顶管穿越方案.docx

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顶管穿越方案

南疆天然气利民工程

顶管穿越施工方案

一、工程概况

南疆天然气利民工程，途经新疆的阿克苏地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州（简称克州）、喀什地区和和田地区，由4条干线、19条支线构成。

管道总长度大约为2485km，其中干线长度大约为1891.5km，支线长度为593.5km。

全线设计压力为6.3MPa，其中英买力-喀什段管径φ559，材质为L415（X60）,喀什-泽普段管径φ508，和田-泽普段管径φ406.4，和田-塔中段管径φ273，其他支线管径从φ88.9到φ219不等。

本工程全线共设置38座工艺站场，包括首站2座、分输站8座、分输清管站5座、清管站3座、末站20座。

全线共设68座线路阀室，其中RTU截断阀室9座，RTU清管阀室1座，清管阀室7座，分输阀室13座，普通截断阀室38座。

二、编制依据

1、《输油输气管道线路工程施工及验收规范》SY0401—98；

2、《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》SY／T4079—2003；

3、《长输管道线路工程施工及验收规范》SYJ4001—98；

4、《原油和天然气输送管道穿越工程设计规范穿越工程》SY／170015．1—98；

5、《输气管道工程设计规范》GB50251—94；

6、中国石油南疆天然气利民工程设计说明和施工图纸

7、《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T640-1996）

8、<给排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-97）

三、试用范围及工程量

设计图纸要求顶管方式穿越的道路。

四、顶管穿越施工优势及施工要求

顶管施工具有经济、高效，保护环境的综合功能。

这种技术的优点是：

不开挖地面；不拆迁，不破坏地面建筑物；不影响交通；不破坏环境；施工不受气候和环境的影响；不影响管道的段差变形；省时、高效、安全。

由于管道埋深较深，并对套管两端进行封堵，不会造成路面裂缝与下沉，使用的套管按照设计要求满足路面的压力要求。

执行标准《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T640-1996）的规定，采用套管规格为DRC1200×2000GIIIAJC/T640。

如果穿越段遇到卵石、砾石段，需要在水泥套管接头处设置几个泥浆注入孔，对遇到的空隙进行填充。

泥浆孔由施工单位自行处理或要求套管生产厂家予以预制。

顶管穿越处长度根据路基宽度确定，顶管套管长度每侧为路基外2m，穿越处套管管顶埋深不小于1.2m。

顶管穿越处管道、弯管、弯头的材质、规格型号按照设计图纸要求选用。

管道外防腐补口采用双组分无溶剂液体环氧底漆+辐射交联聚乙烯收缩袋三层结构。

穿越段全部环向焊缝的探伤方式及比例确认按照设计要求进行。

五、施工方案

（一）施工工序

其基本操作程序是:

先在穿越道路一侧挖工作坑，在工作坑内按管道设计位置和套管外形尺寸设置套管和顶进设备，先将套管端部的刃脚部分顶入地层，然后在套管内边人工挖土边用顶进设备把套管逐节顶入地层内，反复操作，直到顶到预计长度为止。

