南水北调配套顶管工程专项施工方案.docx
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南水北调配套顶管工程专项施工方案
河南省南水北调受水区郑州供水配套工程施工4标段
22号口门至尖岗水库输水线路穿南四环顶管工程专项施工方案
一、工程概况
河南省南水北调受水区郑州供水配套工程施工4标段属于22号输水线，线路总长为3.15km，途中穿越南四环公路（见施工平面布置图），设计穿越方式为顶管，从桩号XY1+918.300～XY1+998.300，长度80m，顶管为钢筋混凝土管，DN3000mm，壁厚为300mm。
二、编制依据
按照《顶管施工技术及验收规范》的要求进行编制。
三、水文气象和工程地质
1.1气象、水文
气象：
本区域属大陆性暖温带季风气候，多年平均降雨量为632mm，年内降雨分配不均匀。
年内大部分降雨集中在夏季，7、8、9三个月的雨量占全年雨量的55％；年际变化幅度也较大。
无霜期200余天。
历年最大冻结深度270mm。
多年平均风速2.5m/s，最大风速可达24m/s。
区域内多年平均气温为14.3℃，7月平均气温27.8℃，极端最高温度达43.3℃；1月平均气温为－0.3℃，极端最低温度达－17.9℃。
水文：
供水工程输水管线沿途穿越交叉断面以上流域面积20km2以上及20km2以下的河流，随着交叉河流的河道特征、集流面积、地形、地貌的变化各有不同，河道洪水受降雨影响较大，且洪水历时较短，在枯水期径流较小。
1.2穿绕城公路（即南四环公路）
A）地质概况
密垌口门～尖岗水库输水管线穿绕城公路工程，桩号为1+918.300～998.300。
地貌属冲洪积平原。
工程区内有乡村土路与县道、省道相通，交通条件较便利。
建筑物场区地层主要为第四系上更新统（alplQ3）黄土状轻粉质壤土。
B）工程水文地质评价
场区地质结构为黄土状土均一结构，地层空间分布较稳定。
第
层黄土状低液限粉土具轻微～中等湿陷性，湿陷深度一般5～8米。
建基面位于第
层上部，该层承载力基本容许值130kPa，为高压缩性中硬土层，含少量钙质结核。
施工开挖边坡高度5～8m，施工开挖临时边坡坡比1：
1.00～1：
1.25。
该处上部有少量人工填土，边坡开挖时严禁在周边施加堆载，确保边坡稳定。
四、主要施工方法
1、顶管工艺确定：
1）.顶进施工方法选用：
采用中短距离直线法顶管，人工挖土的施工方法。
2）.顶管工艺流程图
3）.管径及管材：
采用DN3600mm二级钢筋砼离心式F型顶管，橡胶圈垫板石棉水泥接口。
4）.管内底用C15砼填充做安管平台。
5）.最大顶力计算及设备选型：
按最大单向顶进长度80m、管顶埋深7m计算
（1）.顶力计算：
对于顶力的计算，管径、埋深、顶进长度、土质、是否采用减阻碍措施，挖土工艺等都对顶力具有一定的影响，顶管的总顶力主要分为两个部分：
正面阻力和四周的摩擦力，即总顶力F=F1+F2。
F1——工具管的正面阻力（KN），由于该工程采用挤压式工具管，故
F1=π/4D2（1-e）×R
D——工具管外径（M）；1.5*2+0.3*2=3.6m。
e——开口率e=S1/S2=2.0106÷10.1788=0.1975。
S1——工具管开口面积；（取直径1.2m，0.7854×1.6×1.6=2.0106m2）
S2——工具管横截面积（管道外径）；0.7854×3.6×3.6=10.1788m2。
R——挤压阻力（KN/m2），取R=400KN/m2；
故：
F1=3.14÷（4×3.6×3.6）×（1-0.1975）×400=19.44（KN）。
F2——管道摩擦阻力（KN）：
公式：
F2=f2.L。
L——管道总长度（80m）；
f2——单位长度管道摩擦阻力（KN/m）。
管道的摩擦阻力是指管壁与土之间的摩擦阻力，由于该工程采用触变泥浆减阻措施，故f2=π.D.f；
D——管道外径（m）（顶管所用管道壁厚一般为管内径为十分之一）；
f——管壁与土的平均阻力（取4.5KN/m2）；
故：
F2=π·D·f·L
=3.14×3.6×4.5×80
=4069.44（KN）。
总顶力F=F1+F2
=19.44+4069.44
=4088.88（KN）。
（2）.顶管设备选型：
