取水头部及原水自流管专项施工方案

1耒阳大市自来水厂（原水自流管、取水头部）施工专项方案编制人：审核人：编制单位：二一七年十月十二日2目 录一、编织依据二、工程概况三、主要施工方案的选择四、主要施工工艺流程五、施工方案（一）测量方案（二）沟槽开挖方案（三）沟槽找平（四）钢管组焊沉放（五）顶管施工（六）取水头部预制及沉放（七）水下混凝土浇筑（八）水压实验六、质量控制措施七、安全措施八、施工现场管理机构九、雨季施工措施十、文明施工措施十一、主要机械设备表及人员计划十二、 施工进度计划表十三、 施工平面图3题外话：本人毕业于工民建专业，有二级建造师（房屋建筑工程市政水利水电） 、潜水员、工程师职称，专业承接自来水厂、污水厂设备、水电、工艺管道、水下工程等，现已完成了多个项目，并具有水下施工能力，对取水头部、水下管道、取水泵房的施工集聚不可替代的经验。独立完成项目（从工程投标到施工管理、竣工验收及结算的全过程，含土建、装修、工艺、水电）有衡阳市桐桥港污水厂、耒阳市第二自来水厂、白杨渡污水处理厂、衡阳县第二自来水厂、等工程。如有类似工程请联系：电话：1867478096018824932488 谭工一、编制依据1、耒阳市大市自来水厂配套管网工程取水头部及原水自流管工程施工设计图2、耒阳市大市自来水厂配套管网工程取水头部及原水自流管工程技术规定、现场踏勘、地质资料、水文资料。3、验收规范3.1给排水管道工程施工及验收规范3.2给排水构筑物施工及验收规范3.3钢结构施工及验收规范二、工程概况1、概述本工程耒阳市大市自来水厂配套管网工程取水头部及原水自流管工程， 两根 D63010 钢管沉管，单根长度为 140M。取水头部为钢筋混凝土结构，长 8 米，宽 3 米，高 4.2 米，两头为尖三角4的墩式结构，总重量约为 114 吨。平面图如下图：根据设计图要求，水下埋管的沟槽开挖要求为底宽开挖成 6.0M河床高程为 61 米至 77 米，百年洪水位为 77 米，历史最底水位为66.2 米，常水位为 73 米，此方案的编制与施工均按常水位 73 米考虑编制。自流原水管中心标高为 60 米至 64 米，由河中取水头部向泵房走的反坡。管线纵断面及横断面如下图：5管线纵断面图6依图可见管沟水面开挖深度最深为 13.8 米， （管底 500 厚的混凝土找平包裹、水面标高 73 米） ，防洪堤顶标高为 77 米，管道覆土厚度最少处为 1 米，最厚处为 14 米。水面以上河堤高度为 4 米，长度为 30 米。2、工程水文地质 根据本工程所提供的地质资料可预见地质情况如下：2.1 杂填土（Q 4ml）层：杂色，稍湿，松散状，成分主要为粘性土及建筑垃圾组成，轻压实，结构松散无固结，具湿陷性，岩芯呈散碎状。本层局部钻孔有分布, 层厚 0.50.6m，层底标高在 73.6973.80m 之间。2.2 粉质粘土（Q 3 al+pl）层：褐黄色，可塑状，切面规则，稍有光滑面，结构均匀，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。本层各孔均有分布, 层厚6.97.1m。层底标高在 66.7066.79m 之间。72.3 圆砾（Q 3 al+pl）层：深褐色居多，亚圆形，磨圆度、球度良好，分选性一般，最大粒径 2.54 厘米，粒径大于 2mm 含量占 55.4%。湿，密实，成份以石英为主，充填物为中砂及细砂。本层各孔均有分布，层底标高64.49m65.20m，层厚 1.52.3m，平均厚度 1.90m。2.4 中砂（Q 3 al+pl）层：黄色居多，最大粒径 1.92 厘米，粒径大于 0.25mm 含量占57.78%。