穿越高速公路顶管专项施工方案Word格式.docx

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《顶管施工技术及验收规范》（2006.12）

《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）

《工程测量规范》GB50026-2007

3.国家及地方政府有关安全、环境保护、水土保持的法律、规程、规则、条例。

4.我单位对本工程调查了解的有关情况以及我单位的设备状况、技术能力和以往类似工程的施工经验。

5.我单位投标文件。

2.工程概况

郑州市牛口峪引黄工程是市委市政府为确保郑州市用水安全，推动社会科学发展的惠民工程。

工程设计从牛口峪枣树沟控导工程处引取黄河水，经一级泵站提升至新建沉沙池后，再经二级提水泵站提升翻越邙岭，向东南依次穿过沿黄大道、荥密公路、连霍高速公路、枯河、索河、绕城高速公路、科学大道、黑河路、化公路、塔松路、化工路、须水河、西四环、最后沿化工路南侧到西流湖，规划线路长34.79km；

荥阳支线起点位于司马村东侧，向南穿越连霍高速公路、枯河、南水北调，然后沿荥密公路西侧穿越科学大道、陇海铁路、郑上路、荥密公路、310国道后，沿310国道南侧至楚楼水库，规划线路长16.48km，工程全线采用管道输水。

输水干管及支管采用预应力钢筒混凝土管（PCCP管），干管管径为DN2800和DN2600，输水干管采用双排管布置，单管设计流量7.5m3/s，管道连通枢纽过流能力3.75m3/s，输水干管起点至荥阳分水口段（取桩号A0+000～A6+857段）管道直径为DN2800，荥阳分水口至西流湖段管道直径DN2600，连通管管径DN2000，设计压力1.0MPa。

荥阳支线起点位于司马村东，主干线桩号A6+857.2，输水管线采用预应力钢筒混凝土管（即PCCP管），管径为DN2000。

荥阳支线采用单排管布置，设计流量5.0m3/s，设计压力1.0MPa。

本项目共三个工点，分别为郑州市牛口峪引黄工程输水干线管道下穿连霍高速公路K601+500工程、郑州市牛口峪引黄工程输水支线管道下穿连霍高速公路K607+003工程、郑州市牛口峪引黄工程输水干线管道下穿绕城高速公路K5+359工程。

