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#顶管施工方案
长沙引水及水质环境工程输水管道工程
第48标(远大路—漓湘路)
顶
管
施
工
方
案
编制:
审核:
批准:
湖南星大建设集团长沙引水及水质环境工程
输水管道工程第48标项目部
二00八年九月十六日
第一章顶管施工方案与技术措施
一、工程概述
长沙引水及水质环境工程是从浏阳河上游株树桥水库引水,旨在提高长沙市饮用水质量,开辟第二水源,新建输水、净水工程,改造和新建配水管网,提高长沙市供水安全度;同时健全和完善市区雨、污水排放与收集系统,提高城市污水集中处理率,改善长沙人民的人居环境和湘江生态环境,构筑长沙市水资源战略安全体系。
长沙引水及水质环境工程第48标段为京珠高速东辅道(远大路口K0+000—漓湘路口K2+865)Y1至Y16段(不含Y16接收井)输水管道工程,由中国市政工程华北设计研究院设计、建设单位为长沙引水及水质环境有限责任公司星沙项目部、长沙市城规建设工程监理有限公司负责监理。
顶管全线长2.865km,采用顶管施工,顶管管材为钢筋砼管,接头采用承插式双插口,顶管后在钢筋砼管内穿玻璃钢夹砂管作为输水管道的管材。
顶管管径为DN2200,玻璃钢夹砂管管径为DN1800。
玻璃钢管工作井压力为0.6MPa,试验压力1.1MPa,管件现场制作,玻璃钢管的连接采用双胶圈承插口并带锁扣,单根管长6米/根。
管道施工及验收遵照现行《给水排水管道工程施工及验收规范》(GB50268-97)的规定。
顶管部位玻璃管与钢筋砼管之间在管道安装后压力注浆,不再做外防腐。
玻璃钢管内衬要求卫生等级为食品级,玻璃钢管的施工与安装还须执行国家标准JC/1838-1998。
顶管井包括工作井和接收井。
所用钢筋HPB235,焊接E43;HRB335,焊接E50;工作井接收井砼C30,垫层砼C10,砼保护层40mm。
工作井、接收井采用沉井法施工,排水下沉干封底。
施工时依据当地土质的渗透系数,在沉井外必须采用适宜的井点降水方法。
工作井顶管力不应大于2600KN,共超过此值应采取措施施工减小顶力或加固井后土体。
在沉井底板未达到设计强度之前不得停止外将水工作。
根据地勘报告资料分析,长沙引水及水质环境工程第48标段,场地条件复杂,沿线埋藏有电缆,光缆,通信,煤气,自来水以及市政工程地下雨水、污水管线。
顶管基本上是在第四系残积粉质粘土和强、中风化泥质粉砂岩
材料运输南边可通过远大路进亚大路达到工地,北边可通过漓湘路进亚大路抵达工地。
交通运输较为方便。
工程用水、用电比较困难。
靠挖坑地下渗水和采用水箱在项目部处接水运输至现场用水方法满足施工用水需要。
工程用电需全路段架设施工用电线路并增设新的变压器。
才能满足施工用电的需要。
由于该工程井位基本在亚大路车行道内占路幅半边,给交通带来不便,必须做好围档交通警示等工作保证交通安全。
二、根据该段顶管特殊条件,我方将采用方法:
1、地面注浆加密方法;
2、管棚注浆支护加固方法;
3、顶进中进行触变泥浆注浆的方法;
4、顶进后采用水泥浆注浆,减少地面的沉降,稳固管道的方法。
三、施工准备
用经纬仪和水平仪测量工作坑和接收坑的顶管轴线和高程,设置好顶管的轴线基准点,并引去活动区域,设置涂红白油漆的钢筋支架加以保护,避免造成顶进误差,临时水准点设在管道施工区域内。
为了顶进施工时校准测到管线位置,在工作井内设置中心桩和高程桩。
四、顶管施工方法
顶管施工工艺过程分为顶进设备安装和顶进施工两大部分:
1、顶管设备安装包括:
(1)导轨;
(2)后背;
(3)下管设备;
(4)顶进设备;
(5)出土设备;
(6)照明设备;
(7)通风设备;
(8)排水设备;
(9)工作平台;
(10)工作棚;
2、顶管顶进施工工艺流程:
a.当顶进设备地面到坑内安装试运转全部良好,操作人员进行培训后即开始管节顶进;
b.管节长度2.5m,而主顶千斤顶行程只有1.7m。
每套主顶装置二块顶铁,一块厚50cm,一块厚1.0m。
为保证主顶的顶力均匀地作用于管节上,特加工环形的受力环。
采用“F”型钢筋混凝土管节,两相临管节利用承插口连接。
管节未进入土层前,接口外侧应垫木垫板,管口内侧应留有10—20mm的空隙;顶紧后两管间的空隙宜为10—15mm。
主要技术标准(见下表)
序号
指标名称
单位
技术指标
1
起止桩号
