下穿石油管線頂管施工技術

1、九龍湖新城起步區(qū)市政基礎設施一期工程C-I標項目經(jīng)理部下穿石油管線頂管施工技術作者：張科星工作單位：中鐵港航局集團深圳工程有限公司二一四年四月二十四日摘要：本項目沿東城大道西側(cè)有一條DN350石油管線，因石油管線改移滯后，影響希望大道與東城大道交叉口處希望大道南側(cè)2×1.5m雨水箱涵施工。經(jīng)現(xiàn)場勘查及放樣，雨水箱涵需要下穿石油管道，若施工采用開槽放坡開挖，將使石油管道暴露、安全風險高。若等石油管道改遷后施工，又嚴重影響項目進度目標的實現(xiàn)。經(jīng)項目集體研究，并和石油管道產(chǎn)權(quán)單位協(xié)商，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，采用2.0m預制涵管頂管施工方法，讓雨水箱涵下穿石油管道，將地表作業(yè)安全可靠地轉(zhuǎn)入地下施

2、工，以確保按期完成施工任務。關鍵字：頂管、石油管道、雨水箱涵、安全風險、經(jīng)濟效益目 錄1、工程簡介21.1、項目概況21.2、工程難點21.3、頂管施工優(yōu)點32、施工組織及部署情況32.1、施工平面布置圖32.2、機械設備配置42.3、施工進度情況43、施工工藝和方案43.1、施工工藝43.2、工作坑布置53.3、頂管施工準備73.4、頂管作業(yè)94、頂管施工作業(yè)難點及處理措施115、管涵頂管控制重點116、施工注意事項127、頂管施工取得的經(jīng)濟效益138、施工評價13下穿石油管線頂管施工技術 第 13 頁 共13頁 下穿石油管線頂管施工技術1、工程簡介1.1、項目概況本項目沿東城大道西側(cè)有一條

3、DN350成品石油管線，因石油管線改移嚴重滯后，影響希望大道與東城大道交叉口處希望大道南側(cè)2×1.5m雨水箱涵施工貫通。該里程地面標高29.45m，箱涵頂標高24.63m，石油管線底標高27.45m，即箱涵位于石油管道下方，箱涵頂距石油管底2.82m。此處施工采用開槽放坡開挖，將使石油管道暴露、安全風險高。若等石油管道改遷后施工，嚴重影響項目進度目標的實現(xiàn)。我項目部經(jīng)集體研究，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，并與業(yè)主、石油管道產(chǎn)權(quán)單位協(xié)商，采用直徑2.0 m預制III級混凝土管頂管施工方法，使雨水箱涵順利下穿石油管道，將地表作業(yè)安全可靠地轉(zhuǎn)入地下施工，以確保按期完成施工任務。圖1 頂管平面位置圖該

4、段地質(zhì)為微風化泥質(zhì)粉砂巖，節(jié)理、裂隙不發(fā)育，多呈柱狀、長柱狀。巖石單軸飽和抗壓強度標準值10.2MPa，巖體基本質(zhì)量等級為級。1.2、工程難點箱涵下穿石油管道施工，不宜大開挖，易影響石油管道穩(wěn)定，造成石油管道損壞，安全風險高；采取頂箱涵施工，施工場地大，設備多，工期長，成本高，效益低。1.3、頂管施工優(yōu)點可以直接穿越石油管道，無需開槽，不需對石油管道遷改或石油管道的保護，費用較低。頂管施工對管道上部土體繞動較小，穿越石油管道時，安全有保障。施工作業(yè)面減少，無大型機械接近石油管道四周，減小對石油管道的擾動。操作簡單，成本低，效益好。2、施工組織及部署情況2.1、施工平面布置圖根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況和地

5、下石油管線的位置，采用DN2000III級混凝土管頂通該處，使雨水箱涵貫通，排水通暢，減少雨水對施工干擾。圖2 箱涵下穿石油管道平面布置圖圖3 箱涵下穿石油管道立面圖2.2、機械設備配置表1 管涵頂管設備配置表序號設備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量設備狀況1挖掘機合肥日立ZX360LC臺1完好2吊車25T臺1完好3卷揚機臺1完好4千斤頂110t臺2完好5自卸汽車4t臺3完好6出碴設備套1完好7測量儀器套1完好2.3、施工進度情況工期2013年7月1日2013年7月25日，共計24天。3、施工工藝和方案3.1、施工工藝頂管施工工藝工作坑施工安裝管節(jié)布置頂鐵工作面開挖管內(nèi)運土停頂退進管道頂進管內(nèi)運土停頂退進

