。
底板预留直径500mm集水坑一个。
6、在工作坑的后方浇筑一道与工作坑同宽，厚度为130cm左右的后座墙。
（后座墙可适当的放入一些钢筋，增加其受力强度）
7、支撑选用30#工字钢做支撑，每道支撑分步采用盘撑、角撑、直撑，角撑在四个方角内侧，长度为1.5米。
垂直的两道支撑间距不大于2米，最后一道支撑，距坑底3.2米。
为便于吊装水泥管，要求顶进坑的横支撑，平面上距后背墙不大于2.8米。
9、综合水泥管的尺寸及作业要求，确定顶进坑的的净空尺寸：
顶进坑（1座）
尺寸6米（长）*8米（宽）*7.5米（深）做4道300*300工字钢支撑
接收坑（1座）
尺寸6米（长）*8米（宽）*7.5米（深）做4道300*300工字钢支撑
2、顶管顶帽选型
根据地质状况及实际情况，拟采用水泥套管前头用钢板圈制加工顶帽，用来解决水泥管壁厚顶进主力大的问题，根据当地的土质情况，在顶帽上焊制格板，防止上面塌方，造成路面下沉。
3、顶力计算与后背设计
后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和风度，且压缩变形要均匀。
所以，应进行强度和稳定性计算。
本工程采用组合钢结构后背，这种后背安装方便，安装时应满足下列要求：
使用千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3。
3.1、顶力计算
推力的理论计算：
（以Φ2600mm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3.12m 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，取最大值5m
γ—土的湿重量，取1.9t/m3
P＝0.55×1.9×7＝7.31t/m2
F1=3.14/4×3.12×2×8＝39t
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3.12m
L—顶距，取最大值70m
F2＝3.14×3.12×0.8×70＝549t。
因此，总推力F=39+549＝588t。
根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。
工作井（Φ1800mm顶管）设计允许承受的最大顶力为800t，管材轴向允许推力700t，主顶油缸选用2台（或4台，根据现场实际情况定）320t（3200KN）级油缸。
每只油缸顶力控制在300t以下，这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力600t。
因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。
3.2后背的计算
后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。
当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。
这种弹性变形即象是正常的，顶管中，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。
后背不允许出现上下或左右的不均匀压缩。
否则，千斤顶在余面后背上，造成顶进偏差。
为了保证顶进质量和施工案例，施工时应后背的强度和刚度计算后靠背受力计算公式
式中：
R-总推力之反力（一般大于推力的1.2－1.6）
a－系数（取1.5－2.5之间） ，此处取2
B－后座墙的宽度（M） 此处取4米
γ－土的容重（KN/M3）
H－后座墙的高度（m） ，此处取4.5米
Kp-被动土压系数
c-土的内聚力（kPa）一般情况下取10
h-地面到后座墙顶部土体的高度（M），此处取3米
按上式计算，圆形工作井加护套后能承受1291.5T顶力＞实际顶力600T。
完全能满足要求。
4、顶管设备安装
a、安装导轨
导轨采用装配式导轨，安放在砼基础面上，导轨定位后，必须稳固正确，在顶进中承受各种负载时不位移，不变形，不沉降，导轨安放前应先复核管道中心位置。
二根导轨必须互相平行，等高，导轨面的中心标高应按设计沟底标高设置，在顶进中必须经常复测调整，以确保顶进轴线的精度。
导轨的坡度应与设计管道坡度相一致。
导轨采用轻型导轨，由钢轨、横梁和垫板组成。
导轨的轨距B=2√R2外-R2内 。
b、安装后靠背
后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度，且压缩变形要均匀。
所以，应进行强度和稳定性计算。
本工程采用组合钢结构后背，这种后背安装方便，安装时应满足使用千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3。
后靠背与板桩之间的空隙用C20砼灌实。
c、安装主顶设备
主顶设备由以下几部分组成：
