河南省南水北调配套工程四标顶管工程专项施工方案改概论

目录

一、工程概况 (2)

二、编制依据 (2)

三、水文气象和工程地质 (2)

四、主要施工方法 (4)

五、质量检验标准 (11)

六、质量保证措施 (12)

七、安全文明施工及环保措施 (13)

河南省南水北调受水区郑州供水配套工程施工4标段

顶管工程专项施工方案

一、工程概况

河南省南水北调受水区郑州供水配套工程施工4标段属于22号输水线，22号密垌分水口门供水配套工程共包含1座泵站和2条输水线路，分别为密垌泵站及口门～尖岗水库及尖岗水库~常庄水库输水线路。其中口门～尖岗水库线路长度为4.22km、尖岗水库~常庄水库线路长度为3.25km、口门～常庄水库线路长度为3.11km。

本次计划顶管处位于尖岗水库~常庄水库输水线路，桩号为JCRK0+165.4-0+012.4，全长153米，管道设计为DN=1800mmPCCP管，内压0.4/0.6MPa。

二、编制依据

按照《顶管施工技术及验收规范》的要求进行编制。

三、水文气象和工程地质

1气象、水文

气象：本区域属大陆性暖温带季风气候，多年平均降雨量为632mm，年内降雨分配不均匀。年内大部分降雨集中在夏季，7、8、9三个月的雨量占全年雨量的55%；年际变化幅度也较大。无霜期200余天。历年最大冻结深度270mm。多年平均风速2.5m/s，最大风速可达24m/s。

区域内多年平均气温为14.3℃，7月平均气温27.8℃，极端最高温度达43.3℃；1月平均气温为-0.3℃，极端最低温度达-17.9℃。

水文：供水工程输水管线沿途穿越交叉流域面积20km2以上及20km2以下的河流，随着交叉河流的河道特征、集流面积、地形、地貌的变化各有不同，河道洪水受降雨影响较大，且洪水历时较短，在枯水期径流较小。

2地质概况

（1）地形地貌

管道沿线地貌单元主要为冲洪积平原，沿线地势西南高东北低。口门~尖岗水库输水管线桩号0+130以前管线及其两侧分布有深约3~5m深坑及建筑垃圾。

（2）地层岩性

勘察深度范围内，工程区揭露地层主要为第四系全新统、上更新统和中更新统地层，

现由老至新分述如下：

)

1）第四系中更新统(dlplQ

2

坡洪积成因，岩性主要为重粉质壤土，未揭穿，揭露最大厚度11.2m。

第④层重粉质壤土：棕黄色、黄红色，可塑～硬塑状，见有暗色铁锰质浸染及斑

点，偶见钙质结核。土质不均一，局部为轻粉质壤土和粉质粘土。该层分布在尖岗水库~常庄水库输水管线，未揭穿，揭露最大厚度11.2m，分布在桩号1+664下部。

)

2）第四系上更新统(alplQ

3

冲洪积成因，岩性主要为黄土状轻粉质壤土，分布在岗地的地表。

第③层黄土状轻粉质壤土：浅黄色，褐黄色，具针孔状结构，见有白色钙质网纹、蜗牛壳碎片，零星含有钙质结核，粒径一般0.5～2cm，个别达3～4cm。土质不均一，底部为黄土状砂壤土，垂直裂隙发育。该层两条管线均有分布，多未揭穿。

)

3）第四系全更新统上段(alQ2

4

冲积成因，岩性主要为轻粉质壤土和泥砾石，分布在贾鲁河河床及滩地。

第②层泥砾石：中密，次圆状，成份主要为灰岩、石英砂岩，粒径一般0.5～2cm，含量约占60％～70％，砂泥质充填，钙质或泥钙质胶结。岩性不均，局部有粘土夹层。该层分布在尖岗水库~常庄水库输水管线，贾鲁河河床，未揭穿，揭露层厚7.2m。