6、管道頂進3.2、工作坑布置工作坑開挖作業(yè)深度根據(jù)穿越處管道設計標高確定。人工配合單勾挖掘機進行開挖，直至開挖到設計管道高程下0.4m，基坑邊緣挖集水坑抽除積水。工作坑由基礎、導軌和后背墻組成。圖4 工作坑平面布置圖工作坑基礎：工作坑基礎采用現(xiàn)澆混凝土基礎。工作坑底部尺寸應滿足下列公式：B=D1+SL=L1+L2+L3+L4+L5式中：B-矩形工作坑的底部寬度，m； D1-管道外徑，m； S-操作寬度，可取2.43.2m； L-矩形工作坑的底部長度，m；L1-頂管掘進機長度，當采用管道第一節(jié)管作為頂管掘進機時，對于鋼筋混凝土管，不宜小于0.3m；鋼管則不宜小于0.6m；L2-管節(jié)長度，m；L3-

7、輸土工作間長度，m；L4-千斤頂長度，m；L5-后座墻的厚度，m；經(jīng)計算，工作坑寬度：5m，工作井長度：4.5m。工作坑深度采用下列公式進行計算：H=h1+h2+h3式中：H-頂進坑地面至坑底的深度，m； h1-地面至管道底部外緣的深度，m； h2-管道外緣底部至導軌底面的高度，m； h3-基礎及其墊層的厚度，m。經(jīng)計算工作井深度：4m。圖5 現(xiàn)場工作坑導軌:導軌的作用是引導混凝土管按設計的中心線和坡度頂入土中，保證管在將要頂入巖層中前的位置正確。施工中導軌采用工字鋼鋪設。鋪設導軌應注意滿足以下要求：兩導軌應順直、平行、等高，其縱坡應與管道設計坡度一致；導軌安裝允許偏差軸線位置3mm，頂面高程

8、0+3mm，兩軌內(nèi)距42mm；安裝后的導軌應牢固，不得在使用中產(chǎn)生位移，并應經(jīng)常校核。兩導軌之間的寬度根據(jù)下列公式求解：式中：B-基坑導軌兩軌之間的寬度，m；D0-頂進管道外徑，m；D -頂進管道內(nèi)徑，m；經(jīng)計算導軌間距寬度：0.8m。后背墻：工作井的頂管后座墻用兩塊20mm厚鋼板,中間用澆筑C20砼，在鋼板與井壁之間澆筑C20砼，和厚鋼板一同作為后座墻。待其混凝土達到75%以上強度后方可進行頂管的頂進工作，否則將可能造成頂管過程出現(xiàn)意外事故，影響頂管頂進。對于后座墻附加層的做法，采用以下方法：后座墻附加層工作面必須與頂管管線垂直。后座墻附加層的寬度應滿足主頂油缸發(fā)射長度，厚度根據(jù)工作井的直徑

9、和后靠背頂鐵的寬度而定。后座墻附加層做法采用鋼筋混凝土，標號C20以上，當后座墻附加層覆蓋洞口時，應在洞口處用型鋼加固。、后座墻附加層嚴禁采用方木，因木材具有彈性，頂管頂進時，主頂油缸反復作用會造成木材反復受力，形成疲勞破壞，影響頂進質(zhì)量，同時也會造成頂進設備損壞。3.3、頂管施工準備3.3.1、頂力計算及千斤頂選型本工程頂管長度12m，巖性為微風化泥質(zhì)粉砂巖，掘進時依靠泥質(zhì)粉砂巖短期自穩(wěn)能力，靠千斤頂頂入鋼筋混凝土管，所以只考慮管道底180度摩擦力即可。泥質(zhì)粉砂巖摩擦系數(shù)取f=0.25，鋼筋混凝土密度取2.5t/m3，即摩擦力為：雨水涵管：F=0.25×2.5×D1L&#

10、215;10=0.25×2.5×3.14×1.98×12×10=508.68KND1-為管道外徑；L-為頂管長度。綜合考慮實際摩擦力比理論值大和千斤頂實際利用率，實際摩擦力系數(shù)1.5，千斤頂實際利用率取0.7，則最大工作頂力應為：F=508.68×1.5/0.7=1090KN,現(xiàn)場采用110t的千斤頂。3.3.2、頂鐵頂鐵是頂進管道時，千斤頂與管道之間臨時設置的傳力構(gòu)件。頂鐵安裝和使用時應符合下列要求：頂鐵與軌道之間、頂鐵與管道之間的接觸面應保持干凈，如有泥土或油污等，應擦拭干凈，防止接觸不良，相互滑動。必須使千斤頂軸線、 頂鐵軸線和