从上面的计算结果可知，本工程的最大顶力为4088.88KN。
为保证管道顶进时顶力有一定的富余系数，在选用顶管设备时，采用1个500T的千斤顶。
五、顶管施工方案：
1.工作坑施工：
由于现场施工场地较狭窄，采用沉井施工方法，尽量减少工作面。
2.接受坑施工：
与工作坑同样方法施工，在管道顶进到位时开始开挖，减少占用场地的时间。
3.管道顶进：
采用两组YDT5000型主油缸配对顶进，每个油缸的工作推力为5000KN，油缸长度2200mm。
土方采用人工挖掘的方法施工。
4.减阻措施：
a.在管外壁均匀的涂上一层白蜡，减少管壁与土层的摩擦力；b.采用触变泥浆减阻：
膨润土运到现场后分批测得膨润土的胶质值，按下表配制泥浆：
膨润土胶质值
膨润土
水
碳酸钠
60～70
100
524
2～3
70～80
100
524
1.5～2
80～90
100
614
2～3
90～100
100
614
1.5～2
注：
.泥浆要充分拌和并停滞12小时以上方可使用。
.注浆泵采用BW250/50型注浆泵，压力为30～50Kg/cm，排量为：
150～250升/分，在注浆时压力控制在0.1～0.2Mpa左右。
.注浆孔位于管道两侧，每节管2个注浆孔，顶管完成后要用水泥浆孔灌浆封堵。
灌浆原材料为水泥、水，水灰比为1:
1；缝隙大的部位应灌注水泥砂浆，掺砂量不宜大于水泥重量的200%。
5.地下水排除措施：
由于本工程地下水位较高，对安全施工构成威胁，故考虑采用：
a.当地下水不多时，在工作坑底板设置一集水坑，用抽水机直接排除；b.如遇地下水太大时，采用深井降水法降水。
六、工作坑结构设计：
（一）.尺寸计算：
1.长度:
按正常状态顶进时计算:
L≥b1+b2+b3+L1+L2+L3+L4
其中：
L——工作坑的最小长度；
b1——后座或后背墙厚度，设后座时取b1=40～60cm，设后背墙，无后座时取b1=50～160cm；由于本工程顶力较大，故取b1=120cm；
b2——刚性顶铁厚度，取b2=30cm；
b3——环形顶铁厚度，取b3=15cm；
L1——下井管段长度，本工程管径DN3600，取L1=200cm；
L2——主油缸长度：
YDT5000型工作推力为5000KN，长度2200mm。
L3——接管时留在坑内管道的最小长度，取L3=50cm；
L4——安装富余量，由于本工程地方狭窄，故不作安装富余量考虑，取L4=40cm。
故L≥b1+b2+b3+L1+L2+L3+L4=1.2+0.3+0.15+2+2.2+0.5+0.3=6.65m
取L=6.65m
2.宽度:
工作坑的宽度与管道外径有关，另外还与坑的深度有关。
拟将油泵车、变电箱、电焊机和顶铁放置在工作坑之外。
采用砖砌圆井即满足施工要求，B=L=6.65m。
3.深度：
自地面至基坑（井）底板面的深度称为工作坑（井）的深度，可按下式计算：
H=H1+D+h
式中：
H1——管顶覆土厚度（m）；
D——管道外径（m）；
h——操作空间高度（m）取h=0.8m，故工作坑的深度为
H=H1+D+h=7.6+3.6+0.8=12m；
（二）.坑壁及坑底结构设计：
（三）.顶进后背墙设计：
1.选用尺寸：
6000mm×5000mm×1000mm；
2.做法：
正面（与千斤顶接触面）及侧面用20mm厚钢板焊接成型，与剪力墙预埋件焊接，中间填充C25砼。
七、顶管工艺流程的质量控制：
顶管工作能否顺利，导轨的安装非常关键，本工程导轨采用轨道钢，在安装时应顺直、平行、等高，纵坡与管道设计纵坡一致，安装误差为：
轴线：
3mm；
顶面高程：
0～+3mm；
两轨内距：
±2mm；
安装轨道时应与底板预埋铁牢固焊接，不能在使用中跑位。
在顶管开始入土前，再仔细检查一遍油泵，千斤顶的安装及运作状态，注意设备的状态，后背及轨道的安装精度，准确无误后，方可放下工具管开始顶进工作。
手工掘进顶管法前10m非常关键，允许偏差必须控制在以下范围内，轴线3mm，高程0～+3mm，超过此范围应及时纠正。
在挖土时，要严格按下列要求挖掘，先中间，后四周，不超挖，勤收边，四周的超挖量不大于1.5cm。
在顶进过程中要时刻观察，并做好以下记录：
油泵油压表读数；
注浆泵压力读数，过行管头高程、轴线偏差；
导轨及后背铁的稳定程度；
土质变化。