顶管法穿越示意图如下：

（二）施工程序

（三）顶力估算

由于穿越顶管县乡村道顶进距离较短，因而采用管前挖土方法，其侧向顶进摩阻一般可按下式计算：

F1=f1〔K（PV+PH）DL+P〕

式中：

F1-----管壁与土层之间的摩阻（t）

PV=γh管顶以上的垂直土压力（t/m2）

γ—管顶以上天然土的容重（t/m3），亚粘土取1.6

h---管顶上的覆土厚度（m）

PH=PVtg2（45°－ϕ/2）管壁上的水平压力（t/m2）

ϕ----土的内摩角（干的亚粘土取45°，湿的粘土取40°）

D----管节外径（m）

L----全部顶进长度（m）；P----全部管道自重（t）

f1----管壁与土层的摩擦系数，干的亚粘土取0.47，湿的亚粘土取0.55。

K----折减系数，若管道位于降水良好的坚实土层中，管顶以上的土层能保持土拱状态，则L=16～30m，K=0.8；L=31～50m，K=0.75

如果以套管顶覆土2.0m计算（设计图纸》1.2米），顶管长度30m的穿越，则最大顶力为150t，因而一般条件下选择顶力为300t的千斤顶能满足要求。

（四）施工准备

施工前应先熟悉图纸，掌握穿越长度与深度，穿越结构及辅助设施的结构及要求，掌握管段内地层状况。

开工前与公路部门联系，按照公路部门的要求办理穿越施工手续、设置相应的警示标志，并将施工程序和计划报监理和其他主管单位，并征得同意。

（五）现场布置

根据设计给定的控制桩位，用经纬仪放出穿越轴线，并定穿越中心桩、施工带边线桩，并撒上灰线。

放线时同时放出工作坑和接收坑的位置与尺寸。

在穿越至验收的全过程中随时使用测量仪器配合。

（六）管线焊接

1、管道组焊：

穿越管段前穿越道路一侧施工作业带内先清理出预制场地，以满足管段预制需要；之后进行组焊、探伤、连头、补口、试压施工，然后将整个管段连通。

其工艺和检测要求与一般线路施工工艺相同。

管道焊接必须按照多方认可的《焊接工艺评定》的要求进行焊前预热等处理。

当环境条件不能满足焊接工艺评定所规定的条件时，必须按要求采取措施后才能进行焊接。

焊缝焊接完成后，应及时进行外观检查，对外观质量检验不合格者，不得进行无损探伤检测。

对焊工当天所焊外观质量检验合格的焊缝全周长进行100%射线探伤检验（Ⅱ级为合格），对于穿越段还应进行100%超声检验（Ⅱ级为合格），验收标准按《石油天然气钢质管道无损检测》（SY/T4109-2005）执行。

2、穿越管段的试压

⑴、试压前首先进行清管，完成后，试压介质采用无腐蚀洁净水。

穿越管段的强度试验压力为管道设计内压力的1.5倍，持续稳压时间4h；当无泄漏时，可降到严密性压力试验，严密性试验压力为设计压力，稳压时间24h，在稳压时间内以无渗漏、压降不大于1%的试验压力为合格。

严密性试验合格后，用压缩空气推动清管器进行排水吹扫，以不再排出游离水为合格。

在环境温度低于5℃时，水压试验应采取防冻措施，试压完成后应立即对被试管段进行排水清管。

⑵、两端采用椭圆封头，封头的焊接同一般管道焊接要求。

⑶、试压管线两端各安装一块压力表，压力表应经过校验并在有效期内，压力表精度不低于1.5级，量程为被测最大压力的1.5～2倍，表盘直径不小于150mm。

⑷、试压前为清管扫水方便，可将清管器预先放置在试压管段中，待试压完毕后直接排水。

⑸从打压头向管内注入清水，高点压力表管嘴排放空气，水注满后装压力表，并接好试压泵向管内注水升压。

⑹、压力应缓慢上升，压力升至30%、60%强度压力时停止升压，稳压10min检查有无异常，无异常再继续升压直至强度压力。

⑺、当压力上升至强度压力时，稳压4h，允许压降值1%试验压力值，且不大于0.1MPa，强度试压合格后，降压至工作压力，稳压24h，允许压降值1%试验压力值，且不大于0.1MPa。