3.顶管施工

1.工艺选择

根据地质报告，结合工程实际顶管施工中的土质和地下水位情况，本工程均采用泥水平衡顶管法施工。

泥水平衡顶进法施工工艺流程：

制作顶进用工作井及顶进用管→吊装顶进用管到轨道上→装顶铁→装密封圈→开启油泵顶进→出土→管道贯通→拆工具管。

2.设备安装及试运行

设备安装前，根据设备的操作要求及施工方便的原则确定各设备的安装位置、各种管线和电缆的铺设位置及走向等。

对设备的吊运、安装顺序进行计划和安排。

2.1设备的安装

主顶设备底盘的安装应支撑牢固，防止产生受力变形或位移。

底盘的调整的定位宜在将顶管机吊运至底盘导轨上后进行。

主顶设备液压系统宜设置在主顶设备附近以便于操作，液压软管接头连接清洁无污染。

吊运完成后，调整底盘及顶管机机头的位置、高程、中线、仰俯角等。

工作坑总电源闸箱及用电设备执行三相五线制，且安装漏电保护装置，工作坑及管内使用24V的照明设备；

总电源的匹配大于顶管施工过程中需同时运行的全部设备功耗之和；

顶管机头内应设有应急照明电源，顶管机机头、沉井及地面设备之间设置通讯联络设备。

工作坑内测量仪器的基座不能固定在主顶装置底盘、工作坑后背或其他可能在顶进受力时产生变形或位移的基础上，应安装在独立的固定基座上，以减少重复移动和调整次数；

使用激光经纬仪或激光指向仪与安装在顶管机内的激光目标靶共同组成方位误差测量系统，对顶进的高程的轴线误差进行全过程的监控。

顶进时应根据所顶管道的管径确定安装通风设备的位置的长度。

通风设备结合管内的工作环境条件选定，保证管内有足够的氧气。

2.2设备试运行

设备试运行之前，应对设备的安装，各种管线、电缆的连接进行检查，确认安装和连接无误后方可接通电源。

设备的试运行应遵照设备说明书进行。

通过试运转查找和消除设备可能存在的所有问题，确认其处于完好状态。

主要包括以下内容：

不加载的情况下，电源电路开关的接通、切断工况试验的检查。

液压系统控制阀件的动作灵敏、正确，特别注意有无控制电路反接的现象、操作台显示动作与实际动作是否一致。

设备润滑和密封系统供油正常，油路畅通，供油压力可在设定的范围内调节。

纠偏千斤顶的伸缩动作正常，编组动作与操作台显示一致。

试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。

顶进千斤顶伸缩动作正常，试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。

注浆系统输送泵的试运转符合设备说明书的规定。

对注浆管路进行加压试验和检查，保证管路畅通、无泄漏。

其调试顺序为：

将操作台输出电缆分别与对应的接口接好以后，逐步送电，观察各仪表电压值是否正常；

然后依次送电检查各设备运行状态，送水泵、排泥泵、抽水泵以及搅拌筒电机旋转方向，排泥泵的调速系统是否正常，若旋转方向相反则调换该电机两相电源线，若发生异常声音或气味，立刻停电检查故障原因，尽快排除；

注浆泵采用螺杆泵，不能在无浆液下运行，在调试或运行之前先用管钳扭动转轴，待灵活以后可加水运转，看泵的旋转方向与出口压力；

将掘进机各电缆接好，开启操作按钮、动力按钮，并使后方动力站运行（运行前检查油箱内油量是否充足，有无污染）；

调速旋钮拨至10位,千斤顶切换成伸出，逐渐将调速器拨至0位使全速运行，全部伸出以后再退回，反复操作1-2次进行排气；

关闭后方动力站，打开机内动力站，刀盘运行，TV开，看刀盘旋转方向是否正确，转矩仪是否正常，将转矩仪设定于0位，看报警系统是否正常，倾斜仪指示情况，开、关旁通阀和止水阀，动作是否灵活，操作纠偏控制旋钮，观察纠偏指针在光靶上移动的情况，能否达到最大位置；

关闭机内动力站，待机10-15分钟，观察掘进机破碎锥体内有无油滴滴下，若有少量渗出无滴下，可视为合格，停止刀盘运转，TV及动力回路操作回路；

拆除掘进机电缆线，可以吊装掘进机于导轨之上，准备顶进。

3.管材安装

（1）安装前，认真检查管材、橡胶圈,若发现管材有缺陷、砂眼、破损等，橡胶圈出现粗细不均匀错茬、裂缝、气孔、老化等现象严禁使用，及时退出现场。

出现防腐层破损时，必须修补并实干后再使用。

（2）管道吊装采用吊带吊运，管道安装采用吊车安装，人工配合，管道安装前进行试吊，吊离地面10厘米左右，检查捆绑情况和制动性能，安全后方可起吊。

下管必须有专人指挥，指挥人员必须熟悉机械吊装有关操作规程和指挥信号，驾驶员必须听从信号进行操作；

吊管要找好重心，平吊轻放，不能忽快忽慢和突然制动，要防止损坏输水管材和保护性涂层以及水泥衬层；

在起吊作业区内，任何人不得在吊钩和吊起的重物下站立或通过。

（3）管道安装施工前，应用毛刷、绵纱布等仔细将承口内腔和插口端外表面的泥沙及其它异物清理干净，不得含有泥沙、油污及其它异物。

（4）承口清理用毛刷和干净的抹布清理承口内部，尤其是放橡胶密封圈的位置。

不要留有漆、土、沙、水等残留物。

（5）管道接口清理干净后，将随管配套的胶圈清理干净，使胶圈完全安放在承口凹槽内。

（6）胶圈安放完毕后，将润滑剂涂抹在胶圈内工作面和插口端倒角处。

（7）检查木垫片是否完好，将插口与承口对齐，检查承口和插口相对位置是否合适，在新吊装好的管节后方安装环型顶铁，使用千斤顶将插口平稳顶入承口内。

（8）插口顶入承口内一定深度（完全通过胶圈）后，检测胶圈是否正确安装，将一把薄窄钢尺插入承口和管壁之间的环形缝隙内，直至碰到橡胶密封圈，沿管一周测量深度是否均匀，检查胶圈安装是否良好。