第①层轻粉质壤土：浅黄色杂灰褐色，软塑~可塑状，见有蜗壳碎片，土质不均，局部含砂和小砾石。该层分布在尖岗水库~常庄水库输水管线，贾鲁河河床表层，层厚4.0~4.7m，层底高程115.94~119.77m。

人工堆积填土（Q S）：该层主要分布在尖岗水库~常庄水库输水管线桩号1+000附近的贾鲁河河滩，为人为堆积的素填土，褐黄色，主要为轻粉质壤土，偶见砖瓦碎片。层厚4.2m。（3）地质构造与地震

）（见图 1.3.1）西南部，新构造分区工程区位于华北准地台（Ⅰ）黄淮海拗陷（Ⅰ

2

属豫皖隆起～拗陷区（见图1.3.2）。本区域主体构造线方向为北西向或近东西向。据“南水北调中线工程近场区地震构造图”，近场区断裂构造主要有：尖岗断裂（F66）、老鸦陈断裂（F64）、须水断裂带（F62）及古荥断裂（F65）等。

工程区处于豫皖地震构造区。据中国历史地震目录记载，本区附近地区近500年来发生有感地震7次，震中震级多为5级左右。根据国家地震局分析预报中心编制的《南水北调中线工程沿线设计地震动参数区划报告》及地震安全评价成果，场区地震动峰值加速度为0.10g，相当于地震基本烈度VII度。

（4）水文地质条件

1）地下水赋存条件、补给排泄与径流及地下水动态变化

工程区地下水属第四系松散土类孔隙潜水，主要赋存于黄土状土及贾鲁河河床轻粉质壤土中，勘探期间仅在贾鲁河河床及深沟内见有地下水，地下水埋深约3.2~4.0m，水位高程123.3~124.25m。工程区地下水主要接受大气降水入渗、侧向迳流入渗补给，排泄方式主要为侧向迳流及人工开采。水位随季节和天气变化较大。。

2）地下水及地表水水质评价

根据2006年7月出版的《南水北调中线一期工程总干渠贾峪河河道倒虹吸及退水闸初步设计阶段工程地质勘察报告》水质分析结果，地下水水化学类型为HCO

-Ca-Mg型，矿

3

化度为0.42g/L，PH值为6.9，为中性淡水；总硬度为13.67H°，属微硬水；侵蚀性CO

2含量为零。

按《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）附表L环境水腐蚀性判定标准，

工程区地下水对砼及砼中钢筋均无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。

（5）土壤腐蚀性及其评价

标段内场区土壤对钢结构具有中等腐蚀性，对混凝土具微腐蚀性。

四、主要施工方法

1施工顺序

顶管施工采用人工掘进顶管施工，人工挖土，小型手推车运土，汽车吊吊运出土。如遇流砂层，则将工具管密封，加气排水，水力出泥。施工顺序为：先施工顶进工作井，再进行管道顶进。

2施工测量

工程开工前先进行现况管线调查，复核管线的位置与高程。顶管测量人员均持证上岗。现场使用的水准点闭合后方能使用。

3顶管工作井

根据施工图纸中管线设计的位置及施工的需要，工作井开挖的平面尺寸为6.5m×7.5m 的矩形井（尺寸应满足顶管施工需求)，外砌240～500mm砖墙加钢筋砼内衬支护，基础采用10cm碎石垫层、封底砼采用40cm厚C20砼。

工作井长度L计算方法：L=L1+L2+L3+L4+L5=3+2+1+0.5=7.5

L1管节长度；L2顶高长度；L3出土工作间（一般取1.0～1.8m）；L4后背墙厚度；

L5已顶进管留在导轨上的最小长度（一般取0.3～0.5m）

故工作井长度计算不小于7.5m，工作井位置确定后，采用对称间隔开挖倒挂的方法施工，对称下挂以减少地下水的渗透和防止土体滑坡。井内土方吊运采用行车卷扬机施工，吊运时坑底人员不得停留在重物下方。

