土压平衡顶管施工方案

第1章编制依据

1.1 业主提供的招标文件

1．太阳宫热电厂天然气管线工程平面图；

2．太阳宫热电厂天然气管线工程岩土工程勘察报告。

1.2 工程应用的主要法规

1．中华人民共和国环境保护法；

2．建设项目环境管理条例，国务院令253号；

3．石油天然气管道保护条例，国务院（2001）；

4．建设工程管理方法，GBT/50326-2001；

5．市政基础设施工程资料管理规程，DBJ01-71-2003；

6．关于印发《北京市城市道路与公用管线工程项目管理与施工配合实施办法》的通知，京计基础字【2001】356号。

1.3 工程有关规范、技术规程和质量评定标准

1．工程测量规范，GB 50026-97；

2．混凝土结构工程施工及验收规范，GB 50204-2002；

3．混凝土强度检验评定标准，GB 107-87；

4．北京市给水排水管道工程施工技术规程，DBJ 01-47-2000；

5．北京市市政工程安全操作技术规程，DBJ-056-2000；

6．本工程设计图纸及说明。

1.4 企业标准

1．中宣公司质量、环境、职业健康安全管理手册；

2．中宣公司资料、安全手册。

第2章工程概况

2.1 工程简介

2.1.1 北京市太阳宫热电厂天然气管道工程（北四环-北五环段）位于北京京承高速公路东侧，北五环至北四环之间，近南—北走向。

2.1.2 拟建管线长度5000米，管径500毫米，大部分为开槽施工，管线埋深在1.5米至2.0米之间；局部地段为顶管施工，管道埋深在6.0米之下。

2.1.3 顶管施工：本工程在穿越北五环与京承高速公路交点的匝道时，设计使用机械顶管施工法铺设套管，套管采用DN2000、接口为钢承口F型。

2.1.4 穿越北五环匝道的顶管，位于本标段的桩号是？～？，穿越长度为112.0米。

2.1.5 本工程建设单位为北京市燃气集团有限责任公司，地质勘察单位为中国建筑技术集团有限公司，管线施工单位是北京市城建三公司，顶管施工单位为北京市中宣市政工程有限公司机械顶管分公司。

2.1.6 本工程的质量要求为合格。

2.2 主要工程量

顶管穿越匝道112米（DN2200）

顶进坑1座

接收坑1座

2.3 现场施工环境

2.3.1 现场地上情况

本工程为顶管穿越北五环高速公路匝道，位于京承高速公路与北五环高速公路交会处，机械顶管工作坑处于高速公路两侧的绿化带内，主

要为杨树、松树，树木需要伐移及保护。

顶管工作坑有道路通达，交通便利，为施工运输提供了条件，但是，公路上车流量大，需注意交通安全。

现场附近的场地条件较好，可以较为容易地解决临设、材料堆放、加工场地等用地问题。

2.3.2 现场地下情况

机械顶管穿越施工时，地下管线对施工的影响较大，目前尚不了解其它管线在施工处通过的具体情况，施工前需要进行物探、坑探，确保现况管线的安全。

2.4 工程地质、水文情况

施工沿线场地地形基本平坦，高差较小，地面标高在36.76～41.63米之间。

2.4.1 地质情况图2-1

根据地质勘探资料，本区地层划分为5大层，分别是：

①人工填土层：土质较复杂，有粘质粉土、粉质粘土、房渣土、

卵石层等，中密、湿-稍湿，可塑-硬塑，夹砂、砖块、灰渣

等，厚度为1.10-7.90米。

②粉质粘土层：褐黄-灰色，中密、湿-饱和，可塑-硬塑，含有

云母、氧化铁、蚌壳、有机质等，夹有砂质粉土-粘质粉土

层。

③粘质粉土、砂质粉土层：褐黄色，稍密，湿-饱和，硬塑-可

塑，土体中含云母、氧化铁、姜石等，夹粘土、粉砂薄层。

④粉质粘土、粘质粉土层。

⑤粉质粘土、粘质粉土层。

图2-1 地质剖面图

2.4.2 地下水情况

本区有三层地下水，第一层属台地潜水，静止水位埋深为1.70～5.20米，水位标高为33.02～38.41米；第二层潜水类型，水体埋深为6.30～8.90米，水位标高为30.21～33.02米；第二层也属潜水类型，水面距地面距离为17.30米，水面标高为21.85米；局部地段存在上层滞水。

