湘府路快速化改造工程顶管专项施工方案.docx
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湘府路快速化改造工程顶管专项施工方案
中铁隧道局集团限公司
湘府路（湘江大道~浏阳河西岸）快速化改造Ⅲ标
顶
管
专
项
施
工
方
案
中铁隧道局集团有限公司
湘府路（湘江大道~浏阳河西岸）快速化改造Ⅲ标项目经理部
2018年8月
附件一：
施工平面布置图48
工程概况
工程位置及环境
本标段为第三标段（隧道段），起止里程：
ZK1+069～ZK3+480，全长2411m，其中隧道段长2150m（包含东敞开段140m、西敞开段150m、暗埋段长1860m），地面道路长261m。
隧道由西至东以明挖暗埋方式下穿书香路、新姚中路、芙蓉南路、刘家冲北路，上跨地铁1号线，与规划地铁8号线沿湘府路共线敷设。
工程范围和主要工程量
本标段排水工程位于长沙市中心城区南部，顶管及工作井北侧相邻既有电力隧道，南侧相邻湘府路隧道（电力隧道与湘府路隧道相距3～5米），顶管管道、接收井及工作井在电力隧道与湘府路隧道中间。
（1）水系连通关系
人工顶管共计施工238米，共分为5个井将其串联由西向东流通，井号分别为Y39-1、Y39-2、Y39-3、Y39-4、Y39-5，水流方向为Y39-1→Y39-2→Y39-3→Y39-4→Y39-5→接入现有市政排水管网。
其中省政府内部排水由Y39-1号井汇入本次新建排水主管由西向东排水，芙蓉南路东、西两侧由北向南φ1500排水由Y39-3、Y39-2号井汇入本次新建主管由西向东排水，Y39-5号井接收湘府路隧道北侧由西向东排水并接入现有市政管网，在施工完成后将临时性排水管道进行废除。
（2）顶进关系
Y39-1为工作井向Y39-2进行顶管，Y39-2为接收井，接收由Y39-1、Y39-3顶管，Y39-3为工作井向Y39-2进行顶管，并接收由Y39-4的顶管。
Y39-4为工作井向Y39-3与Y39-5进行顶管，Y39-5为接收井，接收由Y39-4顶管，并与现有市政管网连接。
北
备注：
（蓝色为原有排水管线已废除，红色为新建排水管线，巧克力黄色为原有排水管接入新建排水管道）
图1排水管位置关系图
表1顶管主要工程量
井号
管径
埋深
管道长度
Y39-1
Φ1800
7.63m
40
Y39-2
Y39-2
Φ1800
8.14m
41
Y39-3
Y39-3
Φ2400
8.1米
58
Y39-4
Y39-4
Φ2400
7.4米
99
Y39-5
场地土层参数
根据工程地质勘察资料（中铁大桥勘测设计院集团有限公司2016.9）显示，在顶管及工作井、接收井施工范围内地质情况为填筑土层厚约3.8m、粉质黏土层厚5.3m。
其中Y39-3至Y39-5工作井中填筑层厚5.8m，下层为卵石层。
水文工程地质特征
根据工程地质勘察资料表明，该地段地下水主要为上层滞水，潜水，基岩风化裂隙水，上层滞水存于填土层中，不具备稳定水位面，分布不连续。
潜水分布于粉土、沙土、卵石层中，强透水层，水量丰富，对工程影响较大。
气候条件
长沙地区属中亚热带湿润季风气候区，具有四季分明、温暖潮湿、雨量充沛、严寒期短、暑热期长等特点。
据1960-2015年长沙市气象站资料统计：
年平均相对湿度79.5％，年最小相对湿度14.2％，多年平均降雨量1394.6mm，最大年降雨量1751.2mm（1998），最小年降雨量708.8mm（1953），最大月降雨量515.3mm，最小月降雨量1.2mm，最大日降雨量192.5mm，每年4-8月为雨季，其降雨量约占全年的80％。
排水管道施工沿线地下管线
根据现场探勘，沿线主要管线有给水管、电力电缆、电信光缆、天然气、军用光缆、电力隧道等重要管线，在排水管道施工时，影响施工的部分管线进行迁改、部分采用临时保护性措施。
具体管线现状祥见表3
编号
管线
类型
位置
走向
是否影响
拟迁改方案
建议完成
时间