K0+000—K2+865
2
混凝土顶管DN2200δ=220
米
2782.5
3
玻璃夹砂管DN1800
米
2866
4
顶管工作井7.5*4.5
座
7
5
顶管接收井5*4.5
座
6
6
矩形排气阀井DN1800,A*B=1600*2400
座
13
7
复合式排气阀DN200PnMPa
个
5
8
手动闸阀DN200Pn10MPa
个
5
9
排气三通DN1800*DN200
个
5
10
商品砼
m3
2740
顶力计算:
钢筋混凝土管管径D=2200mm,管重g=4611kg/m,壁厚S=22cm。
刃脚厚度t=20cm。
土抗剪强度τ=50t/m2
土容重:
r=1.98t/m3
摩擦角:
Ф=20°
顶进长度L=80m
土壤与管道磨擦系数:
钢筋混凝土管f=0.3
管顶复土厚度:
钢筋混凝土管H=5m
B、总顶力计算:
钢筋混凝土管P0=P1+P2+P3
其中:
P1为管顶土静压力对管产生的摩擦阻力
P1=2f*r*(D+2S)*H*L=633t
P2为土侧向水平压力对管道产生摩擦阻力。
P2=2f*r*(D+2S)*(H+(D+2S)/2)*L*tg2(450-Ф/2)=87t
P3为管自重产生的摩擦阻力,
P3=f*L*g=111t
管道周围注入触变泥浆后,阻力减少1/3。
P=P0*(1-1/3)=554t
P4为刃脚切土阻力
P4=(D+2S-t)*π*t*τ=76.62t
ΣP=P+P4=630.62t
C、千斤顶砼后背面积
S=630.62÷50=12.61m2
根据上述计算要求,玻璃钢管后背设置形式为:
原土壁+厚1m、宽4m、高4m钢筋混凝土后背+30cm钢靠背。
钢筋砼后背面积计算:
钢筋混凝土管S=4*4=16m2,
安全系数:
16÷12.61=1.269
五、顶管施工机具安装及技术要求
1、安装导轨
(1)导轨安装前应先复核管道中心位置。
(2)导轨与管道按井号位置的平行高度,在安装时必须反复进行复核,导轨接出位置的标高应按管道设计标高设置,在顶进中应经常复核调整,确保顶进轴线和精确度,导轨设置为平坡。
2、设置后背承压壁
(1)承压壁应承受和传递全部顶力,必须具有足够的强度和刚度。
(2)工作井在安装承压壁时,为使承受壁受力均匀,在承压壁与井壁间用钢板做好外拱,浇注混凝土找平,混凝土强度控制在C30。
(3)承压壁的平面必须与顶进轴线相垂直,在顶进中随时检查,如发现倾斜,则必须重新安装。
3、安装主顶设备
(1)主顶设备安装在承压壁前方使顶管掘进机和钢管节向轴线方向顶进的加力组合装置,由以下几个部分组成:
组合千斤顶架、主千斤顶、400T油缸4只、油泵站及管阀、组合马蹄形铁顶、环行铁顶。
(2)安装后的二台主千斤顶应共同使用,规格一致,行程同步,每台千斤顶的使用压力不大于额定压力,油路并联,每台千斤顶均备有独立的控制阀,千斤顶伸出的最大行程应小于油缸行程的10cm左右。
4、油泵站设置在主千斤顶的近处,油路安装应顺直,减少转角,接头不漏油,油泵站应在操作间内工作。
油泵的最大工作压力不大于31.5Mpa,应检查限压阀,溢流阀和压力表等指示保护装备,安装完毕后必须进行试车,在顶进中应定时检查维护。
5、环行顶铁外径必须与管道直径一致,利用环的外部推动管节,为增加强度、刚度,可增加环铁的厚度和内径方向的尺寸。
马蹄形顶铁必须符合使用要求,刚度大,受力后不变形,相邻面垂直,排列不扭曲,不脱焊,与导轨的接触面必须平整光滑。
6、顶管掘进机的安装
1)顶管机尺寸和结构应符合使用要求,在地面上对顶管机应作详细的检查检测。
2)起重设备选择16T行走式行车,起吊前将钢丝绳试放到井内,确保钢丝绳足够长度,起吊中使用专用吊具,保证平稳、缓慢。
严禁冲击、碰撞,并由专人指挥。
3)掘进机安放在导轨上后,测定前后端的中心方向偏差和相对高差,做好记录,如符合顶进要求,应根据此调整掘进机内的水平仪,掘进机壳体与各滚轮均应接触密实,滚轮的受力均匀。
4)对掘进机的电路、水路、油路和操纵设备进行逐一连接,各部件连接牢固、无距、无滴漏现象,对各部分分别调试,并进行全面的试运。
5)正常顶进施工中的起重设备采用16T行走式行车,安装的位置应靠近井边,将附近地基夯实,备有枕木,采用钢轨作轨道。
7、其他辅助设备的安装
1)出土设备,主用水平牵引轨道车运至井口,垂直运输起吊至井口外,自卸汽车外运。
2)排水设备,采用D150污水泵扬程30m,安放在工作井中的积水坑内,把井内污水及时抽出。
