顶管穿越道路施工方案第一次Word格式文档下载.docx
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穿越段107国道断面图及管道穿越位置关系见下图。
二、施工方案
2.1工程进度计划及人员配备
根据总工期要求，结合本工程特点，顶管施工进度计划工期52天。
其中管内土方开挖出土量526m3，按每班组每天完成出土量20m3计，挖土顶进需26天；
工作坑开挖与支护需7天，设备安装需4天，钢管安装需要10天，自密实混凝土浇筑3天，完工清场及验收需2天。
为加快施工进度，确保107国道的行车安全，本工程拟投入劳动力50人，合理安排施工工序，进行流水作业，提高施工效率，缩短工期。
2.2工程周边环境
本工程位于107国道临颍县北郊与固厢乡七里村之间，附近100米范围没有居民点。
穿越段的107国道两侧均为田地，顶管工作坑位置地势平坦，有利于工作坑的布置。
107国道东侧距顶进坑20m左右。
该工程管线敷设于地下，经勘查穿越107国道两侧的排水沟与本工程管线间无高程交叉。
穿越段地下无其他隐蔽工程及管线。
2.3工程平面布置
1）施工场地布置原则
施工总平面布置遵循因地制宜、利于生产、方便施工、便利交通、有利安全、经济可靠、易于管理、满足环保的原则，并注意以下几点：
（1）施工场地位置综合考虑地形、地质条件、场内外交通、给水、供电、防洪和排水等因素，尽量选择地形平坦宽阔、靠近施工现场的地方。
（2）场地划分和布置（包括生产、生活和交通运输等）应符合国家有关安全、防火、卫生环境保护等规定。
（3）合理利用地形，合理使用场地，布置要紧凑，尽量减少占地面积和工程量。
2）临时设施布置
（1）临时设施的布置，应能满足主体工程施工工艺要求，避免干扰，避免和减少料场的重复、住返运输，并为均衡生产创造条件。
（2）生产设施要尽量靠近施工作业场所，管理设施应在主体工程的适中位，以利于施工管理，生产、生活设施应有明显界限。
（3）拟采取合适的防洪、排水标准，其系统布置应能保证施工场地和施工设施的安全。
（4）特种材料的存放位置根据有关安全规程的要求布置。
3）施工现场平面布置
本工程穿越107国道段两侧均为农田，地势较平坦，较适合顶管。
现场可合理规划场地布置，拟在距离107国道东侧20m布置顶进坑，基坑开挖长20m、宽17m，深9.49m，顶进坑底部平面尺寸为8m×
6m；
距离107国道西侧20m布置接收坑，长宽各6m。
在107国道北侧合理划定材料堆场、堆土区和吊车位置，进场材料及设备堆放在指定的存放场地，使用完后及时退场，减少场地占用，砼成品顶管管材堆放在顶管工作坑附近，同时做好管材供应计划，减少场地的占用。
2.4工程临时供电、供水
本工程用电设备主要有：
2台高压油泵3kW，1台卷扬机2kW，1台空压机15kW，1台压浆机5kW，5台潜水泵抽水10kW，照明及生活用电4kW，总功率39kW。
根据本工程用电量不大且工期短的特点，考虑用电设备使用工况，拟配置1台50kW柴油发电机作为主电源，为千斤顶、行吊、水泵、生活供电。
设置配电箱1台，分配电箱2台，各施工机械设单独开关配电盘。
另配备1台50kW柴油发电机作为备用电源。
本工程用水由降水井抽出水提供。
2.5顶管施工工艺流程
顶进坑、接收坑开挖及支护→导入测量→吊土设备安装→后座施工→基坑导轨施工→主顶装置就位→各种运输设备就位→配备系统安装完毕→整个系统调试完毕→开机顶进→跟踪测量→顶进结束→输水管安装→自密实混凝土浇筑→坑内设备吊出。
工作井、接收井施工
设备安装
砼管吊装就位
砼管制作加工
施工准备
开机顶进
回收掘进机头
结束
测量控制及纠偏
复核
土方外运
施工下一节
图2.5-1顶管施工工艺流程框图
2.6主要施工机械设备
本工程拟投入的主要施工机械设备见表2.6-1。
表2.6-1本工程拟投入的主要施工机械设备一览表
序号
设备名称
型号规格
数量
用于施工部位
一
顶管施工设备
1
工具头
2600
2
纠偏，掘进
空压机
3m3/min
挖土
3
简易桁架
6m
出土
4
斗车
6
运土