备注
1
诚通
Y39-1～Y39-5
东西走向
是
在Y39-4号井、Y39-5号井影响施工，进行临时迁改
2018年9月10日
2
燃气
Y39-1～Y39-5
东西走向
否
在Y39-1号井影响施工，进行迁改
已完成
3
给水
Y39-1～Y39-5
东西走向
否
不影响施工，但距离顶管施工位置较近，在施工时因加强监测
1根
4
电力隧道
Y39-1～Y39-5
东西走向
否
不影响施工，但距离顶管及井位较近，因做加固处理，并在施工时加强监测
5
电力
Y39-4～Y39-5
东西走向
是
影响施工但通过前期勘探可以进行就地保护，参考我部横跨隧道进行保护
表2管线现状一览表
施工特点
因工期紧张、施工场地有限、同时现场需穿越道路（Y39-1至Y39-4段），可能遇上地下障碍物等情况，考虑影响本工程顶管正常施工的不利因素，故将本工程的顶管工程采用人工顶管。
由于该段顶管位于电力隧道及快速路隧道中间，且二者相距过近（3-5米）。
为保护电力隧道不因顶管及工作井开挖而受影响（下沉及局部塌方），电力隧道全线采用单排三重管高压旋喷桩形成止水帷幕兼重力式挡墙。
Y39-4至Y39-5段长度为99米，根据地质条件，需增加中继间二节。
编制说明
本工程人工顶管专项施工方案对本工程的工作井支护、顶管顶进、临边管道及建筑物防护等制定科学合理的工艺流程及施工方法；对施工组织的管理进行指导，以确保优质、安全地完成各道工序。
编制依据
该专项施工方案的编制主要依据：
施工合同、投标文件及图纸；现行规范、规程以及现场实际情况。
主要规范、规程如下：
1、《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268—2008）；
2、《给水排水顶管技术规程》CECS246-2008；
3、《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；
4、《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）
5、《建筑机械使用安全操作规程》（JGJ33-2012）
6、《危险性较大分部分项工程管理办法》建质【2018】31号文
7、《顶管施工技术及验收规范》；
8、《施工现场临时用电安全技术规程》（GB50497-2009）
9、《建筑基坑监测监控技术规范》（GB50497-2009）；
10、《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JCT 640-2010）
11、《建筑基坑支护技术规范》（JGJl20-99）；
12、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）。
13、《建筑施工施工企业安全生产管理规范》（GB50656-2011）；
14、《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）；
15、《建筑变形测量规范》JBJ8-2016
16、地勘报告：
中铁大桥勘测设计院集团有限公司提供的《湘府路（湘江大桥~浏阳河西岸）快速化改造工程详细勘察阶段岩土工程勘察报告》
本工程基坑支护等级为：
二级，其中重要性系数ro取1.0。
施工准备工作
生产准备
（1）进行施工测量和现场放线工作；
（2）确定管线范围内及施工所需场地内所有障碍物，如管线、电线杆等数目及附近建筑物等的准确位置。
（3）按施工平面布置图修建临时设施，安装临时水、电线路，并试水、试电。
（4）进行顶管所用的设备的加工制作。
（5）根据顶进长度，准备好各类管线和所需的辅助物（固定架等）。
（6）根据材料计划，分期分批组织材料进场。
技术准备
（1）审查施工图纸和进行各专业图纸会审，进行施工技术交底。
（2）做好标高点控制，施工测量和现场放线工作。
（3）按照规划局提供的永久水准点，引临时水准点至井下，施工中经常进行校核。
