顶管施工要点(浙江华业电力工程股份有限公司企业标准).doc
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Q/ZHDB911013-2001
浙江华业电力工程股份有限公司企业标准
浙江华业电力工程股份有限公司企业标准
EnterpriseStandardforzhejiangHuayePowerEngineeringCo.,ltd
HYDBP318-2004
压力管道顶管施工工艺导则
2004—04—01发布2004—04—01实施
浙江华业电力工程股份有限公司发布
II
HYDBP318-2004
前言
本标准主要起草人:
张潮
本标准审核人:
朱文杰、王新宇、刘浩
本标准批准人:
沈银根
本标准自2004年04月01日发布,自发布日起在全公司范围内试行。
本标准由公司工程部负责解释。
III
压力管道顶管施工工艺导则
1 范围
本程序适用于各种工业管道、各种公用管道和各种长输管道的穿跨越工程中的顶管作业。
2 顶管适用范围
顶管施工的适用范围很大,遇到下列情况时可采用:
2.1 管道穿越铁路、公路、河流或建筑物时;
2.2 街道狭窄,两侧建筑物多时;
2.3 在市区交通量大的街道施工,又不能断绝交通或严重影响交通时;
2.4 现场条件复杂,上下交叉作业,相互干扰,易发生危险时;
2.5 管道覆土较深,开槽土方量大,并需要支撑时;
2.6 河道以下施工,采用隧道方式施工不经济或技术上有困难。
3 顶管方法分类
3.1 按工作面土质稳定性可分为开放式顶管和密闭式顶管,密闭式顶管又分为气压式、泥水加压式、土压平衡式。
3.2 按管前挖土方式可分为普通顶管、机械化顶管(包括螺旋钻进式和全面切削式)、半机械化顶管、水射顶管、挤压顶管。
3.3 按千斤顶装置的部位可分为后方顶进式、前方牵引式、盾头顶进式、中继间接力式。
3.4 按人能否入管内操作可分为大口径顶管和小口径顶管,小口径顶管又包括挤压式、牵引挤压法、爆破成型法、扩孔法、气动冲击法、真空振动法、水力冲孔法、水平钻进法。
4 顶管工作坑及附属设施
4.1 顶管施工的工作坑是顶管施工时在现场设置的临时性设施。
工作坑是一个竖井,顶进过程中,顶管的管节不断被吊到工作坑内安装顶进,管内土方陆续从坑下提升到地面上运走。
竣工后在其地点修建检查井或阀门井。
4.2 工作坑附属设施包括接口操作井、集水井、工作棚、工作台、测量基准点、后背、导轨和基础等。
5 顶管施工工艺设计
5.1 千斤机顶的顶力计算的理论公式为:
Rf=K[f(2Pv+2PH+PB)+PA]
式中Rf----计算顶力(千牛);
Pv----管顶上的垂直土压力(千牛);
PH----管侧的土压力(千牛);
PB----全部欲顶进的管段重量(千牛);
PA----管端部的贯入阻力(千牛);
K----安全系数。
5.2 顶进钢筋混凝土管时,顶力计算的经验方式:
Rf=n.G.L(千牛)
式中n----土质系数;
G----管节单位长度重量(千牛/米);
L----顶进管段长度(米)。
5.3 后背的设计计算:
Rc=Kr.B.H.(h+H/2)γ.Kp(千牛)
式中Rc----后背土的承载能力(千牛);
B----后背墙的宽度(米);
H----后背墙的高度(米);
h----后背墙顶至地面的高度(米);
γ----土的容量(千牛/米3);
Kp----被动土压力系数;
Kr----后背的土抗力系数。
5.4 顶进设备
顶管施工采用的液压千斤顶大多为手动泵驱动和电泵驱动。
顶铁一般由型钢焊成,强度和刚度应经过核算。
刃脚装于首节管端部,由外壳、内环和肋板组成。
外壳以内环为界分成两部分,前面为遮板,后面为尾板。
刃脚外壳套于顶进管外部,外伸长度取决于土质。
