定向钻穿越方案设计

顶管穿越工程

施

工

方

案

内蒙古xxxxxx公司

二O一四年七月二十二日

一、工程简介

穿越点位于甘肃省泾川县，桩号BN068, BN069；钢筋混凝土套管（DRC 1800*2000 GIIIB JC/T640）水平长度64m。

二、施工方法

顶管穿越施工设备主要包括千斤顶、液压站、发电机、工具管、顶铁以及运土设备等。

施工前开挖操作坑，将设备安装就位，吊装套管、安装密封圈，利用液压千斤顶顶推套管，每顶进一定行程，退回顶缸。操作人员进入套管内挖土外运，然后加入顶铁或套管继续顶进，循环作业，直至套管顶至对面接收坑。拆除设备，清理套管内余土，进行主管穿越。

三、施工准备

1、组织施工人员熟悉施工图，进行技术交底，探讨质量保证措施。

2、开工前，预先与公路主管部门联系。按照路政部门的要求办理穿越施工手续，按照路政部门的要求设置对应的警示桩。

3、向路政等有关部门了解清楚穿越地段内地下是否有通讯路线，管道等设施对于此类设施应向主管部门的有关人员现场指定位置，人工开挖，使之暴露。保护方案应得到主管部门

认可。

4、顶管设备、配套设备及各种机具材料准备齐全。

5、对操作工人进行技术交底，使其掌握施工技术要求、质量要求及安全要求。

6、设置明显的警戒标志和隔离带。

四、顶力计算

工程施工采用DRC1800*180*2000钢筋混凝土涵管。

根据总顶力经验计算公式F=n·G·L

其中n——土质粘住系数

G——每米套管自重

L——顶管长度

每米套管自重=材料密度×每米套管体积

=2.45×103 kg/m3×π×（1.082-0.92）×1m =2.74t

顶管长度按64m计算，土质按粘土、粉质粘土，含水量较小时，挖后能短期形成土拱，土质系数1.5-2.

总顶力= n·G·L=2×2.74×64=350t

土质按密实砂土、含水量大的粘土、亚粘土，挖后不能形成土拱，土质系数3-4.

总顶力= n·G·L=4×2.74×64=700t

根据以上计算、结合粘土系数选择1.5-2，穿越地段为

马兰黄土，含水量较小，套管长度64米，根据计算，总阻力为350T，本次施工采用双作业液压千斤顶QYS320T*2台，设备总顶力640T进行施工。

五、测量放线

1、根据设计指定的控制桩和中心坐标，用全站仪、水准仪等确定中心桩、边线桩。对地下障碍物、光缆等进行标记、保护，并放出操作坑、接收坑，开挖边界线。

2、放出穿越轴线，确定穿越中心桩、施工带、边线桩后，撤出石灰线。放线同时，放出操作坑与接收坑的位置和开挖线，并在两个坑内设置逃生通道。

3、保护好公路两侧中心线上的标志桩，以便挖桩测量，审核操作坑开挖深度和穿越准确度。操作坑应选在地面较低的一侧。

4、测量放线桩号BN068,BN069。

六、开挖操作坑、接收坑

在BN068桩，测开挖操作坑。长8m，宽7m，深5m ,四周放边坡，以防塌方。

七、砌靠背墙，顶管设备安装就位

1、砌毛石靠背墙，正面2m*2m，背面2.5m*3.5m，厚1.5m

2、铺设轨道，千斤顶就位，千斤顶与导向管放置在同一

条直线上，油泵就位，发电机就位

3、为保证被顶入的套管不产生上下左右方向的倾斜及便于套管间的连接，在预定穿越方向铺设两条轨道每跟长5m作为导向管，宽度为880-900mm，轨道下放5根枕木，用水准仪找平。轨道和枕木接触点钉4根道钉，并用水准仪找平道轨，使道轨和中心线成平行状态。