①主顶千斤顶2只②油泵站及管阀③组合U型顶铁④O型接口顶铁
2台千斤顶应共同作用，规格一致，行程同步，每台千斤顶的使用压力不大于额定工作压力，油路必须并联，每台千斤顶均备有独立的控制阀，千斤顶伸出的最大行程应小于油缸行程10cm左右。
油泵设置在距离主顶千斤顶处，油管安装应顺直，减少转角，接头不漏油，油泵应在雨棚内工作。
油泵的最大工作压力不大于32kpa，装有限压阀，溢流阀和压力表等指示保护装置，安装完毕后必须试车，在顶进中应定时检修维护，及时排除故障。
U型顶铁必须符合要求，刚度大，受力后无变形，相邻面垂直，排列不扭曲，单块放置稳定性好，连续部位不脱焊，不凸面，与导轨的接触面必须平整，顶进前滑动部分应抹牛油润滑。
环形接口顶铁应与钢管口相吻合，中间用软木板衬垫，避免管口处破损。
d、安装顶管顶帽
顶管顶帽用的尺寸和结构应符合要求，焊接在第一节管子的钢护套上。
机头焊接完成后，应测定前后端的中心方向偏差和相对高差，并做好记录，机头和导轨的接触面必须平衡、吻合。
4、顶进工作井安装管节程序：
基坑中心线测量放样──安装顶机架与主顶装置──安装顶铁，吊下一节管节──管节顶进────顶完第一节管，吊下一节管──管节拼装──顶力接近许用力──同上继续再顶──出洞，顶管机与管节分离。
顶管工作井一般应安装以下设备：
①导轨②后背③下管设备（一般可用卷扬机）④顶进设备（包括顶镐、摇镐机或高压油泵）⑤出土设备（人工挖土包括运土车、水平牵引及垂直牵引的卷扬机）⑥照明设备（管内应使用电压不大于36伏的低压照明）⑦工作平台（一般由工字钢及方木组成，设下管及出土口，口上设活动平台）。
六、顶进
1、顶进方法要点
（1）开始顶进前应检查下列内容，确认条件具备时，方可开始顶进。
（2）全部设备经过检查并经过试运转。
（3）顶管在导轨的中心线、坡度和高程应符合规定。
（4）防止流动性土或地下水由洞口进入工作井的措施。
2、顶进
第一节管的顶帽切入土体后应严格控制其水平偏差不大于5mm，其高程为设定标高加以抛高数。
第一节管与第二节钢管连接时，其尾部至少须搁在导轨上20～30cm，并立即进行砼管的钢插口连接。
开始人工挖土前，应先将顶帽部分切入周边土体中，挖土程序自上而下分层开挖，严防正面坍方。
挖土当遇到地下障碍物，应在采取安全措施条件下，先清除后予以继续顶进，如遇特殊或紧急情况，应及时采取应变技术措施。
3、测量
顶管必须按照设定的管道中心线和工作井位建立地面和地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动，视线清楚，方便校核的地方，并加以保护，必要时增设每点有二个以上便于校核攀线桩。
顶进坑内应设置由地面水准点引入的临时水准点，在交接班时进行仪器高程的校对和调整，顶进轴线由设计管道中心通过经纬仪引入坑内，然后对中观测。
4、纠偏测量及控制
工程常采用经纬仪进行简单有效的地面控制测量，使地面控制测量中的误差趋进1cm，水准点控制网则利用现有道路已设水准点布设水准网，直接引入工作井内。
本工程的地下导向采用J2激光经纬仪，由一束红色的激光直指机头尾部的激光靶，在顶进的过程中，操作者随时可以得到偏差值，保证顶管方向的精确要求。
在布置工作井后方的测量仪基座时，必须避免由于顶进内沉井受力使得仪器座产生移动或变形，如果仪座发生微小位移，应及时对轴线和标高进行调整。
顶进纠偏必须勤测量，多微调。
纠偏角度应保持在1.0° 以内，最大不得大于1.5°。
由于在起始推进阶段，顶帽和方向主要通过主顶油缸进行控制，所以一方面要减慢主顶的推进速度，另一方面在不断的调整油缸组以及最终符合设计坡度要求和质量标准为原则 。
七、施工计划
1、施工进度计划
由于本工程工期较紧，因此在开工前一定要做好施工前期的准备工作：
首先要落实挖掘机、吊机、槽钢、管材等关键设备和材料以及人员，保证工程开工能够即刻到位；测量人员根据甲方提供的控制点加密导线点水准点、测放中线点标高点以及探测地下管线、构筑物等，根据中线点确定开挖范围以及范围内的拆迁物，在现场和平面图上作标记；搭好工地办公室、小型仓库、工棚以及清理停车场等前期工作。
2、主要施工机具设备
主要施工机具一览表
机具名称
规格型号
单位
数量
用途
备注
挖掘机
320
台
2
基坑挖掘
机械打桩机
台
1
安置板桩
电动天吊
5吨
台
1
竖井提升
电焊机
台
2
型钢焊接
水焊工具
套
2
型钢切割
水泵
1.1KW
台
2
基坑排水
汽油发电机
2.5KW
台
2
水泵电源
千斤顶
320吨
台
4
顶管
柴油发电机
320KW
台
1
动力
高压油泵
ZB-50
台
6
顶管
顶压装置
套
1
顶管
含全套顶铁、垫座、滑道等
鼓风机
7000L/min
台
1
通风
八、安全生产保证措施
安全生产是关到职工的生命和国家财产不受损失，在施工过程中必须认真坚决贯彻执行“安全第一，预防为主”的方针，牢固树立“管生产必须管安全”的思想，把安全生产的三点重要指示落实到生产的实处，指导生产的全过程，使得每个施工管理人员都牢记安全生产责任重于泰山的教导。