湿，中密，成份以石英为主。本层各孔均有分布，层底标高 62.69m63.50m，层厚 1.71.8m，平均厚度 1.75m。2.5 圆砾（Q 3 al+pl）层：深褐色居多，亚圆形，磨圆度、球度良好，分选性一般，最大粒径 2.54 厘米，粒径大于 2mm 含量占 55.4%。湿，密实，成份以石英为主，充填物为中砂及细砂。本层各孔均有分布，层底标高59.30m59.49m，层厚 3.24.2m，平均厚度 3.70m。2.6 粉质粘土（Q 3el）层：紫红色，可塑硬塑状，夹有岩石颗粒，切面规则，稍有光滑面，结构均匀，无摇振反应，干强度中等，韧性中等。本层各孔均有分布, 层厚 10.811.10m。层底标高在 48.3948.50m 之间。2.4 石灰岩中风化(D)层：灰色、青灰色，中薄层-中层状，隐晶质结构。岩石节理裂隙稍发育，裂隙面上附铁锰质及方解石，岩芯呈短柱状、柱状、长柱状，岩质硬，敲击声脆。该层岩石坚硬程度属较硬岩，岩体完整程度为较完整完整，岩体基本质量等级属级。揭露层厚为7.007.50m，本次勘察没有揭穿该层，层厚不详，最大控制完整层8厚度为 7.50m。上述各地层的分布规律及岩性特征详见“工程地质剖面图”及“钻孔柱状图” 。(如下图)。9103 主要工程量：3.1、D60010 钢管制作、安装、防腐 280 米3.2、水下挖砂石、乱石 约 18000 立方米3.3、砂石垫层 约 800 立方米3.4、管道包裹水下混凝土 约 4000 立方米3.5、取水头部 一座3.6、水下顶管 DN1000 约 140 米3.7、其它辅材 4、主要施工机械设备（见机械设备表）5、主要施工工序5.1、施工测量5.2、沟槽水下开挖5.3、取水头部、管道的制作、浮运与沉放5.4、水下混凝土浇筑11三、主要施工方案的选择：1、水下沟槽开挖、采用挖沙船开挖、运沙船配合运输；2、取水头部采用岸边预制、吊车起吊、舶船浮运、起重船起吊下沉就位。3、自流原水管道方案方案一、全段开挖沟槽加沉管施工方案二、水下顶管+挖沟槽沉管施工各方案的利弊：方案一土方开挖工作量大，防洪堤施工完成后需要恢复，但施工有保障，遇不明地质情况可潜员下水查看，如遇孤石、顽石可采用水下爆破施工，调整方案后可继续下一步施工。方案二、穿防洪堤部位采用水下顶管施工，开挖工作量少、防洪堤不需全面恢复，只需对管道周边注浆加固即可，但该方案成工的风险大，因穿越河堤总长度约为 70 米，根据现有地质资料为砂石地质，但钻孔的位置为取水泵房，只能做为参考。在这 70 多米的距离中，无法保证不遇到孤石、顽石及大片的岩石、顶管机机头出故障等情况，如果出现上述情况之一，顶管工作将很难进行，并且下一步方案调整的机率不大。所以本人认为还是采用开挖沉管施工较为理想,但考虑施工手续办理及前期项目立项可研报告的编制实况，将方案二水下顶管+挖沟槽沉管施工也同时编入此方案中，供各专家选定。4、管道包裹：采用水下混凝土施工12四、主要施工工艺流程成品检查、验收施工准备测量、放样材料供应沟槽整平砂石垫层钢管、取水头沉放混凝土施工准备现场部署材料试验水下沟槽开挖技术安全交底管道、配件加工放样、制作船舶就位管道、取水头浮运水下检查定位包裹混凝土（一）13五、施工方案（一）测量方案1、测量主要任务施工前，首先进行管线的测量设标，包括管线位置、节点控制、开挖边线位置、水准控制网络建立等。2、测量施工准备鉴于工程质量的要求，施工测量的准备工作：首先对施工测量的所用的仪器进行校核，提高施工测量的精度；其次备全测量所用的材物料；第三，做好内作业计算，坚持一人计算，一人复核，两人签字的原则，确保施工测量的顺利进行。