公路顶管穿越施工专业技术方案汇总.docx
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公路顶管穿越施工专业技术方案汇总
1.编制依据
1)国家法律、法规,地区颁布的安全、消防、环保、文物等管理规定
2)单管顶混凝土套管穿越公路典型图
3)现场踏勘情况
4)施工技术标准及验收规范
《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369-2006
《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2007
《钢质管道焊接及验收》SY/T4103-2006
《石油天然气金属管道焊接工艺评定》SY/T0452-2002
《油气管道线路标识通用图集》(CDP-M-OGP-PL-008-2010-1)
《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》JC/T640-2010
《成品油输送管道用钢管通用技术条件》(Q/SYGJX103-2010)
《油气输送管道感应加热弯管通用技术条件》Q/SYGJX111-2010
《石油天然气钢制管道无损检测》SY/T4109-2005
《埋地钢质管道聚乙烯防腐层》GB/T23257-2009
《埋地钢质管道双层熔结环氧粉末外涂层技术规范》Q/CNPC38-2002
2.工程简况
2.1简况
XXXXX公路顶管穿越位于XXXXX约300m。
本段设计压力为10MPa,该段采用D660×10.3,材质为L450MB螺旋缝埋弧焊钢管,与主线路用管一致。
管道穿越里程16Km+175m-16Km+185m,水平长度10m,带钢筋混凝土套管长度为8m,套管规格DRCPⅢ1200×2000A。
2.2地形、地质
XXXXX公路穿越段地貌单元属于冲洪积平原,地形较为平坦。
穿越段路面为水泥路面,宽约4m。
2.3
水泥路
管道顶管穿越公路平面示意图:
3.施工方法
3.1顶管施工方法介绍
顶管穿越施工设备主要包括千斤顶、工作管、顶铁及运土设备等。
施工前开挖工作坑,将设备安装就位,吊装套管、安装盲板顶环,利用液压千斤顶顶推套管,每顶进一定行程,退回顶缸,操作人员进入套管内挖土外运,然后加入套管并更换顶铁继续顶进,循环作业,直至套管顶至对面接收坑;拆除设备,清理套管内余土,进行主管线穿越。
3.1.1顶力计算
根据陕西科学技术出版社出版的《长输管道施工作业技术》中顶管时的经验计算公式计算如下:
顶力计算:
混凝土套管顶进长度为26m,套管顶进时刃角及套管外侧涂抹黄油,降低摩擦系数,计算如下:
理论公式:
F=K[f(2Pv+2Ph+Pb)+Pa]
式中:
F-计算顶力(KN);
K-安全系数,一般取1.2:
Pv-管顶上垂直土压力(KN);
Ph-管侧的侧土压力(KN);
Pb-全部顶进管段的重量(KN);
f-管壁与土间摩擦系数,一般取0.2~0.4,
Pa-管端切土阻力(KN);
1)Pv=KYHDL
式中K-垂直土压力系数;
Y-土容量(KN/m3)
H-管顶覆土深度(m);
D-管外径(m);
L-顶进管段长度(m);
Pv=0.5×1.88×9.8×3.5×1.44×8=361.110KN
2)管侧土压力Ph=Y(H+D/2)D•Ltg2(45º-φ/2)
式中:
φ-土内摩擦角
其它符号同上式
Ph=1.88×9.8×(3.5+0.72)×1.44×8×tg2(45º-35°/2)=188.002KN
3)Pb=G•L
式中:
G-管节单长重量(KN/m)。
Pb=24.869×8=198.952KN
4)切土阻力Pa=A•f0
式中:
A-管端截面积;
f0-土壤单位阻力;
