人工加机械顶管施工方案

人工加机械顶管专项施工方案编制单位：审批负责人：审核人：编制日期：施工单位：第1页共20页工程概况珲春集中供热二期工程，本段施工供热管径为1.2米供热管线。施工工艺的选择根据施工场地的实际情况和地质情况，本工程采用人工加机械顶管施工。施工部署施工现场场区：施工区域采用彩色锌瓦2米高全封闭围蔽，在路边设置标志牌和反光标志，夜间设警示灯。开挖土方随挖随运到弃土场堆放；临时用电主干线采用380V三相五线制，接通工作井；坑内及管道内照明采用12V安全交流电源供电。供电拟采用市电和现场发电机组相结合；在条件许可的情况下尽量接入市电。顶管施工措施根据现场布置，先施工顶管工作井（拉森钢板桩施工）。顶管采取24小时不间断施工，以缩短工期。1、顶管施工流程图：第2页共20页2、顶管顶力计算顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力等。(1)顶力计算（以d1200管顶进40m为例）砌筑井体工作井施工浇筑砼钢筋制安工作井后背施工顶管设备安装检查顶管设备备备开机顶进管内挖泥下一节管吊装接管正常顶进回收掘进管道贯通回填泥土外运测量控制及纠编注浆减阻竣工验收测量定位第3页共20页顶管机头正面挤压段压力：F1=×D2/4×P其中F1--顶管泥水阻力(t)D--顶管外径(m)P--顶管泥水最大压力(t/m2)P与土层密实度、土层含水量、地下水位状况有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算顶管前端面压力为20-30t/m2，F1=×D2/4×P＝×1.802/4×30＝76.34T管壁摩擦阻力：F2=S×L×f其中S—顶管外周长(m)L—最长一段顶管长度(m)f—综合摩擦力系数(T/m2)f与管道的埋设深度、土质、地下水位等因素有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算综合摩擦力系数f=1.1T/m2。F2=S×L×f=×1.80×40×1.1＝248.81T管自重：F3=B×L=1.95×40=78T在考虑一次顶进距离为40m时，顶管总阻力为以上阻力之和：F=F1+F2+F3=403.15T顶进的后座采用2个500T的千斤顶，采用的减阻措施，通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁与泥土间压触变泥浆减阻(优质膨润土拌制而成)，注浆需要管节间的密封良好，否则浆体会在管节间泄漏起不到应有的作用，减阻效果好时，f—综合摩擦力系数可以降低到0.3-0.8T/m2左右，将触变泥浆的减阻作为保险系数。(2)管材受力计算第4页共20页钢管内径d=1200mm，防腐保温厚度t=2000mm，外径D=1400mm，每节管长度12000mm。可承受的最大顶力为(安全系数为4)：F=s×5000T/m2/4=437.5T403.15T；满足要求。3、顶进设备顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管等。（1）千斤顶千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程采用2台500t液压千斤顶。千斤顶在工作坑内的布置应与管体中心线一致，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时折力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，采用人工挖运土方时，管上半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1/4～1/5处为宜。（2）高压油泵由电动机带动油泵工作，选用额定压力为62MPa的ZB－500注塞泵，经分配器，控制阀进入千斤顶。（3）顶铁顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶压力而不变形，并且便于搬动。根据顶铁位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。（4）其它设备工作坑上设活动式工作平台，平台用30号工字钢梁，上铺15×15cm方木。工作坑井口处安装一滑动平台，作为吊土使用。工作平台上设起重架，上装电动卷扬机。第5页共20页工作棚用彩瓦遮盖，以防雨水及阳光，便于人员在不同气候下的正常操作。