3、沟槽开挖测量3.1 平面控制测量由于沟槽在水下，有其特殊性，因此在施工放样时，将管线的中轴线、沟槽的边线等应分别引测至陆上，采用导标的方法进行控制，导标测量用 3M 长度花杆，导标的间隔距离根据施工规范不少于0.2D（D 为管线施工长度） ，施工过程中应用经纬仪经常进行复核，保证沟槽开挖平面位置的准确。节点的位置采用红外测距仪测量，并打入木桩控制。包裹混凝土（二）水下清理竣工验收人员、设备撤离143.2 高程控制测量采用测深铊测量水深的方法进行。 水面高程的确定采用在施工区域不受影响的地方设立水标尺，用 DS3 水准仪将高程引测至水尺上，直接读取水面高程，为保证高程到准确性，应定期用水准仪定时检测水尺高程的情况，及时修正读数，确保施工质量。3.3 在进行沟槽过程中，要反复进行测量，挖好的会被水流冲填，必须进行二次、三次开挖。只有不间断跟踪测量，才能够保证沟槽的开挖质量。3.4 取水头及管道安装施工测量3.4.1 轴线测量在沉管安装的轴线桩上架设经纬仪进行管道中线观测，在下沉过程中，跟踪测量，及时调整钢管的下沉位置，保证沉管下沉到位。3.4.2 高程测量采用水准仪跟踪控制测量来控制管顶高程，确保管顶高程的准确，中间水平段上测量绳，根据水面高程及测绳的读数来测量控制沉管下沉的速度及平衡，保证沉管下沉到位。3.5 质量保证措施3.5.1 为了确保工程顺利进行，严格按照资兴市自来水有限公司水厂取水点上移工程招标文件 、施工合同、设计图纸、施工规范所要求各项技术指标及精度要求施工。3.5.2 建立健全的测量管理机构，各工作面派专人负责，责任到人，严格作好测量原始资料的管理工作。3.5.3 定期检查测量控制点、水准点等，对被破坏的控制设施15应及时修复。（二）沟槽开挖方案1、水下部位水下沟槽开挖采用铰链式挖泥船挖泥，3 艘 40M3 的泥驳运泥，送至甲方制定的抛泥区，开挖过程中由潜水员潜水检查沟槽的成型质量。开挖起点为原水管的进水口处，施工顺序为：施工测量定位挖砂船定位运砂船就位挖砂、运砂循环作业测量沟槽底标高（确定铰链下沉深度，按设计标高超挖 0.5 米）收铰钢丝绳前移挖砂船直至开挖终点挖砂船二次就位开挖扩宽沟槽挖砂船再次就位开挖扩宽沟槽直至开挖宽度满足要求潜水员下潜检查成槽实况水下沟槽验收。根甲方提供地质资料河床均为砂砾石，挖砂船施工可满足施工要求，如在实际施工过程中遇有巨石等需要采取水下爆破。2、河岸（陆上部位）采用挖掘机开挖、自卸车运土，按常规土方开挖施工方案施工即可。3、防洪子堤填筑、现有河面水位标高为 73 米、防洪堤顶标高为77 米、堤内自然地面标高为 74 米，破堤的不会出现河水漫出的情况，但考虑到施工周期长，堤内为大市镇，居住人口较多，为了避免河面水位升高而不出现河水漫溢，在施工范围外填筑防洪子堤，子堤高度高出 25 年一遇的洪水位 1.5 米。子堤顶标高根据当地村民了解可暂设为 76 米，子堤顶宽为 3 米，两边坡度为 1：1.5，采用粘性土填筑。压实要求按防洪堤标准不少于 98%。施工断面图如下图：16（三）沟槽找平沟槽开挖过程中，由于水位变化、船体摆动等原因会导致沟槽底标高有高底不平的情况，因此在开挖完毕后要进行找平。找平前先由潜水员潜水，在水下放出浮标确定要填平的位置，再由运砂船将砂石运输至需要回填的正上方，将砂石往回填区域回填。在回填过程中，潜水员根据情况及时潜水检查回填厚度、控制回填量，避免多填，最后由水面控制标高测量及潜水员水下用刮板找平。