DN1000mm钢管顶管施工方案.docx
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DN1000mm钢管顶管施工方案
D1000钢管顶管施工方案
1、工程概况
本标段顶管长2108.7m；其中六环路绿化带内2013m，穿越京开高速95.7m，穿京九铁路、其他铁路、林校路顶管共301m，顶管材质为d1000mm钢管，钢管防腐形式为玻璃钢外防腐、水泥砂浆内防腐。
2、施工部署
2.1施工程序
2.1.1按总体布局本标段顶管施工时间安排在2月底，日平均气温低、顶管工作量大、所耗用的工期最长、施工难度较大，因此顶管工程要先行施工。
2.1.2由于顶管在高速路绿化带内施工，其工作坑和检查井的施工给周边美观带来不利影响，为了及时恢复原貌，因此每施工完一个井（坑）段，及时回填。
2.2施工顺序
2.2.1按照先准备后施工，先地下后地上，先深后浅的施工程序。
2.3施工段的划分
2.3.1根据本工程的特点，顶管工程共分三个施工段：
1）第一段顶管长1000m，桩号为2+800～3+754；顶管工作井共11个，在桩号为3+100、3+200、3+700、3+733井体位置设立工作井，其余没有工作井的直线段按每最大间隔不超过120米设立工作井。
2）第二段顶管长1013m，桩号为3+754～4+700；顶管工作井共12个，在桩号为3+100、3+200、3+700、3+733井体位置设立工作井，其余没有工作井的直线段按每最大间隔不超过120米设立工作井。
3）第三段顶管长301m，桩号为4+280-4+345（京九铁路顶管）、5+256.3-5+279.8、5+310.7-5+332.6、5+414.5-5+464.9（铁路顶管）、6+023-6+120（京开高速）、6+164.7-6+207.9（林校路）；顶管工作井共6个，分别设立在桩号4+280、5+256.3、5+310.7、5+414.5、6+023、6+164.7处。
2.4施工进度安排
2.4.1根据工程特点以及工期的要求，拟计划开工时间2010年2月18日，2010年12月10日竣工,总工期292日历天。
2.5主要施工机械的选择
2.5.1选择原则：
为了加快施工进度，提高机械化施工程度，减轻劳动强度，并根据公司自身的条件以及施工经验来选择本工程的施工机械，详见《机械/设备/仪器表》。
械/设备/仪器表
序号
机械/设备/仪器名称
规格型号产地国、商标等
购置年份
数量（台）
新旧程度
已使用台时
自有
租赁
1
反铲挖土2台
PC320
2003
3台
80%
2000
2
自缷汽车
8T
2004
9台
70%
1500
3
汽车
5T
2006
3台
75%
1000
4
叉车
5T
2003
3台
80%
1600
5
电焊机
300A
2008
6台
70%
400
6
汽车起重机
16t
2008
3台
80%
200
25t
2005
3台
85%
1200
7
CO2焊机
6台
8
烘干箱
6台
9
角向磨光机
D150、D125
2008
12台
80%
200
10
砂轮切割机
D400
2003
6台
60%
1300
11
电动套丝机
1999
3台
60%
500
12
排污泵
2001
12台
90%
900
13
倒链
2-5T
2003
12台
90%
14
倒链
1T
2003
12台
75%
15
压力表、
0～2.5MP
2004
6块
80%
16
打压泵、堵头
2005
3套
85%
17
简易龙门架
2T
现制
2套
80%
18
电动试压泵
0～160kg/cm2
2005
4台
90%
1100
19
空气压缩机
2005
2台
80%
700
20
两轮小推车
2004
12辆
21
千斤顶
320吨
4
2.6劳动力选择
详见《劳动力计划表》
劳动力计划表
工种
时间
管工
焊工
起重工
电工
防腐工
普工
合计
人工
工日数
人数
2010年
2月
18
9
6
3
6
18
1800
60
2010年
3月
18
9
6
3
6
18
1800
60
2010年
4月
18
9
6
3
6
18
1800
60
2010年
5月
18
9
6
3