如以上内容正常，则继续顶进；如发现异常，要仔细分析原因，并采取相应措施。
八、顶管施工测量：
先准确定出工作坑及接收坑的位置，坑底及走轨的标高；施工过程中重点控制轴线位置及高程；一般每顶进0.5米应对高程及轴线复核一次。
九、顶管纠偏：
纠偏是指工具管偏离设计轴线后，利用工具管的纠偏机构或其它措施，改变管端的方向，减少轴线偏差的方法。
当测量结果超出允许偏差范围外，就要进行纠偏，纠偏主要靠工具管进行。
纠偏时应做到以下几点：
1.纠偏应在顶进过程中纠偏，边顶进边纠偏；
2.纠偏应用小角度来逐渐进行，不能急拐或突升突降；
3.纠偏时应注意轴线校正后顶管头的复位；
4.每次纠偏均要仔细记录其过程及纠偏值。
十、质量检验标准
一般情况的顶管施工的最大允许偏差（mm）
项目
允许偏差
轴线位置
D<1500
<100
D≥1500
<200
管道内底高程
D<1500
+30～-40
D≥1500
+40～-50
相邻管间错口
钢管道
≤2
钢筋混凝凝土管道
15%壁厚且不大于20
对顶时两端错口
50
注：
D为管道内径（mm）。
对于管道直径大于2400mm的长距离顶管施工或特殊困难地质条件下的顶管，允许偏差可以在满足管道设计的水力功能要求、使用要求和不损坏接头结构及防水性能要求等的条件下进行适当调整，但应经业主、设计单位等的确认和批准。
十一、顶管常见通病的分析与防治：
（一）.管道轴线偏差过大：
1.现象：
管道轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏。
2.原因分析：
（1）.地层正面阻力不均匀，使工具管受力不均匀，形成导向偏差，造成管道轴线偏差。
（2）.顶管后背发生位移或不平整，使顶力合力线偏移，造成管道轴线偏差。
（3）.千斤顶不同步，或千斤顶间顶力相差较大，或安装精度不够，造成顶力合力线偏差，使管道轴线发生偏差。
3.预防措施：
（1）.顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查，设置测力装置，指导纠偏。
纠偏应按照勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法进行。
（2）.采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合。
（3）.加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。
（4）.顶进过程中应随时绘制顶进曲线，以利指导顶进纠偏工作。
4.治理方法：
（1）.重新调整千斤顶行程、顶力、顶速，或重新调千斤顶的安装精度。
（2）.对顶管后背进行加固，防止位移继续发展，并确保后背平整。
（3）.纠偏前应认真分析顶进曲线的发展趋势，采取适当的纠偏量，循序渐进，切不可操之过急，适得其反。
（二）.地面沉降与隆起：
1.现象：
顶管施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生地面沉降或隆起，使管道周围建筑物和道路交通及管道等公用设施受到影响，甚至危及到正常使用和安全。
2.原因分析：
（1）.开挖端面的取土量过多或过少，使工具管推进压力与开挖土体压力不平衡，造成地面沉降或隆起。
（2）.管道轴线偏差，或纠偏不当造成的土层土体损失。
（3）.管道外围环形空隙（工具管外径与管外径之差）引起的土层土体损失，或顶管完成后未置换泥浆造成的土体损失。
（4）.管道接口不严密造成的水土流失。
3.防治措施：
（1）.施工前应对工程地质条件和环境情况进行周密细致的调查，制定切实可行的施工方案，正确选用工具管，并对距离管道近的建筑物和其它设施采取相应的加固保护措施。
（2）.设置测力装置，以便掌握顶进压力，保持顶进压力与前端土体压力的平衡。
（3）.严密控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法。
（4）.在顶进过程中应及时足量地注入符合技术标准的润滑支承介质填充管道外围环形空隙。
施工结束及时用水泥或粉煤灰等置换润滑泥浆。
（5）.严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏。
