顶管施工专家论证方案要点

京包高速公路（五环路～六环路段）工程第二标段

A匝道雨水管线工程顶管施工专项方案

一、编制说明

1、适用范围

本专项方案仅适用于京包高速公路（五环路～六环路段）工程第二标段A匝道雨水管线工程顶管工程。

2、编制依据

（1）甲方提供的文件

①招标文件：《京包高速公路（五环路～六环路段）工程施工招标文件》

②工程施工设计图纸：《京包高速公路（五环路～六环路段）工程施工图设计第二标段（K2+000～K2+880）第一册》施工图

（2）其他相关文件

①我单位设备物资资源、经济技术实力及类似大型市政工程施工经验

②国家和北京市等相关行业颁发的施工规范、规程和标准

3、编制原则

（1）在充分理解设计意图的基础上认真学习图纸，在进行实地考察和

交通调查的基础上，合理的编制施工方案，使其科学适用且着重考虑施工的经济性等因素，使方案做到科学、经济、实用与安全。

（2）施工总体部署合理，施工计划可行、高效，确保总体工期要求。

（3）采用先进的设备和科学的管理方式确保工程质量及施工安全。响应业主的要求，发挥自身优势，争创精品工程。

（4）在施工全过程中采用周密的环境保护措施及文明施工措施。

4、相关规范

（1）检查井标准图集PS05-J01、PS05-J02、PS05-S01、PS05-S04；

（2）《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246：2008）；

（3）【北京市给水排水管道工程施工技术规程】（DBJ01-47-2000）

（4）【2001】689号【北京市建筑节能管理规定】的规定。

（5）《建筑法》

（6）《环境保护法》

（7《公路路基路面现场测试规程》 JTJ059-95

（8）砌体工程施工验收规范(GB50203-98)

（9）市政工程施工资料管理规程（DBJ01-71-2003）

（10）北京市市政工程施工安全操作规程（DBJ01-56-2001）（11）建筑给水排水设计规范（GB50015-2003）

（12）给排水管道工程施工及验收规范（GBJ50268-97）

（13）城市工程管线综合规划规范（GB50289-98）

（14）给排水构筑物施工及验收规范（GBJ141-90）

（15）建设工程项目管理规范（GB/T50326-2001）

（16）施工现场临时用电安全规范(JGJ46-88)

（17）建筑机械使用安全技术规程(JGJ33-2001)

（18）建筑施工安全检查标准(JGJ59-99)

（19）《混凝土和钢筋混凝土排水管线（GB/T11836-1999）》（15）《市政管道排水管道工程及附属设施》（GJBT-975 06MS201）

二、工程概况

1、工程简介

京包高速公路（五环路～六环路）工程起点位于北京海淀区北五环路箭亭桥南约1.5公里，起点桩号K0+000，终点与京包高速公路（六环路～德胜口段）相接，全长19.877公里。本工程是其第二标段，主线起点桩号K2+000，自起点向北经朱房村西侧，在中央财经大学分部西侧通过，于K2+535.7处上跨上地南路，终点桩号为K2+880，与上地铁路分离式立交主线桥相接，全长0.88公里，本工包含互通立交一座，匝道2条，其中A匝道位于主线东侧，主线K2+000作为A匝道起点AK0+000,末端位于上地南路交汇点，桩号为AK0+602.35,全长602.35米。

上地南路互通式立交A匝道东侧排水，设计为雨水管线排水，其中Y1-7～Y1-15位于A匝道曲线段，桩号为AK0+145.5～+405.5，全长260m，由于该段西侧为浆砌片石挡墙，红线外为汉城遗址和朱房村小学，且该段埋深平均深度为5m，红线内无法满足明开施工条件，故此段采用顶管施工。

2、工程地质情况

根据设计图纸，原地地面标高为42.96～45.54m；Y1-7管底高程为

40.63m，埋深4.91m， Y1-15管底高程为39.98m，埋深2.975m，管线上方为原地貌，无结构物，四周无其他管线。管线管径D=1.6m，管线位于曲线半径为R=150m的曲线上，Y1－7轴向东接入D=1.4m的明开雨水管，Y1-15向南接入D=1.55m明开雨水管。