（9）如果胶圈状态良好，且打压试验保压，继续顶进；

否则重新安装此管节并更换胶圈。

（10）顶进过程检查胶圈变形是否正常，确认胶圈位于密封腔内。

（11）管节完全顶到位后，重复1～10步骤，安装下一管节。

4.接口打压

本工程中所用的PCCP管材其承插口采用双胶圈密封，管子对口完成后对每一处接口做试压试验。

管道对接安装完成后，应及时进行接头打压试验。

将管端打压孔螺栓拧下，将液压泵接口与管道打压孔对接，然后手动升压达到规定压力值，目视压力表有无变化，检查管道环向对接缝面处有无渗漏现象，持续时间5分钟以上的压力表变化在规定范围内即为合格。

5.顶进设备安装、调试和试运行正常后开始正式顶进

5.1初始顶进

我们把从破洞一直到第五节管全部推进入土中的全过程称之为初始顶进。

在顶管施工中，初始顶进是一个至关重要的阶段，它的成败将取决于整个顶管过程的成败。

我们把初始顶进分为以下几步：

第一步是破洞。

本工程地质条件较好，洞口采用砖砌封门，施工前将砖砌封门进行破除。

第二步是让顶管机入土。

当封门破除后，可把顶管机刀盘开动，用主顶油缸徐徐把顶管机推入土中。

这一过程中应注意防止刀盘嵌入土中不转而顶管机壳体旋转，我们采取了控制顶进速度和在顶管机左右两侧加设角撑的办法来防止其旋转。

第三步是将机头后方的两根管材与机头管连接，形成一个整体，用来控制顶进的高程和中线。

至此，初始推进工作完成，此时应停下来进行一次全面的测量，并把测量数据绘成曲线，便于分析。

同时，在初始顶进中还需注意，应在初始顶进的后期方可以进行正常的方向校正工作，这是因为如果当第一节管材尚未与顶管机后壳体联接时进行纠偏，这时顶管机的前壳体已在土中，后壳体沿在导轨上，纠偏时前壳体不动，后壳体则有可能偏离导轨，不仅起不到纠偏作用，反而会带来更多的麻烦。

在初始顶进阶段若非要纠偏不可，这时也只能用纠偏油缸推出（即用纠偏油缸伸出），而不能用纠偏油缸拉（即不能用纠偏油缸缩回）。

5.2顶进设备操作

（1）顶进设备的操作应按前方顶进反馈的控制信息要求实施。

（2）初始顶进或中途停机重新顶进时，都应遵循从低速到高速的控制原则。

（3）顶进速度应尽量控制平稳，尤其要避免顶速突然加大的现象。

（4）对顶进过程中出现的任何工作油压波动都应及时分析原因并采取相应措施。

（5）遇到下列情况时应立即停止顶进，及时分析原因并采取相应措施，处理完善后再继续顶进：

1）顶进顶力骤升或顶力达最大值时；

2）后背发生位移或后背开裂时；

3）千斤顶油管不通或油泵工作不正常时；

4）传感器工作不正常时；

5）激光经纬仪工作不正常时；

6）管材出现裂缝或破损时；

7）电路发生故障时。

5.3纠偏操作

顶进过程中的纠偏是顶管作业质量好坏的关键，若操作不当，可能造成顶力骤升、管接口破损，严重时可能造成管道无法顶进，引发严重的安全、质量事故和重大经济损失，因此，对于顶进过程的纠偏显得尤为重要。

在机头和机头连接工具管出洞前，即使发生中线和高程偏差，也尽可能不要纠偏，因为此时纠偏，机头连接管尚位于导轨上，起不到纠偏效果；

机头连接管出洞后，若高程中线在±

2cm以内时，可不纠偏，当高程或中线超出标准值2cm以上时，根据监视器内的光点位置变化趋势进行纠偏，必须有一个提前量，纠偏遵循“先纠高程，后纠中线，小角度连续纠偏”的原则，纠偏油缸的伸出量一次不得太大（以不超过2cm为宜）；