Pa=3.14×(0.722-0.62)×500=248.688KN
F总顶力=1.2×[0.2×(2×361.110+2×188.002+198.952)+248.688]=609.748KN
因此选用1台320t液压千斤顶能够满足要求;
3.1.2允许顶力
允许顶力[F]=(σc•A/1000S)η
σc-管体抗压强度(MPa)
A-加压面积(cm2)
S-安全率,采用2.5~3.0
η-接触系数;
F=[40×10.204×3.14×185×17.5/1000×2.5]×0.8=1037.31t,经过计算,允许顶力[F]>F总顶力完全能够满足顶管要求;
3.1.3后座墙
后靠背受力计算公式
式中:
R-总推力之反力(一般大于推力的1.2-1.6)
a-系数(取1.5-2.5之间),此处取2
B-后座墙的宽度(M)此处取4M
γ-土的容重(KN/M3)依据勘查报告1.88
H-后座墙的高度(m),此处取4.0M
Kp-被动土压系数
c-土的内聚力(kPa)一般情况下取10
h-地面到后座墙顶部土体的高度(M),此处取3.3M
R=2.0×4×[1.88×9.8×4.0×4.0×tg(45°+30°/2)/2+2×10×3.5×1.316+1.88×3.5×4.0×1.732]
R=3080.962t后座墙R>F总顶力,完全能够满足顶管要求;
4.施工程序
5.施工技术措施
5.1施工准备
1)施工前熟悉施工图纸,了解该公路穿越点的地质情况和地形地貌,掌握穿越的结构、深度要求,进行技术交底。
2)检查施工顶管设备、配套设备及各种施工机具和手段用料是否齐全完好。
3)按照施工计划及时向业主、监理工程师递交施工方案,向当地公路路政部门办理“公路穿越施工许可证”。
4)查明穿越段地下是否有管道、电缆、光缆等障碍物。
5)安排施工队伍、机具、材料及安装安全警示和安全防护设施。
6)平整场地、修筑施工便道,根据现场情况,在作业带内修筑一条5m宽的施工便道进入预制场地,穿越完成后按公路主管部门的要求进行作业带恢复。
5.2测量放线
1)根据设计控制桩,用RTK放出穿越管段的中心桩,并撒上白灰线;
2)定出施工区域边界线的位置,在公路穿越时,设置穿越点的车辆限速标志;
5.3降水井施工
1)降水井套管采用预制砼涵管,砼涵管规格为DN400,每根长度为1m;
2)
降水井分布位置应设置在操作坑两边侧,距坑边中心距为2.5~3.0m,为保证降水影响半径及施工操作安全,根据现场情况,该公路穿越点操作坑内需打4处降水井,分部在坑的四角。
3)降水井形式按轻型井点方式考虑,降水井深度应根据现场地下水位情况,可事先采用挖掘机就近试挖确定,一般应达到地下渗水层,以6~9m为宜。
降水设备采用扬程10m的2寸真空泵进行。
4)现场施工可雇佣当地打井队伍完成,采用转动钻孔冲水方式作业,排出的污水、泥浆应设置排污池,经二次沉淀后,水质达到地方要求的排放标准后方可进行排放处理。
5)降水井待最后公路穿越施工完成后,按要求给予填土封闭恢复。
5.4作业坑开挖
1)根据设计要求,在穿越道路两端各开挖一个操作坑,一个作为作业顶进工作坑即发送坑,另一个作为接收首节套管的工作坑即接收坑。
2)发送坑的尺寸比接收坑的尺寸大,发送沟的位置应确定在顶管穿越端自然地坪较低的一侧,以减少土方施工量。
在现场撒出两个操作坑的正确尺寸和位置的白灰线,发送坑规格可按以下要求执行。
3)该段管道管径设计为Φ660×10.3,操作坑宽度可定为4m;工作坑的长度与管节长度、千斤顶长度及后背墙的尺寸有关,还与顶进方法和运土工具有关,其长度根据现场和所使用的千斤顶的尺寸而定,本处穿越套管规格采用DRC1200×2000ⅢAJC/T640,发送坑坑底尺寸定为:
长5m;宽4m;深度比设计要求管底标高深0.8m;接收坑坑底尺寸定为:
长5m,宽4m,深度比设计要求管底标高深0.2m;坑边坡比为1:
1.25。
铁合金厂公路采用挖掘机进行接收坑和发送坑的开挖工作。
根据操作坑开挖的深度及现场条件,为保证其边坡稳定性,应考虑设置简易钢管桩或简易钢板桩支护进行,确保施工安全。
4)在挖发送坑时,后背墙的原土层不得破坏,后背墙具体要求如下:
A.要考虑充分的强度,在顶进中能承受液压千斤顶的最大反作用力而不破坏。
B.要有足够的刚度,当受到千斤顶的反作用力时,应使压缩变形小,当反作用力取消时,应能基本恢复原位,以充分发挥千斤顶的有效冲程。
C.后背墙表面要平直,必要时后背墙要采取相应的支撑措施,例如加道木,加止推平台,选材要均匀坚固,以承受较大的后坐力,避免造成后背墙受力不均,发生倾斜现象。
5)该处穿越点操作空间较大,操作坑开挖可采用翻铲开挖,人工配合挖放边坡,施工时要注意采取措施防止边坡塌方。
5.5发送操作坑地基处理
1)发送操作坑底要精细找平。
2)找平后铺垫400mm碎石,碎石上铺垫300mm厚黄砂,并夯实。
5.6安装导向支架、就位顶管机和套管
1)操作坑处理完毕后,在发送坑后壁平卧和立放两层枕木,并用吊车安装后靠背挡板,挡板规格为2m×2m,δ=20mm厚钢板,然后在黄沙垫层上等距离(约250mm)放置标准枕木,并根据现场地基处理情况,可选择在枕木上铺一层4m×4m,δ=20mm厚钢板,保证施工精度。
钢板上安装2台自制的升降式滚动导向支架,用角钢∠100×10加固焊接在底面钢板上,或者用标准枕木铺垫,固定液压顶管机部件。
2)用RTK校正液压顶管机和穿路套管位置,保证套管中心线与设计中心相吻合。
要求上下偏差:
钻进长度在30m以内的套管,偏差不应大于100mm;钻进长度在30m~42m以内的套管,偏差不应大于150mm;水平偏差不大于套管长度的2%,保证施工精度。
3)套管安装下坑前应进行外观检查包括管端面的平直度,管壁表面的光洁度及端面上有无纵向裂纹,套管内表面要保证平整,下端600弧范围内要抹平,无凸起,检查合格后在吊车的配合下,按示意图就位顶管机和DN1200×120×2000型钢筋混凝土套管。
1200X120X2000
5.7顶管作业
1)启动液压千斤顶开始穿越,开始时速度要缓慢,第一节混凝土套管的对中度必须控制好。
顶管机的每个顶进行程完成后,退回原位,由人工排净管内淤土,更换纵向顶铁,然后继续顶进,直到行程达到第一节混凝土套管的长度时,吊装下一节混凝土套管,准备顶进。
2)纵向顶铁用200×100×16重型工字钢制作,根据混凝土套管长度和液压顶管机顶进行程为200mm需制作500mm、1000mm、1500mm、2000mm、2500mm、3000mm、短节各一个,短节断面形状为II型。
3)
为防止与千斤顶接触端套管受力不均被破坏,需在千斤顶和套管间放置一块盲板顶环,盲板顶环采用30mm钢板制作,结构如图示:
4)为防止穿越长度过长,套管顶进过程中因前端受力不均,使两根套管连接处发生错位,根据现场情况在两套管连接处放置环形限位圈,限位圈采用8mm×180mm的带钢制作。
5)顶进过程中需随时观测套管进土的对中度,一旦发现有偏移趋势,要立即停止顶进,采用螺旋式千斤顶人工校正。
6)顶进操作时要注意液压机油压变化,发现不正常时立即停止顶进,并检查原因。
千斤顶活塞伸长度应在规定范围内,以免损坏千斤顶结构。
7)在整个顶进操作中应坚持连续作业,若顶进时间间隔过长,土拱容易下塌,使顶力增大。
8)如此反复,使混凝土套管抵达公路另侧的接收坑,即完成顶进过程。
5.8挖土、排土
1)1)顶进套管每次200~300mm,边顶进边用人工在管前端挖土,排土工具用手推车装土,人工牵引到送到操作坑料斗内,用吊车吊出操作坑运到指定地点。