表层人工堆积层，分布于地表，厚0.5～3米。土层中含有较多砖块、碎石和砖灰渣。其下为粉土填土①层及房渣土、碎石填土①1层。

标高44.41～46.95米以下为粉土②层，粉质黏土②1层及细砂、粉砂②2层。

标高40.07.～41.61米以下为粉质黏土③层及粉土③1层，此段为掘进土层。

标高37.91～40.39米以下为细砂、中砂④层及圆砾①1层。

水文情况：层间水一层，标高36.22米，埋深10.4米。

3、主要工程数量

顶管工程中主要材料为Φ1600mm*3m钢承口钢筋砼管（二级）。工程数量：260m。

3、施工工艺

本工程管材DN1600采用滑动橡胶圈结构的钢承口管；排水管等级为II 级；管材混凝土强度等级C50，单节管材长度为3m,管材自重为6.44T；管道坡度为2.5%。顶管工艺采用人工掘进顶管施工。

3、施工平面布置

全段顶管总长为260米，计划设施工竖井3座，详细施工平面布置详见图1《京包2＃标雨水管线工程顶管施工平面布置图》。

（1）临时设施

每座竖井周围在距井口2m范围内采用1.8m高钢制围挡围护，横向留4米开口供管材进场。

（2）临时道路和排水设施

材料、施工设备运输均可通过上地南路进入,通过互通区便道进入施工现场。

由于施工计划时间定于3月和4月份间，不会存在大量降水，同时由于地下水位较深，因此本工程不考虑采用降水措施，仅修建临时排水沟，以便将周边雨水及降水汇集后，直接引入附近原有的沟渠内。井内于四角开挖小集水坑，如有积水采用水泵抽出排入临时排水沟内。

三、施工计划

1、施工进度计划

雨水管线顶管施工计划从1月28日开始，到4月19日完成。具体施工进度相见图2《京包2＃标雨水管线工程顶管施工计划横道图》。

由于雨水管线的工作井和接收井围挡及管材存放运输场地侵占了部分A匝道挡墙施工空间，同时挡墙施工会对顶管顶进造成干扰，而挡墙又制约着标段的路基填筑，因此本段雨水管线工期较为紧张，必须与4月20前完成，为路基在6月份前完成大部分土方填筑打下基础。同时由于征地拆迁原因，3#井附近不具备施工条件，暂不做计划；只能先行施工1#、2#井。施工顺序和指标如下：

(1)首先1#、2#井同时进行开挖支护，计划时间为3月15日至3月16日，后背墙施工、吊装顶进设备安装、调试为3月17日至3月23日。

（2）其次1号井的小桩号方向和2号井大桩号方向顶进，计划日进尺为5m，计划施工日期是3月24日至4月1日。

（3）1号井的小桩号方向和2号井大桩号方向顶进完成后，进行顶进设备换向，后背墙施工，计划时期为4月2日至4月5日。

（4）1号井的大桩号方向和2号井小桩号方向顶进，计划日期为4月

6日至4月16日。

（5）工作坑的回填，接收检查井的砌筑，由于不影响挡墙和路基施工，计划于4月18日至4月25日完成。

（6）3#井的施工根据拆迁时间安排，先行顶进大桩号一侧，然后顶进小桩号方向，计划完成时间为25天。

2、人员与物资进场计划

本标段设顶管施工队伍1个，工人45人。项目经理部设9个职能部室：工程部负责顶管的施工调度、技术指导、测量放样、对外协调，下设测量班和资料室；质检部负责工程的质量监察；安全环保部负责工程的安全、环境保护、文明施工及道路交通协调疏导；拆迁部负责主动配合业主协调征地拆迁及现场临时用地工作；计划部负责工程计量、统计、验工计价；财务部负责工程的财务管理、成本控制；物资部负责工程物资、设备保障；试验室负责工程的全部试验和检测；综合办公室负责后勤、地方关系、文秘、接待、治安等工作。