当光点位置有反向移动趋势或移动速度放缓时，可将纠偏油缸缩回，停止纠偏，纠偏时还应观察监视器内仰俯角变化，作为参考数值，仰俯角最大偏差不得超过原始值1°

。

当监视器中光点发生显著变化时，应停止顶进，测量人员须下坑对经纬仪进行重新校正复核，查找是否属仪器被触碰或震动所致；

若不是，须进行原因分析，并会商处理办法。

顶进工程中，操作人员应随时监测监视器各项数据的变化，并及时记录，在分析记录数据的基础上进行纠偏。

顶管过程中，操作人员必须对顶管各项数值进行纪录，顶进记录应做到记录准确、清楚、完整、及时，顶进记录每顶进一根管材记录数据不得少于一次，每班次不少于6次，尤其是交接班前，无论该管材是否完全顶进都应进行纪录，交接班必须履行交接班手续，测量人员应相互沟通。

测量人员应对激光经纬仪进行每作业班次不少于两次的校核，并保留校核纪录。

5.4顶进过程中工作坑管理

工作坑是管材安装、顶进、泥土运输、测量等交叉作业的区域，应制定工作坑管理制度。

应合理安排施工作业顺序并做好施工人员的调配管理，各道工序操作应有专人负责，职责分明。

顶管机、工作坑内以及地面上设备的操作应有统一的施工指挥，按约定的信号操作，并设有报警信号。

管材吊运的方式、吊具强度及合理性等应经检查确认安全可靠。

本工程采用吊车吊带吊装管材。

管材从工作坑平台上吊运到主顶设备轨道上的过程中，应有相应措施保证施工人员的安全，并防止可能对管材造成的损坏。

管材吊运到主顶设备轨道上后，应进行管端密封圈部位的清洁和润滑处理，并调整好管材接口同心度。

管材对接宜借助主顶设备缓慢将管材顶入，应注意检查密封圈的情况，防止被挤坏或挤出。

顶铁应有足够的刚度，顶铁上有锁定装置；

顶铁的安装必须保证对位准确，防止千斤顶活塞杆偏心受力；

边圈与管口之间应采用缓冲材料衬垫。

施工过程中应注意防止顶进千斤顶活塞杆被硬物撞伤，应及时清除洒落在活塞杆上的泥砂和污物。

施工过程中应注意保护好测量基准点及固定在工作坑内的激光测量仪器等，测量点及测量仪器应定时进行校核。

施工过程中应避免出现互相干扰的交叉作业。

施工现场应设置管材存放区，管材应排放整齐，以方便管材的吊运下管。

5.5施工指令及记录

顶管施工应有统一的施工组织和现场指挥，顶进指令、纠偏指令、停止指令的下达应由有关负责人做出。

顶进应昼夜连续进行施工，除顶管机停机正常维护或不可抗拒情况下，不得停止作业。

每班均应填写施工记录。

施工记录应包括长度、顶力数值或油泵压力数值、管位偏差及其校正情况、土质水位变化及出现的问题应注意的事项。

交接时应将施工记录向下一班交接清楚。

应设专职人员对顶管施工设备进行定期保养和日常维修，做维修保养记录。

设备的保养和维修应符合设备使用说明书的要求。

6.测量与监控

6.1编制测量及监控方案

顶管施工开始前，应根据设计文件规定的工程内容与现场环境条件及顶管施工特点编制工程的测量与监控方案，主要包括：

（1）平面与高程控制测量方案。

（2）工作坑内及管道内控制测量方案。

（3）顶管施工中的测量项目、内容、要求。

（4）顶管贯通前的测控方案。

（5）地面及周边建筑物隆沉监控方案。

6.2高程及中线误差监测

顶管施工测量应建立地面及地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核、易于保护处。

为了实现对前端顶管机偏离轴线的动态监测、提高施工测量效率并与机械化顶管技术相适应，顶管采用激光导向进行监控。

以激光测量数据作为顶进过程中判断前端顶管机高程及中线误差的主要依据。

在施工经验不足的情况下，应使用水准仪和经纬仪进行高程和中线误差的校验测量；

这种测量方法还用于对顶进管段高程及中线误差的测量。