2)套管前端挖土必须严格控制,必须在规定的范围内开挖,不得超挖,管底土基弧度在120°-135°范围内一定要保持管壁与原土层表面吻合。
3)人工挖土时,不得搅动管底下部的地基土,根据土质情况,工作面向前挖至0.1-0.2m时,顶进一次,挖出的土要及时外运。
4)开挖后要及时顶进,及时测量,可使顶力限制在最小的范围内。
5)人工排土时,管内应架设安全电压照明灯具和通风管。
6)人工排土只许取管内积淤的泥土,以避免造成冒顶或其它意外事故。
5.9顶管误差校正
在顶管过程中必须严格控制误差、及时校正偏差保证顶管质量。
顶管校正方法分为坑内和管端面纠偏两类,它们包括如下方法:
1)挖土校正法:
在管子偏向设计中心的一侧适当超挖,而在相对的一侧不超挖或留坎,使管子在继续顶进中,逐渐回到设计位置,校正中不得猛纠硬调,以防产生相反的结果。
当偏差为10~20mm时,可采用此法校正。
当涵洞管前土方被切削形成一定的土洞空隙时,宜用顶力设备,采取下述方法校正施工。
2)顶木校正法:
当偏差大于20mm或者用挖土法校正无效时,可用圆木或方木一端顶在管子偏离设计中心的一侧管壁上,另一端装在垫有钢板或木板的管前土壤上,支架稳固后开动千斤顶,利用顶进时顶木斜支管子所产生的分力,使管子得到校正。
3)千斤顶校正法:
用小千斤顶接一短木,利用小千斤顶的顶力使管位得到校正,具体操作方法类似于顶木校正法。
4)加垫块校正法:
即在顶木末端于顶铁间的适当位置垫上一块相应厚度的楔形钢板,使顶铁和管间形成一定角度,顶进时可使顶管得到纠正。
5.10拆除顶管设施
1)套管出土长度达到设计要求后,经监理验证合格,停止顶进。
2)套管顶进后,两节混凝土套管对接处,按设计要求用1:
2防水渗水泥砂浆和沥青麻辫填充密封,施工时可从外壁塞沥青麻绳,穿进混凝土套管,使两端压实,然后开始正常顶进。
3)利用吊车在人工配合下,拆除导向支架、枕木等设施并运走顶管机。
4)因考虑到顶进套管施工完成后穿越工作管有一定的施工周期,为防止意外事故发生,对于砼套管两端可采用编织袋装土码砌封都好两侧敞口端,并做好安全警示标识。
5.11工作管及光缆套管预制、穿越
1)工作管组焊方法与质量评定标准与直管段组焊相同,预制长度应大于套管长度4m以上,且应是整根管,工作管长度为26m,光缆套管长度为28m。
2)管道经单独试压合格后进行补口、补伤,补口、补伤完成后,防腐层经15kv电火花检验合格后方可进行穿越。
光缆套管焊接完成进行补口、补伤、穿越固定。
3)预制合格的管段在安装好聚乙烯支撑块后,由一台挖掘机在接收侧牵引,2台25t吊管机在发送端吊管行走来完成穿越工作。
5.12附件安装、套管封堵
穿越完成后,及时对通信硅管的套管进行敷设施工。
通讯光缆套管敷设在管道顺气流方向的右侧,与沟底相平。
套管内积水杂物等清除干净后再进行两端封堵,套管封堵采用沥青麻辫水泥砂浆砖砌施工,外表面采用环氧煤沥青涂刷。
5.13地貌恢复
施工结束后,回填操作坑及管沟,彻底清除施工及生活垃圾,恢复原状地貌,最后通过地方有关主管部门的验收检查认可。
6.质量保证措施
1)严格按图施工,认真执行施工规范。
2)对职工进行教育,提高职工的质量意识和责任心。
3)设置专职的质量检查员。
4)认真贯彻三检制度,实行班组自检、互检与专检相结合的检查制度,并做好各项检查记录。
5)冬季施工期间,要采取防冻措施。
6)管道在吊装、运输、堆放的全过程应有保护措施并严格实施。
7)防腐管吊装应使用能防止防腐层和管口损伤的专用吊具
8)防腐管必须分类运输和堆放,同一规格、型号、防腐等级的管子堆放一起
9)运输和装卸过程中检查出防腐管的防腐层或管口有损伤,应做详细记录并标识清楚,分开堆放;
