人工顶管.doc

东莞市市规划展览馆室外工程管道工程

人
工
顶
管
施
工
方
案

编制单位
编制日期

第一章 编制依据
1、《东莞市市规划展览馆室外工程》设计图纸；
2、《给水排水管道施工及验收规范》GB50268-97；
3、《混凝土质量控制标准》GB50164－92；
4、《市政道路工程质量检验评定标准》CJJ1-90；
5、《市政排水管渠工程质量检验评定标准》CJJ3-90；
6、东莞市建设委员会颁发的有关建筑规程，安全、质量及文明施等文件
第二章 工程概况
2.1 工程简介
本东莞市市规划展览馆室外工程管道工程O+150到O+224.48路段DN800雨水管道，总长111.1米。原设计采用机械明槽开挖铺设管道施工，但由于工期紧、施工场地有限、现场交通繁杂、地下管线复杂、有可能遇上地下障碍物等情况，将影响本工程机械明槽开挖铺设管道正常施工的不利因素，根据地质勘查报告BK1显示，此处为强风化层，故将本工程中的明槽开挖铺设管道工程改用人工顶管，总长86.9米。管材采用DN800的III钢筋混凝土管埋深约为3~4m。改用人工顶管后，工作井、接收井及检查井的井位和管段长度将根据现场实际情况（顶进长度、地下障碍物、交通影响等）而确定。
第三章 施工部署
3.1 施工组织安排
本工程需要采用人工顶管的管段为计划用4 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。
3.2 顶管施工工艺流程
工作井施工→ 设备安装→ 管吊装就位→ 施工准备→ 开机顶进→回收掘进机头→ 结束→ 测量控制及纠偏→ 复核→ 废泥外运→ 施工下一节
3.3 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→ 砌检查井。
第四章 施工准备工作
4.1 生产准备
1、进行施工测量和现场放线工作。
2、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。
3、按施工平面布置图修建临时设施，安装临时水、电线路，并水试电。
4、进行顶管所用设备的加工制作。
5、根据顶进长度，准备好各类管线和所需的辅助物
6、根据材料计划，分期分批组织材料进场。
4.2 技术准备
1、审查施工图纸和进行各专业图纸会审，进行施工技术交底工作。 2、做好标高点控制，施工测量和现场放线工作。
3、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。
第五章 主要工程项目的施工技术方案
5.1 人工顶管顶力的计算：
（一）对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。
根据经验公式： P=n P0
其中：
P——总顶力
n——土质系数。
土质系数取值可根据以下两种情况选取：
（1） 土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5～ 2.0。
（2） 土质为中粗砂及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3～4。取n 为2.0。
P0——为顶进管子全部自重。
顶进的每节管自重约为2 吨，最长段以90米计，每节管长2 米，共要顶进45节管，则P0＝2*45＝90吨。
则总的顶力为：P=n P0 ＝2.0*90＝180 吨
考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.3 倍左右的储备能力，设备顶进应力为234 吨, 取总的顶力F＝300 吨，选用两个千斤顶作为顶进动力设备，每个千斤顶的顶力应为150 吨。
（二）对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖时容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。
根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。
⑴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=S1×K1
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=S1×K1=πr2×K1＝3.14*0.85*0.85*35＝79.40 吨
⑵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=S2×K2
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=S2×K2=πDL×K2=3.14*1.7*90*0.5=240.21 吨
顶管阻力为以上二种阻力之和，顶进长度按最长管段90米计算，总顶力：F=F1+F2 ≈319.61吨
因此，取总的顶力F＝400 吨，选用两个200 吨的千斤顶作为顶进动力设备。
5.2 顶管工作井内设备安装
（一）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。
1、由于工作井底板浇注了20cm 的砼，地基稳定，导轨直接放置在工作井的底板上。
2、严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管道纵坡一致。
3、导轨采用浇注砼予以固定，导轨长度采用2～3m，间距设置为60cm。
4、导轨必须直顺。严格控制导轨的高程和中心。
（二）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。
（三）照明设备：
