顶管施工方案.docx
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顶管施工方案
顶
管
施
工
专
项
方
案
顶管施工方案
1、管节
顶管施工采用由专业厂家生产的“F”顶管专用管节。
2、顶管工作坑位置选定
顶管采用双向顶进,工程坑附近具备堆放管材、暂留出土、运管道路等条件。
首先应确定工作坑的设计位置,然后分析该工作坑位置的地下管网情况、土质及地下水状况以及交通条件,便于施工安全。
工作坑采用直径5.0m的砖砌圆形倒挂井支护结构。
3、工作坑结构设计
顶管工作坑设计最大深度8.8米,顶管管径φ800和φ1000,其余过路小直径顶管(拉管)工作坑深度均小于3.5米,据了解地质条件较好,故工作坑采用φ5.0m内径砖砌倒挂井支护。
工作坑支护尺寸设计
(1)工作坑长度A
A=L1+L2+L3+L4+L5+L6=2.0+1.5+0.3+0.3+0.4+0.3=4.8米
L1——一管道长度(米),2.0米
L2——一千斤顶长度(米),1.5米
L3——一后背厚度(米),0.3米
L4——一顶进管节预留在导轨上最小长度(米),取0.3米
L5——一管内出土操作时管尾预留空间(米),取0.4米
L6——一双向顶进时附加长度(米),取0.3米
(2)工作坑宽度B
B=D+2B1+2B2=1.0+2.0+0.4=3.4
D——一管外径
B1——一工作坑管道两侧的工作宽度(米),1.0米
B2——一支撑材料厚度,本工程取0.2米
3、工作坑支护结构设计
本段因地质情况较好,地下水较少,顶管工作井采用倒挂法砖砌井施工,井内径5000mm,工作坑深度小于4米,墙体采用240mm厚,M10水泥砂浆、Mu10红砖砌筑;深度超过4m时,4m以下墙体采用370mm厚,M10水泥砂浆、Mu10红砖砌筑。
在预留管洞上方墙体高设钢筋混凝土圈梁,配筋4φ12;顶镐后背采用现浇C20的钢筋混凝土墙,尺寸为2×3×0.30m,布φ16@200双向钢筋网片。
工作坑基础采用20cm厚碎石垫层,上铺20cm厚C20砼,工作坑边设深60cm集水井,以便雨水及地下渗水的抽排,工作坑底板上设一个临时高程点。
(详见工作井结构示意图)
4、工作坑支护结构力学验算
受力计算简图
(1)砖砌井受外侧土主动压力验算
由于地面2m以下常有地下水,应此不考虑土的内聚力(c=0)影响。
取土的容重γ=20KN/m3,γw=10KN/m3,Φ=300,C=0。
取受力最大处,即井底部验算,最大深度H=9m,h0=2m。
D=5740mm,t=370mm。
取最深处砖砌井外侧所受土压力:
P=γHtg2(450-Φ/2)+(γ-γw)(H-h0)tg(450-Φ/2)+
(H-h0)γw
=20×9×tg2(450-300/2)+(20-10)(9-2)tg(450-300/2)
+(9-2)×10
=170.414N/m2
=0.170414N/mm2
砖砌井所受环向应力:
δ=PD/2t
=0.170414×5740/(2×370)
=1.322N/mm2 由以上验算知,环向应力δ小于允放应力f,故满足要求。 取地下4m深处,即240mm砖墙最深处验算。 此时,H=4m,h0=2m。 D=5500mm,t=240mm。 P=γHtg2(450-Φ/2)+(γ-γw)(H-h0)tg(450-Φ/2)+ (H-h0)γw =20×4×tg2(450-300/2)+(20-10)(4-2)tg(450-300/2) +(4-2)×10 =58.21KN/m2 =0.05821N/mm2 砖砌工作井所受环向应力 δ=PD/2t =0.05821×5000/(2×240) =0.61N/mm2 由以上验算知,环向应力δ小于允许应力f,故满足要求。 (2)顶进时后背墙后土被动土压力验算 在本工程中,设计最大推顶力T=300t,后背均采用C20钢筋混凝土,尺寸为2×3×0.30m,深度在底板下80cm,布Φ16@200单层钢筋网片。 取最深处验算,后背中心处深度为H=9-1=8.0m,γ=20KN/m3, Φ=300,C=10KN/m2。 