使用水准仪和经纬仪对顶管机进行测量应安排在工作间隙进行，在纠偏过程中应增加测量次数，反之在顶进正常情况下可减少测量次数。

每完成一节管材的顶进，应测量一次管中心线和高程；

每个接口应测一点，有错口时测两点，并形成文件。

工作坑与接收坑贯通后，应进行管道最终验收测量。

确定管道的中心线与管内底高程、井位位置。

6.3地面隆沉情况监控

严格控制顶管机头前仓泥水压力；

出泥量和顶进理论出泥量进行全程监控。

发现不平衡现象，及时同沉降观测进行对比分析，查明原因，及时处理。

对顶管施工中地面隆起情况进行监控，监控应符合下列要求：

（1）监控基准点应设在施工影响区域外，并具有良好通视与防干扰条件。

（2）隆沉观测点应沿顶管机前进轴线方向对称安排布置，具体布设尺寸应结合初始顶进试验，由施工设计确定。

（3）对需要保护的建筑物、构筑物等应设监控点。

（4）对已完成的管段应继续进行隆沉观测，观测间隔时间按控制测量方案确定。

6.4数据记录与反馈

准确填写顶管施工过程中每次及最终测量数据，形成完整的测量记录。

每次测量、监控的轴线误差与地面隆沉数据，并及时进行纠偏。

7.触变泥浆与填充注浆

注浆机具选择：

具有三个注塞的注浆泵，运行脉冲平稳，工作压力大。

根据不同的地质配置不同配比的泥浆，达到润滑、填充的目的。

以支撑管外壁土体稳定。

在间隔50m的距离管道注浆孔口，装配压力表，对注浆液压力进行全程监控，根据压力情况控制浆液回流量，达到管外壁土体水压力和注浆压力保持平衡。

工程使用触变泥浆作为顶进减阻措施。

7.1制定方案

触变泥浆的加注应按施工方案进行，顶管完毕应通过注浆进行管外空隙填充和泥浆置换。

施工方案包括以下内容：

（1）浆配合比、注浆时及注浆压力确定；

（2）制备和输送泥浆的设备及其安装规定；

（3）注浆系统及注浆孔的布置；

（4）顶进洞口封闭泥浆的措施；

（5）填充注浆和泥浆的置换。

7.2加注触变泥浆

顶管机外径宜比顶进管材外径大2～6cm，注浆后使土体与管材间形成10～30mm厚的泥浆环。

应根据管道直径、土质条件、计算注浆量等确定每个注浆面上注浆孔的数量。

本工程每根管距插口2米处设置2个注浆孔，注浆孔成120°

分布。

管道贯通后及时处理丝堵和其防腐。

注浆应从顶管机后的第1、2节管开始进行，并通过对注浆分闸门的控制，使管道的前端在顶进过程中始终得到注浆补充。

顶进过程中还应通过后续管材的补浆孔进行补浆，补浆孔的间距和数量取决于土质、顶速等，宜相隔2～5节管材布置补浆孔。

注浆压力因管道上方土体的塌落程度、土体的渗透系数以及注浆管路沿程压力损失等而存在差异，注浆压力控制宜遵循以下原则：

（1）浆液能以较平稳的工作压力连续注入；

（2）防止浆液窜入管道内；

（3）注浆压力的上限不允许超过管道上方覆土的承压能力。

7.3填充注浆

顶管终止顶进后，应向管外壁与土层间形成的空隙，或减阻触变泥浆层进行充填、置换，保障被穿越的地面构筑物安全。

注浆应符合下列要求：

（1）应由管内均匀分布的注浆孔向外测空隙压注浆液；

（2）注浆应与地面监控相配合，应采用多点注浆将管道与土层的间隙充分填满，

（3）注浆量宜按计算空隙体积的150%控制。

注浆压力应根据管顶覆盖土层的厚度计算或试验确定，宜为0.1～0.3MPa。

注浆结束后，应在规定时间内将注浆孔封闭。

8、顶管机的接收

接收坑的尺寸应满足顶管机与首节管材脱离后进行设备检查、维护及吊运所需空间要求。

接收坑应预留顶管机出洞口，洞口直径宜大于顶管机直径10～20cm。

顶管机临近接收坑井壁1～2m时，应调整、控制顶管机顶进速度，加密对顶管机轴线的测控。

9、管道功能性试验

管道顶推完成，润滑孔全部注入混凝土砂浆置换触变泥浆，在套管施工完成后，把顶进坑后背墙拆除，利用原顶进坑底板实施穿越钢管的组焊对接。