11、管道軸線相互平行。更換頂鐵時，應先使用長度大的頂鐵；頂鐵拼裝后應鎖定；使用頂鐵必須注意安全，加強防護。頂鐵與管口之間采用三合板作為緩沖材料，使頂力均勻的分部在管端，避免應力集中對管端的損傷。3.3.3、開頂前的準備頂管前，必須嚴格進行各項準備工作，預防在頂進過程中發(fā)生安全質(zhì)量事故，落實相關責任人，并做好有關記錄以備查。安設和調(diào)試頂進設備涵管身和后背建成后即可安裝頂進設備。將各種傳力設備和液壓系統(tǒng)油管電路按設計和說明書安裝聯(lián)結(jié)好，檢查無誤后開動千斤頂空頂進退一次進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題即時檢修。圖6 管道安裝管體外表的潤滑處理涵管外表涂以水泥漿作為潤滑劑，要涂刷均勻。檢查涵管頂進前應對管涵結(jié)構(gòu)尺寸、質(zhì)

12、量、外觀等進行全面檢查驗收。對工作井位置、管道軸線、工作井底高程要復測。結(jié)構(gòu)外型尺寸應符合設計要求，混凝土澆筑質(zhì)量、混凝土結(jié)構(gòu)強度達到設計100%要求，防水層、防護層檢驗合格。安裝觀測儀器在涵管后方離后背稍遠距離處設立觀測站以觀測管道頂進時的中線和水平偏差。在涵管洞內(nèi)四個方向上進行高程測量，頂進方向偏差的觀測在箱涵一側(cè)的前后端各用環(huán)氧樹脂粘設一個標尺進行。另外，為了觀測頂進中后背的變形情況，在后背墻兩端設立標尺，進行后背變形觀測。頂進前要在涵管底板上設置觀測標釘，標釘一般設在中邊孔底板跨中及中、邊墻根部，設前、中、后三排。啟動前應觀測并記錄原始高程及相對高差，用于頂進過程中檢驗結(jié)構(gòu)變形。安全防

13、護落實防護人員和防護信號工具、防護標志牌，線路聯(lián)絡員與工地間的通訊情況，以及與石油管道單位的聯(lián)系和安全協(xié)議簽訂情況，石油管道部門派駐現(xiàn)場的施工配合人員等。故障處理措施及材料準備開頂前應做好各種故障處理方案，對作業(yè)人員交待清楚。另外，還需要準備足夠的故障處理材料，主要包括頂進故障處理，如出現(xiàn)“扎頭”加固土壤的短木樁、換填土壤用的砂夾碎石、片石和線路防護搶險的道碴、草袋、枕木等。3.4、頂管作業(yè)3.4.1、試頂試頂?shù)哪康氖菣z查頂進設備是否正常，頂力是否均勻，后背、滑板及箱體有無異狀，并使箱涵與滑板分離。試頂時，油泵應逐步加壓，每次升壓后還要穩(wěn)定10分鐘，并對設備及后背墻等發(fā)生的裂縫情況進行檢查。3

14、.4.2、頂進采用由石油管道兩側(cè)向中間頂進施工。頂進過程是：當前方挖土完成一個頂程后，即開動高壓油泵，使千斤頂產(chǎn)生頂力，通過傳力設備，借助于后背的反作用力，推動涵管前進。如此循環(huán)往復，直至涵管就位。圖八 管道頂進3.4.3、頂進挖土由于頂管長度短，巖層自穩(wěn)能力強，我部采用人工開挖土石、運渣、出渣，每次掘進長度30，隨后頂管跟進方式進行施工。開挖面寬度、高度比結(jié)構(gòu)輪廓小10cm，保證吃土頂進，以利方向控制。挖土邊坡不大于1：0.67挖土時應掌握坡度的平整，由上向下開挖，嚴禁掏洞取土或出現(xiàn)倒坡，以利安全。涵體底面應預留高出510cm 厚度的土層不挖，使底板吃土頂進，減少“扎頭”。挖土作業(yè)

15、必須與觀測點密切配合，根據(jù)偏差分析，決定挖土方法。圖9 工作面開挖圖10 完工后涵管3.4.4、監(jiān)控與檢查 施工過程中，安排專人負責監(jiān)控與檢查，是確保施工安全質(zhì)量的重要舉措，務必嚴格按照施工技術交底實施。頂進前，應對管涵原始（預制）位置的里程、軸線及高程測定原始數(shù)據(jù)并記錄。頂進過程中，每一個頂程要觀測并記錄各觀測點左、右偏差值；高程偏差值和頂程及總進尺。觀測結(jié)果要及時報告現(xiàn)場指揮人員，用于控制和校正；自啟動起，對頂進全過程的每一個頂程都應詳細記錄千斤頂開動數(shù)量、位置，油泵壓力表讀數(shù)、總頂力及著力點。如出現(xiàn)異常應立即停止頂進，檢查分析原因，采取措施處理后方可繼續(xù)頂進。頂進過程中，每天應定時觀測底