⑻、试压合格后对穿越管道用清管器清扫管内积水后封堵。

（七）顶管施工

1.场地布置

工作坑和接管坑设置在图纸给定的套管长度的外侧，发射坑选择公路北侧施工作业带内，穿越现场布置图如下：

工作坑开挖完毕后,用经纬仪复测穿越中心线和基地标高,基地误差±100mm。

工作坑侧壁边坡按土质实际情况确定，并留出安全通道，考虑降水需要，在工作坑的一角设置积水坑。

在操作坑内设置管道轴线基桩和临时水准点，作为操作时的测量标志。

考虑到新疆地区多数地质属于砂质地貌，开挖操作坑时做好基坑塌方的防护措施（钢制挡土板支护）。

注：

发射坑、接收坑尺寸：

长（4米）×宽（3米）×深（管底标高+0.6米）

基坑砼基础+道木高度+钢板+轨道厚度约0.6-0.8米左右

支撑墙采用道木+钢板的组合方式，钢板选取16mm厚钢板

2.顶进设备的安装和后背墙处理

顶进设备主要包括柱塞式液压缸、顶铁、刃脚和导轨等。

⑴穿越处工作坑开挖完毕后，考虑地基承载力和地下水位情况，采用混凝土方木基础。

并根据现场情况在操作坑顶进位置左右和前方采用钢板桩支护。

⑵用汽车吊将顶进设备安装就位，先将导轨安装在基础上并放上穿越用套管，借助经纬仪和水准仪测量来调整套管中心线，确保与穿越中心线重合，且保护水平。

⑶然后用汽车吊将柱塞式液压缸及其支架安装就位。

为保证穿越精度，需将调整完毕的临时支架和导轨固定成整体。

⑷后背墙表面必须平行垂直于顶进管线的轴线，以确保顶进方向。

其面积经计算确定，施工时，根据工作坑开挖后的情况进一步进行校核计算。

顶进作业中必须密切注意压缩变形，一般压缩变形值必须控制在20mm左右，否则增大后座墙的面积。

①管顶覆土浅的情况下，后座墙不需打板桩，墙身直接接触土面；管顶覆土深的情况下，后座墙打入钢板。

②若原状土厚度大于7m，且强度满足顶进力要求，一般采用原土后座墙，必要时加设板桩；同时，为使顶力均匀传递给后座墙，在原土表面加设方木、木板和顶铁。

③若原状土较浅，或顶进力大于原状土承力，采用人工后座墙。

人工后座墙结构形式有砌块石、混凝土管、方木等类型。

⑷后背墙的结构形式见下图所示

⑸刃脚装于首节套管顶部，用于减少贯入阻力，防止管檐土方塌方。

其结构见图所示：

⑹顶进设备

根据穿越处的地质情况和穿越长度经计算套管顶进所需顶力,以及校核套管允许顶力确定.

顶进设备选用4台柱塞式液压缸，单台额定顶力根据计算结果定。

3.顶管作业

⑴做预顶试验:

检验液压系统性能,液压缸行程,传力设备的中心线和垂直度等。

⑵对顶入管节做最后检查，如端面平直度、椭圆度，管壳任一侧母线直线度等。

⑶用吊车将管节轻放在导轨上，测量中线与前后两端高程，管节端面垂直顶管中轴线。

⑷顶进管每节长度根据顶进操作坑可能的长度而定。

首节管顶入后，液压缸退回到起始位置，测量合格后，将第二节套管吊导轨上，与首节套管焊接，焊接方式按设计要求进行，质量符合要求再依次顶进，直至顶入设计的管长度，完成顶管作业。