本工程施工人员和设备均已到场，所用管材也已订购随时可以进场，因此不另行排定进场计划。

三、施工方法及技术措施

1、施工准备

施工材料准备：

根据施工进度安排积极组织材料进场及报验，进场后及时进行材料的现场确认。

2、施工机械准备：

根据施工进度安排积极组织施工机械进场，满足施工的需要，施工机械准备情况详见附表。

3、施工测量的准备：

利用经监理复测合格的基准点及设计图纸进行雨水管线的放样，经监理复测合格后方可进行下部工序。

施工测量采取“四固定”措施，保证测量精度。测量仪器在施测前应检校，严格按测量操作规程施测。

(1)、施工水准控制网的建立

①、根据管线走向图，在施工前利用现场水准控制网点，采取闭合导

线测量方法，将水准点引测到每一个工作井位置，并且固定在相邻的建筑物上。

②、在每一个水准点位置用红漆做好标志，写上高程。

③、绘好水准点点位记录图，便于施工时寻找。

④、做好水准点的保护工作，便于用时互相连测。

(2)、施工平面控制网的建立

①、根据管道设计图上井位坐标用全站仪，在施工前将每一个用木桩落实到现场。

②、用全站仪根据工作井、接收井的桩位放出工作井两侧顶管的方向轴线，并用木桩落实到工作井两侧。

③、以两侧顶管方向线为依据确定工作井的中心线，按工作井施工图的长宽作为基础放工作井施工线。

④、将控制点延伸到施工现场外，固定在相邻的建构筑物上，以防止施工破坏。

4、施工现场准备：

①采用经业主、管理部门、设计、监理等部门同意认可的预制构件加

工厂，根据设计图要求加工预制钢筋混凝土管。

②施工现场进行地上、地下各种管线及障碍物的勘测定位，及地上、地下障碍物的改建、拆除；同时进行施工现场的平整，临时材料堆放地的选定。

③根据施工现场情况，制定周密的施工进度计划，保证A匝道挡墙和主线路基施工工期的需要。

5、顶管主要施工方法

（1）、工作坑施工：

①在施工前，测量人员对现况管线高程进行测量，测出上下游的实际高程，以便施工完成后上下游的通畅。

②在Y1-8、Y1-10,Y1-14处开挖顶管工作坑竖井,其余为检查井。

③工作井尺寸确定

工作坑尺寸计算(D=1600mm,单节长度=3m)

计算公式如下：

底宽=D1+S；

底长=L1+L2+L3+L4+L5；

式中：

S－操作宽度（m）,取2.4-3.2m;

D1－管外径（m）；

L1－管子顶进后，尾部压在导轨上的最小长度（m）；

L2－管节长度（m）；

L3－出土工作间长度，根据出土工具而定，宜为1.0-1.8m；

L4－液压油缸长度（m）；

L5－后背所占工作坑长度，包括横木、立铁、横铁（m）；

其根据有关规格实地调查以上各参数取值如下：

S=2.4m； D1=1.92m； L1=0.5m； L2=3m；

L3=1.2m； L4=1.1m； L5=0.80m；

工作坑坑底尺寸：

底宽=2.4+1.92=4.32m；

底长=0.5+3+1.2+1.1+0.80=6.6 m；

考虑到施工中会遇到某些因素，工作坑坑底尺寸应适当放大，工作坑取底宽=4.5m,底长=7m。

④工作坑土方开挖：土方施工时，施工人员应密切注意土质情况，当遇到回填土或杂填土时，应首先探明土层中是否有直埋电缆，电信管道等构筑物，以免造成附带伤害。根据测量放线定出开槽范围使用人工或液压反铲采用直槽开挖，工作坑深度一般在4米左右。土方开挖时应逐层开挖，每步必须对角开挖，保证工作坑不下沉，严禁全断面开挖，为施工方便，对角开挖过程中可采用台阶式开挖。开挖工程中严格遵循“短开挖、少扰动、快封闭”的原则。

⑤顶坑支护

工作坑支护采用5cm木板做撑板,紧贴竖井壁进行支护,并设30号工字钢连焊形成圈梁,其中第一道锁口梁距井口为0.6m，往后每道间距为1.5m，共计4道，圈梁之间采用Φ80钢管连接，并于四角用工字钢焊好斜撑。形

式见下图：

工作坑型钢围撑支护

支护验算：由于横向同一水平面所受荷载相同，均按水平型钢计算。

将横向型钢简化成两端固结中间简支的连续梁。

Ea=0.5γH2k0=0.5×21×112×0.267=339.3KN/m2

Ea—最深处主动土压力

γ—土的容重

H—工作坑深度

k0—主动土压力系数

最大弯矩Mmax=0.077ql2=0.077×339.3×22=104.5KNm

q—最大荷载

L—计算荷载长度(竖向型钢间距)

按单根计算型钢:As=α1fcbhξ÷fy

as=M÷α1fcbh2=104.5×106÷1×14.3×250×2002=0.73

ξ=1-(2×0.73-1)0.5=0.32

As=1×14.3×200×250×0.32÷200=1146mm2

选用4根型钢截面积为314×4=1256mm2> As

坑壁木板墙面计算

木板护壁按照楼板模式计算,取最大面积板面1.5m×7m四边固定的楼板,荷载为339.3KN/m

M=339.3×0.82=27KN/m

W=M/σ=bd2/6=27/1.54=0.02m3

d=(6×0.02/2)0.5=0.03m

护壁厚度为3cm符合要求

④在顶管工作坑开挖与支护完成后进行工作平台及卷扬机的搭设，本段雨水管工程中顶管的外径分别为D=1920mm、管子质量为6440Kg。起重吊架采用φ159mm钢管焊接而成，同时底部与工字钢平台焊为一体，设5t卷扬机1台，2t卷扬机1台，滑轮组3套。工作平台主梁采用40号工字钢，次梁采用30号工字钢，平台口尺寸为3.5m×2.0m，其余位置满铺方木及大板，主梁两端与工作井侧墙接地长度不少于2m。平台设不低于1米的防护栏，作业人员出入口设不低于1.2米的护身栏。具体形式见下图。该一体式起吊平台多次在我单位施工中使用，未出现过任何问题。具体工程如下：2009年3月，京密路电力工程顶管工程，管径D=1.4m，长度140m；