（4）分析重大危险源，确定防治方案，进行安全技术交底
（5）施工组织机构图
项目经理
项目副经理
项目总工
办公室
工程部
安质部
机械物资部
财务部
试验室
各施工作业队
图2施工组织机构图
人员准备
表3人员准备计划
安全负责人
1人
施工员
2人
测量员
1人
机械工
2人
安全员
1人
电工
1人
勾机手
1人
电焊工
4人
汽车司机
6人
架子工
2人
吊车司机
2人
管道工
10人
施工平面布置图
施工平面布置图祥见附件1
工程施工计划安排
施工进度计划安排
本工程计划于2018年8月30日开工，拟于2019年1月13日完工，计划工期142天（具体开工日期以开工令为准）。
施工横道图
施工横道图详见附件二。
设备组织计划
根据本标段工程项目、工程量、工期要求，配置性能先进、适用、配套、状况良好的施工机械设备，以满足施工生产需求。
详细设备配置如下表：
表4设备配置一览表
序号
机械名称
型号
数量
用途
1
反铲挖掘机
2辆
土方开挖
2
自卸机车
5辆
土方外运
3
门式起重机
2台
出土、下管、支撑吊装
4
液压千斤顶
8台
顶进
5
顶铁
4套
顶进
6
手推车
4台
出土
7
高压泵
2台
注浆
8
照明设备
4套
坑道照明
9
全站仪
南方
1台
测量放线
10
水准仪
南方
1台
顶进过程测量控制
11
经纬仪
南方
1台
顶进过程测量控制
12
高压污水泵
4台
地下水排水
13
鼓风机
2台
管道通风
14
电焊机
2台
钢筋加工
15
钢筋弯曲机
1台
钢筋加工
16
钢筋剪断机
1台
钢筋加工
17
高压油泵
4台
满足要求
材料组织计划
根据施工图纸，对施工中所需的各种物质资源的生产和供应情况、价格、质量品种及运输路线等进行详细调查。
根据施工组织设计的施工网络图和施工预算中的工料分析，编制工程所需的材料用量计划及材料进场计划，作为备料、供料工作和确定仓库、堆场面积及组织运输的依据。
根据材料需用量计划和进场计划，做好材料的申请、订货和采购工作，使计划得到落实。
根据材料需用量计划做好构配件的加工、翻样工作，并按施工平面布置图的要求做好堆放和保管工作。
材料准备情况如下表：
表5材料数量表
序号
材料名称
单位
数量
备注
1
玻璃钢夹砂管D1800
米
74.7
2
钢筋混凝土管D2400
米
150
3
普通商品混凝土C30p6
M3
450
4
各类钢筋
吨
150
5
钢模板
M2
400
5
Ф48*12钢管
米
36
6
普通商品混凝土C15
M3
100
7
普通水泥C425
吨
40
8
河沙
按需
材料性能要求
5.5.1管材要求
①管材选用：
φ1800玻璃钢夹砂管约74.7m，为承插接口，采用T型钢套筒接口，楔形橡胶圈密封止水，插口端纯玻璃钢长度不小于200mm，承口段纯玻璃钢段长度不小于150mm，管道刚度等级为5000、6000N/㎡，承受最大顶力为350~400吨，单节管顶进长度为2500mm~接头强度不低于100MPa。
φ2400钢筋混凝土管（Ⅲ级管）约150m，采用F型钢性接口，插口端长度不小于400mm，承口段长度不小于420mm，最大抗压强度不小于50MPa，裂纹荷载为250KN/m。
②管材外观检验合格。
③管材外表面应注明管材型号、出厂试验结果、制造及出厂日期、厂质检部门签章。
④管材有出厂合格证。
5.5.2橡胶密封圈
①密封圈采用耐腐蚀的专用橡胶制成。
密封圈使用前腰逐个检查，不得有割裂，破损、气泡等现象。
②密封圈应有出厂检验质量合格的检验报告。
产品达到现场后，应抽检5%的密封圈的硬度、压缩率和抗拉力，其值不应小于出厂合格标准，
表6密封圈检验要求
项目
单位
硬度（绍尔）
30
40
50
60
公差
绍尔
+5
+5
+5
+5
抗拉强度
天然
Mpa
14
14
13
12
合成
9
9
9
9
抗拉伸长率
%
450
400
375
300
施工工艺技术
施工工艺流程