⑸顶进偏差控制：

①首节套管的入土点和安装角度在顶进作业前应测量准确，顶进400mm~600mm后检查是否有偏斜现象。

②顶管过程中，架设水准仪控制中心位移线。

每顶进30-50cm左右就要对顶管中线、高程进行观测，施工中采用全站仪控向，以施工放线是布置的中心桩为准进行监测，发现位移，要采取适当措施予以调整过来。

③每次纠偏角度不宜过大,可根据管径、顶进长度和土质情况来确定，一般可在5′-2′之间选择。

④另外应严格控制纠偏油泵的压力，不使油泵压力升得过快，纠偏结束后应锁紧螺旋定位器。

⑸顶进完成后的轴线偏差为200mm，管底偏差为±200mm。

⑹纠偏调整措施

①偏斜发生时通过调节对称布置的4个柱塞式液压缸的行程或在顶管处加、减垫铁调整顶进偏差。

②在顶进管的前端挖空。

挖土成拱时，管顶不允许超挖；管底土基弧线120°-135°范围内，一定要保持管壁与土基表面吻合，不能超挖。

③在连接新管时调整管口。

4．干线预制管道的穿越：

在场地较开阔的一侧挖发送管沟，保证将预制完毕的干线管段下沟，在另一侧设置滑轮，然后利用吊车或吊管机以及卷扬机等牵引机械进行干线管道的穿越作业。

为方便穿管，在管段前部设置穿越导向支架（车）。

为避免穿管过程中牵引时管线翻转，在管段端部牵引处设置万向节。

穿越时用牵引机械通过钢丝绳牵引万向节带动干线管段穿套管，后端用吊管机或吊车调整管段中心辅助放送。

干线管段就位后，切下牵引万向节，两端管口用盲板封死。

按图纸设计要求，封堵套管两端，并安装排气管、标志桩和保护测试桩。

所有附件安装完毕后，由施工单位和监理工程师共同进行检查，然后进行隐蔽（封堵、排气管的安装按照线路通用图：

《混凝土套管穿越公路铁路通用图》及《排气管保护措施通用图》进行施工）。

按图纸设计要求，封堵套管两端，并安装排放管与端盖、标志桩和保护测试桩。

所有附件安装完毕后，由施工单位和监理工程师共同进行检查，然后进行隐蔽。

顶管完成后用压力注浆泵将顶管产生的缝隙注满水泥浆，防止套管顶塌陷。

5.回填、恢复地貌

检查记录填写完毕后，进行回填。

靠近公路一侧的回填土必须夯实，恢复边沟、排水沟等道路设施。

穿越施工中留下的废旧物品、防腐层垃圾、生产生活垃圾等全部清除，恢复至与施工前一致。

六、HSE管理体系

1．HSE方针

2．HSE目标

3．HSE管理机构

HSE管理领导小组

组长:

项目经理

副组长：

项目副经理、各部室长

组员：

各机组长、各机组HSE检察员

HSE组织机构图

七、HSE保证措施

（1）为更好的落实安全施工，建立安全生产责任制，施工生产、安全两手抓，建立安全保障体系，分解安全管理职能，在施工与安全发生矛盾时，要首先确保安全。

（2）进入施工现场必须要有完整的地下管线图，各类管线应准确无误，严格按照施工方案安全施工。

（3）工作人员进入施工现场必须穿戴好工作服、戴好安全帽，确保施工人员的人身安全。

（4）各种电动设备必须有可靠的接地和保护装置才能使用，施工现场必须设置各类警告、警示牌等。

（5）加强防火意识，对易燃易爆物品进行专人管理。

（6）现场施工应确保文明施工，泥浆不外流，土方不乱堆，保持施工现场的整洁。

（7）发射坑、接收坑周围设围栏，夜间设标识，严禁非施工人员进入施工现场。

视地层、地质、开挖深度，采取必要的防塌措施。

（8）特殊地段需要设置安全防护措施，保证施工安全（如：

操作坑、接收坑周围应设置照明工具、警示标志、防护围栏等）

（9）明确岗位划分职责，做到实施有序、文明施工。

八、质量保证体系

（1）组织强有力的项目管理班子，负责项目的组织协调。

（2）抽调业务精干，素质高的队伍。

（3）加强施工管理和技术管理，严格按照设计要求施工，施工现场实行项目经理负责制，以工序管理为重点，以工作质量保证工程质量。

（4）在各项技术指标达到后，由施工方按时保质完成拖管工作。

（5）技术人员严格执行相关规范、规程的各项技术措施，特别在成孔工艺、管拖拉头的安装工艺等工序上严格按操作规程执行，提高各工序的有效衔接。

（6）确立三级检查验收制度，每项工序完工后，经技术部检查复核后方可进入下道工序施工，对检查不合格的工序要采取有效措施整改。

（7）以“安全、优质、高效、低耗、文明”为目标，建立健全内部管理网络和管理体系，运用行政、技术、经济手段，加强项目内部管理，贯彻落实各项保证措施，把目标、任务分解落实到各项施工环节中，层层落实，确保整个项目施工圆满完成。