（三）.顶力突然增大：
1.现象：
在顶进过程中顶进压力突然增大。
2.原因分析：
（1）.土层塌方，或工具管前端遇障碍物，使摩阻力增大。
（2）.管道轴线偏差形成弯曲，使摩阻力增大。
（3）.减阻介质，膨润泥浆配比不当或注入不及时，或注入量不足，减阻效果降低，使摩阻力增大。
（4）.顶进设备油泵、油缸、油路发生故障。
（5）.顶进施工中，因故停顶时间过久，润滑泥浆失水后，使减阻效果降低。
3.防治措施：
（1）.顶进过程中应严格执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求，使管道轴线被控制在允许偏差范围以内。
（2）.按不同地质条件配制适宜的泥浆，并采取同步注浆的方法，及时足量地注入泥浆。
（3）.顶进施工前应对顶进设备进行认真的检修保养。
（4）.停顶时间不能过久，发生故障应及时加以排除。
4.治理方法：
发生顶力过大的情况时，应立即停止顶进，查找原因，判明情况后采取相应措施进行处理。
（四）.钢筋砼管道接口渗漏：
1.现象：
管道接口渗水、漏水。
2.原因分析：
（1）.管节和密封材料质量不符合技术标准或在运输、装卸、安装过程中管节被损坏。
（2）.管道轴线偏差过大，造成接口错位，间隙不均匀，填充材料不密实。
（3）.接口或止水装置选型不当。
3.预防措施：
（1）.严格执行管节和接口密封材料的验收制度。
（2）.严格控制管道轴线，按技术标准和操作规程进行施工。
（3）.在管节的运输、装卸、停放、安装过程中，应做到吊（支）点正确，轻装轻卸，保护措施得当。
（4）.认真进行接口和止水装置的选型。
4.治理方法：
可采用环氧水泥砂浆或化学注浆的方法进行处理。
（五）.钢筋混凝土管节裂缝：
1.现象：
管节纵向和环向有明显裂缝，造成管道渗水、漏水。
2.原因分析：
（1）.管道质量不合格。
（2）.顶进过程中顶力超过管节的承压强度使管节损坏。
或轴线偏差过大，致使管节应力集中而损坏。
（3）.运输、装卸、停放、安装方法不当，造成管节损坏。
3.预防措施：
（1）.严格执行各管节质量验收标准。
（2）.顶进时应严格控制管道轴线偏差，控制顶力在管节允许的承压范围以内。
（3）.在管节运输过程中应采取管垫等保护措施，并应做到吊支点正确，轻装轻卸。
4.治理方法：
应认真分析裂缝产生的原因和性质，根据不同受力情况，分别采取不同的治理方法，处理后应能保证结构原有的承载能力及整体性。
（六）.顶管前端正面土体坍塌：
1.现象：
顶管施工中实际出土量远远大于理论出土量，且地面有明显塌陷。
2.原因分析：
（1）.前端土层性质发生变化，顶进量过小，没有起到防护和平衡的作用。
（2）.敞开式顶进时挖土量过大，或封闭式顶进力小于土体压力。
（3）.遇有流砂情况。
3.预防措施：
（1）.顶进施工中应采取短开挖、勤顶进的方法，严禁超挖，并随时注意到土质的变化情况，以便采取相应措施防止坍塌。
（2）.认真做好土体的降水工作。
十二、行车道地段顶管保证措施：
本顶管工程位置基本在快车道下，道路交通繁忙，顶管时不能阻断交通，施工时应注意以下几点：
1.顶管挖土时一定不能超挖，要按要求挖土30cm即将管道顶进，避免挖土太深而造成塌方事故。
2.顶进要持续进行，不能停留，尽快穿过。
3.顶管完成后及时注浆置换触变泥浆，并将管道周边空隙用水泥砂浆填充密实。
4.管道在顶进过程中，在对应路面放置移动临时围挡（6m×6m），围挡随顶管进程移动。
在距围挡50m处路边设置安全警示标志。
十三、管道接口施工过程及完成后处理：
管道接口是在顶管施工中一个很重要的组成部分，如果处理不好，就存在渗漏现象，直接影响管线质量，在施工中要做好以下几点：
1.吊管时要利用吊装孔吊管，不能从管中穿吊，以免损坏管道承插口，更不能碰撞操作。
2.下管前将承插口处的泥土及杂物清理干净，在插口上仔细套好胶圈，并安好木垫板。
3.下管时要小心轻放，落拉后慢速顶进，使承插口对接后再加力顶进。
4.施工完成后，清理好每个接口的泥土及杂物，并用3：
7石棉泥打口，并批抹光滑。
十四、施工进度计划
1.关键工程项目要求完工日期表
序号
项目
工期（天）
备注
1
施工准备
10
开工时间按监理批准时间为准。
2
工作井施工
20
3
设备安装及调试
7
4
管道顶进
50
5
