钢筋混凝土管顶管施工方案

1、广州天然气利用工程 迎宾路车道下管段顶混凝土套管方案 、工程概况： 埋设在番禺区迎宾大道快车道及路口的管段，由于路权单位（番禺区交通 投资建设有限公司）及管理部门（番禺区交通局路政管理所）要求采用非开挖 施工方法施工；考虑到日后便于高压管道更换及维修，根据现场特点，采用顶 钢筋砼套管，在套管内安装燃气管道的施工方法。 具体位置（桩号）：4+7005+435 7+981.04 8+151.87。 二、现场施工条件分析： 1.4+7005+435 段：该段包括两个路口及快车道， 4+700 位置是绿化带， 图纸显示没有地下管线等障碍，可定为工作坑位置（1#坑）； 5+358 处为塘西 酒家停车场，

2、且地下管线非常密集，不适宜做工作坑，因此，该段管线应延长 至 5+435 处，该处为空地，障碍少，可做工作坑（ 5#坑）；4+915.38 处为平面 转点，在该处做工作坑（ 2#坑：由于该处为转点，故该坑只能做一个方向顶 进，最后做 3#坑的接受坑） ； 3#坑及 4#坑在桩号 5+000 和 5+171.19 处，该两 个地方均没有地下障碍，同时可利用一半人行道，减少快车道占用面积。接受 井在工作坑之间按现场实际布置，单向顶进最大长度 130 米。 3、7+981.048+151.87 段： 7+981.04 为绿化带，地下管线较少 （只有一 条电力电缆 , 可采取保护措施 ）, 可做顶管工

3、作坑； 8+121 处地下管线较多，不 宜做工作坑，应将顶管段延长至 8+151.87 没有地下管线 , 且场地较好，很适合 做工作坑。接受坑在 8+058.60 处（绿化地上）。 三、顶管工艺确定： 1. 顶进施工方法选用：采用中短距离直线法顶管，人工挖土的施工方法。 2. 管径及管材：建议采用 DN1500MM二级钢筋砼离心式 F型顶管，橡胶圈 垫板石棉水泥接口。 3. 管内底用C15砼填充做安管平台。 4. 最大顶力计算及设备选型：按最大单向顶进长度130M管顶埋深5M计 1） .顶力计算： 对于顶力的计算，管径、埋深、顶进长度、土质、是否采用减阻碍措施， 挖土工艺等都对顶力具有一定的影

4、响，顶管的总顶力主要分为两个部分：正面 阻力和四周的摩擦力，即总顶力 F=F1+F2。 Fi工具管的正面阻力（KN），由于该工程采用挤压式工具管，故 Fi=n/4D2 （1-e ） X R 工具管外径（ M）；1.5+0.3=1.8M 。 开口率 e二S/S2=1.3273 - 2.545=0.5215。 1 工具管开口面积；（取直径 1.2M, 0.7854 X 1.3 X 1.3=1.3273M2） 2 工具管横截面积（管道外径）；0.7854 X 1.8 X 1.8=2.545M2。 R挤压阻力（KN/M），取 R=4OOKN/M 故：F1=3.14 - （4 X 1.8 X 1.8）

5、X（ 1-0.5215 ） X 400=0.186 （KN）。 F2管道摩擦阻力（KN :公式：F2二f2.L。 管道总长度（ 130M）； 2单位长度管道摩擦阻力（kn/m。管道的摩擦阻力是指管壁与土之 间的摩擦阻力，由于该工程采用触变泥浆减阻措施，故f2=n .D.f ; D 管道外径（M（顶管所用管道壁厚一般为管内径为十分之一）； f管壁与土的平均阻力（取 4.5KN/M2）; 故：F2= n D f L =3.14 X 1.8 X 5X 130 =3673.8(KN)。 总顶力 F=F1+F2 =0.186+3673.8 =3673.99(KN )。 (2) .顶管设备选型： 从上面的