4、工作井（1）工作坑的布置工作坑是顶管施工的工作场所。其位置可根据以下条件确定:①单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；②考虑地形和土质情况,有无可利用的原样土做后背；③工作坑与可能穿越的管线，建筑物要有一定安全距离；④距水、电源较近的地方；⑤工作井不影响地面交通等。（2）工作坑的尺寸工作坑应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，坑底长、宽尺寸可按如下公式：底宽W＝D＋(2.4～3.2)式中W──工作坑底宽度(m)；D──被顶进管外径(m)；底长L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5式中L──工作坑底长(m)；L1──管子顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，一般留0.2米；L2──每节管子长度(m)；L3──出土工作间隙，根据出土工具确定,一般为1.0～1.5m；L4──千斤顶长度(m)L5──后背所占工作坑厚度(m)。考虑到坑内后背采用钢板，本工程工作井为内径4.5m×4.5m的工作井，（3）工作井施工顶管工作井场地地质条件一般，开挖工作面附近来往车辆较多，所以工作第6页共20页井开挖过程中必须有可靠的挡土措施。本工程的工作井采用拉森钢板桩施工，当土层条件较好时，可从上到下分层开挖，并在一定高度做围檩支护。（4）工作坑基础加固工作坑底根据土质、管重量及地下水情况,做好基础，以防止工作坑底下沉，导致管子顶进位置的偏差。采用级配碎石基础，当工作坑底土质松软，有地下水时,应采用强度为C25混凝土封底,厚度为20cm，混凝土底板漏水处应采用灌注水泥浆。井内设一个集水坑，平面尺寸为50cm×50cm，深50cm，用砖砌筑，水泥砂浆抹面，以便收集地下水和雨水，用潜水泵将水排出地面。（5）工作坑导轨设置导轨：作用是引导管按设计的中心线和坡度顶进，保证管在顶入土之前位置正确。导轨安装牢固与准确与否对管子的顶进质量影响较大。因此，安装导轨必须符合管中心、高程和坡度的要求。（6）接收井施工方法同工作井（略）管节安装1、接口质量保证措施（1）施工员必须督促保证施工人员在驳接管材时安装橡胶止水带，且位置、方向正确。（2）在驳接顶进时，要边顶边观察止水带的位置，发现偏差要及时纠正。（3）严格按图纸及施工规范的要求操作；2、管体材料每节长度为12000mm，供热钢管。出土与顶进工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，即可进行出土和顶第7页共20页进。首先将管子下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管中心和管底标高及接口处是否符合设计要求，合格后即可进行管前端取土，凿开护壁进行进洞施工；当管体进洞后，不要急于顶进，首先要封堵好洞口处管体外壁与土体之间的缝隙，保证管体外壁泥水不会渗漏入工作坑，以免因出洞引起的护壁外土体的塌方。1、顶进施工顶进利用千斤顶出，靠在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下:⑴安装好顶铁挤牢，管前端已掏挖一定长度后（视土质情况而定最长不得大于30㎝），启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管推向一定距离。⑵停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。⑶掏挖取土，添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。⑷卸下顶铁，下管，接下一节管。⑸重复上一工艺流程，直至全段贯通。2、顶管工作面排水地下水由工作面流向工作井集水坑，再用泵排出地面。3、管内作业面安全措施管内主要采用人工来掘进、纠偏、排土及顶进，考虑管内工作环境要求，必须采取以下措施：⑴管内施工属于潮湿环境，管内照明必须采用安全低压照明，管内沿线间距10m，在管体右角上安装一盏12V、60W的灯泡。⑵在顶管中，通风是一个不容忽视的问题。因为在顶进过程中的时间比较长，人员在管子内要消耗大量的氧气，时间长了，管内就会出现缺氧，不仅影第8页共20页响作业人员的健康,而且影响测量。