专项方案(工作坑)详解

第一章编制依据1、西安市市政设计研究院设计的施工图设计2、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-20113、《混凝土结构工程施工规范》GB50666-20114、《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-20085、《给排水构筑物工程施工及验收规范》GB50141-20086、《建筑基坑工程监测技术规范》GB 50497-20097、《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-20128、《建筑深基坑工程施工安全技术规范》（JGJ 311- 2013）9、《地下建筑工程逆作法技术规程》JGJ_165-201010、《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》JCT 640-201011、《湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程》JGJ 167-200912、《给水排水工程顶管施工技术规程》CECS 246：200813、《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-201214、《地下工程设计与施工手册》15、《建设工程安全生产管理条例》国务院令第393号根据《建设工程安全生产管理条例》和建设部建质【2009】87号文件《危险性较大工程安全专项施工发难编制及专家论证审查办法》的要求，开挖深度超过5米（含5米）的基坑开挖支护和技术难度较大的顶管工程必须由企业组织专家组，对编制的安全专项施工方案进行论证审查。

依据公司《专项方案编制管理规定》，结合施工现场实际情况，项目部本着“安全第一，预防为主，防控结合”的方针，对本工程基坑开挖、支护和管道顶进等施工专项施工方案进行了细化和完善。

该方案由工程项目项目技术负责组织相关技术人员编制，经公司技术部门审核、完善，并经公司总工程师审批，现提请专家组对该方案进行论证审查，以便我们修订完善后实第二章工程概况一、工程概况第三章顶管工作坑支护方案二、支护方案的选择按照基坑围护设计所遵循“安全、经济、施工便捷”的原则，项目部在全面对现场地下地上施障碍物全面调查的基础上，针对实际施工现场场地的局限性和业主对该工程总体目标的要求，根据地质勘察资料情况，综合考虑基坑周边的环境等因素，为确保顶管施工安全顺利实施，参照设计图纸，结合以往顶管工程施工经验，确定本工程顶管施工基坑支护方案为：先采用高压旋喷桩做预支护，再按照设计文件和逆作法要求分层分段对基坑进行支护。

考虑到今后地下其余管线的埋设便利，拟对逆作法混凝土护壁地面以下3m 部分，按照临时维护结构，在顶管施工完成后回填至该位置时，予以拆除；地面3m以下按照设计混凝土热力井施工图制作，既作为支护结构，有作为永久性结构。

三、工作井位置根据设计图纸中的关于检查井位置设置的原则，兼顾现场实际地形和周边环境的实际情况，为确保基坑的稳定性和顶管施工作业的安全性，确保地下管线安全和社会交通安全，尽量少占或不占行车道，充分利用人行道外侧的空地，在选择工作井位置时应遵循以下原则：1、工作井位置应尽量不设置在地势低洼地段和现状沟渠附近；2、工作井位置应保持与地上障碍物、构筑物一定的安全距离；3、工作井位置尽量距现状道路有一定安全距离；对于工作井无法避让而设置在现状道路上时，需作临时便道，设置警示标志和围挡，采取在混凝土护壁上增设木支撑的补强措施。

4、工作井周围区域划分明确，坑周围需硬化处理，四周围挡牢固，并设有临时排水设施。

四、工作井尺寸工作井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，工作井井底长、宽尺寸可按如下公式：1、坑底净宽W＝D＋(2.4～3.2)式中W ──工作坑底宽度(m)；D ──顶进管子外径(m)；2、工作井井底长度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)。

宽度：W ＝D＋(2.4～3.2) = 1.8 + 3.2 = 5.0 m长度：L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5 = 0.2+ 3.0+1.5+1.3 +1.5= 7.5 m五、工作井的设计工况1、旋喷桩预支护本工程采用旋喷桩对井周土体加固进行预支护，土体加固高压旋喷桩桩径为50cm，桩长为16m，每一工作井周共有68根。

旋喷桩加固强度为3MPa，渗透系数小于10cm/天。

桩的垂直度偏差不得大于1.5%，桩位偏差不得大于50mm。

具体如下图所示：六、逆作法工作井施工旋喷桩预支护施工完成，桩体强度达到设计要求后，方可进行基坑土方的开挖和混凝土逆作法的施工。

设计图如下：第四章工作井顶力计算及后背设计工作井后背承受最大顶力参照GB50268-2008和CECS 246:2008，顶力计算公式如下：F0=π*D1*L*f k + N F式中： F0-----总顶力标准值（kN）D1-----管道外径（m）L -------管道设计顶进长度（m）f k ------管道外壁与土的平均摩阻力（KN/m2），取16NF -------迎面阻力 NF=π*（D1-t）*t*R，由于本工程采用人工顶管，所以取NF=0F0=3.14*1.8*58*16=5245.056KN根据地勘资料取得的土壤地质参数和以上计算公，我们选择管道中每座工作井所顶进最大管径和最长顶距作为计算参数，计算该座工作井的承受的最大定力，为确保计算顶力满足作业要求，在以上计算结果的基础上，乘以1.3的安全系数作为保障。

