顶管工程施工方案.docx
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顶管工程施工方案
*******引水工程****标之顶管工程施工方案
施工方案及报价
*****航务工程局****公司
*****年十月二十八日
*****引水工程****标之顶管工程施工方案
1、工程概况
******引水工程的****标中,***水库至***点的输水管道要跨越铁路路堤,管线为2条D1600的管道,跨铁路和斜坡段范围内采用的是钢管,壁厚14mm,其余是采用PCP管道。
原设计是全线开槽埋管施工,在跨铁路处,管线转弯,使其垂直跨越铁路,现业主要求将跨越铁路范围内的管线改为顶管施工,管线的平面位置也作修改,让管线斜穿铁路路堤,使其总管道长度减短。
工程平面位置见图1所示。
两条管线平行布置,边到边间距1.712m,管道中心高程为+20.0m,而铁路两侧地面标高为22.5m左右,而铁路路堤堤顶高程为+33.7m,在铁路中心处,管道的埋深为14.5m左右。
2、施工条件
本工程管道位于原地面以下2m左右,管道经过的土层就是表层土,一般为粘性土和回填土,地势较高,无明显地下水,周围场地较开阔,可供施工的场较大,也有村镇道路通往现场,施工工作井和接收井的条件均较好。
但用水用电较困难。
3、顶管施工的设计及规划
3.1 工作井的设计
工作井选在铁路的南侧,为保护路堤,井壁离开路堤底坡线约1.0m左右,井的前壁与管线垂直,由于是顶钢管,为减少井内管节焊接施工的工作量,管节长度比砼管大,钢管的节长采用6m,另外考虑两根管在同一工作井中施顶,管的两侧离开侧壁约1.0m左右,根据以上原则,我们选定工作井的平面内尺寸为7×10㎡,由于管线在铁路侧的埋深较浅,管顶覆盖土厚度只有1.7m,采用一般井时,井后的土体难以承受顶管施工的反力,因此,我们拟采用钢筋砼沉井结构,它一方面可承受顶管的反力,另一方面也可保护好铁路路堤不受破坏。
工作井的前后墙的厚度选为60cm,两侧墙厚度为50m,井的下部设50cm高刃脚,井的底板厚50cm,为方便顶管操作,底板与管下缘间距为50cm,则井的刃脚底标高=管的中心高程-管的半径-管的壁厚-0.5m-0.5m-0.5m=20-0.8-0.014-1.5=17.686m。
井深=22.5-17.686=4.83m
3.2 接收井的设计
顶管线与开槽埋管相连时,一般可不设接收井,可直接利用开挖的基槽接收顶管的工具头,但本工程的顶管线是下跨铁路路堤,接收部位处在路堤底坡附近,为防止路堤不被破坏,应设立接收井,另外,接收井用完后也可改作排泥或排气阀井,并不浪费。
接收井平面内尺寸为4×7m2,壁厚为30cm,底板厚30cm,采用钢筋砼结构,施工时,可采用逆作法施工。
接收井位于铁路路堤北侧,井的外壁离堤的底边坡线1.0m。
3.3 顶管管线长的确定
根据工作井和接收井的方位,从设计图中测量可知两井的边到边间距为72m,两井的中心点的间距=72+0.5+2+0.6+5=80.1M≈80m,即顶管段长度为2×80m。
3.4 施工安排
进场后先建临设,同时联系钢管制作厂家,接通现场的水、电。
临设完工后,可先制作工作井,然后施顶1#管,同时制作接收井,1#管顶完后,吊工具头至工作井,施顶2#管,顶管完工后,拆除工作井中的设备,吊出接收井的工具管,然后将顶管线与两端的埋管线相连接。
施工程序如下:
工作井制作
管节安装及焊接
管节制作及防腐
接头防腐处理
工作井下沉
施顶第一条管
安装施顶设备
接收坑制作
调机头至工作井安装
机头进接收坑且吊出
施顶第二条管
机头进接收坑
管线端头连接处理
盖板预制
制作排水检查井
3.5 施工总平面布置
在工作井周围施工临时占用面积为15×30m,在接收坑位置,临时占用场地12×15m,另外,业主指定一地点作办公及生活用地,占地面积为20×40m。
总平面布置图如图1所示
3.6 施工工期
根据我们以往的经验,制作工作井一般需要30天左右时间,而对1.60m的钢顶管,每天我们能顶6~8m,平均按7m计。
则第一条管施顶时间T1=80÷7=12天
第二条管施顶时间T2=80÷7=12天
中途吊安机头及设备需3天,则顶管时间T3=12+3+12=27天。
另外,制作连接管和检查井需花时间3天,施工准备7天,验收按2天计。
则
施工总工期T=7+30+27+7+2=69(天)
4、主要施工方法
4.1 顶管工作井
由于本管线是穿越铁路路堤,为顺利顶管不影响铁路安全,我们拟选用钢筋砼沉井作顶管工作井,这样安全可靠。
沉井分两节预制下沉,先挖1m深的基坑,在坑内制井,操作按常规方法施工。
4.2、顶管设备
4.2.1 机头的选用
本工程土质较好,选用手掘式平口机头,机头后面安装4个短行程千斤顶,用于控制顶进的方向和纠偏;机头为钢结构,直径与管道一样。
4.2.2 主顶设备
本工程顶管的最长距离80m,可一次性施顶,不必设中继间,工作井选用 4台200t的千斤顶,总顶力为800t,另配42Mpa的高压油泵,向千斤顶供油。
4.2.3 附属设备
包括以下设备:
向管道通风的空压机,采用6m3的空压机;
向管道外壁注浆的设备,选用0.8Mpa的压浆泵;
重件及管节的吊装:
选用25t的轮胎吊;
另外还有支承架、顶铁,分压环等,工作井内设备的安装布置见图2所示。
4.3 管节的制作及安装连接
4.3.1 工程管制作
钢管材料为A3钢,由专业机械加工厂卷制焊接加工,采用埋弧自动焊,焊条牌号为T42。
钢管供货长度为每段6.0m,每段管重约4.4t。
钢管加工好后,要作防腐处理,外表面用FIL-8环氧沥青石棉布包裹,内表面用20mm厚1:
2水泥砂浆钢丝网抹面。
在加工厂,纵缝采用埋弧自动焊,环缝采用人工手焊。
管节两端应打剖口。
4.3.2 运输
管材由汽车拖到现场,用25t吊机将管节卸车堆放在特制的轨道架上,然后人工平拖至工作井旁。
4.3.3 安装及焊接
由25t起重机将管材吊放下井,安装到井下轨道上就位,并与前节已顶出工作井的管后端对接无误后方可施焊。
焊接方法采用手工电弧焊,内外均要施焊,焊缝剖口形式为双单边V形剖口,剖口在工厂机械加工成形。
在工地施焊前,要用碳棒电弧气刨吹一遍,以保证焊缝质量,所有焊缝成形后,除作外观检验外,还须经超声波探伤检查,然后对接头处进行内外防腐处理,验收合格方可进行顶进作业。
另外,在两节管连接处的工作井底板上,要布设一个浅工作坑,深40cm,宽1,长5m,以便焊工可下到坑内焊接钢管底部。
4.4、顶进施工
顶管设备安装完后,可进行顶进施工,顶管是靠工作井中的主顶千斤顶给管道以水平推力,让管道在机头的带领下,穿过工作井前壁,然后再穿越土层一节一节逐步向前推进,在推进过程中,机头前方的土体,通过机头作工具仓,人工将土体挖运至工作井,然后吊出井外弃走,边挖边顶,直到机头和管道头部被顶进接收坑内为止。