第一层地下水水质对混凝土结构有弱腐蚀性，在干湿交替作用条件下，对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性，对钢结构具中腐蚀性。2.5 施工工期

工期控制在60日历天。

2.5.1 施工准备5历天，主要事项如下：

(1) 生活区、办公区临时设施的建设，施工用水、用电电源的安

装与架设；

(2) 测量交桩，测量放线及复测、审核报验；

(3) 设计图纸会审与设计交底，施工组织设计的编制、上报和审

批；

(4) 修建施工运输的临时道路；

(5) 主要材料计划、采购、进场；

(6) 选择弃土与暂存土地点；

(7) 配合业主做好工程的各项协调工作。

2.5.2 工作坑降水10历天，完成顶进坑与接收坑的降水井施工。

2.5.3 顶管坑开挖20历天，完成顶进工作坑施工。

2.5.4 接收坑制作16历天，完成接收工作坑施工。

2.5.5 顶管施工20历天

安装顶管机械设施，3天；

顶管机入洞顶进调试，2天

完成顶进施工，12天。

顶管设备拆除，3天

2.5.6 收尾交验5历天

管缝处理，换浆处理，雷达检测，竣工测量。

2.5.7 清场1历天

清理场地，退场

2.6 工期保证措施

2.6.1 落实施工组织、施工队伍、施工机具设备

选派资历丰富的各类管理人员组成项目部，加强施工组织，提前落实施工队伍。同时根据本工程的特点，配备充足的施工

机具设备。

2.6.2 尽快创造现场施工条件

积极主动地配合建设单位、监理、设计等部门作好开工前的准备工作,创造和提供便利条件,按时报送各种文件资料及开

工前的各项手续。做好交接桩等工作，积极创造现场开工条件。

2.6.3 技术保证

依靠科技进步，采用新技术、新工艺，按照施工现场条件、地质条件，采用先进的土压平衡顶管机顶进施工工艺，能大大提高顶进速度，平均达到每天顶进10米以上。

2.6.4 设备与材料供应的保证

提前作好施工设备的调研及有关技术准备工作，及时维护好顶管设备及辅助配套机具设备，确保按时进场。落实管材等材料的加工定货，确保质量与供应满足施工要求，有关检验试验工作提前进行。现场积极创造运输、存放条件，确保管材等主要材料提前进场，保证材料供应。

2.6.5 加强施工管理，合理组织调度

加强施工中的动态管理，利用计算机网络技术和网络进度计划技术进行施工过程的管理，突出重点，抓住主要矛盾，占满时间和空间，各工序尽快形成流水作业，及时做好现场组织调度，确保关键工期的实现。

2.6.6 加强作业层管理，确保各项措施的落实

在施工中加强对作业层的管理，作好技术交底工作，监督各项技术保证措施的落实，确保工程质量和施工进度。

第3章顶管施工

3.1 设计概况

天然气管线在穿越北五环高速公路匝道时，外加钢筋混凝土套管从现况道路的地下穿越，其内径为2000毫米。为不破坏原土层应力，确保道路的正常运营，根据现场情况及土质特征，采用土压平衡机械顶管施工方法进行穿越施工。

图3-1 机械顶管穿越北五环匝道南段工程平面图

3.2顶管穿越位置

本工程是机械顶管穿越北五环高速公路匝道，管线桩号为？～？，管线节点编号为？-？，穿越长度为112米。顶进坑设在道路东南侧，接收坑设于西北侧，套管位于高速公路的路面之下，管内径为2000毫米，