5
水泵
2.2kW
基坑排水和深井降水
电焊机
BX-330
型钢焊接
7
气割设备
型钢切割
8
卷扬机
1.5t
竖井提升
9
千斤顶
400t
顶管
10
高压油泵
ZB-50
11
顶压装置
全套顶铁、垫座、滑道
12
压浆机
SYB50/50-Ⅱ
灌浆
13
汽车吊
QY25t
设备安装及管道吊装
属于特种设备
14
挖掘机
PC220
15
装载机
LG50B
16
全站仪
BTS-802
测量
17
水准仪
DZS3-1
测量纠偏
18
其它零星机具
若干
2.7自然环境概况
1）工程地质
根据穿越段工程地质勘察报告，工程区地貌单元为黄淮冲积平原，地势较平坦。
地质结构类型为粘性土均一结构，较适合顶管。
2）水文条件
在勘探深度范围内，地下水类型主要为第四系松散土类孔隙潜水。
通过对场区内民井水位同期观测，表明场区内整体上地下水走向与地表径流方向一致：
许昌南叉口至临颖水厂线地下水呈南北流向，勘察期间埋深一般1.75～4.44m。
地下水与地表水关系密切，互为补排关系：
在枯水期地表水接受地下水补给；
在丰水期，地表水补给地下水。
地下水具动态变化特征，地下水位变幅一般2～4m。
输水管内底高程是53.7m，地下水位高于管底。
场区地下水对混凝土无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性，对混凝土中的钢筋无腐蚀性。
3）地震基本烈度
管线区域大地构造单元属华北准地台（I）黄淮海坳陷（I2）南部。
该区新构造分区属豫皖隆起－拗陷区（Ⅲ）南部。
场区断层主要为F72浅井断裂、F73李岗断裂及F74许昌～禹州断裂。
区域内许昌～禹州断裂在第四纪仍有活动，因此管线所在区域稳定性一般。
根据河南省地震局批复（豫震安评[2012]88号）的《河南省南水北调受水区许昌供水配套工程工程场地地震安全性评价报告》（2012年3月），该标段地震动峰值加速度为0.05g，相应地震基本烈度Ⅵ度。
4）气象条件
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，秋季温和日照长，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℃，历年最高气温42.2℃，最低气温-15.9℃，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。
2.8施工方法简介
2.8.1工程降水
本工程降水采用管井降水，由于国道路基范围内无法布置降水井，只能在国道的东西两侧布置降水井。
拟在顶进坑附近打3眼、接收坑附近打2眼降水井，管径30cm、深度为20m左右，共设置5眼降水井。
降水顺序：
管井测量定位→挖井口、安护筒→钻机就位→钻孔→回填井底砂垫→洗井→吊放井管→回填过滤层→井内下设水泵、安装控制电路→试抽水→降水井正常工作→降水完毕拔井管→封井。
经实地查勘，地下水可抽入公路排水沟，向南排走。
为防止降水对107国道路面的影响，沿管线位置在路面上设置沉降观测点，在顶管前期降水期间不断观测路面的变化，保证107国道交通安全。
2.8.2顶进坑尺寸确定
顶进坑采用矩形。
宽度：
B＝D+S＝2.64+3＝5.64m
式中：
B—矩形工作坑宽度m；
D--管道外径m；
S—操作平台，取3m。
长度：
L＝L1+L2+L3+L4+L5＝0.6+2+1.5+2.8+0.8＝7.7m
L—矩形工作坑底部长度m；
L1--顶管掘进长度，取0.6m；
L2--管节长度，为2m；
L3--输土工作间长度，取1.5m；
L4--千斤顶长度，为2.8m；
L5--后背墙厚度，0.8m；
顶进坑平面尺寸为8m×
6m。
深度：
H＝h1+h2+h3＝（62.39-53.7）+0.3+0.5＝9.49m
H--顶进坑地面至坑底的深度m；
h1--地面至管道底部外缘的深度m；
h2--管道外缘底部至导轨底面的高度，0.3m；
h3--基础及其垫层的厚度，30cm厚碎石，20cm厚C10混凝土。
2.8.3顶力计算
F＝n×
G×