6、计算结果可知，本工程的最大顶力为 3673.99KN。为保证管道顶 进时顶力有一定的富余系数，在选用顶管设备时，每坑采用 2个400T的千斤 顶。 单向顶进长度超过90M时，加设中继间。 四、顶管施工方案： 1. 工作坑施工：由于现场施工场地较狭窄，采用沉井施工方法，尽量减少 工作面。 2. 接受坑施工：与工作坑同样方法施工，在管道顶进到位时开始开挖，减 少占用场地的时间。 3. 管道顶进：采用两组 YDT4000型主油缸配对顶进，每个油缸的工作推力 为4000KN油缸长度2657MM 土方采用人工挖掘的方法施工。 4. 减阻措施：a.在管外壁均匀的涂上一层白蜡，减少管壁与土层的摩擦 力；b.

7、采用触变泥浆减阻：膨润土运到现场后分批测得膨润土的胶质值，按下 表配制泥浆： 膨润土胶质值 膨润土 水 碳酸钠 60 70 100 524 23 70 80 100 524 1.5 2 80 90 100 614 23 90 100 100 614 1.5 2 注：0 .泥浆要充分拌和并停滞12小时以上方可使用。 .注浆泵采用BW250/50型注浆泵，压力为3050Kg/cm,排量为: 150250升/分，在注浆时压力控制在 0.10.2 Mpa左右。 .注浆孔位于管道两侧，每节管 2个注浆孔，顶管完成后要用水泥 砂浆置换触变泥浆，并将泥浆孔封堵。 5. 地下水排除措施：由于本工程地下水位较高

8、，对安全施工构成威胁，故 考虑采用：a.当地下水不多时，在工作坑底板设置一集水坑，用抽水机直接排 除；b.如遇地下水太大时，采用深井降水法降水。 6. 遇淤泥流沙层措施：地质资料显示，沿线有淤泥流沙层，对管道顶进质 量及安全施工极为不利，宜采用分层注浆加固管道内及周围土体的方法，具体 为：采用管道内“超前小导管注浆法”，即在管道内按一定间距（ 0.5 米为 宜）插注浆导管，外圈导管斜插角度为 15 度；注浆材料为水玻璃水泥浆。 五、工作坑结构设计： （一） . 尺寸计算： 1 .长度:按正常状态顶进时计算 : L b1+b2+b3+L1+L2+L3+L4 其中：L工作坑的最小长度； 后座或后背

9、墙厚度，设后座时取b1=40 60cm设后背墙， 无后座时取b1=5C160cm由于本工程顶力较大，故取 b1=100cm 刚性顶铁厚度，取 b2=30cm； 环形顶铁厚度，取 b3=15cm； 下井管段长度，本工程管径 DN1500取L1=800cm 主油缸长度：YDT400Q型工作推力为4000KN长度1657。 接管时留在坑内管道的最小长度，取L3=50cm； 安装富余量，由于本工程地方狭窄，故不作安装富余量考 b1 b2 b3 L1 L2 L3 L4 虑，取 L4=80CM。 故 L b1+b2+b3+L1+L2+L3+L4=1.0+0.3+0.15+8+1.657+0.5+0.8=1

10、2.4M 取 L=12.4M 2. 宽度: 工作坑的宽度与管道外径有关，另外还与坑的深度有关。因为较 浅的坑，能放在地面的设备不再下坑，如油泵车、变电箱、电焊机和顶铁等。 较深的坑一般是井，为了提高施工效率，上述设备都要放在井下。所以前者工 作坑较窄，后者较宽。 浅工作坑：B二D+（2.02.4 ） 深工作井：B=2D+（2.02.4 ） 式中：B工作坑（井）的宽度（M ； 管道的外径（M ； 由于本工程工作坑深度在6M以上，故其宽度按深工作井计算，即取: B=1.5D+（2.0 2.4 ） =1.5 X 1.8+2=4.7M，取 B=4.7M。 3. 深度：自地面至基坑（井）底板面的深度称为