工作井和接收井的逆作法施工程序：
场地平整→放线→三重管高压旋喷桩止水帷幕桩→（旋挖桩施工→）定井边线→挖第一节井芯土方→邦扎第一节井壁钢筋→支模浇筑第一节井壁混凝土、井口圈梁混凝土→在井壁上二次投测标高及井位十字轴线→安装排水、通风、照明设施等→挖第二节井芯土方→清理井孔四周壁、校核井孔垂直度和直径→邦扎第二节井壁钢筋→拆除上节模板→支模浇筑第二节井壁混凝土→（施作冠梁及钢管支撑→）重复第二节所有工序、循环作业直至到设计深度→坑底满堂注浆形成止水帷幕→（周围现状管周围注浆加固）→清除井底虚土、排除积水→换填井底碎石垫层→浇筑井底混凝土垫层→施作顶进后座墙→顶进/接收→破除后座墙→施作工作井→试验→回填。
人工顶管顶力的计算
6.2.1先挖后顶法
对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。
根据经验公式：
P=nPO
其中：
P——总顶力；n——土质系数
土质系数取值可根据以下两种情况选取；
①土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5~2.0，本工程玻璃钢夹砂管顶管段取1.5。
②土质为中粗砂及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取4~5。
③土质为砂砾石层，管前挖土不易成拱者，取4~5。
本工程钢筋混凝土段顶管取5。
PO——为顶进管子全部自重。
顶进的钢筋混凝土管（2400）每节管自重约为9吨，最长段以99米计，每节管长2米，共要顶进50节管，则PO=9*50=450吨。
玻璃钢夹砂顶管自重每米约为800KG，最长段41米，则PO=41*0.8=32.8吨。
则钢筋混凝土段总的顶力为P=n*po=5*450=2250吨
玻璃钢夹砂管段总的顶力为p=n*po=0.8*41*1.5=49.2吨
考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，钢筋混凝土段顶管设备取1.3倍左右的储备能力，设备顶进应力为2925吨，取总的顶力F=2925吨，选用8个千斤顶作为顶进动力设备，千斤顶的顶力应为360吨。
玻璃钢夹砂管顶管设备取1.5倍左右储备能力，设备顶进应立为F=73.8吨，选用1个千斤顶作为顶进动力设备，千斤顶的顶力应为73.8吨。
6.2.2先顶后挖法
对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖时容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。
根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。
（1）顶管正阻力与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。
根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2，硬土层通常在30-60t/m2.，大于40t/m2时表明土质较好。
本工程钢筋混凝土段为砂砾石取60t/m2。
玻璃钢顶管段为粉质黏土取50T/m2.。
F1=S1*F*K1
其中：
F1—顶管正阻力（t）；S1—顶管正面积（m2）；K1—顶管正阻力系数（t/m2）本工程取1.5。
钢筋混凝土段顶管阻力：
F1=S1*F*K1=лR2*F*K1=3.14*2.88*0.24*60*1.5=195.33吨。
玻璃钢夹砂管段顶管阻力：
F1=S1*F*K1=3.14*1.9*0.05*50*1.5=9.716T.。
（2）管壁摩擦阻力：
管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。
根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.5-1.0t/m2之间。