因此需解决好通风问题。由于本工程施工管道长度不大，采用鼓风式通风，选用小型风扇。在施工人员下井前必须先通风，并利用鸟类以及有害气体检测设备对井内气体进行检测，确认安全后方可下井操作。4、纠偏顶进措施⑴顶管测量：采用经纬仪和光学水准仪。①测量次数：开始顶第一节管子时，每顶进20—50cm/次，正常顶进时，每顶进1m/次。校正时，每顶进50cm即测量一次。②中心线测量：首先在地面用经纬仪确定顶管方向桩，然后在工作坑边的两方向桩上挂小线，其上吊2个垂球到工作坑底部，在工作坑中用激光水准仪照准两垂球，读管前端的中心尺刻度，若与中心尺的中心刻度相重合，说明其方向准确，否则其差值即为偏差值。③高程测量：在工作坑内引设水准点，停止顶进，将激光水准仪支设工作坑同内，测量前端管底高程。⑵顶进偏差的校正顶进中发现管位偏差10mm左右，即应进行校正。纠偏校正应缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛纠硬调。5、减阻润滑触变泥浆通过制造、储存、压浆系统，从第一节管注浆孔处压入触变泥浆，形成一定厚度（15mm左右）的泥浆套，间距6～8m设一道补浆孔，使顶管在泥浆套中向前滑行，减少摩阻力，根据压力表和流量表，计量桶控制注浆量，压力应控制在地下水位的1.1—1.2倍。材料：膨润土：烧碱：水=1：0.05：4.5配比，经试验，确保泥浆性能良好，必要时加其他外加剂。为使泥浆能及时将管壁空隙灌满，灌浆速度要与顶进速度相适应，注意观第9页共20页察，防止跑冒，并保证泥浆达到量。造浆后应静置24小时后方可使用。6、排土和泥土外运顶管土体在管内用人力手推车运输到工作坑，由提升设备将泥土运至地面堆土区，然后用环保运输车运至弃土场。7、正常顶进施工顶进速度应根据出土情况确定，要即挖即顶，防止塌方。顶进过程中，若摩擦力过大时，采取边压触变泥浆边顶进，以减少管体的阻力。顶进一节后，回缩千斤顶，拆开通风、照明等管线，吊入下一管段，校直对中，接好接头，安装回各顶铁，接通各管线，开动油泵顶进一千斤顶行程，回缩千斤顶，测量、加顶铁，重复顶进至一节管体后，又重复上述流程。8、主要技术措施为了控制好路地面沉降，使其保证在规范要求以内，主要采取了以下措施：（1）等体积置换：即在管内挖掘土方的体积Q土完全等于顶入管子的体积Q管（Q土=Q管），所以每次顶进都经过一定的计算，尽可能相等。若Q土＞Q管时，地面易于沉降；Q土Q管时，地面易于隆起。（2）减少扰动：顶管是静荷载作用于土体，然而，顶管在采取纠偏措施时，虽然仍属静力范围，但对土体却有周期性的扰动。因为纠偏时对土体一侧加荷的同时，另侧又强迫卸荷，促使土体内发生应力变化，导致扰动和变形，而且，这样的变化是周期性的，即扰动还没有恢复第二次扰动又发生，如此重复动作，使土体疲劳，以致变形加剧，并扩散至地表。为了减少这种对土体扰动，故尽量；①减少纠偏次数：压注泥浆不使管壁与土体之间形成空隙：顶管设计时，为了减少摩擦阻力，降低主千斤顶的顶力，工具头的外径常常比顶入管材的外径大10mm~20mm，第10页共20页因此，顶管时在顶入管与土体之间就存在一定的空隙，导致土体可能的沉落，为此，必须及时压注泥浆于空隙中，并且边顶进，边压注，更需要在中间补浆，使在顶管中形成完整的泥浆套，既消除了空隙，又能平衡其上土体之自重，防止沉落。②使土体中不产生附加应力：土的变形，归跟到底是主体有了附加应力，顶管时，此类附加应力源于以下几种外力：A、泥浆压力的影响。为此，在压浆时要控制好压力。恰好能平衡“泥浆套”以上主体的压力，故事先要根据估计上压力确定泥浆的压力，并非泥浆压力越大越好。B、道路汽车行驶时的荷载，包括重载汽车急驶中的轮压力，主体的疲劳反应，以及紧急制动压力等。C、邻进施工影响及堆载影响等等。（3）顶进中导向要好，除了管端正面挖掘要均衡、对称外，还要：①经常检查工作井内的导轨，穿墙门洞与顶管间的空隙等有无异常；②千斤顶的中心应和正面阻力及摩阻力的合力重合，尽量减少偏心，这一点在开始安装时必须考虑，若在开始顶进之后调正，就困难了；③经常注意后座的刚度是否足够，其变形的大小和均匀度，以及弹、塑性变形值的比例等，随时设法消除各种影响异向精度的因素；④顶进不宜求快，在穿越道路的顶进中，更需要慢，通常每次顶20~30cm。在过道路时，改为10~15cm。每次顶进少一些，异向就相对易于掌握。9、其它有关问题的处理后座土体支持力不足时：①在座土体表面堆放压重决，使主体封板桩墙或其它型式的后座墙增加被动上压力，提高土体的支持力。但