11、工作坑（井）的深 度，可按下式计算：H=H1+D+h 式中：H1管顶覆土厚度（M）; 管道外径（M）; 取h=0.8M,故工作坑的深度为 操作空间高度（M H=H1+D+h=5+1.5+0.8=7.3M ; 地面 （二）.坑壁及坑底结构设计： 0 14 200 1000mm 0 16 200 20mm厚钢板 预留孔洞 0 14 200 500扌 m 旷 0 500 C30钢筋混凝土 A d 碎石基层 kkA （三）.顶进后背墙设计: 1. 选用尺寸：3500mrK 3500mM 1000mm 2. 做法：正面（与千斤顶接触面）及侧面用20mm厚钢板焊接成型，与剪 力墙预埋件焊接，中间填充 C3

12、0钢筋砼。 六、顶管工艺流程的质量控制： 顶管工作能否顺利，导轨的安装非常关键，本工程导轨采用轨道钢，在安 装时应顺直、平行、等高，纵坡与管道设计纵坡一致，安装误差为： 轴线： 3MM； 顶面高程： 0 +3MM； 两轨内距： 2MM； 安装轨道时应与底板预埋铁牢固焊接，不能在使用中跑位。 在顶管开始入土前，再仔细检查一遍油泵，千斤顶的安装及运作状态，注 意设备的状态，后背及轨道的安装精度，准确无误后，方可放下工具管开始顶 进工作。 手工掘进顶管法前10M非常关键，允许偏差必须控制在以下范围内，轴线 3MM高程0+3MM超过此范围应及时纠正。 在挖土时，要严格按下列要求挖掘，先中间，后四周，不

13、超挖，勤收边， 四周的超挖量不大于 1.5CM。 在顶进过程中要时刻观察，并做好以下记录： 油泵油压表读数； 注浆泵压力读数，过行管头高程、轴线偏差； 导轨及后背铁的稳定程度； 土质变化。 如以上内容正常，则继续顶进；如发现异常，要仔细分析原因，并采取相 应措施。 七、顶管施工测量 ：先准确定出工作坑及接收坑的位置，坑底及走轨的标 高；施工过程中重点控制轴线位置及高程；一般每顶进 0.5 米应对高程及轴线 复核一次。 八、顶管纠偏： 纠偏是指工具管偏离设计轴线后，利用工具管的纠偏机构或其它措施，改 变管端的方向，减少轴线偏差的方法。 当测量结果超出允许偏差范围外，就要进行纠偏，纠偏主要靠工具管

14、进 行。纠偏时应做到以下几点： 1. 2. 3. 4. 纠偏应在顶进过程中纠偏，边顶进边纠偏； 纠偏应用小角度来逐渐进行，不能急拐或突升突降; 纠偏时应注意轴线校正后顶管头的复位； 每次纠偏均要仔细记录其过程及纠偏值。 九、顶管常见通病的分析与防治: 顶管允许偏差控制: DN1500 轴线位置 50 管道内底咼程 +30、一40 相邻管间错口 20 (一).管道轴线偏差过大: 1.现象： 管道轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接 口渗漏。 2.原因分析: (1) .地层正面阻力不均匀，使工具管受力不均匀，形成导向偏差，造成管 道轴线偏差。 (2) .顶管后背发生位移或不

15、平整，使顶力合力线偏移，造成管道轴线偏 差。 (3) .千斤顶不同步，或千斤顶间顶力相差较大，或安装精度不够，造成顶 力合力线偏差，使管道轴线发生偏差。 3. 预防措施： (1) . 顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查，设置测力装置， 指导纠偏。纠偏应按照勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法进行。 (2) . 采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合 力线与管道中心线相重合。 (3) . 加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平 整，以保证顶进设备的安装精度。 (4) . 顶进过程中应随时绘制顶进曲线，以利指导顶进纠偏工作。 4. 治理方法： (1