F2=S2*K2
其中：
F2—顶管侧摩擦力（t）；S2—顶管侧面积（m2）；K2—顶管侧阻力系数（t/m2）本工程取1.0
Y39-4至Y39-5段F2=S2*K2=лDL*K2=3.14*2.8*99*1.0=870.408吨
Y39-1至Y39-2段F2=S2*K2=3.14*1.9*40*1.0=238.64T
顶管阻力为以上二种阻力之和，顶进长度管段99米计算，总顶力：
Y39-4至Y39-5段F=F1+F2=195.33+870.408=1065.74吨
Y39-1至Y39-2段F=F1+F2=9.716+238.64=248.356T
（3）顶管穿越公路防止地质松散而引起的路面塌陷影响车辆和行人的安全，故采用2cm厚的钢板（宽4米*长6米）铺设公路上顶管施工断面。
（4）考虑地下工程的复杂性及不可预见性因素，顶管设备取1.5倍左右的储备能力，Y39-4至Y39-5段设备顶进应力取1598吨，取总的顶力F=1598吨，选用4个千斤顶作为顶进动力设备，千斤顶的顶力应为399.65吨。
Y39-1至Y39-2段设备顶进应力取372.5吨，取总的顶力F=372.5吨，选用1个千斤顶作为顶进动力设备，千斤顶的应力为372.5吨。
DN2400混凝土管道的正截面面积为6.51m2，顶进时每平米承受的最大压力为25.5T/m2,按照规范标准，DN2400Ⅲ级钢筋混凝土的混凝土强度为C40.为确保管道在顶进过程中不发生破坏，需分1065.74/（25.5*6.51）=6.42段顶进，故设置中继间一套。
DN1800玻璃钢夹砂管正正截面面积为2.83m2，顶进时每平方米承受的最大压力为211T/m2。
需分248/（211*2.83）=0.415节，该段能满足施工要求。
工作井施工
6.3.1测量放线
①复核设计部门提供的控制桩，设置直线控制桩。
②依据设计图纸进行测量放线，做好测量所需各项数据的内业收集、计算、复核工作。
③施工过程测量重点。
a、顶管工作井平面控制。
b、顶管工作井高程控制。
c、顶管轴线控制。
d、顶管高程控制。
6.3.2工作井的选位与开挖
6.3.2.1选位
（1）工作井选择在收集检查井且地下管线较少的位置。
（2）工作井应便于设备、材料运输及下管、出土、排水、接电并具备少量堆放管材及暂存土的场地。
（3）工作井距离道路干线、建筑物较近时，必须保证足够的安全距离且具备可靠地加固措施。
（4）单向顶进时，顶管两端条件相近时，工作井宜选在管线下游。
6.3.2.2开挖
（1）工作井的开挖断面，应根据工作面宽度、现场环境、土质、挖深地下水位及支撑材料规格、管径、管长、顶管机具设备规格、顶力、下管及出土方法等条件确定。
（2）工作井参数：
基坑坑底尺寸一般按下列计算：
底宽：
B=D+（2.4—3.2）m
底长：
L=L1+L2+L3+L4+L5=5.0m
式中D——顶管的外径；
L1—管接顶进后，尾部压在导轨上的长度（一般在0.3—0.5m）
L2——关节长度取2m
L3——顶铁长度取0.5m
L4——顶搞长度取1.5m
L5——后背构造所占工作长度（一般为0.5m）
确定：
工作井底宽4.3m，底长6m，深度在7.4m，混凝土基础采用C30混凝土铺设20cm厚，3m宽，6m长。
（3）工作井和接收井采取逆作法施工，施工程序：
场地平整→放线→三重管高压旋喷桩止水帷幕桩→（旋挖桩施工→）定井边线→挖第一节井芯土方→邦扎第一节井壁钢筋→支模浇筑第一节井壁混凝土、井口圈梁混凝土→在井壁上二次投测标高及井位十字轴线→安装排水、通风、照明设施等→挖第二节井芯土方→清理井孔四周壁、校核井孔垂直度和直径→邦扎第二节井壁钢筋→拆除上节模板→支模浇筑第二节井壁混凝土→（施作冠梁及钢管支撑→）重复第二节所有工序、循环作业直至到设计深度→坑底满堂注浆形成止水帷幕→（周围现状管周围注浆加固）→清除井底虚土、排除积水→换填井底碎石垫层→浇筑井底混凝土垫层→施作顶进后座墙工作井开挖深度应满足顶管机导轨的安装、导轨结构厚度、洞口防水处理、管接口连接等要求；洞圈最低处距底板顶面距离不小于60cm。