（四）钢管组焊沉放1、沉管原材料的 Q235 钢板螺旋成品卷管作为主材，加工尺寸必符合设计要求。焊缝采用手动电弧焊双面焊接，每条焊缝均并按规定进行检查验收。钢管到达施工现场后，要进行原材料检查，确保沉管的质量。2、钢管内防腐内防腐严格按设计要求选材施工。(1) 前处理17内外壁表面处理应达到涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定 第1部分：未涂覆过的钢材表面和全面清除原有图层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级GB8923.1-2011中的Sa2.5级，配件可采用人工除锈，应达到St3级标准。（2）内防腐钢管及钢制管件内防腐采用8710饮用水涂料特加强级防腐，做法为两遍底漆（或一遍底漆和一遍中间漆）、四遍面漆，涂层干膜厚度不小于0.3mm。内防腐所选涂料等应通过卫生部“涉及饮用水安全产品卫生许可”。3、钢管外防腐埋地钢管及钢制管件外防腐采用环氧煤沥青特加强级防腐,做法为底漆-面漆-面漆-玻璃布-面漆-面漆-玻璃布-面漆-面漆,涂层干膜厚度不小于0.6mm,玻璃布采用中碱、无捻、无腊玻璃纤维布，经纬度1212根/cm。焊口处外防腐采用聚乙烯防腐胶带，底漆一道、内胶带一道、外胶带一道,胶带与钢管外防腐层的搭接带不小于150mm。4、钢管组焊管材进场检验合格防腐处理后可进行接找焊接，根据施工要求，在岸边用 C25 混凝土浇筑长 30 米，宽 20 米的施工场地，用于堆放原材料及原材料的加工，同时在河面搭设操作平台，在河岸边架设100T 汽车吊一台，负责岸下与河面之间的材料运输工作。详细施工流程如下：岸上施工场地平整施工水面施工平台搭设原材料进场验收防腐处理管道按图组焊水压试验验收合格准备拖运。185、钢管压力实验该管道为自流管道，无设计压力，但为了提高施工质量，确定本管道的试验压力为 0.6Mpa，钢管焊接完成后，将钢管两头用盲板焊好，在盲板上分别设进气阀、排气阀、压力表，在进气阀处接进气管，排气阀端装设气压表，采用压缩空气进行压力试验，要求最大压力达到 0.6Mpa 后关闭进气阀 10 分钟内压力不下降及为合格。6、钢管浮运水压试验合格后用驳船配合人工，根据计算整个沉管将浮于水面，吃水深度为 28CM 左右。因此，前面采用一艘 24HP 工作船拖拉，后面用一艘 12HP 的工作船稳管，就可以将沉管拖至施工区。拖至施工区域后，在岸边设备四个地锚，在第个地锚中分别引出一根钢丝绳调整、固定钢管位置，采用全站仪测量，确保钢管位于设计沉管的正上方。7、钢管沉放钢管牵拉进沟槽定位后，即可吊装注水下沉。根据钢管的长度，本方案考虑设计四个吊点，岸边采用汽车吊，其余吊点分别由三艘起重船完成。这样就可保证沉管在往水下沉过程中的平衡，有效地控制钢管下沉时的弯曲应力，保证质量。钢管就位后由一端注水，另一端设排气阀，首先将进水的一端慢慢下沉，向另一端推进，直到水平段的空气全部排出，然后调整平衡，继续注水，下沉至沟底，调整沉管的位置直至符合设计要求，最后分别在钢管位置打入四组定位桩，两端用钢绳固定，将工作船撤离。操作平台搭设：原水管沉管就位后，在上方进行水下混凝土浇灌19操作平台的搭设。该平台采用栈桥法，搭设长度为 136 米，一端联通岸边，一头直到原水管端头。宽度为 2.5 米，满铺脚手板，两边设备 1.2 米高防护栏。(详见附图)（五） 顶管施工工艺概述：本工程设计为 DN600 的原水管两根，选用 DN800 的机头，顶进 DN1000 的钢管，顶管施工完毕后，再将 DN600 的管道穿过，进入取水泵房。