以下就各过程作具体说明。
4.4.1 顶管出洞
机头被从沉井前壁的顶留洞口之中破墙顶出工作井,进入井外土层中的过程叫做顶管出洞,出洞是顶管工程的关键工序之一,其程序是首先将工作井的井内轨道上的机头,调整好方向,然后用风镐逐层破除洞口临时封堵墙体(要求在沉井下沉前用水泥砂浆砌砖临时封堵洞口),同时将机头前端推进入工作井前壁预留孔周围的止水结构内,防止井外的水进入工作井内,止水结构如图3 ;靠井外壁的部分墙体由推力推动机头直接破墙,以确保施工安全。
破墙后要连续推进使机头吃进土层中,以避免井外土体塌入机头空腔内造成地面沉陷。
整个出洞过程必须测量跟踪,以保证出洞准确度。
4.4.2 顶进操作
当工具管顶入土体后,留其尾部约30cm长搁在井内导轨上,收回千斤顶活塞杆,卸走替顶和分压环,安装管节,待焊接与防腐处理后,可进行下节管道的顶进的施工。
由于土层比较坚硬,工具管前方土体稳定性好,本工程采用人工挖土顶进。
挖土前应将工具管端刃口部分切入土层中,然后自上而下分层开挖,严禁自下而上开挖,防止正面塌方。
挖土时,可将开挖面挖成锅底形状,其向前的锅底超挖深度不得大于0.5m,然后即应开始顶进。
贯彻勤挖勤顶的原则,挖一次顶进一次,每次挖顶不超过0.5m。
暂停作业时,应将工具管切入土层中,使工具管内充满一定的土塞长度,以确保正面土体稳定。
必要时还应采取临时支护或封闭措施。
如在雨季地下水较大,机头前方的渗水量影响工人开挖,则可采用封闭气压门来操作,机头内带压作业,让压力将附近的水压回土层。
机头处挖除的土,人工用小推车从管道内运至工作井,然后吊出井外堆放。
4.4.3 注浆措施
将膨润土泥浆注入管道的外周,使管道外壁形成泥浆套,减少管道外壁与周围土层之间的摩擦阻力,同时也保护好管外壁的防腐层免遭破坏,膨润土泥浆是在地面泥浆站拌制好,然后通过注浆泵向管道内泵送。
注浆主管采用Φ50m钢管,从泥浆站直通机头,主管沿线每间隔10m设一个三通连接注浆支管,每条支管采用Φ25mm橡胶管,沿顶管横断面弧形布置,支管上设3-4个三通,连接管壁上预留的注浆孔。
顶管过程中,应专人交替打开注浆孔阀门,不断地向管外壁注浆。
机头尾端要紧随管道顶进同步压浆,后方各注浆点位还必须跟踪补浆。
4.4.4 顶管的测量和纠偏
顶管过程中,要经常测量观测,发现管道有偏差,要立即纠偏,使管道在正确的线路上顶进。
采用的仪器是经纬仪和水平仪。
若管道偏离轴线,应立即采用纠偏技术予以调整,为减小纠偏的难度,纠偏操作应在偏差发生的初期进行,因此,一定要在顶管过程中做到勤调微纠,采取调整机头的微小转动即可达到纠偏的目的。
本工程机头与第一节管采用橡胶圈密封,在这一接头处沿管内壁圆周均匀地布置了四组纠偏千斤顶及支撑螺杆,通过调整各组千斤顶的不同顶力与行程,达到改变机头微小转运的目的,使管道沿着轴线顶进。
4.5 顶管进洞
在施顶过程中,可预先在管线端部挖好接收坑,机头和管节可通过接收坑前壁的预留孔中进入坑内,然后取出机头。
本工程的接收坑采用逆作式的挖坑护壁结构,内截面尺寸为4×7㎡,接收井的前后井壁分别预留4个Φ1700的孔洞,其2个后面的孔用于顶管段与埋管段的连接,前面的2个孔是用于顶管进洞。
接收坑分层开挖支护,每层厚度1.0m左右。
4.6 顶管段与埋管段的连接
在工作井和接收井的前后井壁上均预留了两个Φ1700的孔洞,可利用它将顶管段径孔洞和埋管段相连接,埋管段按原设计图要求,采用砼方包处理。
