下穿自来水管施工组织设计与对策.docx

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下穿自来水管施工组织设计与对策

犀浦镇犀方路污雨水管道

非开挖穿越自来水主干管工程

施工组织设计

成都海瑞达非开挖技术有限公司

二○○五年十一月十五日

一、工程概况

本工程为犀浦镇犀方路污雨水管道工程，设计污水管道和雨水方沟各一条。

设计中需横穿两根直径为1600mm，间距为15m的自来水管。

由于该自来水管为成都市供水主干管，如采取大体积开挖施工必将对自来水管造成威胁，影响成都市的正常供水。

为此，工程业主拟采用“非开挖”施工方式完成该段污雨水管道安装任务。

我公司根据设计图与现场初步踏勘及业主要求，特编制该工程非开挖施工组织设计方案。

二、工程地质条件与原有地下管线情况

1、工程地质与地下水

从现场沟槽开挖后土层情况推测本工程所在区域，离地面深1.0米以上地层主要为深褐色粉质粘土层，表层为杂填土层，距离地面1.0m以下深度地层一般为中密－密实状砂卵石层。

地下水位约2~4m，砂卵石层为含水层，地下水丰富。

根据设计图及上述工程地质条件，污水管道下穿自来水管道埋设最低点深度约为5.5m，雨水方沟下穿自来水管道埋设深度约为6.5m，穿越地层为砂卵石层，且在地下水位以下施工。

因此必须采取深井降水和有效的防止地层垮塌措施，才能完成本次顶进大管径管道工程任务。

2、地下管线（附图1、附图2）

根据设计图纸所示，污水管道穿越此段的管底标高为529.087，管道直径为600mm；雨水方沟管底标高为528.029，采用两根直径为1500mm钢筋混凝土管道并排穿越自来水管；穿越段原来埋设两根自来水管道管底标高分别为529.817和529.867，管道直径为1600mm，管道间距15m，这两根自来水管为成都市区主供水管道。

根据上述自来水管埋设情况，拟建污雨水管道需从两根自来水管道底部穿越通过，管底埋深约6.5m，管顶埋深约4.7m，距离自来水管底约30cm（未考虑原供水管道基础垫层，如果有垫层，顶坑设置和污雨水管埋深相应增加垫层厚度）。

为了确保两根自来水管的安全，污雨管道顶进前，需对两根自来水管周围的砂卵石层进行高压注浆加固处理。

三、液压顶管法施工工序

四、现场勘察（施工准备）测量放线场地平整设置施工标志和隔离带降水井施工自来水管高压注浆保护工作坑设置设备进场安装管道顶进管壁外压浆闭水试验。

1、施工准备

1.1施工前，穿越施工队熟悉图纸，掌握穿越长度、深度、管道结构及附属设施的结构要求，掌握穿越段土层情况。

地质状况不明时，在穿越两侧挖深坑取得准确资料。

1.2开工前，预先与主管部门联系，按照其主管部门的要求办理穿越施工手续，并设置相应的警示标志。

1.3向有关部门了解穿越段内地下是否有通讯电缆、煤气管道等设施，对于此类设施，可请主管部门的有关人员到现场指定位置，其保护方案应得到主管部门的认可。

1.4设备、辅助设备及各种材料准备齐全。

2、测量放线

根据规划施工，先用经纬仪在现场地面上准确放出管道铺设的中线控制桩，控制桩必须用砼保护好，待工作坑开挖好后，用经纬仪将管道中线控制桩引至工作坑并做好保护，确保施工使用时管道中线的准确度。

3、场地平整

场地平整在具备施工条件时进行，面积大小按照作业坑、临时工棚、堆土区域的使用范围确定。

4、设置施工标志和隔离带

4.1在距穿越点设置明显的标志，如“前方施工，请缓行”等安全警示标志，提示过往行人车辆。

4.2夜间在每个警示点和隔离带处设置照明，在附近搭设220伏民用电向照明灯具供电。

5、降水井施工

在两自来水管道两侧及管道中间设置3口降水井（参见附图1），井深17.5米，间距约20m，用于降排水，确保作业深度内不受地下水影响。

6、自来水管高压注浆保护

由于两根自来水管管径达1600mm，管径大，自身重，周围土层为不具粘结性和支撑力的砂卵石层，在其下方人工挖土顶进钢筋砼管，必将引起地层扰动，造成自来水管下沉、开裂，为确保自来水管安全，拟在自来水管道周围120m2范围内进行帷幕注浆，加固其周围砂卵石层。