L
＝1.6×
40.96×
96＝6291.46kN
n—土质粘滞系数，粘土、粉质粘土，含水量小时，一般取1.6;
G—每米套管自重（DN2.2m，壁厚0.22m）
G＝3.14×
1×
（1.322-1.12）×
2.45×
10＝40.96kN/m2;
L—顶进长度96m。
2.8.4后背支座承载力计算
R=ɑ×
B（γ×
H2×
KF/2+2c×
H×
√KF+γ×
h×
KF）
=2×
5（18×
42×
2.04/2+2×
9.5×
4×
√2.04+18×
3×
2.04）
=8430.8kN
R—总推力之反力，kN；
ɑ—系数，ɑ=1.5～2.5取2.0;
B—后座墙的宽度，5.0m；
γ—土的容重，18kN/m3；
H—后座墙的高度，4.0m；
KF—被动土压系数,取2.04；
c—土的内聚力，9.5kPa；
h—地面到后座墙顶部土体的高度，3m。
根据上式计算:
后背支座承载力R＝8430.8kN>
总顶力F＝6291.46kN,工作坑后背可满足顶力要求。
2.8.5顶进坑施工
1、质量技术要求
⑴工作坑的支撑应形成封闭式框架，设置四角应力斜撑。
⑵后背土体壁面应与后背墙体贴紧，对所存在的孔隙以砂石料充填密实。
⑶组装的后背墙体应有足够的刚度和强度，深于工作坑底50cm以下，并垂直于管道顶进方向。
⑷导轨应顺直、平行、等高、牢固，其纵向坡度与管道设计坡度一致。
⑸顶镐安装应确保其着力中心位于管道总高的四分之一左右，并与管道中心线一致。
⑹顶铁应有足够的刚度和锁定装置，相邻面相互垂直。
⑺安装后的顶铁轴线应与管道平行、对称、顶铁、导轨与顶铁接触的一面不得有泥土、油污：
每次退镐加放顶铁应尽可能安装最长的顶铁，以保证连续的顶铁数目最少；
顶铁单行使用时，最大长度为1.5m，双行使用不得大于2.5m，且应在中间加横向顶铁相连。
⑻所用顶铁宜采用型钢焊接成弧形，开口向上。
安装后的顶铁轴线应与管道轴线平行、对称。
2、基坑开挖
基坑开挖施工工艺流程：
施工准备→施工便道→测量放线→打降水井→排水→土方开挖→土方外运→复核→结束。
⑴开挖前，先进行测量定位并用石灰标示出开挖边线，复核无误后再进行打井降水，地下水位降至距开挖底部至少0.5m时方可进行施工。
⑵开挖前，现场施工技术人员向机械司机详细交底，交底内容一般包括挖槽断面控制、堆土位置、探查地下情况、施工注意事项及施工技术、安全要求等，并指定专人与司机配合，其配合人员应熟悉机械挖土有关安全操作规程，并与施工人员一道及时量测坡度、槽底高程和宽度，防止超挖。
⑶由于坑深8.0m以上，结合设计勘察，采用挖掘机与装载机配合机械分层开挖，分两层开挖，第一层开挖深度4.0m并按1:
1放坡；
考虑基坑过于深且施工难度大，危险系数高需在第一层开挖完设一道2.0m宽马道方便施工；
第二层深度5m，由于顶管起止桩号过于靠近路基，第二层开挖没有条件放缓边坡，需垂直开挖，高度5.0m，基底预留土0.49m人工清理。
⑷基坑开挖堆土高度不超过3m，距基坑距离不小于2m。
深基坑上面搭设活动棚，深基坑上口周围设挡水带，设截洪沟，将雨水引向安全地带，以免雨水进入基坑，预留集水坑以便排水。
如果坑内的有积水要及时排走，注意用电安全。
基坑横断面图见下图。
3、基坑支护
第一层边坡采用喷射混凝土保护，第二层坑壁周围采用工字钢支撑，横向每道工字钢支撑间距1.2m并设置角撑。
开挖施工中，需密切观察土体和支撑的变化，如发现异常，可利用减小开挖步距和加密支撑的措施确保施工安全。
基底铺设30cm厚碎石后，再浇筑20cm厚C10混凝土加枕木加固，枕木长度采用3m，间距50cm,埋入混凝土中并设镏钉钉稳。
顶进坑上口周围摆放沙袋，设截洪沟，将雨水引向安全地带，以免雨水进入坑内；
4、后背墙施工
每个工作坑将采用最大顶力为400t的千斤顶两台并行顶进，在坑壁原土前浇筑与工作坑同宽、80cm厚、3m高钢筋混凝土墙作后背，严格控制后靠背、洞口墙的水平度和垂直度，使壁面与管道顶进方向垂直，后背前可设置立铁。
后背深入到工作坑底以下50cm～80cm，使顶镐的着力中心高度不小于后背高度的1/3。
