国投电厂高背压改造新建管网工程 顶管穿越G55长晋高速K1043+148m
施工方案
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中石化工建设有限公司 2017年7月1日
1.工程概况
国投电厂高背压改造新建官网工程管道设计压力1.6MPa，设计总长8.94Km，分六段建设：1段途经国投电厂—上辛安—下胡； 2段途经下胡—东蜀—上胡；3段途经上胡—龙化；4段途经龙化—兰花物流园；5段途经兰花物流园—侯匠；6段途经武庄路—吕匠路—兰花路—颐翠路。
根据工程敷设计划，施工的恒力建材—中继泵站一次网管线设计长度1.341Km,设计压力1.6Mpa,设计供回水温度为130/70℃，管材选用Q235B材质，管径D1220×16mm的螺旋缝埋弧焊钢管。
根据设计走向线路需从G55长晋高速泽州县段K1043+148处，在不破坏公路、不影响交通的情况下采用顶管施工工艺穿越公路。
顶套管穿越G55长晋高速K1043+148m处顶套管采用符合《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》内径2200mm三级钢筋混凝土套管（钢承插口）。 1.1建设规模
穿越段公路路面宽约10米，为填高型路基，两侧有排水沟、隔离栅；穿越套管长度86米，西侧超出隔离棚16米，东侧超出隔离棚20米，穿越角度90°。
1.2.建设地点：G55长晋高速K1043+148处。 1.3.场地工程地貌及地质条件
1.3.1交通
本单体穿越点所在紧邻龙化村、有改线207国道可依托，交通方便，材料和工程机械运输较为方便。
1.3.2气象与水文特征 (1)气象
泽州县大陆性季风气候明显，四季分明，一般为：春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季秋高气爽，冬季寒冷干燥。泽州县年平均气温10℃-11℃，气温总的分布趋势是由南向北递减；盆地由平地向山区递减。泽州县多年无霜期192.6天，最多为226天。降水量的区域分布总趋势是由西北向东南递增，山区多于平川、丘陵；南部和东南部山区大于北中部地区。降水量主要分布在夏季，占全年降水量的60 %。
1.3.3地形地貌
本单体穿越处属河流阶地，平均海拔在765m左右，是内陆黄土高原的一部分，相对高差在5~10m之间，场地附近主要辟为耕地及林地。
1.3.4岩土工程评价
C0+830‾C0+916段为长晋高速公路穿越段。该段为山地地貌，地形较为平坦。地基土为红土。承载力满足要求。地下水对开槽铺管无影响。 1.4 各参建单位
建设单位：山西省经济建设投资集团有限公司 设计单位：河北华热工程设计有限公司 监理单位：德圣工程有限公司 施工单位：中石化工建设有限公司 2.编制依据
2.1.建设及设计单位提供的设计和地勘资料 2.2.现场交底情况及现场实际情况 2.3.施工技术标准及验收规范
（1）《城镇供热管网工程施工及验收规范》CJJ28-2014
（2）《高密度聚乙烯外护管硬质聚氨酯泡沫塑料预制直埋保温管及管件》GB/T29047-2012
（3）《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236-2011 （4）《城镇供热直埋热水管道技术规程》CJJ34-2010 （5）《压力管道规范--工业管道》GB/T20801.1~6-2006 （6）《工业金属管道工程施工规范》GB50235-2010
（7）《工业金属管道工程施工质量验收规范》GB50184-2011 3、施工准备
3.1施工前和G55长晋高速管辖单位沟通，做好施工前各种手续的审批工作；主要对以下几点进行确认：
3.1.1我方管道穿越点：G55长晋高速K1043处，北侧100米内有涵洞，南侧100米范围内无涵洞。
3.1.2套管长度为86米，西侧超出隔离棚16米，北侧超出隔离棚20米。 3.1.3套管管顶距离公路路面为20米；套管采用符合《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》内径2200mm三级钢筋混凝土套管（钢承插口）。
3.1.4穿越角度90°；
3.1.5 管线穿越后，将检漏管引至北侧进行安装。
3.2确定施工用料及时达到施工现场，施工机具完好，满足施工需要； 3.3做好施工人员的技术培训工作； 4、施工技术措施
4.1未来公路扩建时，为保证套管能够承受来自路基压力、施工荷载及行车载荷的作用力，穿越管顶部距离公路路面距离为20米。 4.2顶管施工工艺