施工前，先在井口上部设一道φ10＠200C20钢筋砼圈梁，然后倒挂砌筑砖砌井。第一层加固成形、竖好行车后，为保证雨天能够施工，在顶部设工作棚。最后用人工开挖工作坑下部的土方倒挂至设计高程，边挖四周边用红砖支护，每次倒挂深度不超过50cm。井周6m范围内堆载负荷不得超过1KPa，开挖的土方及时运走，严禁各种车辆在附近跑动。

若遇土质情况较差时，每次倒挂深度不超过30～40cm，每倒挂2m后，设置φ10＠200C20钢筋砼圈梁一道。每次向下倒挂时必须保证上层砖墙具有足够强度（上部井身达到设计强度的70%），砂浆配合比正确，井壁相互垂直，无通缝，砌筑砂浆饱满，抹面压光，无空鼓、裂缝等现象。

埋设的泄水管入土端先用陶土预留孔眼，且在埋土前在土中掘出小坑填充碎石等滤水材料，确保泄水管畅通。在地下水富集区，泄水管在有孔段包扎两层土工布。

开挖到设计高程后，在坑下部测设一个临时性水准点，并设置浇筑砼的高程桩，人工修整后，即可浇筑砼底板。待底板浇筑时，按轴线埋设预埋件，等混凝土达到一定强度后，安装轨道，并做好后背。另在工作坑边设集水井，约50×50×50cm，以便雨水及地下渗水的抽排。在排水时，先将水抽至一个事先加工好的沉淀池中，沉淀池用铁皮焊一箱形，下安装四个胶轮以使能活动使用，内放粗砂及过滤网，以便污水沉淀后排入市下水管道。

施工工作坑时做到工作坑每侧宽度、长度满足要求，后背垂直度偏差小于0.1％H（H 为后背的高度），轨道水平线与管道中心线偏差小于0.1％L（L为顶铁的长度），导轨高程偏差控制在0～＋3mm，中线位移偏差±3mm之内。

因工作坑设置位置较低，为确保施工安全，井口四周挖排水沟，做好导流，排水工作。4后背制作及设备选型

后背制作

工作井倒挂到位后，浇注底板与后靠背。后靠背与顶镐接触面为平面，采用双层双向Φ16@200C20钢筋砼浇筑，尺寸宽*高=5*7m，厚度0.8m；与管道轴线成直角；与顶镐接触面加50厚2000*1500钢板一面。

用两根3500×400×400槽钢焊制的方形垫铁紧靠千斤顶，方形垫铁四周用三角钢板呈

放射形与紧靠传力钢板焊接，传力钢板紧贴方木，方木紧贴混凝土，混凝土直接作用于土体。混凝土、钢板与土体及工作面之间要紧贴，保证传力均匀，若有空隙采用砂浆填实。

②设备选型

顶进油缸（液压千斤顶）采用我公司现有的YT320T型顶进设备及油缸支架、油缸专用液压控制台。

③导轨安装

管道轨道采用槽钢制作，间距42cm，长4.0m轨道。轨道安置于C25混凝土底板上，空余部分采用混凝土灌注；导轨高程偏差控制在0～＋3mm，中线位移偏差±3mm之内。

④管道顶进

经过人工掘土，管道前端形成土洞，即可顶管，管道顶进速度为3～4mm/min。

首先开动油泵，开始压缩后背，压紧顶铁后才能顶进管节；当千斤顶活塞杆外伸到临界长度，关闭油泵，停止顶进，退回活塞杆，然后安装顶铁继续顶进。当顶完一节管时，顶到留在到轨上管节长度为40cm时，拆除顶铁，测量轴线及高程后继续掘土。

5顶管工艺

由于本次顶进长度最大为153m左右，故采用4台250T千斤顶，选用靠背尺寸7×6.5m，在方形顶铁和管道之间安装弧形顶铁，以保证管道受力均匀，导轨安装及千斤顶安装应保证平直、牢固。

顶管工艺流程图

6顶进前的准备工作

6.1垂直运输起重（管节吊装）

管节运输吊装主要采用汽车吊，起重能力不小于25t。

6.2安装管节

管节安装下管前应先进行外观检查，包括管端的平直度、圆度、预埋件标准、管壁表面的光滑度，端面上有无裂缝等，对不合格者不得使用。检查合格的管子用吊车吊放至顶管的工作坑导轨上，准备连接顶进。对于管的承插口尺寸、结构应认真测量，符合标准方可下管顶进。