6
18
1800
60
2010年
6月
18
9
6
3
6
18
1800
60
2010年
7月
18
9
6
3
6
18
1800
60
2010年
8月
18
9
6
3
6
18
1800
60
2010年
9月
18
9
6
3
6
18
1800
60
2010年
10月
18
9
6
3
6
18
1800
60
2010年
11月
18
9
6
3
6
18
1800
60
2010年
12月
18
9
6
3
6
18
1800
60
总计
198
99
66
33
66
198
19800
2100
3、施工方法
工艺流程
测量放线→工作井、接收井开挖、支护→顶管机及泥水处理设备安装→试运转→顶管→到达接收井→设备吊出→拆除辅助设备→管道安装→检查井砌筑、回填工作井接收井→闭水试验。
3.1测量放射线
3.1.1采用经测量监理工程师批复的测量控制网进行施工放样，固定保护好控制点，并经常复核。
工作坑定位采用全站仪，管道中线控制采用经纬仪，标高控制采用水准仪。
3.1.2地面坐标点导入井下采用直接导入法，利用坑口埋设的坐标点和测量控制网控制点，以支导线的形式，建立井下顶管掘进使用控制点。
3.1.3地面高程点导入井下采用悬挂刚卷尺，导入标高时，用两台S3水准仪同时进行，并独立导入三次，其互差不超过井筒深度的1/8000。
每一个工作坑设置三个水准点。
（
3.2工作井、接收井开挖、支护
3.2.1工作井、接收井位的布置
工作井、接收井位的布置根据现场道路通行条件，设计管线位置、顶进距离、土质等因素综合确定，在施工沿线每间隔120米设置一个顶坑，上下对顶，顶进距离60米，如遇检查井部位距离根据实际尺寸作出调整，以节省成本。
3.2.2工作井、接收井位下口尺寸
1）长度计算
L=L1+L2+L3+L4+k
L——工作坑的最小长度（m）
L1——钢管单根长度（m）取6m
L2——下井管段长度（m）取0.3m
L3——主油缸长度（m）取1.2m
L4——未顶出顶的管道最小长度（m）取0.5m
k——后座、刚性顶铁和环形顶铁厚度之和，再加上安装富余量（m）取1.6m
则：
L=6+0.3+1.2+0.5+1.6
=9.6m（取10m）
2）宽度计算
B=D+（2.0～2.4）
B——工作坑的宽度（m）
D——管道的外径（m）
则：
B=1.000+2.0
=3.28m（取4米）
3）深度计算
H=H1+D
H——工作坑的深度（m）
H1——顶管覆土厚度（m）
D——管道的外径（m）
则：
H=6.0+1.00
=6.0m
经计算取为长*宽*深=10*4*6m。
3.2.3工作井、接收井位支护流程
人机配合挖至自然地面下0.8m→设第一道盘撑→插大板→挖土→降大板→第一道盘撑设八字撑→挖土降板至第一撑下2m设第二道撑→循环施工→工作坑底。
3.2.4土方开挖
工作坑开挖采用人机配合作业，在挖至距离底标高20cm时，采用人工挖土，以防拢动坑底原状土。
开挖过程中根据挖深情况进行边坡支坑避支护，严禁一步到底开挖后再支护的开挖方法，开挖时必须有专职安全人员进行看护，发生异常情况及时停止开挖并立即撤人，待处理完成后再开挖。
3.2.5坑底支护
采用钢木支撑法支护。
工作井、接收井位分两层支护，第一道支护设在自然地面下80cm处，第二部设在第一道盘撑下2米位置，第三道盘撑设第二道盘撑下1.5m位置。
支撑材料采用4米长大板及30#工字钢。
每步大板支撑两道盘撑，底部盘撑设不小于2m八字撑。
3.3顶管机及泥水处理设备安装
3.3.1顶管工作井、接收井基础：
工作井、接收井位基础采用土槽木枕基础。
将工作坑底部平整后，在坑底挖槽并埋枕木，枕木上安放导轨并将导轨用道钉固定于枕木上。
离顶管管口1m位置设置长度*宽*高度＝500*900*600mm的焊接工作坑，以便两管焊接连接时使用。
3.3.2顶管后背墙设计
顶管后背图
顶管利用坑壁土体作后背，后背所能承受的最大的顶力取决于顶管管道所能承受的最大顶力，在最大顶力确定后，据此可进行后背的结构设计。
后背的尺寸主要取决于管径大小和后背土体被动土压力。
所设计的后背具有充分的强度、刚度、且后背墙表面要平直。
1）后背墙布置