钢管焊接完成后，应立即联系检测单位进行100%射线探伤检查，检验标准与主干线相同；

随后进行补口补伤。

钢管用吊车抬吊穿越管段，前面用卷扬机拖拉穿越就位。

钢管管道就位后向监理报验，进行检查，技术人员填写隐蔽工程记录，及时签字认可。

管线的试压验收工作首先要所有试压用管件及其附件是齐全、功能可靠，如：

检查承、插口堵头、水压表、阀门等是否到位、功能完善；

其次，检查水源的引接，排水的疏导工作是按预定方案准备好；

最后，准备试压用的挡墙和千斤顶；

所有收尾工作结束后，开始着手试压工作。

9.1水压试验前准备工作

（1）用丝堵密封材料（如：

生料带或麻等）封闭所有润滑孔，检查所有润滑孔都被可靠封闭；

（2）清除管道内的杂物；

（3）安装承、插口堵头，然后安装试压挡墙和千斤顶；

最后连接进水、排气阀门，连接进水、排气管，安装压力表；

（4）检查承、插口堵头、所有管路、阀门都连接好后，先打开排气阀，关闭排水阀，然后慢慢打开注水阀门向管线内注水；

注水过程中仔细检查所有能观察到连接处，发现有渗漏水现象时，马上停止注水进行处理，处理好再继续注水。

9.2试验

管段注满水后，宜在不大于工作压力条件下充分浸泡后再进行水压试验，浸泡时间应不小于24小时。

9.3水压试验

水压试验应不小于1.5Mpa。

（1）预试验阶段

检查挡墙、堵头和千斤顶连接可靠、稳固后，将管道内水压缓缓地升至3bar，然后打开排气阀，水压将至0bar时，关闭排气阀，继续升压至6bar，然后打开排气阀，水压将至3bar时，关闭排气阀，继续升压至8bar，然后打开排气阀，水压将至6bar时，关闭排气阀，升压至试验压力10bar并稳压30min，期间如有压力下降可注水补压，但不得高于试验压力；

每次升降压时都要检查管道接口、配件等处有无漏水、损坏现象，挡墙、堵头退让量是否在安全范围内；

有漏水、损坏现象时应及时停止试压，查明原因并采取相应措施后重新试压。

（2）主试验阶段

停止注水补压，稳定15min；

当15min后压力下降不超过0.03Mpa时，将试验压力降至工作压力并保持恒压30min，进行外观检查若无漏水现象，则水压试验合格。

（3）管道升压时，管道的气体应排除；

升压过程中，发现弹簧压力计表针摆动、不稳，且升压较慢时，应重新排气后再升压。

（4）应分级升压，每升一级应检查后背、支墩、管身及接口，无异常现象时再继续升压。

（5）水压试验过程中，后背顶撑、管道两端严禁站人。

（6）水压试验时，严禁修补缺陷；

遇有缺陷时，应做出标记，卸压后修补。

9.4合格标准

压力管道采用允许渗水量进行最终合格判定依据时，实测渗水量应小于或等于3.30L/min。

9.5试压合格

拆除所有打压设备后，用高铝水泥砂浆修补所有润滑孔并做好养生工作。

9.6注意事项

（1）由于管材本身原因，易造成管道接口处进入杂质，施工时，施工单位严格按照由管材供应商现场人员的指导，确保管道安装时的试压正常。

（2）由施工单位进行整段试验，试验不合格由管材供应商找出具体原因并进行处理。

10.顶管施工中的常见问题及处理方法

10.1地面隆起与塌陷

地面隆起，且有放射状裂纹；

地面下陷，在沉降槽两边有平行的两条裂纹。

不论是地面隆起还是地面下陷，都是由于没有控制好土仓压力的结果。

对泥水平衡顶管而言，应严格控制好土仓内的压力。

10.2防治措施

严格控制好土仓内的控制土压力，不使它超出允许范围之外。

一般在静止土压力±

20Kpa范围之内。

11.沉降观测方案及技术措施

监测方案根据本工程特点和对监测的技术要求并结合施工现场实际情况，监测工作应按以下要求进行：

顶管本身及其周围60°

角