根据G55长晋高速K1043+148m处两侧现场地形及交通情况，顶管施工采取单向顶进，操作坑设置在公路南侧；
顶管工作坑尺寸为6米长×6米宽，7米深。
顶管选用钢筋混凝土套管内径2200mm三级套管。顶管时将第一节管全部压入土层后，便把第二节管子与第一节管子连接再继续顶进。在顶进的同时应将管内的泥土用机械结合人工随掏出随运走。当第二节管压入土中并将管内的渣土清理干净后再下第三节、第四节等。
顶管时校核顶管千斤顶的顶力，需克服在顶管时所产生的重力，摩擦力和端头的切土力，且顶管用钢筋混凝土制造，不能将管顶裂。
为了确保公路路基的稳定性，采取“少挖勤顶”的方式，顶管时严禁超前开挖，不扰动套管上部土层，管道顶进路基及边坡范围内，每次顶进距离不大于15cm；施工时在路缘石和分隔带设置沉降观测点，顶管过程中随时进行沉降观测，确保公路路基的稳定性。施工结束后在穿越点公路两侧设置永久性警示标志。
4.3顶管施工工艺流程如下：
施 工 准 备 定 位 安装 电源 安装机电设备 管材 运输 管件 加工 挖操做坑 作后背墙 铺设后背 安装顶管机 清理槽坑 铺设枕木导轨、加固坑槽 沿线复测 顶管挖土、运土 缩小导轨、加顶铁 下管 机械拆运 穿内管封管头 余土运输 回填土
1—后座墙；2—后背； 3—立铁；4—顶铁； 5—千斤顶；6—混凝土套管； 7—内涨圈；8—基础； 9—导轨；10—掘进工作面
4.3.1场地平整、测量放线 4.3.2.1场地平整
根据现场情况，在工作坑一侧平整出一块施工场地。 4.3.2.2测量防线
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）防线同时放出操作坑与管坑的位置和开挖边线。
3）保护好公路两侧中心线上的标志木桩，以便按该测量、审核操作坑开挖深度和穿越准确度。
4.3.2工作井开挖：工作井尺寸与管径大小、管节长短，顶管形式，施工方法等方面有关，并受土的性质、地下水位条件等影响，以及各机械安装的位置，操作空间，现场条件，工期长短，垂直运输等各方面因素有关。将工作井地面宽度及长度、
高度计算出来后即可进行开挖。挖掘采用挖掘机进行开挖。根据现场具体情况，操作坑设置公路南侧，接收坑设置路北侧； 1）工作井地面的宽度:B=D+2b+2c 式中B—工作井地面宽度（m）；
D—顶进管节外径（m）；
b—工作井内稳好管节后两侧空间（m）： 根据本工程套管直径，b取1.3m； C—两侧支撑材料厚度，取0.1m； 2）工作井地面长度 L=L1+L2+L3+L4+L5
式中：L—工作井底面总长度（m）; L1—套管管节长度（m）； L2—千斤顶长度； L3—后背墙垫木厚度；
L4—顶进管节预留在导轨最小长度
钢筋混凝土管取0.3—0.5m；
L5—管内出土在管尾留出空间长度，输送带运土1.6m；
顶管按每节2.5m考虑，500吨油压千斤顶长度1.7m，后背墙为两层道木加一层钢板约为土，得出总长度约
4.3.3坑挖好后还需要进行坑底处理，坑底铺设厚0.2m砂石，为了安放导轨，坑底上还需要设枕木，枕木间距为500—700mm。在套管低必须敷设导轨（见下图），一般选用钢轨43Kg/m型即可。导轨必须牢固地固定在枕木上。
钢轨间距为
A0=2(D2t)(hc)(hc)2 A0——导轨上部的净距（mm）； D——管内径（mm）； t——管壁厚（mm）； h——导轨高度（mm）； c——预 一
留空隙高度（mm） 般选用50-70mm。
0.8m，采用土斗车取为6m。
4.3.4千斤顶选择
顶管法的计算公式较为复杂，为了减少计算复杂的程序和施工方便，结合以往的实践，按下列经验公式进行计算。 T=Kq*p 式中：T——为总顶力；
Kq——为顶管段内土质系数；
当粘土、沙粘土、天然含水量的沙质土挖洞时能形成Kq值为1.5—2；当土质为含水量很低的沙质土、沙砾土，回填土等不能形成供的Kq值取3 P——为被顶管的全部自重（t）。
G5512长晋高速K3+620处顶管长度约62m，采用单向顶进方式，其土质系数取2，考虑其摩擦系数及施工安全，可选500t油压千斤顶进行顶进，配备相应油压泵。
4.3.5顶铁安装：预备1—0.01m长度的多种型号的顶铁，以利于施工减少顶管机空运转。顶铁要平稳放在顶铁运行轨道上，轨道选用[18—20钢槽。顶铁位置设在管下面。作用点在1/4—1/5D处。以便于出土及工作人员进出管内外为宜。 4.3.6掏土：顶管采用人工掏土，自制运土小车在管内进行运土。管内应暗设便于作业的安全照明，一般用低于32V的安全电压、内外应规定明确安全信号；工人在管内时，不得将头或身体伸出管外，以防塌方伤人，管四周必须均匀清土，不能留残土。在含有地下水的土中挖土，可采用自上而下的挖土方法，底部应挖的平整，管低坡度始终应符合设计要求，防止弯曲、扭转。边挖土边顶进，挖土直径小于管口直径，可以预留10mm，让管子在前进时切去。 4.3.7后背墙的处理：后背墙墙结构示