2.8.6设备安装
⑴脚手架支立，提升设备安装。
⑵导轨安装
枕木采用浇注砼预以固定，长度一般采用2～5m，间距设置为60cm。
选用铁路钢轨作导轨，保证其有足够的刚度。
两导轨应平行等高或略高于管道设计高程，其坡度与管道坡度一致。
安装后的导轨应牢固，不得在使用中产生位移，并应经常检查校核。
其允许偏差应满足：
轴线：
3mm，顶管高程0～+3mm，两轨内距±
2mm。
⑶千斤顶安装
根据顶力计算，计划选用2台400t液压千斤顶。
采用并列式布置，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点需在同一轴线，防止产生顶进时力偶，造成顶进偏差。
安装时需确保其着力中心位于管道总高的四分之一左右，并与管道中心线一致。
顶铁采用型钢焊接成弧形，开口向上，需有足够的刚度和锁定装置，相邻面相互垂直；
顶铁轴线应与管道平行、对称、顶铁、导轨与顶铁接触的一面不得有泥土、油污。
⑷其它设备安装
照明设备：
井内使用电压不大于36V的低压照明。
通风设备：
人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风。
工作棚架：
作为防雨及安装吊运设备。
工作坑上设活动式工作平台，平台用20#工字钢梁。
在工作平台上设起重架，上装电动卷扬机。
2.3.7顶进施工
水泥管和顶铁起吊设备采用25t汽车吊，出土设备采用三脚架搭配卷扬机。
在确认地下水降至管底以下50cm时，方可开始顶进施工。
1、下管就位
下管采用25t吊车下管，下管前要严格检查管材，清扫管身和预留压浆孔，确保强度和质量符合要求，不合格的管材坚决不能使用。
第一节管子下到导轨上，量测管子中心、前端和后端高程。
管道中心轴线依据平面图上的位置而定，前端和后端的高程根据设计高程计算而定。
安装户口铁或弧形顶铁保护管口，检查各部分是否处于良好状态，确定合格后方可顶进。
2、土方开挖
根据施工经验，采用空压机带风镐和人工配合挖土，用运土车、水平牵引和垂直牵引的卷扬机进行出土。
管前挖土是保证顶进质量的关键。
由于管子在顶进中是顺着已挖好的土壁前进的，所以管前挖土的方向和开挖形状，直接影响顶进管位的准确性，因此管前周围超挖应严格控制。
在一般顶管地段，土质良好，可超越管端20～30㎝。
管子下面135°
范围内不得超挖，一定保持管壁与土基表面吻合，在一般顶管地段，上面允许超挖1.5㎝。
套管接触或切入土层后，以“先上后下”为原则，分台阶进行挖土，确保洞内不塌方；
所掘土方及时外运，由小推车推至工作坑内，卷扬机吊出。
3、套管顶进
1）注意事项
⑴顶进前，应在顶管和顶管接触部位（着力点处）设护铁，以保护管子末端，防止由于应力集中造成局部损坏。
⑵管节入土前，接口外侧垫麻丝、油毡或木垫板，管口内侧留10～20mm的空隙，顶进后两管间的空隙宜为10～15mm。
⑶顶进开始和完成时，应缓慢顶进，顶进时应防止工具管转动，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。
⑷在顶管机机头及管道内应放置应急照明灯具，保证断电或停电时管道内的工作人员能顺利撤出。
管道内的设备安装和管线布置，可采用预埋件或膨胀螺栓固定。
2）顶进程序
⑴安装好顶铁挤牢，工具管前端破取一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。
⑵停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。
⑶卸下顶铁，下管，调整管体，对正接口，保证接口缝隙和受力均匀。
3）顶进施工
顶进时将一节套管放置于导轨上，套好接力钢套管头，并且收紧接力钢套固定螺丝，装好铁环，调好顶的位置，不得松动。
用经纬仪、水准仪校正其平面与高程位置，使其达到设计要求；
启动千斤顶，将管顶进，用千斤顶顶进进口，每节管分四次顶入，原则上每次顶0.5m，千斤顶行程终了，复位千斤顶，加塞垫块后复顶。