工作井和接收井用完后可制作成相应的排泥或排气阀门井,具体布置由业主决定。
5、 组织机构
项目经理
项目副经理
技术主管
技术组
测量班
安全质量
后勤
财务
物质组
机务组
施工工段
杂工班
液压班
起重班
电工班
加工班
钢筋班
砼班
主要人员安排
技术管理干部
3人
电工
2人
电焊
4人
后勤人员
3人
液压
3人
司机
2人
财务人员
2人
机修
2人
普工
10人
测量人员
3人
起重
2人
管理人员
2人
砼人
2人
钢筋工
3人
总人数
43人
6、质量保证措施
项目技术主管负责施工质量,另配一名专职质检员。
在施工过程中严格按图施工,加强对职工的质量教育,做好各工序的施工检测记录。
具体技术措施如下:
6.1 顶管工程
a、顶管前查清地质情况,水文、地下水情况,针对不同的条件采取不同的手段,确保顶管施工质量;
b、 管节在加工厂要认真检查,防腐层不得破坏,不合格产品退货,管节在吊进工作井前要查其质量,发现有问题不得进工作井,接头要作防腐处理;
c、手掘挖进时工具管前的开挖可挖成锅底形状,土孔直径严禁超过刃口,为切入创造条件;
d、保持工具管底无积水现象,如遇积水,随即排除,以防止土体基底软化;
e、在软化粘土层施顶时,可将工具管在后面的几节管用螺栓连接,增加刚度,防止工具管在顶进中产生漂移;
f、顶管交接班时,应交清本班的测量记录,仪器对中,并交清管道轨迹和纠偏趋势;
g、采取调整正面开挖部位,范围和深度的方法进行纠偏;
h、发生较大偏差时应分析发展趋势,采取分次逐步勤调、微调纠正。
6.2 钢管节的制作
(1)表面不得有明显缺陷,当缺陷深度超过1/8壁厚时,应预补修;
(2)超声波检查焊缝长的100%;
(3)应做焊接接头的接车试验,接头的强度不得小于母材的最低抗拉强度;
(4)钢管应按设计要求进行防腐处理。
7、安全保证措施
本工程主要是顶管施工,其生产者安全性相当重要,因为大部分时间在地下管道中施工,应制定完整的安全管理制度,严格把好各工序各地方的安全关,方能圆满地完成任务。
7.1、安全组织
项目经理部设专程安全员一员,负责各工序的安全事宜,安全员每天到现场监督施工,查各种事故隐患。
7.2、生产安全措施
(1)起重操作时井口及吊臂底下不得站人;
(2)机头操作人员不得超过机头去挖土;
(3)管道内随时输新鲜空气进去,早晨上班时,先通气再进入;
(4)管道内电路、油路要封闭好,以免外漏伤人;
(5)进入现场一定要带安全帽,人员下井前要登记,出井后要消号,无关人员不得下井;
(6)要特别注意原有排水管道的处理,要将其水引到别处,尽量减少地下水对顶管的影响。
(7)特别注意地下的可燃性气体,应急时疏散,避开火苗;
(8)工作井和接收井外围要设置围拦,防止杂物落井伤人;
(9)严禁人员在管内抽烟,睡觉等。
8、主要施工机械设备
序号
名称
规格
数量
备注
1
轮胎吊
25吨
1
2
汽车
5吨
1
3
卷场机
5吨
1台
4
卷场机
2吨
1台
5
千斤顶
200吨
4台
6
空压机
6m3
1台
7
压浆机
0.8Mpa
1台
8
砼搅拌机
500L
1台
9
电焊机
30KW
2台
10
人货车
1.5吨
1辆
11
高压油泵
42Mpa
1台
12
顶管机头
1套
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