公路顶管穿越施工方案(流沙地段)

公路顶管穿越施工方案（流沙地段）
方案概述
本方案主要针对的施工环境为一般地段公路顶管穿越, 施工区域内的土质以流沙为主, 开挖的土质不能成型, 易塌方。

1. 工程概况
针对所建设的工程项目特点进行相应编制。

2. 施工技术措施
2.1施工工艺流程图
2.2施工准备
2.2.1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。

2.2.2开工前预先与公路主管部门联系, 按照路政部门的要求办理穿越施工手续, 设置相应的警示标志。

2.2.3应向路政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。

2.2.4顶管设备、配套设备及各种机具材料准备齐全。

2.3修施工便道
根据现场情况, 在穿越点顶进套管工作坑一侧修筑施工便道, 以便于车辆、材料进入, 施工便道与管线施工作业带平顺相接。

2.4测量放线、场地平整
2.4.1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。

2.4.2放线同时放出操作坑与接管坑的位置和开挖边线。

2.4.3保护好公路两侧中心线上
的标志木。

2.4.4根据现场情况, 在工作坑
一侧平整出一块的施工场地, 并
在四周设置警示带和警示牌, 场
地用于堆放施工材料和设备停
顶管场地布置示意图
放。

2.5作业坑开挖
2.5.1根据设计要求, 在穿越的公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。

2.5.2由于地质为流沙, 不能成型。

为提高顶管操作的安全性, 采用方形砖混沉井方法修建发送基坑和接收基坑, 基坑底部为混凝土浇筑, 如果地下水位较高时, 在发送基坑底部低点位置设一集水坑, 用于收集和排除基坑四周和顶管过程的渗水。

根据顶管操作时的荷载, 发送基坑的后背墙要独立为钢筋混凝土墙, 以承载顶管过程
的反作用力。

作用力的计算公式如下：
W1=f{k1(Pv+Pn)DL+Po}
式中: W1为管壁与土层的摩阻力（以吨计）
f为管壁与土层摩阻系数: 流沙f为0.46
k1顶力折减系数: L=44m, k1=0.75；
Pv顶管上垂直土压力（t/m2）Pv=rh, r 为管顶上土容量（t/m2）流沙为1.7；h为管顶上土厚度（m）（包括路面厚度）；h取3m；
Pn=管壁上土的水平压力（t/m2）Pn=Pvtg2(45°-φ/2) φ为土壤内摩擦角,流沙为30°
D为管外径（m）；
L为顶进总长度（m）
Po为顶进全部管道自重（t）
以44m长度计算:
W1=f{k1(Pv+Pn)DL+Po}=0.46×{0.75(3×1.7+3×1.7×tg230°)×1.5×44+132}=329t
2.5.3 减少顶进阻力的方法
在顶进过程中, 由于流沙含水量高, 流沙中的水容易通过套管顶进端流入套管, 使混凝土套管外壁与周围的流沙形成负压, 增加了顶进的阻力。

为克服该困难, 顶管时采用的套管为带有注浆孔的钢嵌套混凝土套管, 在倒土间歇过程中, 通过注浆孔将膨润土注入套管外壁和流沙之间。

作用如下:
（1）防止流沙中的水流入套管内而形成负压。

（2）进行注浆润滑, 可以减少套管外壁的摩擦系数。

2.6顶管设备安装就位
2.6.1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。

2.6.2作业坑处理完毕, 用16t汽车吊车安装后靠背挡板, 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。

顶管作业示意图
2.6.3安装刃脚
刃脚装于首节管端部, 刃脚由外壳内环和肋板三部分组成, 刃脚外壳套于顶进管外部,遮板端部呈20°～30°角, 尾板宽度15～20厘米。

1—遮板 2—尾板 3—套管壁 4—环梁 5—筋板
2.6.4 安装管节
管节安装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, 检查合格的管子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。

1.套管
2.环向顶铁
3.纵向顶铁
4.横向顶铁
5.千斤顶
6.后背挡墙
顶管穿越示意简图
2.6.5 千斤顶着力点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。

管道前端面安装刃角, 起切土的功能, 减小顶进阻力, 控制塌方。

管道顶进时所用顶铁包括环形顶铁, 方顶铁和横铁。

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300—500毫米。

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。

（1）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。

（2）顶管横铁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300×300毫米, 长度按被顶套管口径及千斤顶数量确定, 公路套管规格以DN1200mm砼混凝土管为例, 横铁长度应为1.6米。

制作时, 要求工作面要平行和平整, 特别是中间一条焊缝要避免凸出。

套管端部采用砖和沥青麻辫密封。

2.7顶管作业
顶管过程中难度较大的是控向问题, 如果按常规顶进, 随着流沙的流出, 势必造成套管圆周方向的塌陷, 至使套管因重力作用在轴线方向产生偏差, 严重造成套管与套管间错缝, 主管无法穿入, 甚至造成路面塌陷。