6.3安装密封橡胶圈

（1）安装密封橡胶圈

安装前，仔细清洗管道的承插口环工作面，然后对承口工作面涂刷润滑油。橡胶圈在套入插口环凹槽之前，将橡胶圈涂满润滑剂；套入插口环凹槽后，使用一根钢棒插入橡胶圈下绕整个接头转一圈，将胶圈在插口的各部位上粗细调匀，使其均匀地箍在插口环凹槽内，且无扭曲、翻转现象，在每根安装好的胶圈外表面涂刷一层润滑油。

当必须在低于0℃气温下进行管道安装时，采取能够防止橡胶圈变硬的措施，使其适合于在低温条件下作业。

（2）就位

管道安装时，为防止承插口环碰撞，待装管应缓慢而平稳地移动。对口时，使插口端与承口端保持平行，并使圆周间隙大致相等，以期准确就位。

（3）对接

当管道移动至距已装好管道的承口100～200mm时，用方木支垫在两管间。各项准备工作完成后，撤除支垫方木，采用内拉法或外拉法，使待装管徐徐平行移动，直至达到规定的安装间隙。对于直线段，安装间隙控制在25±10mm范围内。

每节管道安装完毕后，采用钢制测隙规检查密封橡胶圈是否仍然在插口环的凹槽内，检查接口间隙是否符合规定要求。如发现橡胶圈位移或接口间隙超差，拆除重新安装。经检验合格后，才能将吊具移开。

每班安装工组开始前，对此前已安装好的前一节管道进行复测，如发现位移，重新复位，合格后再继续安装。

（4）接头打压检验

管道安装完成后，随即进行接头打压，以检验接头的密封性。

接头打压使用经过率定的专用加压泵，从接头下部的进水孔压水，上部排气孔排气；

排气结束后拧紧螺栓，加压至管道工作压力，保持5min压力不下降，即为合格。

6.4管道接口

接头木垫片的作用是传递顶力，使顶力传递均匀，木垫片一般为软～中硬木材，质地要均匀，并有弹性，如松木、杉木等，而不宜用硬木，其厚度一般为10-30mm，管径小的垫片相应较薄。木垫片由弧形拼接而成，垫片上要去掉木节，垫片的宽度要比管壁小，安装时每边至少要留出20mm，以防止砼的边缘开裂。

6.5管道顶进

6.5.1挖土

普通顶管挖土掘进主要是人工挖土，施工中应做好管内的通风工作，确保人身安全。

顶进管节的方向和高度控制，主要取决于挖土操作，工作面上挖土快慢不但影响顶进效率，更重要的是影响质量控制。

工作面挖土操作的要点为：

(1)必须规定开挖范围，不得超挖，特别是管底土基的120度～135度弧度范围内，一定要保持管底壁与土基表面吻合。

(2)不得扰动管底下部的地基土。

(3)挖出的土要及时外运。

(4)开挖要及时配合顶进操作，及时测量，以便顶力限制在较小的范围内。

6.5.2运土

从工作面挖下的土，通过管内水平运输和工作坑垂直运输提升至地面。管内水平运输主要采用小四轮拖车运土，人工或卷扬机拖运。

6.5.3顶管工程的测量

顶管施工时，为了使管道按照预定的方向前进，在顶进过程中必须不断观测管节前进的轨迹。顶管时中线位移每节控制在30mm之内，管内底高程偏差控制在＋30～－30mm之内，相邻管错口偏差小于20mm。

当发现偏离设计位置时，就要及时进行校正，测量工作应分为以下四个方面：

(1)顶进前的准备阶段测量

包括工作坑的方位、高程、标定管道中心线、设立临时水准点等，开始顶进的第一节管测量非常重要，第一节平稳进洞，位置正确，即为以后管子顶进的基础保证。

(2)工程竣工测量