八、顶管作业

1、顶进也就是把管节沿导轨推顶到工作面,采用先挖后顶的方法进行。在顶铁中间装进合适的顶铁，然后顶进。顶铁安装应和千斤顶成一线，顶进时严防偏心，以免顶铁崩出伤人。顶进时注意油压变化，发现不正常时应及时停止顶进，并检查原因。千斤顶活塞伸展长度应在规定范围内，以免损坏千斤顶结构。涵管与顶铁之间加2块600*500、20mm厚的钢板块，加大涵管与顶铁的接触面，以防涵管壁顶坏。

2、管道接口（套管接口）

管节稳定后，在管内侧两管节对口的地方按设计要求用橡胶密封圈密封。

3、挖土

顶进管节的方向和高程的控制，主要取决于挖土操作，工作面上挖土不但影响顶进效率，更重要影响质量控制，这就要

求对挖土有严格的要求。

1）必须在规定的范围内开挖，不得超挖，管底土基弧度在120°～135°范围内一定要保持管壁与原土层表面吻合。

2）在人工开挖时，不得搅动管底下部的地基上。

3）根据土质情况，工作面向前挖至0.1～0.2m时，顶进一次，挖出的土要及时外运。

4）开挖后要及时顶进，及时测量，可使顶力限制在较小的范围内。

4、运土

本次工程采用小推车运土，从工作面挖下来的土，要及时通过管内用小推车水平运输至工作坑内，然后垂直提升至地面。

5、套管顶进穿越技术措施

1）将第一根套管吊在千斤顶前的导向管上，千斤顶推动套管进行顶进顶至工作面上，到位后停止推进，施工人员在套管内进行掘进，用小推车将挖出的沙土拖出套管。再用吊篮将沙土运至地面，千斤顶再次顶进（在顶进过程中千斤顶千斤行程不足时，将第2块顶铁加入），以增加千斤顶顶进行程，直至完成整根套管。

2）顶进作业时，第一根套管顶进方向的准确性是关键，位

置偏差不得超过管长的0.1%。

3）顶管时采用测量仪器控制中心线和高程，以施工放线时布置的中心桩为基准进行导向监控。

4）顶管中心线偏差不得超过顶进长度的1.5%，当偏差过大时，采用液压工作站在套管头部进行纠偏，每次纠偏角度不宜过大，一般在5′-20′之间为宜。

5）在套管顶进过程中，套管内设置矿灯照明；对于较长的穿越，设置空压机向管内送风，保持管内空气的清新。

6、设备吊拆

当套管顶进至对面接管坑时，套管穿越完毕，吊拆设备，清除管内余土，进行误差测量。进行主管穿越施工。

7、记录与检查验收

公路的顶管穿越施工中必须遵守相关的施工管理程序，必须做好施工记录，监理工程师、建设单位代表现场检查认定合格后，在资料和记录上签字齐全，保证工程施工质量，并做到工程的可追述性。

九、顶管常见问题的防治

1、管道轴线偏差过大

管道顶进轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗露。

（1）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。

2）顶管后背发生位移或不平整，使顶，造成顶力合力线偏差。

（2）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。纠偏用按照勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法进行。

2）采用同种规格的液压千斤顶，使其顶力、行程、速度一致，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，指导顶进纠偏工作。

2、地面沉降与隆起

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与隆起，使管道周围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。

（1）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，造成地面沉降与隆起。

2）管道轴线偏差，或纠偏不当造成的地层土体损失。从管道接口不严密，造成水土流失。

（2）防治措施

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，并对距离管道较近的建筑物和其他设施采取相应的加固保护措施。

2）设置测力装置，掌握顶进压力，保持顶进力与前端土体压力的平衡。

3）严格控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法，控制管道接口的密封质量，防止渗漏。

3、顶力突然增大

（1）原因分析

1）土层塌方或工具管前端遇障碍物，使阻力增大。

2）管道轴线偏差形成弯曲，使摩阻力增大。

3）顶进设备的油泵、油缸或油路发生故障。

（2）防治措施

1）顶进过程中应严格执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求，使管道轴线被控制在允许的偏差范围内。

