城乡饮水安全水源工程 七号管线穿越S101省道顶管方案

宁夏中南部城乡饮水安全水源工程七号管线穿越S101省道顶管方案一、工程概况宁夏中南部城乡饮水安全水源工程七号管线设计在39+700顶管穿越省道S101，顶管与既公路方向夹角为90.00。设计为直径2米钢筋混凝土顶管，工程顶进长度为40米，埋深约为57米，工作井、接收井根据现场实际情况确定。二、现场施工条件分析该段顶管位置两侧图纸显示没有地下管线等障碍，因此顶管工作井与接受井在工作坑之间可按现场实际布置，单向顶进长度40米。三、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.管径及管材：设计为净空2m，壁厚20,单节长度2.5m顶管专用PCCP管。3.管内底用C15砼填充做安管平台。4.最大顶力计算及设备选型：按最大单向顶进长度130M、管顶埋深7M计算（1）工具管正压力：与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常在30-60t/m2。大于40t/m2 时表明土质较好。F1=S1K1 其中F1-顶管正阻力(t) S1-顶管正面积(m2) K1-顶管正阻力系数(t/m2)F1=S1K1=r2K13.141140125.6 吨（2）管壁摩擦阻力：管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.1-0.5t/m2 之间。F2=S2K2 其中F2顶管侧摩擦力（t） S2顶管侧面积（m2）K2顶管侧阻力系数（t/m2）F2=S2K2=DLK2=3.14*2.4*40*0.5=150.72吨顶管阻力为以上二种阻力之和，顶进长度按最长管段40米计算，总顶力：F=F1+F2276.32 吨（3）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276.32吨。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，每坑采用2个400T的千斤顶。四、顶管施工方案1.工作坑施工：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QYS400型双作用千斤顶型主油缸配对顶进，每个油缸的工作推力为4000KN，油缸长度2657MM。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60701005242370801005241.52809010061423901001006141.52 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3050Kg/cm，排量为：150250升/分，在注浆时压力控制在0.10.2Mpa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砂浆置换触变泥浆，并将泥浆孔封堵。5.地下水排除措施：由于本工程位于河沟地段地下水位较高，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。五、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: Lb1+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=4060cm，设后背墙，无后座时取b1=50160cm；由于本工程顶力较大，故取b1=100cm； 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，取L1=250cm； L2主油缸长度：YDT4000型工作推力为4000KN，长度1657。 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=80CM。 故Lb1+b2+b3+L1+L2+L3+L4=1.0+0.3+0.15+2.5+1.657+0.5+0.8=6.907M 取L=7M 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。因为较浅的坑，能放在地面的设备不再下坑，如油泵车、变电箱、电焊机和顶铁等。较深的坑一般是井，为了提高施工效率，上述设备都要放在井下。所以前者工作坑较窄，后者较宽。 浅工作坑：B=D+（2.02.4） 深工作井：B=2D+（2.02.4） 式中：B工作坑（井）的宽度（M）； D管道的外径（M）； 由于本工程工作坑深度在6M以上，故其宽度按深工作井计算，即取： B=1.5D+（2.02.4）=1.52.4+2.4=6M，取B=6M。 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=5+2.4+0.8=8.2M；（二）.坑壁及坑底结构设计14200 地面1000mm1620020mm厚钢板C30钢筋混凝土预留孔洞400mm14200500mm 碎石基层500 L 500（三）.顶进后背墙设计1.选用尺寸：3500mm3500mm1000mm；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C30钢筋砼。六、顶管施工（一）.施工部署1、施工组织安排本工程需要采用人工顶管的管段为计划用1 套顶管设备，分成两个阶段顶进，第一阶段为工作井、接收井的施工，第二阶段为人工顶管的实施，其中工作井、接收井的施工可以交叉作业，速度较快，设备也能得到充分的利用。2、施工顺序施工顺序为： 工作井施工 顶进设备安装调试 吊装砼管到轨道上 连接好工具管 装顶铁 开启油泵顶进 出泥 管道贯通 拆工具管。（二）.