油压千斤顶 原有土 加强钢板 枕木 意图如下
枕木 后背墙示意图
顶管导轨
2500mm
4.3.8套管的连接：在顶管施工中，套管的选用钢筋混凝土管，套管接口内封堵采用专用橡皮圈，缝隙用石油沥青麻丝抹平。 4.3.9顶进施工
工作坑内设备安装完毕，经检查各部处于良好状态，即可进行开挖和顶进。首先将管子下到导轨下，就位以后，装好顶铁，校测管轴线和管底标高是否符合设计要求，合格后即可进行管前端挖土。
顶进利用千斤顶出镐。在后背部动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下：
安装好顶铁挤牢，管前端已一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作进程，将管子推向一定距离。
停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。 添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。
卸下顶铁，下管，套管接口内封堵采用专用橡皮圈，缝隙用石油沥青麻丝抹平。
重新安装顶铁，重复上述操作。 顶进时应注意事项：
（1）顶进时应遵照“先开挖后顶，随挖随顶”的原则。应连续作业，避免中途停止，造成阻力增大，增加顶进困难。
（2）首节管子顶进的方向和高程，关系到整段顶进质量，应勤测量，勤检查及时校正偏差。
（3）安装顶铁应平顺无歪斜扭现象，每次收回活塞加放顶铁时，应换用可能安放的最长顶铁，使连接的顶铁数目为最少。 4.3.10顶管作业面通风
顶管作业面通风采用压入强制性通风措施，用风机通过1.5英寸铁管向工
作面压风。 4.3.11测量与纠偏
（1）顶管测量：采用经纬仪和激光水准仪。
1）测量次数，开始顶第一节管子时，每顶进20～100cm/次。校正时，每顶进一镐即测量一次。
2）中心线测量，根据工作坑内用经纬仪设置的中心桩挂小线，使拉线对准垂球，读管前端的中心尺刻度，若拉线与中心尺上的中心刻度相重合，其差值即为偏差值。
3）高度测量一般在工作坑内引设水准点，停止顶进，将激光水准仪支设在顶铁上，测量前端管底高程。 （2）顶进偏差的校正
顶进中发现管位偏差10mm左右，既应进行校正。纠偏校正缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛纠硬调。
4.3.12顶管结束后，管节接口处用水泥砂浆将缝隙抹平； 4.4.穿越管道的安装
顶管施工之前，在预制场地完成穿越段钢管线组对、焊接、保温、试压工作，为主管穿越做好准备。施工完毕后，及时组织钢管线穿越施工； 4.5管端封堵
钢管线穿越完毕后，混凝土套管与钢管之间用砂填充，管端采取封堵措施。 4.6在线监测安装
管端穿越完毕后在线监测光缆敷设。 5、施工进度计划
根据本工程的工程量和所使用的施工方法，拟定工期为60天，我单位将合理安排施工，尽可能争取提前完工。 6、劳动组织
采用混合工作队形式，以便相互配合，充分发挥多面手作用，现场配备较强技术力量，顶管采用2班连续作业，每班组配吊运土方，挖运土方4人，顶进4人，共16人。 7、质量保证措施
7.1地质勘察及资料整理工作，摸清顶管工程范围内的地质情况。 7.2严格执行专检、自检、互检、工序交接确保施工质量；
7.3做好管节、承压环顶进各阶段受力稳定控制，采取合理的技术措施。使后背的基受力和管节受力控制在允许范围之内。加强操作控制，使顶管均匀平稳。受力均匀。
7.4搞好测量控制检查，及时分析纠正顶进过程中出现的倾斜偏位和扭转，保证顶管位置正确。
7.5做好各项施工记录，责成专人进行施工技术总结，做到工程完资料齐全。 8、控制地面隆起、沉降的措施
为了确保顶管施工的顺利进行，不发生冒顶现象，且对现有最浅深度区极其周围管线的影响降至最低，我们将采取以下技术措施。
1具体措施
① 路面沉降量的计算
施工前我们将按以下公式估算顶管施工期间路面的沉降值，从而为以后施工做到心中有数，尽量减少对路面的影响； 沉降槽图式如下：
计算穿越操作坑前距现有自然地平最小深度段 δmax=V/2.5i(φ1000) δx=δmax*exp(—X2/2i) 式中：