16、). 重新调整千斤顶行程、顶力、顶速，或重新调千斤顶的安装精度。 (2) . 对顶管后背进行加固，防止位移继续发展，并确保后背平整。 (3) . 纠偏前应认真分析顶进曲线的发展趋势，采取适当的纠偏量，循序渐 进，切不可操之过急，适得其反。 ( 二 ). 地面沉降与隆起： 1. 现象： 顶管施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生地面沉降或隆 起，使管道周围建筑物和道路交通及管道等公用设施受到影响，甚至危及到正 常使用和安全。 2. 原因分析： (1) . 开挖端面的取土量过多或过少，使工具管推进压力与开挖土体压力不 平衡，造成地面沉降或隆起。 (2) . 管道轴线偏差，或纠偏不当造成的

17、土层土体损失。 (3) . 管道外围环形空隙(工具管外径与管外径之差)引起的土层土体损 失，或顶管完成后未置换泥浆造成的土体损失。 (4) . 管道接口不严密造成的水土流失。 3. 防治措施： (2). 平衡。 (3). (1). 施工前应对工程地质条件和环境情况进行周密细致的调查，制定切实 可行的施工方案，正确选用工具管，并对距离管道近的建筑物和其它设施采取 相应的加固保护措施。 设置测力装置，以便掌握顶进压力，保持顶进压力与前端土体压力的 (4). 道外围环形空隙。施工结束及时用水泥或粉煤灰等置换润滑泥浆。 严密控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法。 在顶进过程中应及时足

18、量地注入符合技术标准的润滑支承介质填充管 (5) . 严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏。 ( 三 ). 顶力突然增大： 1. 现象： 在顶进过程中顶进压力突然增大。 2. 原因分析： (1). (2). (3). 果降低， (4). 土层塌方，或工具管前端遇障碍物，使摩阻力增大。 管道轴线偏差形成弯曲，使摩阻力增大。 减阻介质，膨润泥浆配比不当或注入不及时，或注入量不足，减阻效 使摩阻力增大。 顶进设备油泵、油缸、油路发生故障。 (5). 低。 3. 防治措施： 顶进施工中，因故停顶时间过久，润滑泥浆失水后，使减阻效果降 顶进过程中应严格执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求，使管道 (1)

19、. 轴线被控制在允许偏差范围以内。 (2). 按不同地质条件配制适宜的泥浆，并采取同步注浆的方法，及时足量 地注入泥浆。 (3) . 顶进施工前应对顶进设备进行认真的检修保养。 (4) . 停顶时间不能过久，发生故障应及时加以排除。 4. 治理方法： 发生顶力过大的情况时，应立即停止顶进，查找原因，判明情况后采取相 应措施进行处理。 ( 四 ). 钢筋砼管道接口渗漏： 1. 现象： 管道接口渗水、漏水。 2. 原因分析： (1). 管节和密封材料质量不符合技术标准或在运输、装卸、安装过程中管 节被损坏。 (2). (3). 管道轴线偏差过大，造成接口错位，间隙不均匀，填充材料不密实。 接口或止

20、水装置选型不当。 3. 预防措施： (1). 严格执行管节和接口密封材料的验收制度。 (2). 严格控制管道轴线，按技术标准和操作规程进行施工。 (3). 在管节的运输、装卸、停放、安装过程中，应做到吊(支)点正确， 轻装轻卸，保护措施得当。 (4) . 认真进行接口和止水装置的选型。 4. 治理方法： 可采用环氧水泥砂浆或化学注浆的方法进行处理。 ( 五 ). 钢筋混凝土管节裂缝： 1. 现象： 管节纵向和环向有明显裂缝，造成管道渗水、漏水。 2. 原因分析： (1). 管道质量不合格。 (2). 顶进过程中顶力超过管节的承压强度使管节损坏。或轴线偏差过大， 致使管节应力集中而损坏。 (3). 3. 运输、装卸、停放、安装方法不当，造成管节损坏。 预防措施： (1). (2). 内。 严格执行各管节质量验收标准。 顶进时应严格控制管道轴线偏差，控制顶力在管节允许的承压范围以 (3). 装轻卸。 在管节运输过程中应采取管垫等保护措施，并应做到吊支点正确，轻 4. 治理方法： 应认真分析裂缝产生的原因和性质，根