管外径为2640毫米，管道坡度为0o，管顶距路面6.0米，见图3-1。3.3 施工准备

3.3.1 组织准备

（1）根据本工程特点和技术要求，我公司选派施工经验丰富、责任心强、曾多次承接机械顶管施工的人员出任项目经理，并配备

技术过硬、具有丰富施工经验的技术、测量、施工、质控人员。

（2）组织有关部门的技术、业务能手到本工程部，在项目经理、总工的领导下，各尽其职。

（3）集中选拔操作水平高的整编制施工队伍，组建竖井、机械顶管、降水等专业施工队伍，确保本工程保质、保量、按期完成。

（4）本项目部组织机构由项目经理、总工程师及“四部一室”(即：工程部、技质部、材料设备部、商务部及办公室)组成，下设

3个专业施工队、1个文明施工环保队（见图3-2项目经理部

组织机构图）。

（5）项目部人员构成（见图3-3项目部人员构成图）。

图3-2 项目部组织机构

图3-3 项目部人员构成

3.3.2 技术准备

⑴完成项目部组建，完成施工组织设计方案的编制与审批；

⑵完成现场调查，特别是顶管工作坑范围及可能与管线矛盾的现

况管线的调查，在此基础上及时与监理、设计配合，确定处理

方案和各方配合措施；

⑶完成测量桩位交接及控制网点的布设工作；

3.3.3 人员准备

计划人员详情参见表3-1

表3-1 工程施工人员计划表

3.3.4 生产准备

（1）临时设施

临时生活区建设：现场搭设帐篷，供施工人员居住。

临时办公室建设：施工现场附近租赁民房，作为临时办公用

房，如果附近缺少适当民房，在施工现场搭设帐篷作为临时

顶管指挥部用房。

（2）用水、用电根据现场的具体情况确定。

临时用水：生活用水从附近解决，施工用水由现场降水井抽

取的地下水提供。

临时用电：本工程生活用电根据甲方现场提供的位置临时搭

接，顶管机施工用电由甲方协助提供，建立临时供电系统，

要求供电能力为200KW。

（3）临时通讯

施工工地安装对讲机和视频监控设备；

与公司总部的联系，使用移动通信设施；

数据往来采用公司网上交流的方式。

（4）临时道路

施工前先修建设备和材料进场的临时通道。

（5）临时场地

选好弃土暂存场地及施工配套设施的安装场地；

确定配浆工作区、管材暂放区及顶管辅助设施排放位置；

顶进坑布置见图3-4所示。

图3-4 顶进坑平面布置示意图

3.3.5 材料准备

根据工程实际需要提出材料计划，选择供货厂家，为材料及时进场做好前期准备。材料计划见表3-3。

管材：埋深在6米—9米之间，按国家标准，管材需要III级管，总计38节，总长度112米，其中机头管2节，普通管36节，见表3-3。

对各种材料的进场时间及数量等根据工程进展情况提前做好安排计划，分期、分批进场，并派专人看守。

进场材料均需进行质量检查验收，不合格材料不允许进场使用，所有材料均需有质量合格证。

3.3.6 机械设备