第一：
安全生产的目标
1、杜绝重大伤亡事故、重大交通事故、重大设备事故；
2、一般事故的发生率严格控制在1‰以下；。
第二：
安全生产具体措施
（一）、组织落实
1、建立公司—项目组—施工班组三级安全管理网络，落实安全生产责任制，明确各级安全管理职责的安全管理、全员参与的安全管理，使得每个施工人员，指导广大施工人员进行工程的全工程的安全管理、全部工作在施工中真正作到“不伤害他人、不被他人伤害及不伤害自己”的三不伤害原则。
2、建立安全保证体系，实施全面安全管理，重点抓好三个阶段：
1）、开工前的准备阶段
A、由项目总工程师制订有针对性的安全实施方案，经公司总工程师和施工现场监理工程师审批，并由项目组严格按照方案贯彻实施。
B、项目组对进入施工现场的设备、机械组织严格验收，验收合格方可入场；对特殊工种人员坚决做到持证上岗。
C、根据业主的要求，对施工人员进行分项（分部）的全面安全交底。
D、逐步建立完善项目级各项规章制度和资料，层层落实安全生产责任制。
E、项目经理组织有关安全技术人员对该工程的工艺流程进行全面的风险点分析，找出不安全的风险点，制订排除风险点的安全措施和对策，并在实施中派人进行跟踪监控。
2）、施工生产阶段
A、进行班前安全交底，项目组每周定期检查，消除事故隐患。
B、分析上阶段的经验和教训，修订、补充安全措施，组织群众性安全宣传教育活动。
C、组织经常性的考核评比和交流经验。
3）、竣工阶段
安全信息处理，资料归档，总结提高。
建立施工现场安全规章制度。
A、施工现场必须指派专人负责安全工作，以便随时监督检查。
B、进入施工现场，必须带好安全帽。
C、行车起吊工作必须有专人指挥操作,发现隐患立即停车检查。
D、进入管内50米以上工作时,必须携带氧气补给设备。
E、吊土时,土斗下不得站人,土斗落地后,人员方可靠近操作。
F、工作井周围要有充分的围护,围护要牢固可靠外观整齐,人员进出处应设小门。
G、吊、萦具定期检查，发现有断股、破损等现象必须立即更换。
H、井内、管内照明必须使用安全电压。
（二）、安全用电措施
严格按照建设部“一标准、三规范”即JGJ59-99《建筑施工安全检查标准》、JGJ46-88《施工现场临时用电安全技术规范》等有关规定来指导工程的施工。
具体做法是：
1、编制临时用电施工组织设计，确定变电所（配电室）、总配电箱、分配电箱、开关箱的位置及电源进出线路的走向，进行用电量的负荷计算。
2、一律采用中性点直接接地的TN-S（三相五线制）和三级配电二级保护；使用统一标准电箱和合格的电器保护装置；未级选用的漏电保护开关的漏电动作电流必须小于或等于30mA，漏电动作时间必须小于0.1S。
3、建立用电技术档案，进行定期电器巡查记录，特别要经常复查接地电阻值，使电力变压器或发电机的工作接地电阻值小于4欧姆，工作接地电阻值小于10欧姆，重复接地电阻值和并联电阻值小于10欧姆。
三、保护周围建（构）筑物及地下管线安全的措施
1、明确项目的保护管线工作的责任人和专职管线保护监督员，熟悉周围建筑物及地下管线情况，并且提出具体保护措施。
2、坚持按照管线保护的“三卡、一单、双监护”要求办理有关手续和对管线的监护，办理“绿卡”和现场交底监护工作。
3、必须持有有关部门审核发给的“建筑工程保护地下管线监督证”方能进行施工。
4、施工前，根据业主和管线单位提供的地下管线资料采用物探手段施工范围的地下管线进行确认。
5、对需进行加固保护的管线，由业主牵头，召开管线协调会，拟定加固方案。
工程施工中，严格按照确定的管线加固方案进行实施。
并有管线监护人员和施工单位专职管线监护员进行双监护。
出现问题，立即停止施工，并上报业主。
九、其他
1．在套管顶端预设DN200注浆带孔花管，用红砖封口，两端高于自然地面，灌填时形成自然压力。
应急救援预案
为了保证工程顺利完成，针对本工程的特点，特制定本应急预案。
一、突发事件应急预案
1、防塌方
工作坑设置围护后，一旦围护挡板断裂，塌方的土方进入工作坑，施工人员应立即撤离工作坑，重新设置围护挡板，确认安全后，方可继续施工。
2、防触电
由于本工程工期短、施工场地狭小，所以施工临时用电线路比较密集，而且无法高空架设，只能埋地敷设，为防止触电使用橡皮电缆，配电箱设置触电保护器；工作坑中必须使用安全电压（36伏），绝对禁止把220伏和380伏电缆、电线引入工作坑。
3、防中毒
顶管工程为地下作业，容易出现缺氧和不明气体中毒事故，为此特准备一台送风机，在顶至一定深度时往管中送风，防止事故发生；一旦发生事故，在第一时间用专用救援车送往附近医院救治。
4、防交通事故
本工程因为在路旁施工，所以施工车辆在路段行驶出入频繁，为防止出现交通安全事故，从施工场地进入主要车道前要注意观察来往车辆情况。
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