10)布管应按设计图纸要求壁厚、防腐层类型等顺序进行,不同壁厚、防腐等级的分界点与设计图纸要求的分界点不应超过12m;
11)布管时应轻起轻放,注意保护管口和防腐层不受损伤,不允许防腐管在地上拖拉、碰撞,布管应以锯齿形摆放,防止两管口相互碰撞;
12)管沟开挖前应进行移桩,并标出管道走向,确保符合测量要求;
13)开挖前对地下障碍物调查登记和标识,并采用人工开挖,对重要的地下设施应作好保护措施;
14)沟内弃土不得堆放在施工带上,耕作土与下层土须分开堆放;
15)检查与其它地下设置(管道、电缆、水渠等)的间距是否符合要求,并做好隐蔽记录;
16)组对焊接及补口补伤:
A.组对前检查管子的材质、规格是否符合设计要求;
B..组对前应将管内杂物清除干净,并注意保护内涂层;
C.管端50mm范围内外表面的油污、铁锈和污垢应清理干净,露出金属本色;
D.管口表面的缺陷的处理应符合技术要求,不允许有对管道寿命产生影响的缺陷(如裂纹、夹层);
E.逐根检查管口的椭圆度,超标管口的处理应采用符合技术要求的方法,严禁采用锤击方法强行管口矫正;
F.组对时应重点控制错边量、螺旋焊缝或直焊缝错开量和对口间隙,符合规范要求;
G.不同壁厚管子的组焊必须按规范要求打内坡口;
H.严禁强行组对焊接;
I.必须严格按照焊接工艺规程进行预热、焊接,管材预热必须配备环型火焰加热器加温,严禁使用喷灯和火把加热;
J.焊缝表面成型良好,咬边、余高、错边、焊缝宽度等参数符合标准要求,无飞溅、裂纹、焊疤、气孔和夹杂等缺陷;
K.检查补口、补伤是否按标准要求进行。
当有在下列情况之一,且无有效防护措施时,不得进行补口补伤露天工作:
雨天、雪天、风沙天;风力达到5级以上;相对湿度大于90%;
L.除锈后补口处的钢管表面严禁有浮锈、油污及其它杂物,钢管表面除锈等级应为Sa2.5级,管口两侧100mm范围的防腐层打毛。
7.HSE管理措施
7.1HSE预防措施
1)机组人员体检、营地建设合格后,方可进行施工。
2)施工前,制定施工方案与安全措施,与公路交通管理部门取得联系,征得同意并办理相应手续后方可进行施工。
3)施工现场用警示彩带维护,设置隔离带,禁止外人进入施工作业区,以免影响工作和安全可进行施工,夜间施工做好安全警示工作,在路上设慢行警示。
4)特殊工种必须持证上岗,严禁无证操作,确保安全文明施工。
5)工地要指定专职安全人员进行安全巡视。
6)穿越点要设警示标志、险情提示标牌,工地要指定专人进行安全巡视。
7)顶管作业时在操作坑放置好应急、逃生工具,并提前进行安全交底工作。
8)作业的设备、工具,其电气部件要先检查是否绝缘良好,绝缘性能不好的不准使用。
在使用电气设施时尤要注意用电安全,做好接地,所有电线应为防水电缆,严防漏电现象发生,临时配电箱、开关要有防雨设施。
9)开挖中如遇地下管道、电缆及不以辨明的物品时应停止作业,采取必要措施后方准施工。
10)修筑的施工便道,有足够的安全行车宽度,其坡度缓慢下降。
11)在施工中采用土墩垫高管线时,垫层必须坚实牢固,防止管道滚动伤人。
不准用石块垫管子。
12)在施工过程中,HSE监查员随时对坑壁进行检查,以防止坑壁塌方伤人,造成事故发生。
13)顶管施工的安全措施
A.水泥涵管在拉运过程中做好封车工作,不得超载、超高,吊装时由专职起重人员指挥,吊车旋转半径内不得站人,涵管应同向分层码垛堆放,堆管高度不应超过二层。
管垛距端部支承的距离为1.2m~1.8m,每垛支承四道,均匀对称地配置,以便使载荷分布均匀。
管垛外侧应设置楔型物,以防滚管。
B.根据操作坑开挖的深度及现场条件,为保证操作坑边坡稳定性,应及时打降水井降水,并考虑设置简易钢管桩或简易钢板桩支护进行,确保施工安全。
顶管靠背墙要有足够的强度,必要时采用加固措施,保证施工安全。