九、应急预案

1、安全防护重点

顶管穿越主要安全防范重点为：

施工过程中的路面沉降、塌陷事故、地下管线破损、触电事故、高处坠落、起重伤害、交通事故等

2、技术措施

（1）防止路面沉降、塌陷

做好顶管施工前的施工准备工作，对施工人员进行施工技术、安全技术交底，从思想上首先确立质量和安全意识；

选用优质的管材，对到场材料做好现场检查验收工作，对不合格产品坚决予以退回；

做好材料供应，开始起顶前做好材料计划，并在现场备好足够的余量，在顶管工作开始前，保证所有管材到场；

顶管施工前做好准备工作；

在顶管的施工过程中，确实做好润滑减磨，根据地面变化和地下水位情况等因素及时调整压力和润滑量，每天的出土量应做好记录，作为分析地层损失的依据，记录由专人负责，并每日定时检查；

顶管施工过程中，同时应保证公路的运行安全，由专人负责检测道路的行车情况和路面是否发生沉降等情况。

在顶管通过路面设置间距为2m的观测点，根据顶进位置每小时进行测量，发现沉降超过3cm应立即停止作业，找出原因并采取相应措施后才可继续施工。

管材顶进过程中，做到勤测勤调，轴线和高程控制在5cm之内，以保证钢管的顺利推进。

（2）防止底下管线破损

在顶管施工前由我单位牵头，与各相关部门联系，确认顶管施工范围内是否有管线通过；

在确认后，及时调整顶管施工路线和高程，以避开管线相交；

如在顶进过程中发现异常情况，及时与各相关部门联系。

3、突发事故应急预案

1、路面沉降

首先应从技术上和施工中确保避免路面沉降的产生和控制沉降量，在沉降发生时，采取以下措施：

（1）在顶管通过路面设置间距为2m的观测点，根据顶进位置每小时测量，发现沉降超过3cm应立即停止作业，必须找出原因，及时调整方案并采取相应措施后才可继续施工；

（2）如沉降发生得到控制，则按调整方案继续施工。

（3）如沉降发生不能得到控制，应停止顶管作业，马上进行注浆工作，保证路面的稳定，并邀请相关专家进行方案调整，确保路面的安全。

2、路面塌陷

首先应从技术上和施工中确保避免路面塌陷，并采取以下应急措施：

（1）顶管穿越时穿越点如车流量较大，应铺设16mm厚钢板保证穿越点施工安全；

（2）与公路路政协商确定临时应急道路路线，在发生路面塌陷情况下，作为应急通行路线；

（3）与交警部门联系，组织交通分流，确保在封道的情况下保证应急通行路线的畅通；

（4）成立专门的应急抢修小组，保证在路面塌陷情况发生的第一时间进行路面抢修，保证在第一时间实现道路的通车。

（5）条件允许的情况下需要修筑绕行便道，并设置指挥人员和指示标语，一旦发生路面塌陷情况，及时进行疏导，保证车辆过往畅通。

4、应急组织机构

突发事件应急小组

十、主要材料及设备

机械名称

规格型号

数量

额定功率（KW）或容量（m3）吨位

厂牌及出厂时间

一、施工设备及材料

电动千斤顶

300T

1套

挖掘机

220

4台

110KW

内对口器

DN559

2台

30KW

外对口器

DN559

2台

电火花检漏仪

AP

2台

空压机

YW-6/7-1

2台

34m3/min

打压泵

2台

吊管机

SB-40

2台

162KW

熊谷焊机

DZ-400

8台

30KW

防风棚

2套

吊车

2台

16T

货车

2辆

5T

货车

1辆

8T

潜水泵

4B20

5台

20Kw

潜水泵

2B19

5台

35Kw

发电机

6台

80KW

全站仪

TC600

1台

GPS

手持式

2台

经纬仪

TDJ-6

2台

水准仪

DSZ3

2台

清管器

4套

压力表

0-16MPa

6块

二、安全防护措施材料

钢板

16mm

基坑支护、路面防护

警示绳

200米

照明灯

4盏

警示牌

6个

挖掘机

1.2立方米

2台

运土卡车

5T

4台