遮板端部呈20°~30°角,尾板长度15~20cm。
用肋板增加其刚度,多数肋板按中心角10°~15°位置作放射形设置。
6 普通顶管法的实施(见图1)
6.1 普通顶管法的适用范围和工艺流程
普通顶管法一般用于顶入的管节内径不小于800mm的钢筋混凝土管和钢管。
顶进长度一般不超过60m。
施工的坐标误差一般可达到1cm以内。
但当管径大于1800mm时,工作面土壁可能会出现稳定性问题,尤其是土质松散或遇到地下水时。
安装管节
布设顶铁
工作面挖土
管内运土
停顶退程加顶铁
顶进
土方提升
停顶退程
加顶铁
弃土
普通顶管法的工艺流程:
6.2 顶进前的准备工作
6.2.1 安装管节
管节安装下管前应先进行外观检查,包括管端面的平直度,管壁表面的光洁度,端面上有无纵向裂缝等。
对马蹄形端面、裂缝超长或管壁粗糙者不应使用。
检查合格的管子用卷扬机或龙门吊吊到顶管的工作坑的导轨上,准备连接顶进。
6.2.2 管道接口
管节稳好后,在管内侧两管节对口的地方用钢涨将两节管子连接起来,使接口处于刚性连接,避免在顶进中受力产生错口,保证顶进过程中管节高程和方向的准确度。
钢浇圈固定管口的方式如图2。
钢涨圈是用6~8mm的钢板卷焊而成圆环,宽度300mm。
涨圈环外径小于管节内径30~40mm。
接口时将钢涨圈放在两个管节的中间,并打入木楔。
操作时,先用一组小方木插入钢涨圈放在两个管节的中间,并打入木楔。
操作时,先用一组小方木插入钢涨圈上部与管壁的空隙内,将钢涨圈固定。
然后两个木楔为一组,方向相反、交错地打入缝隙内,将钢涨圈牢固地固定在接口处。
对于钢筋混凝土管,为了接口填封,应在管节口间预先留出空隙,称预留空隙。
平口钢筋混凝土管使用直径30~35mm的麻辫,放在管缝的外缘周围,借以留出空隙,如图2所示。
顶管竣工后将钢圈拆除,再往管缝内填打石棉水泥。
麻辫除有隔缝的作用外,在顶管过程中,尚能发挥均布顶力和保护管节的作用。
6.2.3 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,更重要的是影响质量控制。
对工作面挖土操作的主要要求是:
6.3 必须在规定的范围内开挖,不得超挖;特别是管底土基弧度120°~135°范围内,一定要保持管壁与土基表面吻合;
6.4 不得扰动管底下部的地基土;
6.5 挖出的土要及时外运;
6.6 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。
6.6.1 运土
从工作面挖下来的土,通过管内水平运输和工作坑的垂直提升运至地面。
运土量的计算:
V=1/4.πD12.η (m3)
式中V----单位管节长出土量(m3);D1----管节外径(m);η----可松性系数。
管内水平运输:
管径大于800mm可用如图3所示的四轮车运土;管径大于1500mm,可采用双轮手推车运土。
7 水下顶管
水下顶管由于管顶上受到土压及水压,为保证施工安全,在工作面上不采用一般的人工挖掘方法,而是利用靠近河流水源丰富的优越条件,采用压力水射流破碎土层(仅限于钢管)。
由于河床与管顶之间的间隙较小,有可能产生管顶坍方使河水灌入管内。
为了防止倒港口事故,采用的工具管应与一般用的开口式工具不同,需要一个特制的机头,并在前端面装设密封门。
操作人员在管内操作,与工作面完全隔绝,保证施工过程中操作人员安全。
水下顶管的机头工具管由土方破碎室、操作室及校正室组成。
在土方破碎室与操作室之间设有密封门,将两室分开,以防止泥水流入。
在土方破碎室装有照明设备,工作面需要挖土时,通知地面上的水泵供水,操作室内的操作人员掌握水枪,并不断转动水枪,使它以不同的角度切土。