第一节套管顶入工作面后，使其预留约0.3～0.5m管子在导轨上，供作下一节套管顶进前稳定作用，下一节套管在导轨上与第一节套管接口处内外部均用钢制套环作接口连接使用，这样可以保证混凝土管道顶入后接口处平整，沉降均匀。
下一节套管，即可继续顶进。
缩回主顶千斤顶，拆除洞口处的管线，吊放下一节管节，在导轨上就位之后，然后连接洞口处的管线，再继续顶进。
4）减阻措施
为减小顶管阻力，采用在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成泥浆套，减少管壁与土壁之间的摩擦阻力。
用此措施可以减少20%的顶力。
（1）注浆孔布置
用泥浆减阻是长距离顶管减少阻力的重要环节之一，在顶管施工过程中，如果注入润滑泥浆能在管子的外围形成一个比较完整的浆套，则其减摩效果是十分令人满意的，一般情况摩阻力至1～3KN/m2。
本工程采用每2节管节设置一组注浆孔，每组6个1寸注浆孔，60°
均分设置，每组注浆孔有独立的阀门控制。
（2）浆液配比及注浆量计算
润滑泥浆材料主要采用纳基膨润土，由厂家配制成成品供应我方。
由于本次工程地下含水量较大，我们按重量比水：
土＝4：
1的量进行现场拌制，拌制好的泥浆放在储浆箱内待数小时后即可使用，物理性能指标比重1.05～1.08g/cm2，粘度30～40S，泥皮厚3～5mm。
（3）注浆原则
注浆原则是注浆时必须保持“先压后顶、随顶随压、及时补浆”，根据顶力情况及时补浆，使摩阻力控制在最佳值。
当实际减磨的效果大于f＝2.5kN/m2时，必须改变触变泥浆的成分，在润滑剂材料中掺入聚丙烯胺高分子材料，改善润滑效果，使管道外侧磨阻系数低于f＝2.5kN/m2。
注浆压力控制在0.2MPa～0.4MPa，压力不宜过大，防止压穿、冒浆造成物资的流失。
（4）注浆质量的控制措施
①保证润滑泥浆的稳定，在施工期间不失水、不沉淀、不固结。
②制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行。
③保持管节在土中的动态平衡。
一旦顶进中断时间较长，管节和周围土体固结，在重新启动时就会出现“楔紧”现象，顶力要比正常情况高出1.4倍，因此尽可能缩短中断顶进时间保持施工的连续性。
如中断时间过长必须补压浆。
④压浆管与压浆孔连接处设有单向阀，防止在压浆停止时管外的泥砂会顺着注浆管流到浆管内，沉淀后会把注浆管堵住。
（5）泥浆置换
顶进结束对已形成的泥浆套的浆液进行置换，置换浆液为水泥浆并掺入少量粉煤灰，在管内用单螺杆泵压住，压浆体凝结后（一般20n）拆除管路封闷注浆孔。
4、顶管测量
在顶第一节管时，需及时校正顶进偏差，每顶进20～30cm，需对中心和高程测量一次；
在正常顶进中，应每顶进50～100cm时，用全站仪测量一次；
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，保证接口对顺。
中心测量：
根据工作井内测设的中心桩、挂中心线，利用中心尺，测量头一节管前端的轴线中心偏差，发现偏差时要及时纠偏。
高程测量：
使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程；
同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。
工作井内应设置两个水准点，以便闭合之用，经常校核水准点，提高精度。
5、自密实砼填充
本工程钢筋砼套管与输水钢管之间使用自密实砼填充，填充高度至输水管道中心（0.8m）位置。
自密实砼要使用塌落度比较大的砼进行，填充时管道分为两次进行填充，第一次填充时先把管道两端按设计要求使用砌砖封堵，高度至输水钢管中心+0.2m，砼浇筑至输水管道中心0.4m以下，在保证砼密实初凝后进行第二次砼浇筑，以防漂管变形；
第二次浇筑高度为输水管道中心，砼浇筑完成后管道两端使用砌砖全管封堵。
6、检查验收
⑴管内清洁，管节无破损
⑵顶管段验收主要包括管道轴线、管间错口，允许偏差如下：
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