井内使用电压不大于12V 的低压照明。
（四）通风设备：
人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风。
风量的计算：
1、按洞内同时工作的最多人数计算：
Q=k×m×q
式中：
Q－所需风量，m3/min;
k－风量备用常用系数，常取k=1.1～1.2
m－洞内同时工作的最多人数
q－洞内每人每分钟需要新鲜空气量，通常按3m3/min 计算。
现管内有两人工作，一人开挖，一人负责运余泥，取k=1.1,m=2, 则有Q=k×m×q=1.1×2×3=6.6 m3/min
2、漏风计算
Q 供＝P×Q
式中：
Q－计算风量
P－漏风系数
采用Ф200PVC 管，每百米漏风率一般可控制在2％以下。取P＝1.02，则Q 供＝P×Q＝6.6×1.02＝6.73 m3/min 取风量大于7000L/min 离心鼓风机（或高压空气压缩机）作为通风设备则可以满足要求。
（五）工作棚架：
作为防雨及安装吊运设备。工作坑上设活动式工作平台，平台用20#工字钢梁。在工作平台上设起重架，井旁边装置电动卷扬机。
5.3 引入测量轴线及水准点
（一）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。
（二）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。
5.4 下管
（一）下管前，要严格检查管材，不合格的严禁使用。
（二）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。
（三）要安装户口铁或弧形顶铁保护管口。
5.5 千斤顶和顶铁的安装
千斤顶是掘进顶管的主要设备，由前面顶力计算可知,本工程最长管段的顶力为400吨.拟采用2台200吨液压千斤顶。
（一）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1/4~1/5 处为宜。
（二）安装顶铁应无歪斜、扭曲现象，必须安装直顺。
（三）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。
（四）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。
5.6 顶进施工
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。顶进施工时，主要利用风镐在前取土，千斤顶出镐在后背不动的情况下将雨水管向前顶进，其操作过程如下：
（1）安装好顶铁挤牢，工具管前端破取一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。
（2）停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。
（3）添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。
（4）卸下顶铁，下管，用环形橡胶环连接混凝土管，以保证接口缝隙和受力均匀，保证管与管之间的连接安全。
5.7 顶进施工中的重点工序
（一）测量
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20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50～100cm 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。
（二）纠偏：
当测量发现偏差在10～20mm 时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。当偏差大于20mm 时，采用千斤顶纠偏法，当超挖纠偏不起作用时，用小型千斤顶顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可施加顶力。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至使偏差回归。
（三）管前挖土要求
1、在道路和重要构筑物下，不得超越管段以外100mm，管周不得超挖，并随挖随顶。
2、在一般顶管地段，如土质良好，可超挖管端300～500mm，在管周上面允许超挖15mm，下面135 度范围内，不得超挖。
（四）接口的处理：
由于顶管的管材为F 型接口，顶管完毕后，对于管与管之间的缝隙，采用膨胀水泥砂浆压实填抹。选用硅酸盐膨胀水泥和洁净的中砂，配合比（重量比）为：膨胀水泥：砂：水=1:1:0.3,随拌随用，一次拌和量应在半小时内用完。填抹前，将接口湿润，再分层填入，压实填抹平整后，在潮湿状态下养护。
5.8 工作井内管道施工
管道完成后，按设计图在井内用砖砌筑检查井，井内外批防水砂浆。待砂浆达到一定强度后，回填石屑至管顶面，用水冲实。
5.9 遇到流砂时的施工技术措施
顶进时若遇到流砂较多，且流砂流动性较强，则要在管内准备足够的砂包、稻草用来阻挡流砂的流动。或用改装后带网格的工具头配合施工。以防万一,确保施工人员的生命安全.
第六章 施工计划
6.1 施工进度计划
由于本工程工期较紧，因此在开工前一定要做好施工前期的准备工作：首先要落实挖掘机、吊机、槽钢、管材等关键设备和材料以及人员，保证工程开工能够即刻到位；测量人员根据甲方提供的控制点加密导线点水准点、测放中线点标高点以及探测地下管线、构筑物等，根据中线点确定开挖范围以及范围内的拆迁物，在现场和平面图上作标记；搭好工地办公室、小型仓库、工棚以及清理停车场等前期工作。
6.2 主要施工机具设备
主要施工机具设备一览表
机具名称
规格
性能
单位
数量
用途
工具头