后背中心处被动土压力: P=γHtg2(450+Φ/2)+2Ctg(450+Φ/2) =20×8×tg2(450+300/2)+2×10×tg(450+300/2) =514.64KN/m2 后背总被动土压力: EP=pbh =514.64×2×3 =3087.84KN =308.8t>设计最大推顶力T=300t 故后背墙被动土压力满足施工要求。 5、顶进力的计算 本工程的顶管管道位于粘性土层,按粘性土的土质考虑,管外壁人工涂改性石蜡、注触变泥浆,管外径DH1=960mm,顶进长度60m;管外径DH2=1240mm,顶进长度=60m。 A1=π×DH×60=180.96㎡ 取f=8—12KN/㎡ 最大顶进阻力F1=A×f=1447.6—2171.5KN A2=π×DH×60=233.73㎡ 取f=8—12KN/㎡ 最大顶进阻力F2=A×f=1869.9—2804.76KN 工作坑配备2台200t千斤顶 6、工作坑施工 工作坑上部3.5m深土方采用挖掘机开挖,人工修整坑壁土方后,砌筑砖砌井,并及时填充墙与土壁孔隙,保证坑壁的稳定,然后在坑上架竖扒杆,卷扬机就位后,用人工开挖工作坑下部的土方和砌筑下不倒挂井直至设计坑底高程。 工作坑四周7m×20m的范围用彩色钢板围护,并设置施工标志,安全警示标牌及夜间照明设备。 工作坑基础采用20cm厚碎石垫层,上铺20cm厚砼C20砼,底板砼施工时同时设临时性水准点、工作坑集水井、按轴线和高程埋设导轨预埋件,等混凝土达到一定强度后,安装轨道,浇筑砼后背。 工作坑支护施工做到宽度、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0.1L(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。 7、顶管设备安装 井下设备安装包括出洞口安装、导轨安装、千斤顶安装、后背墙安装及顶管机井下就位等,其中出洞口安装在“顶管出洞”作介绍。 (1)、导轨安装 导轨用型钢和P38以上钢轨制作,钢轨焊于型钢上,型钢用螺栓紧固于钢横梁上,以便装拆。 钢横梁置于工作井底板上,并与底板上的预埋铁板焊接,使整个导轨系统成为在使用中不会产生位移的、牢固的整体。 如图2所示。 图2导轨及千斤顶支架系统结构简图 导轨安装在顶管中至关重要,其安装精度甚至决定管道是否可顶好,故须达到如下要求: a) 两导轨应顺直、平行、等高,其纵坡应与管道设计坡度一致 b) 导轨轴线偏差≤3mm;顶面高差0~+3mm;两轨间距±2mm。 (2)、千斤顶安装 主顶站千斤顶选用2台,固定在型钢制作的千斤顶支架上,支架焊在井底的横梁上,千斤顶着力点应在与均布顶管园周上,即与管道中心的垂线对称,其合力的作用点在管道园心上,如图2所示。 每个千斤顶的纵线坡度应与管道设计坡度一致。 (3)、检查井墙体 检查井墙体和底板厚均改为400mm,主受力筋由Ф18,盖板覆土应小于4米。 (4)顶管机下井 井下设备安装完后,用经保养、检查、调试好的顶管机吊下工作井,置于涂满润滑黄油的导轨上。 因导轨安装精度是严格控制的,故顶管机座上导轨就已准确定位。 井下设备和顶管机安装完毕后,启动油泵,伸缩千斤顶,检查千斤顶与后背墙的配合,顶管机与出口器及分压环的间隙等。 准确无误后即可开始出洞顶进。 3、顶管流程(详见顶管流程图) 弃土场 吊机进场 顶管准备 顶进设备进场 导轨拼装 后座顶板安装 后座千斤顶安装 顶管掘进机就位 井内其它设备安装 机头调试 拆除闷板 设备转移 顶管掘进机穿墙 后座顶进 工具头进行试运转 安装出泥系统 穿墙止水安装 轴线高程控制网 测量 拌浆 顶管掘进机推进 压浆 泥水系统 出泥 供电 配电间 管段顶进 安装管节 管道导入接收井 设备拆除 竣工验收 图3顶管工艺流程图 4、顶管主要施工方法 (1)、顶管出洞 顶管出洞是指顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口进入土中,开始正常顶管前的过程,是顶管中的关键工序,也是容易发生事故的工序。 顶管机头在井内管床就位,调试完毕,作好出洞的一切准备后,便可破除顶头前方障碍物,将机头穿进橡胶密封圈顶入土中,同时在机头与洞口的缝隙中注满膨润土泥浆,以润滑管道,支护土体。 并且在工作井制作到位后,在顶管出洞口侧进行压密注浆,以起到部分止水作用和防止顶管出洞洞口土体坍塌作用。 