本工程所投入的主要机械为土压平衡机械顶管机及其辅助机具设备，主要施工机械设备用量，详见表3-2。

顶管施工主要机械设备表

顶管施工所需管材表

3-3

机械顶管施工主要物资材料计划表

3.4 测量

3.4.1 对建设单位提供的施工区内的导线网与水准网及其控制点进

行复测，经核对无误后方可使用。测量工作从外业到内业必

须做到步步校核。

3.4.2 平面测量控制

①施工测量按《城市测量规范》CJJ8-99、《工程测量规范》

GB50026－97的有关规定执行。根据施工需要，引测三个导

线点至顶管工作坑附近，布设三级导线平面控制网（即采用

原有控制网作为平面控制网），形成闭合导线网。

②为保证测量精度，对于钢尺测量的边长，需加入相应的修正，

测量的平面导线需进行平差计算，测量角度精确至0.1o，坐标

及高程精确到1毫米。

3.4.3 高程测量

①高程控制采用城市四等水准测量的技术施测，使用DS3水准

仪进行观测，往返各一次。高程闭合差在20L之内（L为水

准跨线长度，以千米计）为合格。

②井坑内的高程控制点采用长钢尺导入法将高程传入，向井坑

内传递高程与坐标传递同步进行。先做趋近水准测量，再做

竖井高程传递。竖井传递高程采用悬吊钢尺法，井上和井下

两台水准仪同时观测读数，每次错动钢尺3-5厘米，施测三次，

高差相差不大于3毫米时取平均值使用。

③高程控制点的布设：可利用平面控制点的埋石作为高程控制

点，也可单独设置，如特殊需要时可进行加密。加密的水准

点精度不低于高程控制点的精度，其布设形式为附合水准路

线。

3.4.4 顶管施工测量

顶管施工采用连续测量与间断测量结合的方式。

连续测量：在顶进坑后方安放一台激光经纬仪，激光经纬仪按照设计顶进轴线方向发出一束激光，照射到掘进机的光靶上，

机手按照激光指示路线操控机械顶进。

间断测量：每顶进一节管后，测量人员对激光经纬仪进行校核，并且采用水准仪，测量已顶进管道高程偏差情况；采用水平

尺测量管道水平偏差情况。测量结果填表上报到项目部。

3.4.5 测量要求

①对于坐标点、水准点现场需采取可靠的保护措施，需设立明显

的标志；施工过程中要注意对测量控制点的保护，并定期进行

校测。

②施工过程中要严格执行测量复核制度，特别是对中心线和高

程、管线起终点、控制桩位、交叉点等更要严格控制，要提前

做好内业，然后现场实施放样。

③竣工测量：竣工测量在已有的施工控制点上进行，测量人员认

真做好原始记录，及时进行资料的整理、归档工作。

3.5 施工降水

本区域地下水较丰富，埋藏较浅，在顶管工作坑开挖时需进行降水处理。拟定采取以大口井井点降水为主、辅以工作坑内集水井明排的降、排水措施。

在顶管工作坑四周布置八口降水井，降水井平面位置在工作坑外边缘以外2m，井深22m。使用反循环钻机成孔，钻孔孔径φ600，井管使用外径DN400、内径DN300的无砂混凝土管，滤料使用3mm的豆石或石屑。

