公路顶管方案.doc

1、公路顶管施工方案胜利油田胜利石油化工建设有限责任公司2012 年 11 月 12 日公路顶管穿越施工技术方案1.工程概况关中环线天然气储气调峰管道工程地处陕西关中地区经济发达的西安、宝鸡两大行政管理区，交通道路发达，沿线穿越高速公路、管道沿线主要公路有G310、G107、G108、S107、S108、X203、X201、X304 等。国道、省道、县道及乡村公路穿越次数比较多。按照设计招标文件要求，穿越方式采用顶管穿越施工，公路顶管穿越采取液压顶管施工方式。省道穿越示意图表 1-1 关中环线天然气储气调峰管道工程管道顶管穿越统计表（DN900 段）序号 公路名称 穿越长度 穿越方式 备注1 高速

2、公路穿越 260m/7 处 顶管 液压顶管2 国道、省道穿越 164m/9 处 顶管 液压顶管3 三级公路穿越 152m/19 处 顶管 液压顶管4 乡村公路穿越 1204m/198 处 顶管 液压顶管表 1-2 关中环线天然气储气调峰管道工程管道顶管穿越统计表（DN600 段）序号 公路名称 穿越长度 穿越方式 备注1 高速公路穿越 50m/1处 顶管 泥水平衡顶管2 国道、省道穿越 96m/6处 顶管 液压顶管3 三级公路穿越 123m/11处 顶管 液压顶管4 乡村公路穿越 278m/44处 顶管 液压顶管2.液压顶管作业流程3.顶管施工措施3.1 施工原理在公路两侧放出管道中心线，选择

3、地势较低的一侧作为顶管操作坑，另一侧为接收坑，确定顶管穿越的进、出口位置，在操作坑内放入第一节穿越套管和顶管设备。由人工先在套管前端掏土，待套管前端形成略大于套管外径的圆型空间后，再顶进套管。待套管顶进后再继续人工掏土，正常顶进 1-3m 时应进行相关测量，管线位置发生偏移时，要及时采取校正措施，无偏移时继续顶进，如此循序渐进，直至穿过公路为止。施工中的清土、排渣采用轨道小滑车配合施工。顶管穿越流程图混 凝 土 套 管顶管施工示意图3.2 施工准备1）组织施工人员熟悉施工图，进行技术交底，探讨施工质量保证措施。2）开工前预先与公路主管部门联系，按照管理部门的要求办理穿越施工手续，按其要求设置相

4、应的警示标志。3）应向公路、铁路等有关部门了解清楚穿越地段内地下是否有通讯线路、管道等设施，对于此类设施应请主管部门的有关人员现场指定位置，人工开挖，使之暴露，保护方案应得到主管部门认可。3.3 顶管机的选用工程施工采用钢筋混凝土钢承插口三级管（最大套管为 DN1800mm） 。根据总顶力经验计算公式 F=nGL其中 n土质粘住系数G每米套管自重L顶管长度每米套管自重=材料密度每米套管体积=2.45（1.8+0.15）0.151m3=2.2t顶管长度按 60m 计算，土质按粘土、粉质粘土，含水量较小时，挖后能短期形成土拱，土质系数取 1.52。总顶力=nGL=22.250=220t土质按密实砂

5、土、含水量大的粘土、亚粘土，挖后不能形成土拱土质系数取 34。总顶力=nGL=42.250=440t根据以上计算，本工程设计顶管穿越长度最大为 50m，按穿越地段为含水量较大的粘土、亚粘土、粗砂、密实砂土考虑，采用 4 台 120 吨液压千斤顶进行施工应该可以满足其推力需要。3.4 修筑施工便道根据现场情况，高速公路穿越应根据依托道路情况在穿越点工作坑侧修筑一条 3.5 米宽施工便道，以便于车辆、材料进入，施工便道与管线便道平顺相接。省道、国道及县乡公路可以依托现有道路作为施工便道。3.5 场地平整、测量放线1）根据现场情况，若操作坑开挖深度能够一次开挖的，在工作坑一侧平整出一块宽 30m，长