16、板上設置觀測標釘?shù)母叱?，計算相對高差、展圖，分析結(jié)構(gòu)豎向變形。對中邊墻應測定豎向彎曲，當?shù)装寮皞?cè)墻出現(xiàn)較大變位及轉(zhuǎn)角時應及時分析研究采取措施。頂進過程中要定期觀測管體裂縫及開展情況，重點監(jiān)測底板、頂板、中邊墻、中繼間牛腿或剪力鉸和頂板前、后懸臂板，發(fā)現(xiàn)問題應及時研究采取措施。4、頂管施工作業(yè)難點及處理措施管道在頂進過程中，由于迎面阻力、管壁磨擦力分布不均和千斤頂頂力的微小偏心等都可能導致工具管前進的方向偏移或旋轉(zhuǎn)。為保證管道的施工質(zhì)量，必須及時糾正，才能避免施工偏差超過允許值。頂進過程中要“勤頂、勤挖、勤測、勤糾”。糾偏采用挖土校正法和頂木校正法。 挖土校正法。在管子偏向設計中心線的一側(cè)適當超

17、挖，以使迎面阻力減小，而在相對一側(cè)不超挖或留坎，使迎面阻力加大，形成力偶，讓首節(jié)管子調(diào)向，逐漸回到設計位置。高程檢查結(jié)果如發(fā)現(xiàn)管子“低頭”時，則在管頂處向上多挖土，管底處略挖出向上的斜坡；若管子頂進過程中發(fā)生“抬頭”時，則在管前下部稍多挖土，管頂少挖土，再進行頂進即得以校正。此法適用于當偏差在1030 mm范圍內(nèi)時校正。 (2)頂木校正法。當偏差大于30 mm或利用挖土校正法無效時，用1根圓木，一端頂在管子偏向的另一側(cè)內(nèi)管壁上，另一端支在墊有木板的管前土壤上，支架穩(wěn)固后開動千斤頂，利用頂進時斜支管子所產(chǎn)生的分力使管子得以校正。5、管涵頂管質(zhì)量控制重點 為確保頂管施工質(zhì)量，項目部建立健全質(zhì)量保證

18、體系，制定各項質(zhì)量制度，并嚴格遵照執(zhí)行， 使各項工作有條不紊的向前推進。頂管施工質(zhì)量控制見下表頂管施工的最大允許偏差表。表2 頂管施工的最大允許偏差表項 目允許偏差鋼筋砼管最大偏角0.5°管線軸線偏差L 70M50MM標高偏差L 70M+30-40相鄰管節(jié)錯口 15MM無碎裂接口抗?jié)B試驗應達0.11MPa內(nèi)腰箍不滲漏，橡膠止水圈不脫出頂進過程中地面沉降控制范圍見下表頂進過程中地面沉降允許沉降表。表3 頂進過程中地面沉降允許沉降表項目允許變化范圍（mm）地面隆起的最大極限+30地面沉降的最大極限-30頂管在糾偏過程中，應勤測量，多微調(diào)，每項糾偏角度應保持10´20´

19、，不得大于1°在正常頂進時，管下部135°范圍內(nèi)不得超挖；管頂以上（超挖量不得大于1.5cm），采用手掘式施工頂進，嚴格控制喇叭口開口、出碴量以及頂進速度。6、施工注意事項頂管后座安裝時，如發(fā)現(xiàn)后背墻面不平或頂進時枕木壓縮不均勻，必須調(diào)整加固后方可頂進；頂管工作坑采用機械挖上部土方時，現(xiàn)場應有專人指揮裝車，堆土應符合有關規(guī)定，注意不得損壞任何構(gòu)筑物和預埋立撐；工作坑四周或坑底必須要有排水設備及措施；工作坑內(nèi)應設符合規(guī)定的和固定牢固的安全梯，下管作業(yè)的全過程中，工作坑內(nèi)嚴禁有人；吊裝頂鐵或鋼管時，嚴禁在把桿回轉(zhuǎn)半徑內(nèi)停留；往工作坑內(nèi)下管時，應穿保險鋼絲繩，并緩慢地將管子送入導軌就位，以便防止滑脫墜落或沖擊導軌，同時坑下人員應站在安全角落；垂直運輸設備的操作人員，在作業(yè)前要對卷揚機等沒備各部分進行安全檢查確認無異常后方可作業(yè)，作業(yè)精力集中，服從指揮，嚴格執(zhí)行卷揚機和起重作業(yè)有關的安全操作規(guī)定；安裝后的導軌應牢固，不得在使用中產(chǎn)生位移，并應經(jīng)常檢查校核；兩導軌應順直、平行、等高，其縱坡應與管道設計坡度一致；在拼接管段前或因故障停頓時，應加強聯(lián)系，及時通知工具管頭部操作人員停止沖泥出土，防止由于沖吸過多造成塌方。頂進過程中油泵操作工，應嚴格注意觀察油泵車壓力是否均勻漸增，若發(fā)現(xiàn)壓力驟然上升，應立即停