1、机头选型由于本工程施工环境复杂，地质情况变化大，施工条件差，前15 米左右为防洪堤下施工，后 50 米左右进入耒河河水下，一次顶进距离较长，为确保工程质量万无一失，确保绝对工程安全，工程设计为 DN600 的自流水钢管，根据机头的规格为顶 DN800 的水泥管，我公司根据以往施工经验，采用泥水平衡顶管掘进机。机头规格为DN800,顶进 DN1000 的焊接铁管。顶管掘进机如下图：本掘进机的优点是： 201.1 顶管机、主千斤顶、泥水循环系统和泥水分离装置成套化。1.2 带锥形破碎机的条幅刀盘，能破碎砾石。1.3 该机能适用较软土壤条件，如粘质土、砂土、淤泥。1.4 使用安装在轨道上的主顶油缸。1.5 该机由一人在地面遥控操纵即可。1.6 可在控制台上进行电视监测及方向控制，精度高。带有双光靶方向控制系统，可将方向误差控制在 10mm 之内。1.7 使用主千斤顶不间断便可单独顶进一节管子。此机型在现今使用较广，我们有着成功施工经验、技术成熟、可靠，对土层扰动少的特点，适应于本工程的顶管施工。2、平面布置及井内布置2.1 平面布置在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置以下必要的设施，地面操作室、沉井区、吊车作业区、料场等。布局要合理，环境整洁、卫生，并有专职人员进行管理。现场布置及顶进设备的起吊安装均采用 25t 汽车吊。平面示意图如下：212.2 井内布置工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站、钢制扶梯等。222.3 出土方案泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速排土。在沉井上部砌 2 座沉淀池。沉淀的余土外运需按文明施工要求和渣土处理办法，运到永久堆土点，不得污染沿途道路环境。3、顶力计算本工程顶管单元长度根据设计图纸的井室位置、地面运输和开挖工作坑的条件、顶管需要的顶力、后背与管口可能承受的顶力等因素确定单元长度。本工程土质参数基本相同，顶力计算根据给水排水工程顶管技术规程CECS246:2008 最大顶距进行计算。1020mm 顶力的计算：最大推力计算，采用经验公式，按最大顶距 70 米计算：F=F1+ Nf =Df kL+/4D 2P上式中 F总推力； F1侧壁摩阻力；23Nf顶管机迎面阻力即端阻力； D管外径（D=1020） ；fk管外表面综合磨擦阻力，根据地质勘察报告，取值0.40T/m2L顶距（取 70 米）P控制土压力；（P=KoHo）Ko静止土压力系数，一般取 0.55Ho地面至掘进机中心的高度，平均取值 9m土的重量，取 1.8t/m3F=/4D 2（KoHo）+DfL=3.14/41.0201.020（0.551.89）+3.141.0200.470=29.11+89.68=118.79T根据总推力、采用 2 个 100T 的千斤顶,为了泵房井壁能满足工作反作用力要求，在沉井施工完成后，在井的外壁与土壤的接触部位采用高压旋喷桩加固处理。为了确保顶管的顺利进行，采用触变泥浆，顶力将小于理论计算值，因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。4、出洞方案为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，防止地下水渗漏和顶管掘进出洞时漏水，并确保压注的触变泥浆不流失，在封底及底板浇筑完成后，在洞口浇筑背墙同时预埋安装注浆钢管24及钢法兰，用于安装橡胶止水圈及止水封板。