6、 30m 的施工场地（铁路、高速公路、省道等顶管长度较长道路可平整处宽 40 米，长 50 米施工场地） 。2）测量放线（1）根据设计给定的控制桩位，用经纬仪放出穿越中心轴线，并定穿越中心桩，施工带边线桩，撒上白灰线，同时用水准仪将高程引测到穿越控制点上，以便控制操作坑挖深。（2）测量放线同时放出操作坑与接管坑的位置和开挖边线。（3）保护好公路两侧中心线上的标志木桩，以便按该桩测量、审核操作坑开挖深度和穿越准确度。3.6 作业坑开挖1）根据设计要求，在穿越道路两端各开挖一个工作坑，一个作为作业顶进工作坑，另一个作为接收首节管的工作坑。2）操作坑宽度为 5m，工作坑的长度与管节长度、千斤顶长度及

7、后背墙的尺寸有关，其长度根据现场和所使用的千斤顶的尺寸而定，穿越套管单根长以 2m 计算，操作坑长度为 5m。3）工作坑的深度由设计管底高程及基础厚度而定，即管底高程减去轨道及基础厚度，就是坑底标高。4）在挖作业坑时，后背墙的原土层不得破坏，后背墙具体要求如下：（1）要考虑有充分的强度，在顶进中能承受液压千斤顶的最大反作用力而不破坏。（2）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。（3）后背墙表面要平直，并且垂直于顶进管道的轴线，以充分避免产生偏心受压，影响顶进质量。（4）根据土质情况，必要时后背墙要采取相应的支撑

8、措施，例如加枕木，加止推平台，选材要均匀坚固，以承受较大的后座力，避免造成后背墙受力不均，发生倾斜现象。5）在地形复杂、易塌方地段，应修筑混凝土操作坑，操作坑后背采用 30cm 厚钢筋混凝土，并在后背中夹设槽钢、枕木以加强后背强度，坑底标高比套管底标高低 0.5m，并在作业坑的坑底铺素砼垫层 200mm。在公路两侧路基 70cm 以内严禁开挖作业坑。6）地下水位高，坑内内出现渗水现象的，操作坑采取深井降水法将地下水位降至坑底 0.5m 以下。坑底四周挖排水沟，并在适当位置挖集水坑，用潜水泵提升排放施工中渗出的积水。坑上口四周边沿设挡水坝，以防地表水流入坑内，坝的高度为 0.5m，顶宽 0.5m

9、，坡比 1/0.5；在操作坑内安装轨道、安装顶管设备。3.7 顶管设备安装就位1）设备下坑前，要对已挖好的坑基进行测量找平，符合技术要求。2）作业坑处理完毕，用 16t 汽车吊安装后靠背挡板，支撑托架及推进轨道等，测量校正导轨面，保证套管中心线与设计中心相吻合，保证施工精确度。3）安装护圈护圈装于首节管端部，护圈由外壳、内环和肋板三部分组成，护圈外壳套于顶进管外部，遮板端部呈 2030角，尾板宽度 1520cm。1遮板 2尾板 3套管壁 4环梁 5筋板图 3.7-1 套管护圈示意图4）安装管节混凝土管节下坑前应先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缝，检查合格的管

10、节用吊车吊到顶管工作导轨上，准备连接顶进。 详见顶管穿越示意简图。5）千斤顶着力点在被顶管端面上的部位是离管底 1/3 管径处，故千斤顶下面需要搭台，千斤顶可一只或多只，但要按管中线对称布置。管道顶进时所用顶铁包括环形顶铁，方顶铁和横铁。环形顶铁安放在管端面处，它的内、外径尺寸要与管端面尺寸相适应，厚度 300500mm。它的作用是使方顶铁传来的顶力较均匀地分布到被顶管端面上，以免管端面顶坏。方顶铁是在顶管过程中调节间距的垫铁，因此方顶铁的长度要根据千斤顶的冲程、管节长度而确定。方顶铁的两顶端面严格要求平整与平行，若达不到这一要求时不可使用。因为顶端间不平行，在作业时容易发生顶铁外弹。顶管横铁

11、安在千斤顶与方顶铁之间，将多只千斤顶的顶推力传递到两侧的方顶铁上。横铁断面尺寸 300300mm，长度按被顶管口径及千斤顶数量确定，套管规格为DN1200mm 混凝土套管。详见图 3.7-2。1.边坡 2.套管 3.环向顶铁 4.纵向顶铁 5.横向顶铁 6.千斤顶 7.集水坑 8.方木 9.基础图 3.7-2 顶进装置示意图3.8 顶管作业1）顶进也就是把管节沿导轨推顶到已挖好的洞内的作业，顶进操作要坚持先挖后顶，随挖随顶”的施工原则。千斤顶顶进一个冲程后，千斤顶复位，在横铁和环形顶铁间装进合适的顶铁，然后继续顶进。顶铁安装应平直，顶进时严防偏心，以免使顶铁崩出伤人。顶进时注意油压变化，发现不