纠偏
台
6
掘进
空压机

台
3
破岩
四脚架
6米

副
6
出土
斗车

部
6
运土
水泵
1.2千瓦

台
5
排水
电焊机
BX-330

台
2
焊接
气割

套
2
切割
卷扬机
1.5T

台
2
提升
千斤顶
200T

台
2
顶管
高压油泵
ZB-50

台
2
顶管
顶压装置

套
3
顶管
鼓风机
7000L/min

台
2
通风
第七章 质量保证措施
1、顶管施工前编制顶管组织设计，提交监理和业主审定才能进行施工。
2、顶管前，项目部向作业班组进行详细的技术交底工作，每道工序开工和员工上岗前进行简短的质量要求和技术交底，由各专业工程人员负责实施，使每个员工上岗前做到人人心中有数，以确保工程质量。 3、摸清施工沿线的地下管线的详细情况，并制定详细的技术措施。 4、做好施工资料管理工作，及时填写原始记录和隐蔽工程记录（含照片），及时完成竣工资料。
5、认真做好施工计划，保证施工作业连续均衡、紧凑，从而有效可靠地控制质量，保证工程质量。
6、顶进过程中，应严格控制顶力在允许的范围内，并留有足够的安全系数。
7、顶管控制在质量标准范围以内，如果在顶进过程中，发现方向失控，应该立即停止顶进，逐级上报，经研究同意后，方可以继续顶进。 8、作好地质勘察及资料整理工作，认真编制好施工方案和通过不同土层的技术措施及纠偏措施，确保管道的顺利顶进。
9、加强操作控制，使顶管均匀平稳，受力均匀，尽可能减少顶进过程中的倾斜、偏移、扭转，防止管壁出现裂缝、变形。
第八章 安全文明施工及环保措施
8.1 施工安全措施
1、沿工作井四周设置1.2 米高的固定护栏，护栏上挂安全网，工作井四 周要挂相应的警示标语。
2、挖土施工时工作井必须设置爬梯，供人员上下井用。使用的卷扬机等 应安全可靠并配有自动卡紧保险装置。
3、挖出的土石方应及时运离工作井，不得堆放在工作井四周1 米范围内。
4、顶管作业人员必须戴硬安全帽。
5、顶管施工区域沿线采用标准围蔽。
6、严格遵循土方开挖程序，控制均匀挖土，防止发生偏位，严重倾斜或管涌等现象，做好作业前和施工中的通风换气工作，每次进入管道时，保证管内通风，以免导致人身事故。
7、吊车、起重设备由专人操作和专人指挥，统一信号，预防发生碰撞。吊车靠近工作井边坡行驶时， 加强对地基稳定性检查， 防止发生倾翻事故。吊管下工作井时，注意安全。
8、加强机械设备维护、检查、保养。机电设备由专人操作，认真遵守用电安全操作规程，防止超负荷作业。
9、开挖前详细了解沿线管线资料，做好沿线管线保护措施。
10、作业人员轮换制。每个作业人员在管内作业时间不得超过1小时，避免劳动强度过大引起危险。
11．顶进过程中，施工人员必须使用安全带，洞口必须有施工人员照应，洞内用不大于12 伏照明灯照明，每班作业时必须有合格的电工当班。
12、利用轴流式抽水泵在工作井设置的集水井内进行抽水，保持井内无积水，抽水时，施工作业人员不得站立在积水范围内。
13、采用卷扬机垂直牵引出土时，井下不能站人，工作井上平台的作业人员出土时必须使用安全带。
14、自制木板小车，用于放置压缩空气呼吸器和运载进管人员，并在车尾部拴上绳子，在万一发生意外的情况下由管外监护人员迅速将管内人员拉出管外进行抢救。
15、利用鼓风机并购买48 米长的软管，用于输送空气进入管道，加强管内空气的流动和循环。工作挖掘面的工人要佩带含氧量探测仪， 经常检查该处含氧量必须超过18％。
16、管外配备专职监护人员，密切注意入管作业人员状态，每一分钟对管内人员进行呼喊，或用一条绳子每隔一定时间拉一下作业人员， 在得不到安全的反馈情况下立刻采取相应应急措施。
17、井上配备相应药品。作业前要对施工人员进行紧急救援的培训， 使全体人员懂得使用呼吸器和含氧量探测仪，懂得救人步骤，并进行实地现场考核合格后才施工。
18、在人员进管前要用含氧量探测仪进行管道内氧气浓度的探测， 利用毒气探测仪进行管道有毒气体浓度的探测。
19、电动卷扬机必须设置防冲顶装置。
20、施工过程中使用的有关机械设备必须严格按照各机械的安全操作规程进行操作，全部用电设施必须符合《施工现场临时用电安全技术规范》。
8.2 采用空气压缩机带风镐机挖土时的安全措施
1、作业环境内保持清洁和干燥，贮气罐放在通风良好的地方，半径15m以内不得进行焊接或热加工作业。
2、曲轴箱内的润滑油量应在标尺规定范围内，加添润滑油的品种、标号必须符合规定。
3、各联结部位应紧固，各运动部位及各部阀门开闭应灵活，并处于起动前的位置。
4、起动空气压缩机必须在无载载荷状态下进行，待运转正常后，再逐步进入载运转。
5、开启送气阀前，应将输气管道联接好，输气管应保持畅通，不得扭曲。送气时，在出气口前不准有人工作或站立。
6、发现以下情况必须立即停机检查，找出原因待故障排除后，方可作业。
①漏水、漏气、漏电或冷却水突然中断；
②压力表、温度表、电流表的指示值超过规定；
③排气压力突然升高，排气阀、安全阀失效；
④机械异响或电动机电刷发生强烈火花。
7、停机时，应先卸载，然后分离主离合器，再停止电动机的运转。
8.3 环保与文明施工
1、控制噪声，顶管设备施工作业、施工运输车辆特别是夜间施工所造成的对附近居民的影响，由于顶管进行连续顶进施工，采取必要的减噪措施，同时报经主管部门批准。
2、加强环境保护，控制空气污染，对施工作业机械，运输车辆作业时所产生粉尘进行控制，并定期对施工现场周围地面进行淋水，减少灰尘对周围环境的污染，同时做好对城市绿化、地下管线、地下文物的保护。
3、保持每天24 小时对工地范围内的交通通道进行维护、清扫。工地范围与各主要通道加强照明设施，保证车辆司机、行人能充分看清路况、警示标志以及施工围栏。
4、当天的余泥尽量当天运走，避免污染环境。