2）顶进施工前应对顶进设备进行认真的检修保养。

3）停顶时间不能过久，发生故障应及时加以排除。

4、钢筋混凝土管节裂缝

（1）原因分析

1）管节质量不合格。

2）顶进过程中顶力超过管节的承压强度，或轴线偏差过大，致使管节应力集中而损坏。

3）运输、装卸、码放方法不当，造成管节损坏。

（2）治理方法

认真分析裂缝产生的原因和性质，根据不同受力情况，分别采取不同的治理方法，处理后应能保证结构原有的承载能力和整体性。

5、顶管前端正面上体坍塌

顶管施工中实际出土量远远大于理论出土量，地面有明显的坍塌。

（1）原因分析

1）前端土层性质发生变化，顶进量过小，没有起到防护和平衡作用。

2）敞开式顶进开挖土量过大，或封闭式顶进时推进力小于上体压力。

3）遇有流沙情况。

（2）预防措施

1）顶进施工中应采取短开挖、勤顶进的方法，严禁超挖，并随时注意到土质变化情况，以及采取相应措施防止坍塌。

2）认真做好降水工作。

十、质量控制与误差校正

1、质量控制

（1）顶管的质量要求

1）上下偏差：顶进长度在30m以内的套管，片查不应大于100 mm；顶进长度在30～42m以内的套管，偏差不应大于150mm；顶进长度在42m以上的套管，偏差不应大于200mm。

2）水平偏差不应大于套管长度的2%。

3）顶管的中心线允许偏差不得超过顶进长度的1.5%，顶进位移纠偏时，每次纠偏角度不宜过大，可根据管径、顶进长度和土质情况确定，一般在5′～20′之间为宜。

（2）顶管质量检测

管节在顶进时，必须对顶进管段中线的方位及高程严格控制，以保证顶管的质量。顶管时的中线容易产生方位和高程上的偏差。其原因有以下几个方面：

1）由于两侧千斤顶的顶力不对称，或后背发生倾斜，造成中线左右。

2）由于顶力作用点和管中线不一致，造成中线左右偏差。在前方挖土时，管底超挖而使高程起伏的不均现象。

3）顶管的端面或后背上下部位的土壤承载力相差较大。

4）导轨安装有较大的误差。

5）顶铁制造质量差，受力后变形。

根据设计要求，工作坑的方位、高程、标定管道中心线、设定临时水准点等，都要进行尽心测量，开始的首节测量非常重要，首节管顶进好坏、方位是否正确直接关系到顶进质量。

对每节管吊装下坑组对时，要及时进行相关的测量，并在正常顶进1～3m时就应测量一次，管线位置发生顶偏移时，要及时采取校正措施。

（3）顶管质量的控制

1）顶管高程的控制，可在坑中悬空固定水准仪，在顶管设立十字架。每次测量时，若十字架在管首端的相对位置不变，水准仪的高程亦固定不变，只要量出十字架交点偏离的垂直距离，就可读出高程偏差。若水准仪从坑外引进绝对高程，那么顶进管段的各点高程也可以测出来。顶管时的方位偏差，可在坑上面引出中线，在中线方位的两点向坑内吊设两根垂球线，若管首端通过中心的垂球线在一条直线上，则顶管方位是准确的，否则存在偏差。

（2）对管内工作面已挖成形，要由专检人员进行质量检验符合要求后，方准进行顶进作业。

2、顶管偏差校正

在顶管过程中校正偏差是保证顶管质量的有力措施，偏差是逐渐校正过来的，也只有逐渐校正过来，偏差过大校正就很困难，因而在顶管过程中应勤校测，发现偏差及时校正。教正的方法分坑内和管端面纠偏这两类方法，具体作法如下：（1）挖土校正法：在管子偏向设计中心的一侧适当超挖，而在相对的一侧不超挖或留坎，使管子在继续顶进中，逐渐回到设计位置，校正中不得猛纠硬调，以防产生相反结果。