选用有眼钻杆高压注浆加固自来水管周围土体。

本方案的基本原理是沿自来水管周边按一定角度将有眼钻杆打（钻、压）入地层中，借助注浆泵压力使浆液通过钻有蜂窝状孔洞（φ10—15mm）的钻杆渗透、压入到地层孔隙或裂缝中，以改善土体力学性能。

这样可以使自来水管周围不具粘结性的砂卵石地层固结成一个整体，增加其强度，以免顶管过程中，自来水管下沉、开裂。

6.1布眼：

间距50cm，沿管道顶进方向布设，自来水管左右布设宽度5.6m，沿自来水管方向布设长度为5.85m。

（附图3附图4）

6.2钻眼：

选用d50mm空心且周边有眼钻杆，并配备钻机进行钻眼。

自来水管两侧钻至自来水管管底30cm处，达到深度后，钻杆不得拔出，便于后步进行压力注浆。

6.3注浆：

选用单液浆泵，注浆时压力必须达到1Mpa－2Mpa，采用纯水泥浆液并掺适量水玻璃。

通过空心有眼钻杆压入浆液，当注浆压力达到设计值时，维持2－3分钟，进浆量达到设计数量则停止注浆，注饱满后随即拔出钻杆，并卸下注浆混合器及注浆系统。

6.4注浆量计算：

注浆量可根据公式：

Q=πD2/4·L·n·a·η

Q－注浆量

D－注浆范围

L－注浆深度

n－岩层裂隙率

a－浆液在地层中的充值系数，一般为0.3－0.9

η－浆液消耗率

根据本工程地层情况，所取参数为：

D＝0.30m，L平均=4.9m，n＝0.95，a＝0.9，η＝0.41；注浆孔眼为624眼。

通过计算该段每孔眼注浆量为：

Q平均＝0.13m3

总注浆量为：

Q＝81.12m3

7、工作坑的设置（附图3附图4）

在两自来水管道两侧开挖作业坑如附图所示。

作业坑开挖位置应避开原有地下管线，以免造成原有地下管线损坏。

雨水管顶管段作业坑底部成型后规格为长8米、宽6米，深6.5米，污水管顶管段作业坑底部成型后规格为长6米、宽5米，深5.5米。

开挖时根据地层情况应放坡开挖（放坡系数为1：

0.3），并要注意其它原有管线的安全。

作业坑挖掘完成后，立即围设安全彩钢瓦，并设置醒目安全警示标识。

7.1土方外运（含顶管内出土）

在查明其它无地下管网的情况下，工作坑可以考虑为机械开挖，管道内土方采用人工挖掘，工具管切入土层后，自上而下分层开挖，土方用人工通过提升设备提升至地表面堆放，管内不得有泥土、石子、砂袋等杂物。

在允许超挖的稳定土层中正常顶进时，管下部135。

范围内不得超挖，管顶以上超挖量不得大于1.5cm，超前超挖长度视具体土质情况确定，但最长不得超过50cm。

7.2基坑壁支护与后基座

由于坑深为6.5m，为了确保安全，坑壁必须进行可靠的支护。

根据成都地区的大量工程经验，坑壁采用喷锚支护方式进行支护，共设计锚杆（D50钢管间距按1.0米施工）5排，锚杆长度自上而下为4.0m、4.0m、4.0m、3.0m、3.0m，再在锚杆上挂φ6@200×200钢筋网，并用φ16加强钢筋将锚杆纵横连接，喷射C15砼厚100mm。

在顶管入口处，砼管顶部约30cm处，以间距40cm呈半圆形水平方向施工一排锚杆，长度4.0m，以防管道顶进时在开口处发生土层塌方事故。

后靠背采用100cm厚C30现浇砼，高2.5m，且低于坑底0.5m，使之能承受顶进过程中产生的几百吨反推力。

7.3基坑排水

为确保顶管安全与顶进质量，要求顶坑内干燥污水。

在深井降水基础上再在坑外四周以土筑0.3m宽、0.4m高土埂拦水，坑内四周挖0.3m×0.3m×0.3m边沟，以3‰坡度引往坑内两个沉水井（0.5m×0.5m×0.5m），随时以Φ100mm口径污水泵排出。