3)照明通风,管道应采用电压不大于36V的低压照明,通风根据需要安装。
4)架设工作平台和工作棚,必须牢固、可靠,安全使用。
六、顶进施工方案
(1)气压平衡顶管施工工艺流程祥见附图。
(2)准备阶段
1)在临时工作区内合理布置施工现场,安装好16T走动式行车。
管节堆放处事先清理平整硬化,管节堆码应排列整齐,在堆放管节时需用专用吊车在中心吊孔起吊,以保护双插口,吊放动作平稳,就位后立即用三角木垫垫稳。
2)每批管节到工地后,应会同监理或其代表逐节检查质量,管身裂缝情况,端面平整度,对质量有问题的管节做好标记,通知监理或业主及时采取焊补或更换措施。
3)机头在进洞前应通电试车正常,复核导轨位置尺寸,检查机头纠偏,油缸回零情况。
4)为使进出洞口顶进过程中不发生泥水流失,在进出洞里安装橡胶止水法兰,并对洞口进行封缝止水,井内泥浆处理。
(3)顶进阶段及出洞
1)准备好空压机、风镐、凿除井内预留孔砖砌体,将机头顶入洞口后,连接油管,电缆及泥水管后开始顶进。
2)第一节砼管下到轨道上,应测量管子的中线及前段和后段的管底高程,确定合格后方可顶进。
第一节管节顶进方向的准确,是保证整段顶管质量的关键,对顶进方位应勤测量、勤检查,并细致操作,防止出现偏差。
3)顶进时连续监控,分析顶进速度,顶力,机头土仓内的泥土压力等参数,顶进速度应根据土仓内的泥土压力确定,严格根据机头土仓内的泥土压力顶进。
4)顶管时,两管接口处应加衬垫,一般可垫1段麻辫或3—4层油毡,出口管应垫于外处,平口管应偏于管缝外侧放置,使顶紧后管里缝有1—2cm的深度,以便顶进完成后进行填缝。
5)顶进时,为防止顶进过程中端口顶破损,接口处应安装内胀圈,安装胀圈时应注意使管口居中,胀圈使上部及两侧与混凝土管的间隙紧贴。
6)顶进一般应昼夜三班不停施工,充分发挥机械的效能,同时防止由于中途停置,摩擦力增加,造成顶进困难,但在顶进过程中,遇到坍塌情况时,应立即停止顶进,迅速采取措施,处理完善后,再继续顶进。
7)顶进每班均应填写施工记录,施工记录应包括顶进长度、顶力数值(或油泵压力表数值)、管位偏差及其较正情况,机械运转情况,土质水位变化以及出现的问题和应注意事项。
交接班时应将施工记录向下一班交代清楚。
8)管前挖土,一般应在管内操作,以确保安全,顶镐及出土时的卷扬机操作,均应听从挖土人员的指挥。
从机头切削下来的土方用轨道车运至井口并外运。
9)管前挖土长度,如土质良好,可超越管端30—50cm。
10)管子周围的超挖,因穿京珠高速,一律不准超挖。
11)下管及连接:
每一节管材全部顶进结束后,退回千斤顶,吊开全部顶铁,然后使用行车吊将后节管自吊入工作坑内,安放在前一节管后的导轨上。
下管时应缓慢平稳,避免碰撞导轨,导致导轨偏移而影响顶进施工。
12)本标段顶管施工最长298.56m,按以往经验施工,顶管段在150m以上要求用中继站,增加中继站根据施工的实际情况进行确定。
13)出洞:
做好出洞前的准备工作,包括人员及设备,机头出洞口,及时将与机头连接的管子分离,机头及时吊出井外,并抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门和止水。
(4)测量与纠偏
测量采用激光经纬仪,经纬仪安装在工作坑内,在顶管顶进中每顶进50cm要测量一次,管道轴线和高程。
在顶进的通常情况下,水平偏差应控制在20mm以内,高程偏差应控制在+10mm和—15mm以内,一单方向偏差超出以上范围就应该及时纠偏,纠偏要做到勤侧、勤纠,及时发现,及时纠正。
人工挖土顶进的校正方法主要有以下几种:
1)挖土校法:
偏差为1—2cm时,可采用此法,此情况在管子偏向设计中心的一侧适当超挖,而在相对的一侧不超挖或留坎,使管子在继续顶进中逐渐回到设计位置。
2)顶木校正法:
偏差大于2cm时,或采用挖土法校正无效时,可用10cm的圆木或方木,一段顶在管字偏向设计中心的一侧内管壁上,另一段安在垫有钢板的管前土地上,支架牢固后,开动顶高,利用顶进时顶木斜支管子所产生的分裂,使管子逐渐得到校正。
(5)拆除设备
每段顶管顶进完工之后,拆除后承墙和工作平台,拆除顶进设备并吊出工作井坑外,进行检查和维修工作,做好下一段顶管施工的准备工作。
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