（4）本工程原有Y39-1~Y39-5共五个井。
Y39-1、Y39-2以及Y39-4作为接收井；Y39-3和Y39-5作为工作井。
依据现场实际情况，Y39-1、Y39-3、Y39-4改为工作井，Y39-2、Y39-5作为接受井。
（5）Y39-2为接收井，主要用于φ1800mm玻璃钢夹砂管道通过；Y39-1、Y39-3为工作井，主要用于φ1800mm玻璃钢夹砂管道、φ2400mm钢筋混凝土管道顶进设备安装，用于顶进Y39-1至Y39-2、Y39-3φ1800mm玻璃钢夹砂管、Y39-3至Y39-4φ2400mm钢筋混凝土管的顶进工作。
Y39-5为接收井，主要用于φ2400mm钢筋混凝土管道的通过；Y39-4为工作井，主要用于φ2400mm钢筋混凝土管道顶进设备的安装，以便Y39-5至Y39-4φ2400钢筋混凝土管道顶进工作。
（6）Y39-1工作井：
井坑内径为6000mm×3800mm，井埋深约3.5m，所采用支护方式为两侧采用旋挖桩支护，桩顶为冠梁施作钢管对撑，在旋挖桩外侧采用三重管高压旋喷灌浆法形成止水帷幕，坑底范围采用满堂注浆形成止水帷幕，顶进管道旁为电力隧道，在隧道墙外侧施做三重管灌浆形成止水帷幕。
顶板处施做φ800混凝土井筒。
Y39-1施工完旋挖桩、三重管旋喷桩止水帷幕、部分地质根据情况增设土钉墙支护、冠梁及钢管支撑后，开挖基坑，临时封堵现状φ1500水泥管。
（7）Y39-2接收井：
井坑内经为3000mm×3500mm，井埋深约为2.3m，所采用支护方式为两侧采用旋挖桩支护，桩顶为冠梁施作钢管对撑，在旋挖桩外侧采用三重管高压旋喷灌浆法形成止水帷幕，坑底范围采用满堂注浆形成止水帷幕，顶进管道旁为电力隧道，在隧道墙外侧施做三重管灌浆形成止水帷幕。
顶板处施做φ800混凝土井筒。
Y39-2施工完旋挖桩、三重管旋喷桩止水帷幕、冠梁及钢管支撑后开挖至设计标高，破除现状φ1500砼管并封堵，将接收坑用粘性土回填密实，回填高度按照“《给水排水工程顶管技术规程》CECE246:
2008中5.4.1管顶覆盖层厚度在不稳定土层中宜大于管道外径的1.5倍，并大于1.5m”控制，即3.24米，因此取顶进过井回填粘性土高度5.72米，然后将顶管从Y39-1一次性顶过Y39-2至Y39-3接收坑，二次挖出坑内回填土体，施作非标检查井。
（8）Y39-3工作井：
井坑内径为6000mm×3800mm，井坑埋深约为3m，所采用支护方式为450mm厚现浇砼连续墙支护，支护墙外侧采用三重管高压旋喷灌浆法形成止水帷幕，坑底范围采用满堂注浆形成止水帷幕，顶进管道旁为电力隧道，在隧道外墙施做三重管灌浆形成止水帷幕。
顶板处施做φ800混凝土井筒。
（9）Y39-4工作井：
井坑内径为6000mm×3800mm，井坑埋深约为3m，所采用支护方式为450mm厚现浇砼连续墙支护，支护墙外侧采用三重管高压旋喷灌浆法形成止水帷幕，坑底范围采用满堂注浆形成止水帷幕，顶进管道旁为电力隧道，在隧道墙内侧施做三重管灌浆形成止水帷幕。
顶板处施做φ800混凝土井筒。
（10）Y39-5接收井：
井坑内径为3500mm×4800mm，井埋深约为4m，所采用支护方式为450mm厚现浇砼连续墙支护，支护墙外侧采用三重管高压旋喷灌浆法形成止水帷幕，坑底范围采用满堂注浆形成止水帷幕，顶进管道旁为电力隧道，在隧道墙外侧施做三重管灌浆形成止水帷幕。
顶板处施做φ800混凝土井筒。
（11）基坑每层挖土深度由现场土质决定，一般为0.5~1.0米，单层开挖完成后立即浇倒支护。
支护墙必须质量合格，不得存有漏浆、麻面等现象。
待第一节井壁浇倒完成并至少养护一天后，方可进行第二次开挖，
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