8、设备安装

8.1导轨安装

导轨的设置是顶管工程成败的关键，故要求设置牢固可靠，轨距、高程正确。

为此，首先要将坑底夯实，再浇筑C15砼15cm厚，并预埋螺栓，以便通过扣件牢固扣紧钢轨。

导轨高程偏差不大于3mm，中线位移左右偏差不大于3mm，达到CJJ3-90规范中规定的质量要求。

作业坑挖掘支护完成后，马上浇筑垫层，安装导轨。

8.2千斤顶安装

主顶站千斤顶选用2台油缸，固定在型钢制作的千斤顶支架上，支架焊在井底的横梁上，千斤顶着力点应在与水平直径成45。

的顶管圆周上，即与管道中心的垂线对称，其合力的作用点在管道圆心上，每个千斤顶的纵线坡度应与管道设计坡度一致。

8.3顶管机

充分考虑该地区土质与顶进管道自身重量及地层摩擦力，采取一侧顶进方案，按经验公式测算：

P=K×N

其中：

P－总顶力

N－顶进管道总重量

K－顶力系数一般取值1.3-2.5

经测算所需最大顶力约300吨，故拟安装两台YET200型油缸、一台YDG-500型泵站联合作业，按工序要求由一侧向另一侧徐徐顶进。

8.4操作台及下管

操作台采用20槽钢上铺5cm厚木板，预留3m×2.5m开口下管，钢筋砼管用15吨吊车吊装下管。

9、管道顶进

9.1管道及接口密封防水

本工程设计为两条d1500mm和一条d600mm钢筋砼管，由于顶管作业平口钢筋砼管需要承受三百多吨顶进力，所以管道至少达到重型管标准，以防顶进过程发生爆管事故。

接口在顶进前先垫沥青麻辫，沥青麻辫偏于管缝外侧放置，使顶紧后管里缝有2-3cm的深度，利用顶力将之压实，管里缝再用水泥砂浆勾缝填实，纯水泥浆抹内带压光，防止渗水。

为防止顶进过程中错口，两管接口处安装钢内胀圈固定。

同时防止顶管导致的周围土体的松动，在管壁外侧上设置三根钻有蜂窝状小孔的压浆管（d50mm钢管），以便顶管完成后对土体进行压浆，使顶进管道与周围土体密实之间无任何缝隙，防止管顶土层沉降（附图3附图4）。

9.2掘进与顶进作业

人工掘进，土方用小轮车拖出，集中后提升外弃，每次挖掘长度不大于50cm，采用顶一节挖一节的手掘式液压顶管法。

将管道吊至导轨，安装好内胀圈，垫好沥青麻辫，再安装好工字钢与顶铁之后，开动顶管机向前顶进。

要求每次开机徐徐顶进中切实作好高程、中线控制，作好顶进压力、方位、高程情况记录。

为了减少摩擦阻力，应在管道底部铺洒一层2-3cm厚的滑石粉。

9.3方位、高程控制

此工作事关工程质量，首先要将坑底夯实，再浇注C15砼15cm厚，防止管道压在导轨上发生移位；其次导轨要按规范要求安装牢固，再在作业坑内安置好测量仪器，每次顶进观测后作出记录，计算其方位、高程值，一旦偏离应及时在下一轮挖掘、施顶过程中纠偏，做到不超出规范CJJ3—90中规定的质量要求。

纠偏作业根据施工具体情况，可采取顶木校正法或顶镐校正法实施。

9.4坡度控制

根据设计坡度在导轨上做好调整，通过测量无误后才固定导轨，并在坑内部设两个可供相互校验的临时水准点，以随时控制管道顶进坡度。

在测量中如发现管位偏差达1cm，应校正。

10、管外壁压浆

由于顶进钢筋砼管，使得砼管周围土层有所松动，砼管顶部与土层之间可能有少量空隙。

为使顶进管道与土层之间空隙填充密实，确保顶管段地层不沉降，原供水管道不裂纹、下沉产生渗漏，并使铺设管道与周围地层形成整体，增加铺设管道基础的稳固性，保证管道接口衔接完善，防止地表渗水与地下水进入管内，在顶管完成后，将钻有蜂窝状小孔的压浆管（d50mm钢管）安装在砼管顶部外侧，通过压浆管压入水泥灰浆。

为使浆液能压入管外壁四周，拟分2~3次压浆。

当第一次压入的灰浆压力升至0.5~1.0MPa时，稳压5~10分钟后，将压力提升至1~1.5MPa继续压入灰浆，稳压10—20分钟后，再将压力提升至1.5~2.0MPa,压满灰浆为止。

这样使压入的灰浆在管外壁包裹钢筋砼管，增加管道在地下的稳固性与密封性，防止地面沉降，防止地下水渗入管内。

11、闭水试验

为确保工作质量，砼管穿越完毕后，应对所顶污水管道，进行闭水试验。

待管道装水24小时以后测试降水高度，闭水试验应达到设计规定的渗水量要求（见GB50268－97）。

五、施工安全技术措施

由于本工程具有较大特