出洞操作速度要快,以防出洞口外土体坍塌。 为防止管线出现偏斜,应采取以下几点措施: (1)工具管要严格调零,将工具管调整成一条直线,此时仪表所映的角度应该为零,调零后将纠偏油缸锁住。 (2)防止工具管出洞后下跌,工具管出洞后,由于支撑面较小,工具管易出现下跌,为此须在工具管下的井壁上加设支撑,同时将工具管与前几节管之间连接,加强整体性。 (3)注意测量与纠偏。 工具管出洞后,发现下跌时立即采取主顶油缸进行纠偏。 (4)工具管出洞前,可预先设定一个初始角(不大于+5'),以弥补工具管下跌。 顶管出洞对操作者要求也很高,这是因为出洞时顶管机未被土体包裹,处自由状态,而使顶头出洞的主千斤顶顶力是巨大的,因此,控制操作哪怕出现少量不均匀或土质不均匀,使各千斤顶的行程不等,也足以使顶头和第一节管子偏离设计轴线。 此时的土体难以对机头产生较大反力,难以对机头起到导向约束作用,故此时产生的偏差很难纠正,甚至是纠不过来的。 因此,出洞顶进时一定要十分小心,用激光经纬仪随时测量监控,保证顶头和第一节管子位置正确。 (2)、顶管进洞 顶管进洞,是指一段管道顶完,顶管机破进洞口封门进入接收井,并作好顶管机后一节管与进洞口的密封联接的过程。 顶管进洞前应做好以下几方面的工作: (1)检查工具管的位置,在接收井钢封门内侧画出工具管的位置。 (3)拆除接收井内内侧障碍物。 (4)及时将工具管顶入接收井内预制安放的平台上。 (5)将首节管顶入接收井,在接收井内露出的长度必须符合设计要求。 (6)按设计要求封堵首管与接收井之间的空隙。 (3)、膨润土泥浆护壁 优质膨润土泥浆具有良好的触变性与润滑性,将其压到管外壁,包裹住管子,可大大减小管外壁与土壤间的摩阻力,并可起到支撑作用,防止土体坍塌。 若压浆技术得当,压浆管分布合理,膨润土质量好,摩阻力可大为降低,本工程因部分在砂土层中顶管,摩阻力可按10KN/m2考虑。 关于膨润土泥浆的拌制与压浆,我单位有专门的技术操作规程(单位标准),可在本工程中应用。 注浆孔应合理分布,机头及其后面4节管每节都设有注浆孔,使泥浆及时填充管壁与土间的全部空隙,其后逐步过渡到每3节管设一节带有注浆孔的管节,及时补浆,使全线管壁都包裹在泥浆套中。 注浆管节分为四孔出浆的A型管和三孔出浆的B型管两种,间隔布置。 注浆管节分布如图所示。 顶力在控制值之内十分重要。 若顶力过大,会带来一系列问题,各方面的控制都会困难,故膨润土泥浆压浆绝不可轻视。 每段顶完后,用掺入适量粉煤灰的水泥砂浆置换触变泥浆,置换后管道上的注浆孔封闭严密,并将全部设备清洗干净。 图4注浆管节分布及注浆口布置图 4、顶管测量控制 (1)测量控制网及井下测量平台的建立。 根据业主提供的测量控制点及整个工程的控制网,在井周围布设一个高精度的控制网,用以测放、检查和修正工作井井区和井下的测量点,如轴线点、井下的测量起始点和后视点等。 测量平台置于井下顶管轴线上,靠近后靠背处,通过控制网将顶管测量起始点测放其上,并在井中布设2~3个稳固的后视点,以便互相校核。 起始点对顶管测量精度至关重要,故井下测量平台要单独设置,不与管道、设备、后靠背接触,不受顶管操作的影响,以保持其稳定性。 (2)顶管轴线与标高控制 本工程顶管测量距离为20m,按直线顶管测量方法,顶管方向与高程控制可直接用置于井下测量平台起始点上的激光经纬仪对顶管机上方的光靶即可。 激光经纬仪发射的激光束偏离光靶中心的距离,即顶管的偏差值,但方向相反。 为消除顶管机旋转而偏差值的显示误差,光靶设计为可调式,使其始终在顶管机的垂直中心线上。 标高采用支水准线路控制。 (3)顶管测量注意事项: 由于顶管的部分操作在工作井内进行,顶管过程中起始点和后视点发生位移是完全可能的,故每周均需对其进行检查校核,发现偏移过大需查明原因并及时修正。 地面测量控制网上的部分点在顶管轴线上或工作井附近,可能因地面沉降等原因而移动,故也需不定期进行校核检查。 顶管测量计算全部用自编程序在计算机上计算、分析,速度快,精度高。 本公司在此应用方面积累了较丰富的实践经验。 管道工艺流程及闭水试验控制图
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