顶管后背采用拼装式，在墙面横排200mm×200mm枕木，枕木前密排30#工字钢，在工字钢前再横排顶铁。
横排枕木是为了使顶力均匀的分散在后背墙上，同时将工字钢下扎500mm是为了加强锚固。
2）后背墙核算
工作坑后备的受力分析见右图：
反力R应为总推力P的1.2～1.6倍,确保安全。
后背墙每米宽度上的被动土压力：
P被=0.5*rh2*KP+2chKP0.5
=0.5*19*2.5*2.5*5.26+2*7.8*2.5*2.29
=401.62kN/m
总被动土压力
R总=P被*B*H=401.62*4*2.5
=4016kN
式中：
P被：
每米宽度上的被动土压力（kN/m）
R总总的被动土压力kN
：
土的容重（KN/m3）取19KN/m3
h：
后背墙的高度（m）取3m
B：
后座墙的宽度取4m
KP：
被动土压系数KP=tg2（45+31.7/2）
c：
土的内聚力（KPa）取7.8kN/m2
R/P=4016/1982=2.03,可确保安全（P值计算详见3.9.2）
3.3.5起重架
1）下管起重架采用4根Ø219厚壁钢管L=9m，顶部用60mm圆钢连接，两端索紧，架底部焊接在平台上横向放置的[30槽钢上，支架加肋。
出土及下管采用卷扬机，设2t卷扬机1台，5t卷扬机1台。
先在地面上组装好四根腿柱及顶部穿械，挂好定滑轮及钢丝绳，再用吊车吊起人工定位焊接。
架子顶部用Ø60圆钢连接，两端锁紧，架底部焊接在平台上横向放置的[30槽钢上，支架加肋，增加稳定性。
2）出土及下管采用卷扬机，设2T卷扬机1台，10T卷扬机1台。
下管用10T卷扬机，吊土用2T卷扬机。
安装要牢固、线路要清晰，滑轮要转动灵活。
3.3.6平台
1）主梁使用40#工字钢四根，其上满铺150*150方木，留出下管管口位置，焊接好工字钢使其稳定。
下管及出土口尺寸为6*2.5m，三面用架子管焊出围栏。
详见《工作平台及起重架示意图》
3.3.7设备安装
3.3.7.1工作井导轨安装
1）导轨的作用是引导管节按设计的中心线和坡度顶进，导轨安装时必须安装牢固，满足管节中心高程及坡度的要求,导轨面标高与管子内管底面的标高相等。
两导轨要顺直、平行、等高，其纵坡与管道设计坡度一致。
安装后的导轨要牢固，不得在使用中产生位移，并应经常检查校核。
2）本工程导轨为双排120工字钢、[20槽钢焊接而成，导轨为预制加工。
3）导轨安装利用测量仪器监控，导轨安装允许偏差为轴线位置：
左右3mm；顶面高程：
0～+3mm；两轨内距：
±2mm。
4）两导轨净距计算
B=2*〔（D-h-e）*（h-e））0.5
=2*〔（1000-140-25）*（140-25））0.5
=619mm
其中：
B——基坑导轨间距（mm）
D——管外径（mm）
h——导轨高（mm）
e——管外底距枕铁面的距离（mm）
按上述公式求出DN1000顶管导轨之间的宽度为619mm。
3.3.7.2千斤顶安装
1）本工程采用2台320t的千斤顶。
千斤顶固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，要求其合力的作用点与管壁反作用力作用点在同一轴线上，防止产生顶进偏差。
根据施工经验，千斤顶的着力点作用在管节垂直直径的1/4～1/5为宜。
2）千斤顶选用ZB.50型的高压油泵，由电动机带动油泵工作，经分配器、控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致，油管安装时做到顺直、转角少。
3）油泵宜设置在千斤顶附近，油管要顺直、转弯少，油泵与千斤顶相匹配，并有备用油泵，油泵安装完毕，进行试运转。
3.3.7.3顶铁的安装
1）顶铁是顶进管道时，千斤顶与管道端部之间临时设置的传力构件。
其作用是将一组千斤顶的合力，通过顶铁均匀地分布在管端，并起调节千斤顶与管端之间距离的作用。
顶铁可分为环形顶铁和u形顶铁两种，本标段用U型顶铁。
2）安装顶铁时，顶铁与导轨之间、顶铁与顶铁之间的接触面，要擦拭干净，防止接触不良，相互滑动。
安装后，要使千斤顶轴线、顶铁轴线和管道的轴线相互平行。
顶铁轴线必须与管道中心的垂线对称，避免顶力产生偏心，导致“崩铁”。
顶铁拼装后要进行锁定。
3）顶铁与管口之间垫缓冲材料联接（胶合板），使顶力均匀地分布在管端。