为了避免土块堵塞格栅,设有冲刷喷头,不断清除栅前积土,以保证泥水畅通。
校正室是调整机头方向的操作间,内部设有校正千斤顶,以及时校正管子前进中的高程和中心的偏差。
小口径水射顶管的管径一般适用于50~500mm的钢管,穿越的距离一般不超过40m。
穿越的土层最好是粘性土,并且不宜穿越重要的建(构)筑物。
图4为小口径水力机械法顶进的示意图,其主要设备有:
供水泵、排泥泵、顶进设备、喷嘴、导向架。
8 铁路下严格控制地面变形的顶管
不论是铁路系统内部的施工单位,或是外部的施工单位,在铁路顶管工程施工之前,均必须报请铁路主管部门审查批准后才能开始施工,为安全原因通常采取的措施有:
8.1 规定低速行驶,减少冲击和颠簸;
8.2 建立多班制,连续工作,缩短施工周期;
8.3 架设临时铁路桥或装设轨束,减少对下部土体的压力;
8.4 在地基土中注入各种增强剂,使土层趋于稳定;
8.5 顶进时注入膨润土悬浮液,减少上部土体的沉降量;
8.6 在工作面上采用人工挖土,减少超挖;
8.7 设置固定监测装置,加强监督,经常观测土层的沉降量;
8.8 经常检查路轨是否有偏移和不均匀沉降;
8.9 准备铁路抢修施工力量,一旦出现异常及时抢修;
8.10 设置必要的安全装置和信号装置;
8.11 顶管超挖形成的缝隙立即加以回填捣固;
8.12 设立专用电话或无线电与邻近的车站保持正常的通讯联系;
8.13 顶管结束后,直至沉降完全停止之前不断地对铁路进行铺垫和校正。
具体采取上述哪些措施,取决于铁路的路基情况、地下水位的高低、顶进管的外径和覆土高度与管外径之比以及挖土方式等。
9 顶管工程的测量监督及误差校正
9.1 顶管施工时,为了使管道按照规定的方向前进,在顶进过程中必须不断观测管节前进的轨迹,当发现偏离设计位置时,就要及时地进行校正。
因此要求顶管自始至终都要在测量工作的严格控制之下。
测量工作大致分为四个方面:
9.1.1 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工作非常重要,第一节管顶得好,位置正确,以后的管子才能顶好。
9.1.2 顶进过程中的测量
主要是对工具管和首节管进行测量,此种测量观测频繁,正常顶进时每顶进30~40cm就应测量一次,顶进第一节管时,测量的顶进间隔距离更要小些。
除对工具管和首节管频繁测量外,每顶进40~60cm还需对整个顶进管进行复测,主要是检查中间管节有无下沉现象。
9.1.3 工程竣工测量
一般是每节管都应测量,根据测量结果绘出竣工图。
9.1.4 地面观察测量
观察地面有无沉陷和隆起。
开始顶进前,要选好基线(即管道设计的中心线)和基点(即临时水准点)。
基线和基点一定要设置牢靠,在整个施工过程中不能发生移动,特别是基线若方向稍有移动则可能形成很大的误差。
基线设置好后,就以此基线为准测量顶管的中心。
中线的测量方法可根顶距的长短、精度要求的高底而不同。
常用的方法有:
三点移线法、经纬仪测量、连通管测量法、激光测量。
9.2 顶管工程产生误差的原因很多,主要有:
9.2.1 质构造的变化,基础土层软硬悬殊;
9.2.2 顶进千斤顶用力不均;
9.2.3 导轨移位,工作坑基础沉陷;
9.2.4 局部障碍物偏向施力;
9.2.5 挖土操作时开挖的尺寸不合适;
9.2.6 顶进管节的端面不平行。
9.3 顶管误差校正是逐步进行的过程,一旦形成误差不易立即将已顶好的管进行校正,而是逐步由误差调整到正确,常用的校正方法有:
9.3.1 挖土校正法:
采用在不同部位增减挖土量的办法,以达到校正的目的。
校正误差范围一般不大于10~20mm。
该法多用于粘土或地下水位以
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