由于顶进距离长，造成管材表面接头焊缝、砂等对橡胶止水圈不可避免的磨损，需经常更换橡胶止水圈。因此，我们在洞口里侧增加一道橡胶止水圈，当需更换外部橡胶止水法兰时，洞口内部的橡胶止水圈可防止地下水进入井内。详见顶管穿墙体止水构造图5、井内测量以及设备安装5.1 井内测量的方法根据图纸坐标使用全站仪分别定出工作井及接收井上 A、B 点（如上图） ，置全站仪于 A 点，后视 B 点，作 BA 直线的延长线，并在工作井后部定出一点 C。然后，在井底定出任意一点 D，置水准仪在 D 点上，根据图纸上 A、C 点位置的管道中心线高程，定出 A 和C，点，A，C，直线就是我们要找的顶进轴线。255.2 设备安装5.2.1 后靠背导轨及后顶的安装轴线确定后先安放后靠背，后靠背后部距离井壁 100200mm，调整后靠背前后以及左右方向，应尽量保证后靠背的中心于轴线相重合，调整方法见下图：26在轴线定好后既可安装导轨以及后顶，先根据导轨本身的尺寸计算出导轨顶面至轴线的高差 h，至水平仪于井下，在井四周作出46 个临水点，保证轴线标高-临水点高程= h，安放导轨时可用线绳在相对的两个临水点拉出一条直线，使导轨顶轻触于线绳既可，然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线重合，导轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程，最后支撑导轨至井壁上。引轴线至井底前后两侧 A、B 两点，分中后靠背，在后靠背上作一分中点 C，开始放置后靠背时尽量使 C 点在 AB 的延长线上，此值可肉眼鉴定，误差不应大于 10cm，在后靠背边缘定出任意等高两点D、D，测量 AD 和 AD，的距离，只需保证 AD 的距离约等于 AD，的距离既可，误差不应大于 3cm，导轨左右方向确定后既固定下面两侧各一点，后使用线坠调整前后方向既可，最后填塞 C15 细石混凝土至井壁到后靠背的间隙，后方顶的安装在后靠背的安装完毕后进行，抄平后顶后，只要保证千斤顶后平面贴实后靠背既可固定。导轨安装完毕后需在预留洞口内安装副导轨，副导轨的轴线以及高程均要与主导轨保持一致，此副导轨用于防止机头进洞后低头，增高装置可根据机头重量以及增高量选择枕木，钢支架或砼垫层。见下图： 副 导 轨 导 轨增 高 装 置砖 封 门275.2.2 洞口止水装置的安装：按设计图纸顶管穿墙止水构造图进行安装。5.2.3 顶管动力配套安装每套顶管动力配套如下表：序号 设备名称 数量 总功率(kwh)1 刀盘电机 1 222 螺旋输送泵电机 1 5.53 纠偏油泵电机 1 44 排污泵 2 15285 电焊机 1 30(注：以上所列设备，并不都是同时启动。)动力电线设置：管内设置二路电缆，按其配套动力负载功率，选择电缆规格，供电采用 TNS 方式，三相五线制移动电线装接。6、泥水系统的安装泥浆池应尽量靠近工作井边，可采用并联法，见下图：泥浆池尽量靠近工作井边，可以减少排泥管路过长而且产生的管路摩阻力，沉石箱的配置可沉淀块状物，防止块状物直接进入排泥泵引起排泥泵堵塞和损坏。注浆系统应尽量使用螺杆泵以减少脉动现象，浆液应保证搅拌均匀，系统应配置减压系统，在泵出口处 1 米外以及机头注浆处各安装一只隔膜式压力表。排泥泵旁通装置沉石箱号泥浆池 号泥浆池排 泥送 水补 水 注浆系统送 水 泵29设备调试以及土体取样：顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运