4）安装后的顶铁轴线与管道轴线平行、对称，顶铁与导轨和顶铁之间的接触面不得有泥土、油污。
顶铁要原地足够的刚度，顶铁单块放置时能够保护稳定，顶铁的相邻面互相垂直，顶铁上有锁定装置。
顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫，当顶务接近管节材料的允许强度时，管端应增加U型或环形顶铁。
5）管节未进入土层前，接口外侧垫麻丝、油毡或木垫板，管口内侧留有10～20mm的空隙；顶紧后两管间的孔隙宜为10～15mm。
6）顶铁布置顶铁选用1组3200kN（320t）级专用配套顶铁（顺铁）。
每组配套顶铁的规格见《顶铁规格选用表》
顶铁规格选用表
200*300顶铁L=mm
600
250
备注
顶铁数量（块）
24
24
3.4试运转
3.4.1操作工人:
操作工作均应经培训上岗，有特种作业上岗证并经项目部培训合格后方可上岗作业。
3.4.2安全防护装备、设施、安全用品使用，如安全帽的配戴、安全绳的使用，吊钩保护器的使用，吊装钢丝绳绑扎固定、坑内上下扶梯的使用等进行演练，合格后方可使用。
3.4.3顶进设备、工作平台及起重架：
顶进设备即千斤顶安装完成后，进行加压和卸载试验，检查千斤顶行程是否达到设计要求的标准，泵管是否有漏油现象发生，顶铁等规格型号是否满足顶进作业要求和受力要求，合格后方可使用。
3.4.4工作平台搭设完成后，应经项目部安全、技术人员验收合格后方可进行起重架的搭设，搭设完成后对安全保护装置检查，调试，试运转，合格后方可进行正式吊运。
3.4.5坑内外人机配合：
吊装过程坑内外作业人员必须熟悉起重机械的性能和被吊物体的实际重量，操作人员必须服从指挥人员的信号指挥，先进行适当演练，当演练二次以上，配合无空缺后方可进行正式作业。
3.5顶管
3.5.1顶管采用D1000钢管顶管，焊接接口。
3.5.2顶力计算及顶镐选择
1）计算总顶力：
P＝f*r*D1[2H+（2H+D1）tg2（45°-φ/2）+w/rD1]*L+Pf
＝0.14*19*1.0[2*6+（2*6+1.0）*tg2（45°-31.7°/2）+2.9/（19*1.0）]*60+0
＝1982KN
其中：
P—计算总顶力KN
r—管道所处土层的重力密度取19kN/m3
D1—管道的外径取1m
H—管道顶部以上覆盖土层的厚度取6m
φ—管道所处土层的内磨擦角取31.7°
ω—管道单位长度的自重取2.9kN/m
L—管道的计算顶进长度取60m
f—顶进时，管道与周围土层之间的内磨擦系数取0.14
选用2台320吨顶镐（行程1.2m）
3.5.3施工顺序
导轨、后背完成顶管设备安装就位后，即可进行顶进工作。
将第一节管下至导轨上，校核导轨的中线和高程以及坡度，合格后即可顶进。
第一节管安放合格后，管前端安装钢刃角→开启高压油泵、千斤顶工作→管道顶入土内300mm停止顶进，进行人工掏土作业，到管前端钢刃角边止→开启高压油泵再顶进300mm→人工的掏土，以上操作反复进行，最终达到全部顶完。
3.5.4顶进
由于本工程顶管穿越的障碍物为路面，所以在顶管作业中必须严格遵守“先顶后挖”的原则，严禁超挖。
人工掏土必须先上部后下部，挖土坡度不得大于60˚，以防止塌方事故。
管前掏土距离50cm/镐，管顶超挖不超过1.5cm，管下部135°范围内严禁超挖。
出土有固定的出土方向，出土采用专用运土斗车，每处二台交替使用。
斗车行进由卷扬机拉动，斗车装土运到工作坑内后由升降滑动组设备吊到自然地面，按固定的出土方向，堆入在规定的弃土场。
施工人员应协调配合，随时清走坑上堆土。
顶进过程中，应随时进行高程和中心的校核测量，每班应有顶管记录和交接班记录，及时控制高程与中线，随时纠偏。
对顶管施工，在两管端相距100cm时，在两管端中心挖一个小洞，贯通后，校核两管的中心线，做最终纠偏、对口。
顶进过程中，要随时检查顶铁情况，特别注意顶铁摆放是否直顺、换放顶铁时，要用1.2米的长铁。
200×300型顶铁双行每镐顶进长度不大于2.5米。
顶管结束后，检查管口部位焊接质量，检查有无空洞、漏焊、气孔、夹渣等现象。
并做管道严密性试验。
3.5.5测量、纠偏
顶进高程测量