在工作坑施作过程中，如果降水效果不好，工作面有渗水的现象时，可在工作坑内设立一个集水坑，采用集水坑排水，排水与开挖同

时进行。

降水施工工艺流程：场地平整—井点放样—钻机对位—成孔—下放井管—填充滤料—洗井—下放水泵—抽水

降水施工在工作坑开挖前5天进行，降水工作持续整个工作的全过程，包括工作坑开挖、顶管、直到穿管结束。

降水施工方法为：

3.5.1 打孔采用QJ150型钻机成孔，使用泥浆护壁。孔深比设计井

深多2米，井底填入0.5米厚的碎石过滤层。

3.5.2 下管井壁使用无砂混凝土滤管，直径400毫米，每节管长1米。

成孔后，立即开始下管，下管前在地面上打设木桩，将承牵

绳一端栓于木桩上，另一端放入管堵底部与两侧的凹槽里，

管堵用混凝土制成。

将首根无砂滤管放入管堵上，然后松动承牵绳进行下管。

下到一半处将3～6根竹条用6#铅丝绑在滤管外壁上，将下一

根滤管对接并用竹条固定后下管，如此至井底，然后将承牵

绳抽出，下管过程见图3-5。

图3-5降水下管示意图

3.5.3 填滤料在滤管外和孔壁之间回填砾石滤料，砾石粒径为10～

30毫米，杂质含量小于3%。人工用铁锹沿井口周边均匀倾倒，分层填充，连续完成，从底部填到井口下1米，上部采用粘土分层回填，地表夯实。

3.5.4 洗井滤料填充完成后，立即进行洗井，清除停留在孔内和透

水层中的泥浆与孔壁的泥浆，疏通透水层。采用压缩空气和清水洗井，洗井后井内沉渣基本不上升为合格，

3.5.5 装泵每口井内设置l台Φ25mm、扬程为20米的潜水泵，用绳

将潜水泵吊入井底，接好保护开关后可以开始正式抽水。

3.5.6 降水后的水位要在工作坑底面下l米。若出现降水井不能完全

有效降水的情况，为保证工作坑顺利开挖和支护稳定，应在工作坑内设置集水井，及时排除开挖过程中的渗透水。

3.5.7 降水监测降水监测与维护期间要对各降水井和观测孔的水

位、水量进行同步监测。降水井和观测孔的水位、水量和水质的检测要符合下列要求：

1）降水勘察期和降水检验前要统测一次自然水位；

2）抽水开始后，在水位未达到设计降水深度以前，每天三次观测水位、水量；

3）当水位已达到设计降水深度，且趋于稳定时，可每天观测一次；

4）在受地表水体补给影响的地区或在雨季时，观测次数宜每日2～3次；

5）水位、水量观测精度要求要与降水工程勘察的抽水试验相同；

6）对水位、水量监测记录要及时整理，绘制水量Q与时间t和水位降深值s与时间t过程曲线图，分析水位水量下降趋势，预

测设计降水深度要求所需时间；

7）根据水位、水量观测记录，查明降水过程中的不正常状况及

其产生的原因，及时提出调整补充措施，确保达到降水深度；

8）在开挖过程中，要随时观测侧壁、底部的渗水现象，并要查明原因，及时采取工程措施。

3.5.8 降水维护

降水期间要对抽水设备和运行状况进行维护检查,每天检查不少于3次,并要观测记录水泵的工作压力、电动机、水泵温度，电流、电压、出水等情况，发现问题及时处理，使抽水设备始终处在正常运行状态。抽水设备要进行定期保养，降水期间不得随意停抽。注意保护井口，防止杂物掉入井内，经常检查排水管、沟，防止渗漏。

3.5.9 排水

在地面上设置D100 PVC排水干管，将抽出的地下水排入现况排水系统中。

3.6 工作坑占地

机械顶管需开挖工作坑，工作坑分为顶进坑与接收坑。

3.6.1 顶进坑：占地面积为40米×30米。

3.6.2 接收坑：占地面积为30米×20米。

3.7 顶管施工方法和技术措施

3.7.1 土压平衡机械顶管施工工艺流程见图3-6。

3.7.2 顶管方式

根据此次施工所穿越的土质，确定采用土压平衡机械顶管方法施工。土压平衡机械顶管施工是市政管道铺设的一项新技术，它省却了全线降水（仅工作坑位置降水），地面沉降小，对地面构筑物的稳定性影响小，施工不影响地面交通，顶进速度快（平均顶进速度10米/天），适应的土质广，我公司在北京市是最早使用土压平衡机械顶管施工的企业之一，曾穿越过河流、立交桥、高速公路等多种建筑物；

曾顶进过钢管、混凝土管等多种管材；曾铺设过自来水、污水、热力、电力、燃气、通讯等多种管线，对此施工方法已积累了丰富的施工经验。

顶力计算通常确定机械顶管总顶力，使用经验计算公式：P＝NGL

其中：

G —单位长度管体自重（KN/m）

N —土质系数，本工程土质取2.5

P —总顶力

L —最长顶距

按顶距最长的顶进段，计算顶力：长度L＝112米，DN2000毫米的混凝土管每节长为3米，管重为10800千克/节。