具体纠偏方法去下：

1）如管子向上偏差时，则需在中心下半径范围内超挖20mm，同时在上方斜衬20mm厚的钢板，使管子在继续顶进2m时，逐渐回到设计位置。

2）如管子向下偏差时，则需在则需在中心上半径范围内超挖20mm，同时在下方斜衬20mm厚的钢板，使管子在继续顶进2m时，逐渐回到设计位置。

3）如管子向左方偏差时，则需在中心右半径范围内超挖20mm，同时在左方斜衬20mm厚的钢板，使管子在继续顶进

2m时，逐渐回到设计位置。

4）如管子向右方偏斜时，则需在中心左半径范围内超挖20mm，同时在右方斜衬20mm厚的钢板，使管子在继续顶进2m时，逐渐回到设计位置。

（2）顶木校正法：当偏差大余20mm或者用挖土法校正无效时，可用圆木或方木一端顶在管子偏离设计中心的一侧管壁上，另一端装在垫有钢板或木板的管前土壤上，支架稳固后开动千斤顶，利用顶进时顶木斜支管子所产生的分力，使管子得到校正。

（3）千斤顶校正法：这中校正法基本上同顶木校正法，即用小千斤顶接一段顶木，利用小千斤顶的顶力使管位得到校正。

（4）加垫校正法：即在顶管末端与顶铁间的适当位置垫上一块相应厚度的楔形钢板,使顶铁和管间形成一角度,顶进时可使被顶管得到纠正。

3、顶管纠偏注意事项

（1）纠偏应在顶进过程中进行。在静止中状态纠偏，首先纠偏力大，土质越硬纠偏力越大。其次，静止纠偏测点偏差有时反而增大，而顶进中纠偏，纠偏量逐渐增加。第三，静止纠

偏对第1段钢筋混凝土管会产生较大的不均匀应力。

钢筋混凝土管纠偏比较灵敏，所以顶管的纠偏角不宜过大，否则会造成轴线较大弯曲。

第1节钢段的质量要好，因为该段承受工具管纠偏的反复应力。故长距离或超长距离顶管时采用钢头钢筋混凝土管。

工具管纠偏的效果滞后。因为工具近的测点至端面有一定距离，纠偏效果至少要顶进这一距离后才能得到反映。为了及时了解工具管端的偏差，可通过测点的偏差、工具管第2节的斜率和工具管的纠偏角推算。

在纠偏角不变的情况下，管道转管半径基本一致。施工中应绘制工具管测点的行进轨迹，该轨迹曲线能预示偏差的发展趋势，帮助操作人员不失时机地改变纠偏角，避免产生轴线过度弯曲。

钢筋混凝土顶管遇纠偏失灵，多数的原因是遇到了软弱土层或不均匀地层，或者是覆盖层太薄，因为纠偏需要有一定的地基反力。为了避免工具管纠偏失灵，事先应采取措施，例如进行地基加固。

十一、穿越施工机具配置

1、本工程计划施工施工设备、机具列表

2、本工程计划临时用料表

十二、本工程计划人员配备

十三、HSE保证与质量保证措施

1、HSE保证措施

1）克服施工环境恶劣该管道施工带来的困难，确保管道的埋深符合设计要求。

2）操作工人必须穿戴工作鞋、工作帽、安全帽等劳动保护用品方可进去施工现场，并严禁其他非操作人员进入施工现场。

3）施工现场应配备一线（安全警戒线）、四牌（安全警示牌等）和十面彩旗，以达到施工现场的规格化。

4）施工现场应配备足够的饮用水、防突发性疾病药品和防溺水救生圈等用品，以保证操作工人的身体健康和安全。

5）各工序做到工完料净场地清，以免对捉为环境的污染。

6）在施工时，在穿越点两侧应设置明显的警示标志以保证

交通和施工的安全。

7）采取有关措施防止施工设备机械漏油对水体及外界环境污染。

8）现场设备较多，并且穿越时需要昼夜连续作业，机械手精神会高度紧张。因此，要求施工人员相互关照，协同作业，时刻注意安全。

9）注意现场安全用电，必须由专业电工进行电工作业，要时刻注意线路是否漏电。

10）穿越施工要由专业起重工指挥吊装，要采用通俗、易懂的专业手势、旗语等，要平衡操作，严格遵守安全管理条理。

11）各工序有完善的安全管理组织，要有齐全管理资料。

2、质量保证措施

1）接受现场监理的监督检查，发现问题及时解决。

2）特殊工种必须持证上岗，严禁无证操作。

3）认真贯彻三检制度，实行班组自检、互检与专业检查的检查制度，并做好各项检查记录。