具体见下表：计算顶力序号所在位置管径埋深井间距（ KN ）1 D1500 10.5 58m 6818.67七、中继间的设置根据以上计算可以看出，本工程所实施的顶管工程最大顶力为1606吨，最小顶力为846吨。

该工程各顶管施工井段采用一次顶进明显不现实，需采用中继间技术予以解决定力较大的问题。

由于本工程管道地处砂层地质，摩阻力相对较大，因此中继间的设置距离相对较短。

中继站的位置和数目一般是根据所预测顶进力以及作用在管道上的允许顶进力F pipe 来确定，或者根据中继站的最大顶进力来确定，计算公式如下：1-≥pipeF Fi 其中：i ——中继站的数目(取整数)；F ——总的顶推力； F pipe ——管道允许顶推力；参照规范《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JCT 640-2010）和《混凝土和钢筋混凝土排水管》（GBT11836-2009）中可以查得：D1500mm 钢筋混凝土顶管的管道允许顶推力F pipe = KN 。

通过计算可确定本工程各顶管施工所需设置的中继间数如下表：序号 所在位置管径井间距 计算顶力（KN ） 中继间数1D1500 10.5m1、 中继站间长度 第一个中继站的间距 (L 1)：RS F L pipe -=1S ——施工中的迎面阻力；R ——位于中继站前部的管道与地层之间的摩擦阻力。

本工程中顶管施工采用的是钢制格栅式人工顶管机头，施工中的迎面阻力可以忽略。

查阅规范CECS246-2008可知，中继站前部的管道与地层之间的摩擦阻力R=400.由此可以得到第一个中继间距管端头的距离为L= / =m ，取整为25米。

其余中继间可按剩余管道距离平均分配。

2、 中继间的组成中继站主要由多个顶推油缸、特殊的钢制外壳、前后两个特殊的顶进管道和均压环、密封件等组成，顶推油缸均匀地分布于保护外壳内。

中继站结构由以下部分组成①短行程千斤顶组（冲程一般为15-30cm ），千斤顶的规格和性能要求一致。

②液压、电器、操纵系统。

③壳体和千斤顶紧固件、止水密封圈。

3、中继站油缸的安装应符合下列要求①中继站油缸宜固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上；②当中继站油缸多于一台时，宜取偶数，且其规格宜相同；当规格不同时，其行程应同步，并应将同规格的中继站油缸对称布置；③中继站油缸的油路应并联，每台中继站油缸应有进油、退油的控制系统。

④中继站吊放入工作坑后，应认真检查各项工作部件是否正常，安装完毕后应进行试顶。

根据规范要求和施工经验，当总推力达到中继站总推力40%~60%时，就应安放第一个中继站，此后，每当达到中继站总推力的70%~80%时，安放一个中继站。

第一个中继站一般应安装于顶管机后20~40m，它不但要克服地层的摩擦力，还要克服切削刀盘向前顶进的反作用力。

如果施工中的摩擦阻力比预期的要小，则可以相应加大中继站的间距，一般可设计为100m。

；相反，则应适当减小其间距。

当主顶千斤顶达到中继站总推力的90%时，就必须启用中继站。

八、顶管设备的选择为合理利用资源，本工程拟选用顶管主要设备如下：序号所在位置井间距计算顶力（ KN ）选用设备规格数量中继间1 58m 500吨千斤顶九、工作井顶管施工后背设置后背承受管子顶进的的全部水平顶力，将顶力均匀地分布在后座墙上。

后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。

当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。

这种弹性变形现象是正常的，但后背必须具有足够的强度，刚度和稳定性，顶管中，不允许发生相对位移的弹性变形，不允许的压缩变形导致后背破坏。

为减少后背此类变形，在本次设计中，混凝土逆作法最下层钢筋混凝土板体尺寸为5.0m × 3.0m ，厚度设为90cm ，，简要计算后背土体的稳定性。

后背土体稳定计算式： P ≤F P ／KF P ----工作井后壁被动土压力强度 P----后靠背最大承受压强 K----工作井稳定系数（取1.5）F P = 12rH 2K P +2CHr----土的天然重度 （取18.5 KN ／m3） K P ----被动土压系数 K P =tg2(45°+φ／2) H-----工作井高度C-----土的粘聚力（后背土体基本位于砂层，所以C=0） φ------土的内摩擦角（取16°）则：计算如下：F P =1／2rH 2K P + 2CH= 12 ×18.5×10.52×tg2（45°＋ 162 ）= 1/2*18.5*10.52×1.32=1346KN顶进后背压强计算通过计算核定58Md1500顶力为：F 0=1.3*π*D 1*L*f k =6818.67KNP = 6818.67／(5.0×3.0)=454.58 KPa F P ／K = 1345/1.5 = 897 KPa由以上计算得知：P ≤F P ／K ，完全满足后背土体稳定性验算条件。

参照以往顶管施工经验，在工作井顶管施工后背设置方面，在进行混凝土护壁施工时，将工作井管道顶进的两面混凝土墙面中，通过加密进出洞口混凝土钢筋和加厚后背墙体混凝土厚度的方法，增强后背抵抗管道顶进的顶力。