2009年5月，公联公司车道沟路改造工程，管径D=1m，长度460m；

2009年10月，公联公司张仪村-吴家村道路工程污水顶管，管径D=2m，长度400米。

一体式起重平台吊放管材入井

—棚架—卷扬机－活动盖板—滚轮轨—工作坑撑木—工字钢—槽钢—方木卷扬机起重台与棚架示意图

⑤工

作坑的基础

本工程采用混凝土木枕基础，混凝土的强度等级不低于C20，厚度为20cm，浇筑宽度较枕木长50cm为宜。在混凝土内部埋设15cm×15cm的方木作轨枕（方木埋入混凝土的面应包油毡，便于拆除）此种基础的特点是不扰动地基土，能承受较大的荷载。

（2）、后背墙

后背墙要求铲平整，并使壁面与管道顶进方向垂直，后背墙为型钢、钢筋砼后背，钢筋砼厚0.5米，型钢厚度为40cm，宽度为4米，高度为2.4米地下埋深0.7米，前立两根40cm×40cm×200cm立铁。

竖井平面布置见下图《雨水管线顶进施工竖井平面示意图》。

雨水管线顶进施工竖井平面示意图

（3）、顶进施工：

顶进施工主要采用人工掘进顶管进行施工。

①顶管推力计算

设计管线管径为D=1600m ，顶进距离最长为45m ，掘进土层以粉质粘土为例。

s P L D tg D H H D f P +????? ?

??+??? ??-??++???=1211245)2(2γωφγ =0.5*1.9*1.92（4.5*2+（4.5*2+1.92）*tg 2350+2.15/1.9*1.92）

*45+1000

=2356.18

式中：P ——计算的总顶力，kN ；

γ——管道所处土层的重力密度，kN/m 3；按粉质粘土取1.9

单节管材

D1——管道的外径，m；1.92m

H——管道顶部以上覆盖土层的厚度，m；4.5m

——管道所处土层的内摩擦角；按粉质粘土取200

ω——管道单位长度的自重，kN/m，6.44/3=2.15；

L——管道的计算顶进长度，m；

f——顶进时，管壁与土层的摩擦系数，一般取f1=0.4~0.6，这里取0.5；

P s——顶进时顶管掘进机的迎面阻力，kN；按软-硬粘土层=1000

p

不同地层的单位面积土的端部阻力

S

土层类型p s /kN·m-2

软岩，固结土12000

砂砾石层7000

致密砂层6000

中等密度砂层4000

松散砂层2000

硬-坚硬粘土层3000

软-硬粘土层1000

粉砂层，淤积层400

（2）经验公式验算

根据地质勘探图及排水设计图知，管线埋深为4.5-6m左右，管线穿越土质以粉质粘土为主，因此管顶覆盖土体能形成部分卸力拱，故顶力计算可按无完全卸力拱计算。

按总顶力计算的经验公式P＝n×G×L计算得：

P＝2.0×(6.44/3)×45≈193.5t*10=1935 kN（以45m长度计）

所以，根据计算和管子受力均匀两方面考虑，选用2台QYS320型的顶镐，其推力每台为320T。

②护铁及顶铁

由于顶进长度较大，护口铁根据顶进情况选择U型护铁，以确保管体安全，保护管子端面，使端面受力均匀。顶铁选用矩形端面顶铁，结构为槽钢和工字钢焊接成的型钢。在顶进过程中，顶铁与镐的行程长度配合传递顶力，在顶镐与管子之间陆续安放。

③基坑基础及导轨

基坑基础采用150mm×150mm×3000mm枕木,间距600mm，坡度与设计管道坡度一致。基坑导轨起导向作用，钢轨宜采用QU80的导轨，其高度为130mm，上顶宽度80mm。

两轨间距按下式计算：

A=A+a

A=2√(D-h-e)(h-e)

=2√(1.6-0.13-0.02)(0.13-0.02)

=0.8

式中A0-两导轨的中距（m）