在套管前端装上控向机头简称顶管机头见下图。

机头前舱门
机头后端
机头后端
后舱门
顶管机头及组成
顶管机头分前端和后端, 前端是一个密封舱, 后端是一个控向装置, 后端镶嵌在前端后部；密封舱带有一方形舱门, 舱门上装有进气管和排气管, 在第一节钢嵌套混凝土套管和第二根钢承口混凝土套管间还要作一个舱门, 形成第二个舱作用同前舱门, 起第二道密封作用。

在顶进过程中后舱门关闭, 第一个舱门打开, 用气泵由舱门上的进气阀向其注气进行气密封水, 密切观察舱门上内、外侧的压力表, 压力控制在0.02—0.04MPA,（作业人员在0.02—0.04MPA压力下安全）,在压力作用下, 流沙降低含水率, 两名作业人员位于后舱内, 密切观察顶进情况。

顶进停止后, 作业人员进入前舱, 将沙土由前舱倒到后舱；倒沙完毕后, 作业人员进入后舱, 关闭第一个舱门继续注入空气加压, 始终维持第一个舱的封水气密压力；打开排气阀放掉后舱压力, 打开舱门将沙土用小车运走, 运完后, 关闭第二个舱门, 开始下一轮顶进操作, 这样周而复始工作。

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, 若顶进间隔时间过长, 土拱容易下塌, 使顶力增大。

2.8 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, 清除管内余土, 进行误差测量, 对于砼套管之间的缝隙, 按要求进行密封。

进行主管穿越施工。

2.9穿越管预制
2.9.1在穿越套管之前, 根据设计要求, 选择主管, 进行布管, 然后用外对口器进行组装, 组装应在穿越一侧进行, 主管道长度应大于套管长度4m 以上, 且应是整根管。

2.9.2组装焊接技术要求应同一般地段相同。

2.9.3组焊完毕后进行100%X 射线探伤和100%超声波探伤, 质量达到规范和设计要求。

2.9.4探伤合格后, 按设计要求进行防腐补口。

2.9.5根据设计和规范要求, 在穿越管段组焊完成后, 应对二级及以上级别公路的穿越管进行单独试压。

强度试验压力与管壁厚度相对应的地区等级段试验压力相同, 试压压降不大于1％的设计压力为合格。

具体施工方案见管道试压方案。

2.10穿越段主管的穿越
2.10.1根据穿越段管线长度以及管径、壁厚不同将已试压合格的管段用两台或多台吊管机吊入沟内, 按设计图纸要求安装好套管与主管之间的支撑管卡, 缓慢地穿入套管中。

2.10.2完成穿越管段的穿越工作后,
及时进行管线连头施工。

并按设
计要求进行套管与主管之间的封堵工作和阴极保护工作。

2.10.3 对于公路穿越段, 根据设计施工图纸的要求, 安装相应的放气管。

2.10.4按设计要求进行标志桩的安装。

2.11回填、恢复地貌
2.11.1在穿越主管工程完毕后, 应进行回填, 靠近公路侧的回填土应夯实, 恢复路边沟、排水沟等道路设施。

路旁有电缆线或管道的应按图纸的要求进行相应防护后回填, 并恢复至原地貌。

2.11.2将穿越施工中留下的废钢铁、防腐材料及其它废弃物等全部清除。

3.质量控制与误差校正
3.1质量控制
3.1.1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30—42m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, 可根据管径、顶进长度和土质情况确定, 一般在5′—20′之间为宜。

3.1.2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1—3米时就应测量一次, 管线位置发生顶偏移时, 要及时采取校正措施。

3.1.3顶管质量的控制
（1）顶管高程的控制, 可在顶坑中固定位置架设水准仪, 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, 方准继续进行顶进作业。

3.2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。

具体作法如下:
3.2.1通过顶进机头的后端控向装置圆周均布的四个油压小千斤顶进行微调, 调整顶进的方向。

3.2.2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.质量保证措施
4.1主管焊接要严格按照有关施工规范进行。

4.2接受现场监理的监督检查, 发现问题及时解决。

4.3特殊工种必须持证上岗, 严禁无证操作。

4.4防腐补口每一道口, 每一道工序要严格执行规范, 要求详细的施工数据, 施工记录, 并搞好防腐检漏工作, 把缺陷全部消除。

4.5认真贯彻三检制度, 实行班组自检、互检与专业检查相结合的检查制度, 并做好各项检查记录。

5.HSE保证措施
5.1现场设备较多, 并且穿越时需连续昼夜作业, 机械手精神会高度紧张, 因此, 要求施工人员相互关照, 协同作业, 时刻注意安全。

5.2注意现场的安全用电。

由专业电工进行电工作业, 要时刻注意线路是否漏电。

5.3穿越管线试压要有专人负责, 严格按照试压方案去做, 要做好试压时安全防护工作。

5.4穿越施工要由专业起重工指挥吊装, 要采用通俗、易懂的专业手势、旗语等, 要平衡操作, 严格遵守安全管理条例。

5.5穿越长度超过30m的, 应采用循环送风机进行送风。

5.6各工序有完善的安全管理组织, 要有齐全的安全管理资料。

6.资源配置
6.1 单机组人员配备。