12、正常时立即停止顶进，并检查原因。千斤顶活塞伸展长度应在规定范围内，以免损坏千斤顶结构。在整个顶进操作中应坚持连续作业。在顶管作业遇到石方时，可采用预裂爆破、膨胀剂或人工凿进等方法施工。2）管道接口管节稳定后，在管内侧两管节对口的地方按设计要求用垫油毡或麻辫石棉水泥填充密封，在管内用钢涨圈将两节管接口支撑牢固，使接口处于刚性连接，避免在顶进中受力产生错口，保证顶进过程中高程和方向的准确性。钢涨圈是用 610mm 钢圈焊成的圆环，宽 260300mm，环外径比钢筋混凝土管内径小 3040mm。详见图 3.8-1。图 3.8-1 套管钢胀圈示意图3）碎土外运可采用双轮小推车运，从工作面开凿下的碎土要

13、及时通过管内用小推车水1 木楔 2套管 3钢涨圈 4麻辫平运输至工作坑内，然后垂直提升至地面。4）设备吊拆当套管顶进至对面接管坑时，套管穿越完毕，吊拆设备，清除管内碎土，进行误差测量。进行主管穿越施工。3.9 质量控制与误差校正3.9.1 质量控制3.9.1.1 顶管的质量要求1）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3042m 以内的套管，偏差不应大于 150mm；钻进长度在 42m 以上的套管，偏差不应大于 200mm。2）水平偏差不应大于套管长度的 2%。3）顶管中心线允许偏差不得超过顶进长度的 1.5%，顶进位移纠偏时，每次纠偏角度不宜过大，可根

14、据管径、顶进长度和土质情况确定，一般在 520之间为宜。3.9.1.2 顶管质量的检测管节在顶进时，必须对顶进管段中线的方位及高程严格控制，以保证顶管的质量。顶管时的中线容易产生方位和高程上的偏差。其原因有以下几个方面：1）由于两侧千斤顶的顶力不对称，或后背发生倾斜，造成中线左右偏离。2）由于顶力作用点和管中线不一致，造成中线左右偏差。在前方挖土时，管底超挖而使高程起伏的不均现象。3）顶管的端面或后背上下部位的土壤承载力相差较大。4）导轨安装有较大误差。5）顶铁制造质量差，受力后变形。根据设计要求，工作坑的方位、高程、标定管道中心线、设定临时水准点等，都要进行精心测量，开始顶进的首节测量非常重

15、要，首节管顶进好坏、方位是否正确直接关系到顶进的质量。对每节管吊装下坑组对时，要及时进行相关的测量，并在正常顶进 13m时就应测量一次，管线位置发生顶偏移时，要及时采取校正措施。3.9.1.3 顶管质量的控制1）顶管高程的控制，可在顶坑中悬空固定水准仪，在顶管首端设立十字架。每次测量时，若十字架在管首端的相对位置不变，水准仪的高程亦固定不变，只要量出十字架交点偏离的垂直距离，就可读出顶管的高程偏差。若水准仪从坑外引进绝对高程，那么顶进管段的各点高程也可推测出来。顶管时的方位偏差，可在坑上面引出中线，在中线方位的两点向坑内吊设两根垂球线，若管首端通过中心点的垂球线和上两垂球线在一条直线上，则顶管

16、方位是准确的，否则存在偏差。2）对管内工作面已挖成形，要由专检人员进行质量检验符合要求后，方准进行顶进作业。3.9.2 顶管偏差校正在顶管过程中校正偏差是保证顶管质量的有力措施，偏差是逐渐积累起来的，也只有逐渐校正过来，偏差过大校正就很困难，因而在顶管过程中应勤校测，发现偏差及时校正。校正的方法分坑内和管端面纠偏这两类方法，具体作法如下：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，以防产生相反结果。当管前土方被切削形成一定的土洞孔隙时，利用顶力设备。当偏差为 10-20mm 时，可采用此法校正。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：这种矫正法基本上同顶木校正法，即用小千斤顶接一短顶木，利用小千斤顶的顶力使管位得到校正。4）加垫块校正法：即在顶管末端与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角度，顶进时可使被顶管得到纠正。4.泥水平衡顶管施工工艺流程西汉高速公路 50 米穿越位于西安市长安区，由于户县段地下水位较高，因