δmax—管中心处最大沉降值 δx—距中心处X米处的沉降值
V—顶管引起的土质损失量，V=V1+V2+V3 V1—切削面土质失量，本工程取0.02 V2—纠偏引起的土质损失量 V2=1/2x2.3*R*la%
=1/2x2.3x0.6x（0.5x3.14/180） =0.006
V3—管道外周环形空隙引起的土质损失量，V3=3.14xDxK（a为刀头与管子之间的半径之差，K为注浆充满系数，注浆良好时K=0.2~0.4） V3=3.14*D*a*K =3.14x3.56x0.001x0.2 =0.002
0.8,(Z为地面到管中心的深度，i—沉降槽宽度系数，i=R（Z/2*R）本工程取7.5m)i=R
（Z/2*R）0.8 I=R（Z/2*R）0.8
=0.6x[7.5/(2x0.6)]0.8=2.6 则管中心处最大沉降值δmax： δmax=V/2.5i
=（0.006+0.02+0.002）/（2.5x2.6） =0.004m=4mm
根据计算，顶管最大沉降值可控制在4mm以内，对地面及地下管线影响很小，可以保证现有道路及地下管线的安全。
② 施工检测
在管道沿线上方的地面上设置一组路面沉降监测点，监测点公路两旁各设一个，路中间隔离带设一个，共计3个观测点，观测点高1.4m，自带刻度（类似塔尺），避免操作人员上路。距200m以外设置一个基准点，作为永久控制桩，对公路检测点进行不间断测量，观测点设置前与管理部门联系，在取得同意并确保安全的情况下派工作人员去设置观测点。顶管穿越道路期间每天定期观测，通
过观测点和基准点的相对观测数据来测定地面的沉降量，每顶进一节，顶前顶后各测一次，已记录土体沉降、隆起曲线和最大沉降、隆起量。测出的每个沉降点位的原始数据，编制成册，并根据监测点的变化，以便有针对性地对顶进速度及土压力的控制进行调整，从而保证顶管对路面的影响降到最小。同时在顶管穿越前，根据上述计算公式计算出土体的最大隆起、沉降值，以便有针对性地对顶管施工工艺及时进行调整，以对地面产生最小的沉降值而控制其穿越道路期间的速率。在整个顶管施工期间对测点的监测始终全过程跟踪测量。
另外，在顶进施工期间，必须连续顶进连续顶进，不得中断，顶进过程中必须掌握好顶进速度与出土速度保持平衡。严禁出现顶进速度过快，出土速度过慢，始终应保证土体的稳定，确保顶管稳中求进。
操作人员在顶管顶进过程中加强对施工参数的监控，一旦发现土体不稳定、波动较大等现象，应立即停止推进，并查明原因。
对顶进操作人员进行重点交底，严格控制顶管轴线的偏差，确保顶管从工作坑按设计标高顶进到达收坑。 9、安全措施
9.1施工前办理部门施工许可手续，施工过程中；
9.2施工前对所有施工人员进行一次路附近特殊地段施工安全教育；在施工位置处前后200m位置设置明显标识牌“前方施工，减速慢行”，以提示车辆安全通过穿越点路面；
9.3施工过程中施工主要负责人及安全人员进行现场监护，严防施工人员跨越安全网及防护栏，并做好施工安全警示标示工作；
9.4施工完毕后及时对套管口进行封堵及对操作坑回填处理；
9.5严格执行有关安全生产制度和安全技术操作规程，对安全关键部位进行经常性的安全检查，及时排除部安全因素，确保安全施工。
9.6吊车、起重设备由专人指挥，统一信号，预防发生碰撞。吊车靠近工作进边坡行驶时，加强对地基稳定性检查，防止发生倾翻事故。
9.7加强机械设备维护、检查、保养。机电设备又专人操作，认真遵守用电安全操作规程，防止超负荷作业。
9.8开挖前详细了解沿线地下建筑物资料，做好沿线保护措施，特别是电压电缆
的保护工作。
10.套管穿越施工机具配置
10.1、施工所用的措施用料的规格及用量见下表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 名称 钢管 枕木 水龙带 电缆线 照明线 石子 铁锹 卷扬机 钢丝绳 手推翻斗车 麻绳 规格 Φ114×6mm 25cm×25cm×4m 4吋 三相四芯 二相 5T 2吋 数量 150米 30根 用途 桩管 轨道枕木和档墙 抽水 水泵电源 照明用 基础和施工便道 掏土 提升土 卷扬机用 运土 拉车运土 100米 200米 100米 20米 5把 2台 60米 2辆 若干 3
11 示意图
附图1：G55长晋高速K1043+148m处穿越平面示意图
附图2：G55长晋高速K1043+148m处穿越纵断面面示意图
：
附图3：G55长晋高速K1043+148m处穿越横断面面示意图
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