施工准备工作1、生产准备进行施工测量和现场放线工作。确定管线范围内及施工需用场地内所有障碍物，如管线、电线杆、树木及附近房屋等的准确位置。按施工平面布置图修建临时设施，安装临时水、电线路，并试水、试电。进行顶管所用设备的加工制作。根据顶进长度，准备好各类管线和所需的辅助物（固定架等）。根据材料计划，分期分批组织材料进场。2、技术准备进行施工技术交底工作。做好标高点控制，施工测量和现场放线工作。按照规划局提供的永久水准点，引临时水准点至井下，施工中经常进行校核。（三）.顶管工作井内设备安装1、导轨安装严格控制导轨的中心位置和高程，确保顶入管节中心及高程能符合设计要求。由于工作井底板浇注了15cm 的砼，地基稳定，导轨直接放置在工作井的底板上。严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管道纵坡一致。导轨采用浇注砼予以固定，导轨长度采用23m，间距设置为60cm。导轨必须直顺。严格控制导轨的高程和中心。2、下管、顶进、出土和挖土设备采用电动卷扬机下管，用千斤顶、高压油泵作为顶进设备，用斗车、垂直牵引的卷扬机作为出土设备，用空气压缩机带风镐机作为挖土设备。主顶油缸3、引入测量轴线及水准点（1）将地面的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个点），作为顶管中心的测量基线。（2）将地面上的临时水准点引入工作井底不易碰撞的地方，作为顶管高程测量的临时水准点。4、下管下管前，要严格检查管材，不合格的严禁使用。第一节管下到导轨上时，应测量管的中线及前后端管底高程，以校核导轨安装的准确性。要安装户口铁或弧形顶铁保护管口。5、千斤顶和顶铁的安装千斤顶的高程及平面位置：千斤顶的工作坑内的布置采用并列式，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，采用机械挖运土方，管上部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/41/5 处为宜。安装顶铁应无歪斜、扭曲现象，必须安装直顺。每次退千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数目最少。）顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离。工作坑内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态。即可进行试顶。首先校测设备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，然后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。在施工过程中，做到勤挖勤顶勤测，加强监控。（四）.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。七、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。1、测量次数：在顶第一节管时及校正顶进偏差过程中，应每顶进2030cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50100cm 时，测量一次。2、中心测量：根据工作井内测设的中心桩、挂中心线，利用中心尺，测量头一节管前端的轴线中心偏差。3、高程测量：使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程；同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。工作井内应设置两个水准点，以便闭合之用，经常校核水准点，提高精度。4、一个管段顶完后，应对中心和高程再作一次竣工测量，一个接口测一点，有错口的测两点。八、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。九、顶管常见通病的分析与防治顶管允许偏差控制控制内容 管径DN2400轴线位置50管道内底高程30、40相邻管间错口20(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、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50CM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。 目 录一、工程概况1二、现场施工条件分析1三、顶管工艺确定1四、顶管施工方案2五、工作坑结构设计3（一）.尺寸计算3（二）.坑壁及坑底结构设计5（三）.顶进后背墙设计5六、顶管施工5（一）.施工部署51、施工组织安排52、施工顺序6（二）.施工准备工作61、生产准备62、技术准备6（三）.顶管工作井内设备安装61、导轨安装62、下管、顶进、出土和挖土设备73、引入测量轴线及水准点74、下管75、千斤顶和顶铁的安装8（四）.顶管工艺流程的质量控制8七、顶管施工测量9八、顶管纠偏10九、顶管常见通病的分析与防治10(一).管道轴线偏差过大101.现象：102.原因分析：103.预防措施：11(二) .地面沉降与隆起111.现象：112.原因分析：113.防治措施：12(三) .顶力突然增大121.现象：122.原因分析：123.防治措施：134.治理方法：13(四) .钢筋砼管道接口渗漏131.现象：132.原因分析：133.预防措施：13(五) .钢筋混凝土管节裂缝141.现象：142.原因分析：143.预防措施：14(六).顶管前端正面土体坍塌141.现象：142.原因分析：143.预防措施：15十、行车道地段顶管保证措施1518