C.施工中,液压千斤顶顶进过程中需随时观测套管进土的对中度,一旦发现有偏移趋势,要立即停止顶进,采用螺旋式千斤顶人工校正。
D.顶进操作时要注意液压机油压变化,发现不正常时立即停止顶进,并检查原因。
千斤顶活塞伸长度应在规定范围内,以免损坏千斤顶结构。
E.人工掏土应做好必要的预防、保护措施,如携带氧气、身上栓应急绳索、佩戴应急求救信号灯等,现场设专职监护人,确保施工安全
14)管道组焊现场,氧气、乙炔胶管与电线、电焊软线要合理布置,不能混合交叉在一起,电焊软线及氧炔胶管要牢固绑在工作地点的支架上,焊接材料要放在稳妥方便的地方。
15)穿越施工完成后,及时清理施工现场,作到“工完料净场地清”。
7.2HSE应急预案
为了减少和杜绝顶管穿越作业对生产、生活中可能发生的影响,使风险危害的初期达到有效的控制目的,杜绝和避免各类事故的发生,确保顶管施工的顺利进行,特制订本应急预案。
7.2.1坍塌事故应急措施
当发生塌方出现紧急情况时,必须采取以下应急救助措施:
1)立即命令操作坑内所有人员通过应急梯有顺序撤离,并清点工人数量。
2)立即向当地医院或救援队伍求助,或召集自己的救援队伍。
3)不参加救援的人员在可能的情况下必须离现场至少15M远距离。
4)不要用翻铲或者其他设备挖掘土方营救被埋的人员。
5)在救援人员赶到之前,不要移去被埋者使用的工具或者设备,因为根据工具或者设备的位置可以帮助救援人员找到被埋者。
6)收集被埋人员数量、位置、塌方时间的位置等情况,为救援提供足够的信息。
7.2.2人员伤害事故应急措施
1)作业前,工作人员做好各项检查工作。
落实各项措施,保证作业的顺利进行。
2)当事故发生时,现场应急小组立即采取抢救措施,组织人力、物力用现有的设施进行抢救,并采取有效的措施阻止事态的进一步扩大。
3)疏散人口,在组织抢险的同时,对抢险义务小组中的其他成员要进行疏散,以防人员伤亡事故的发生,在疏散过程中,被疏散人员必须听从指挥,服从命令,保证抢险工作的顺利进行。
4)立即与工程部应急办公室联系,报告险情发生地点、险情情况、需要救援的物资等。
5)发生人员伤亡时,现场应急小组组长立即组织人员,对伤员实施现场救治,当发生多人伤亡在救治时,应初步分清伤员的伤情,区别轻重缓急,确定救治和运送的次序,优先抢救有生命危险的伤员。
组长通知医院前往现场进行救援。
在救助力量到达之前,应急救护小组尽量做好初步治疗治疗和护理,在止血、包扎、固定、搬运过程中应由指挥领导小组成员统一组织和指挥。
6)副组长要尽快同最近医院进行联系,详细报告情况,组织人力、车辆将伤员送往就近的医院,以便抢救及时,必要时通知医院集合医疗队前往接应。
7)现场人员要坚守岗位,为上级抢险工作争取时间及提供必要的信息。
7.2.3应急指挥小组
职务
姓名
电话号码
备注
工程部人员联系方式
工程经理
工程协调经理
总工
HSE
技术负责人
质量负责人
设备负责人
材料负责人
地方协调负责人
8.施工进度计划
序号
时间
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
工程
1
施工准备
2
测量放线
3
设备调遣
4
挖操作坑
5
设备安装
6
顶管作业
7
挖土排土
8
设备吊拆
9
主管穿越
10
封堵套管
11
地貌恢复
9.主要设备、机具、材料需求计划
9.1施工设备
施工设备配置一览表
序号
名称
规格型号
单位
数量
1
吊管机
25t
台
2
2
挖掘机
D320
台
1
3
吊车
20t
台
1
4
推土机
D85A
台
1
5
林肯焊机
SAE-400
台
2
6
双弧焊机
TLW-450
台
2
7
半自动切割机
DN1000
台
1
8
外对口器
DN660
台
1
9
液压顶管机
YDZ10-50
台
1