首先在顶管工作坑内设置3个稳固的临时水准点，每次高程测量都要进行闭合检验。
在第一节管入土时，高程测量间隔为30cm/次。
特别注意第一管节的末端高程的测量，以掌握首节管坡度。
在以后的正常顶进中，测量间隔放大至50cm/次。
每顶完一程后，对前端进行水平测量，若发现“扎头”或“抬头”问题，认真作记录，为下一程顶进时纠正提供依据。
3.5.6中心偏差测量
中心测量采用经纬仪定位。
在顶管的前端及最后端管内顶部标注顶进中心轴标尺，用经纬仪测量每顶一程的左右偏差变化，认真作顶进测量记录，为下一程顶进时纠偏调整提供依据。
3.5.7纠偏
误差校正应逐步进行，测量密度增加到10cm～20cm/次。
视管道偏差量采用超挖纠偏和顶土纠偏。
超挖纠偏一般在1～2cm偏差时采用，在管子偏向的反侧适当超挖，而在偏向侧留土坎，形成阻力，使管在顶进中向阻力小的超挖侧偏向。
顶土纠偏适用于偏差大于2cm的情况，用方木顶在管子偏离中心一侧的外管壁上，另一端在垫有钢板或木板的管前土壤上，经顶镐施力，使管子得到校正。
D1000顶管允许偏差见《顶管允许偏差表》。
顶管允许偏差表
序号
项目
允许偏差（mm）
检验频率
检验方法
范围
点数
1
中线位移
≤30
每节管
1
测量并检查测量记录
2
管内底高程
+10-20
每节管
1
用水准仪检查
3
相邻管间错口
≤10
每个接口
1
用尺量
工具管开始顶进5～10m的范围内，允许偏差为：
轴线位置3mm，高程0～+3mm。
当超过允许偏差时，采取措施纠正。
3.5.8顶管过程需注意的问题
顶进开始时，要缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进。
顶进中若发现油压突然增高，立即停止顶进，检查原因并经过处理后方可继续顶进。
千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。
下管时工作坑内严禁站人，当管节距导轨小于50cm时，操作人员方可近前工作。
顶进时，工作人员不得在顶铁上方侧面停留，并随时观察顶铁有无异常情况。
3.5.8地面沉降控制措施
加强管理，严格遵守操作规程，严禁超挖，避免塌方。
加强测量控制，尽量避免大角度纠偏。
根据土质合理选择工具管。
覆盖层不能太薄。
加强地面沉降观测，发现异常，及时上报并采取相应措施。
3.5.9顶管时的意外应急措施
顶管所处土层为粉砂土层时，产生流砂，因此本工程在顶管施工时可能遇到一些意外情况，如土质突然变化、遇到障碍物等，必须采取有效的措施来处理。
地质发生很大的变化，突然间变硬或变软，如果突然变硬了，应立即停止施工，待问题查明后如果条件允许，可以继续施工，如果碰到岩层等较坚实层面或其它障碍物，应立即通知监理工程师，如有变更则由设计出文字性材料并经监理工程师签认的方案进行施工。
如果太软，但为了防止土的承载力急剧下降，如遇流砂层，为防止地面沉降应注入玻璃水对土层进行加固处理，处理后方可继续顶进。
如果发生漏水，应查明原因，并及时处理管沟内积水。
简易办法是用污水泵抽出管外。
在顶管施工过程中，如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。
操作人员必须严格遵守这样一条规定：
无论何种情况，超过允许偏差一律停下来，并且如实汇报情况，以便分析原因，找准对策。
还有一条就是建立意外情况立即报告制度。
即当意外情况发生时，当班人员必须采用任何可采用有效通讯方式，尽快地与公司有关领导取得联系，向上级报告情况，以便及时采取行之有效的措施。
3.5.10管道焊接
焊接方法：
二氧化碳保护焊。
详见《钢管铺设施工方案》
3.6到达接收井
顶管顶至设计长度后，停止顶进，并从地面进行测量，测出管头准确位置，后开挖，开挖方法同工作井，开挖完成找出管头后砌井回填。
3.7设备吊装
设备吊装用吊车16吊车进行，个别设备或管运送不到作业面或离作业面远的部位，用25吨吊车进行吊装。
3.8附属设施
详见《附属设施施工方案》
3.9闭水试验
详见《管道水压试验方案》。
3.10土方回填
详见《土方回填方案》。
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