工作井拆除
3
6
其他工程
15
合计
105
2.工期保证措施
为保证施工进度，拟采取以下措施：
2.1.组织落实
为确保本段工程高速、优质施工，公司选派业务能力强、技术素质好、施工经验丰富的管理人员组成项目经理部，精选专业施工队伍进场施工，对工程的施工技术、质量、安全等进行科学管理，确保本工程保质交付。
2.2.机械设备落实
根据本工程的实际情况，合理配备各种施工机械设备，充分满足施工的需要。
进入施工现场的主要施工机械设备有整机备用或备足易损、易耗部件，并设专人负责各种机械设备的日常维修、保养工作，出现故障及时抢修，使其保持良好的工作状态，保证主要施工机械设备正常运行，提高施工速度，保证施工有序进行。
项目经理部配备机械管理员，负责检查、监督机械设备安全工作情况，发现问题，及时纠正、处理，确保装卸设备安全、高效、低耗的运行。
严禁违章指挥、违章操作等无知蛮干行为。
2.3人员落实
选用技术好、资历深的工人，配备素质好的管理人员和最有实力的领导班子。
以公司基本力量为主，公司范围内统一调配，在专业工种和劳动力需要量等方面充分满足现场施工的要求。
2.4材料落实
按照施工进度计划提前与管材生产厂家沟通，提前预制钢筋混凝土管材，保证按时供货。
根据管材进场计划的要求按时组织进场，杜绝因物资供应不及时而影响施工进度的现象发生。
2.5措施落实
在保证质量、安全的前提下，认真落实加快工程进度的具体措施，坚持连续作战的精神。
与施工队签订施工合同，以合同为依据，以奖勤罚懒的经济管理手段，使施工队明确自己承担的任务及应负的责任，以此促进管理规范化。
十五、安全文明施工及环保措施
1、施工安全措施
1.1沿工作井四周设置1.2米高的固定护栏，护栏上挂安全网，工作井四周要挂相应的警示标语。
1.2挖土施工时工作井必须设置爬梯，供人员上下井用。
使用的卷扬机等应安全可靠并配有自动卡紧保险装置。
1.3挖出的土石方应及时运离工作井，不得堆放在工作井四周1米范围内。
1.4顶管作业人员必须戴安全帽。
1.5严格遵循土方开挖程序，控制均匀挖土，防止发生偏位，严重倾斜或管涌等现象，做好作业前和施工中的通风换气工作，每次进入管道时，保证管内通风，以免导致人身事故。
1.6吊车、起重设备由专人操作和专人指挥，统一信号，预防发生碰撞。
吊车靠近工作井边坡行驶时，加强对地基稳定性检查，防止发生倾翻事故。
吊管下工作井时，注意安全。
1.7加强机械设备维护、检查、保养。
机电设备由专人操作，认真遵守用电安全操作规程，防止超负荷作业。
1.8开挖前详细了解沿线管线资料，做好沿线管线保护措施。
1.9作业人员轮换制。
每个作业人员在管内作业时间不得超过1小时，避免劳动强度过大引起危险。
1.10顶进过程中，施工人员必须使用安全带，洞口必须有施工人员照应，洞内用不大于36伏照明灯照明，每班作业时必须有合格的电工当班。
1.11利用抽水泵在工作井设置的集水井内进行抽水，保持井内无积水，抽水时，施工作业人员不得站立在积水范围内。
1.12采用卷扬机垂直牵引出土时，井下不能站人，工作井上平台的作业人员出土时必须使用安全带。
1.13管外配备专职监护人员，密切注意入管作业人员状态，每一分钟对管内人员进行呼喊，或用一条绳子每隔一定时间拉一下作业人员，在得不到安全的反馈情况下立刻采取相应应急措施。
1.14井上配备相应药品。
作业前要对施工人员进行紧急救援的培训，懂得救人步骤，并进行实地现场考核合格后才施工。
1.15电动卷扬机必须设置防冲顶装置。
1.16施工过程中使用的有关机械设备必须严格按照各机械的安全操作规程进行操作，全部用电设施必须符合《施工现场临时用电安全技术规范》。
2、环保与文明施工
2.1控制噪声，顶管设备施工作业、施工运输车辆特别是夜间施工所造成的对附近居民的影响，由于顶管进行连续顶进施工，采取必要的减噪措施。
2.2加强环境保护，控制空气污染，对施工作业机械，运输车辆作业时所产生粉尘进行控制，同时做好对城市绿化、地下管线、地下文物的保护。
2.3保持每天24小时对工地范围内的交通通道进行维护、清扫。
工地范围与各主要通道加强照明设施，保证车辆司机、行人能充分看清路况、警示标志以及施工围栏。
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