顶管施工方案.docx
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- 施工 方案
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1、顶管施工方案一、施工准备施工技术准备工作主要做到以下几点:1、研究和熟悉设计文件并进行现场核对:施工前,组织主要人员对工程图纸进行熟悉、研究,使施工人员明确设计者的设计意图,熟悉设计图纸的细节,掌握并收集相关的各种原始资料,对设计文件和图纸进行现场核对。其主要内容包括以下几点;(1)各项计划的布置、安排是否符合国家有关部门的安全方针政策及规定。(2)设计文件所依据的水文、地质等资料是否准确、可靠、齐全。(3)对水土流失、环境影响的处理措施是否合理。2、对现场进行补充调查,为编制施工组织设计收集资料,具体调查的内容如下:(1)工程地点的水文、地形、气候条件和地质情况。(2)当地材料、可供利用的房
2、屋等情况。(3)当地劳动力资源状况、运输条件和运输线路的情况。(4)施工现场的水源、电源和生活物质的供应情况。(5)管材的采购地。(6)顶管工具头选用。二、施工现场组织1、管线保护与地面监测措施施工前必须收集、调查,摸清地下管线的分布情况,对有疑问的或重要的管线可采用开样洞或样槽的方法,针对不同情况采取必要的保护措施。在顶管施工前应对周围建筑物和重要的管线布置若干监测点。在施工过程中应根据点的位移、沉降的变化情况及时修正各项施工技术参数和采取行之有效的保护和补救措施。如果施工现场条件不允许直接布置监测点,则采用间接布点的方式,即在管线垂直上方布置地面沉降点,通过地面沉降来确定管线的下沉量。马路
3、沿线设置沉降观测点,严格控制沉降量。在顶管施工过程中,地面隆起的最大极限值应控制在设计要求的范围内。2、周围建筑物的保护查清需保护建筑物的实际情况,采取必要的措施,做好建筑物沉降观测的标志。3、施工组织准备(1)建立组织管理机构,配备专业技术、施工管理人员,进行项目部的日常管理工作。(2)组织必要的施工作业人员及时进场开展工作,在领会设计内容和熟悉工程图纸的基础上,进行施工现场勘查,并做好现场平面布置。(3)认真进行施工前的技术交底工作,并会同甲方进行对现场引进红线、基准线、水准基点的复核工作,把桩位测量和放样等事宜落到实处。(4)业主在确保“三通一平”的基础上,对施工场地的地下管线和旧基础等
4、障碍物的详细了解,并提供可靠资料。在无资料的情况下,各有关单位应到现场实地解决,以确保工程施工的正常进行。(5)做好进场设备的维修保养工作,力争做到相应配套、性能完好,应用方便,器具齐全。(6)进行施工总平面的布置,如场内临时设施等的统筹安排和搭建,以及对供电、供水等日常生活和施工设施的完善。三、施工方法1、施工工艺流程施工准备测量放样工作井内设备布置穿墙洞处理顶管设备安装出穿墙洞安装管道顶进安装中继间顶进进洞取工具管洞口处理。测量放线:对业主提供的控制点进行必要的复核,数据准确无误后通过控制点将顶管轴线放设到井内,以便顶进的控制。2、施工现场平面布置及工期安排1、由于本工程顶管位置工作井外径
5、为9.5米,因此,顶进设备按现场实际情况进行安排。2、现场泥浆池和清水池设置按实际情况而定。3、工具管选用针对本工程的施工环境和施工工期要求,施工单位将选用外径2000(1000)的泥水平衡顶管工具头,此工具管能较好的控制地面沉降,保护地下管线及临近建筑物不受损坏。1、尺寸工具管外型尺寸分别为:外径为2620,长为4.8m;2、适用土质适用于各种粘性土和砂性土的土质。例如;淤泥、粘质土、砂土以及带卵石的砂砾土。即除了强风化岩石以外的所有土质。4、中继环选用及设置由于本工程直径为2000米的泥水平衡顶管,最长距离达到498m,由于直径较大,后座的设计顶力不允许超过550吨,因此按照实际顶进需要设
6、置中继间4个中继间,第一套安装位置设在工具管后约30米处。其理论推算如下:(以下按最大因素考虑)F=F1+F2F -总推力;F1-机头的迎面阻力;F2-机头的顶进阻力;F1=(/4D2)PtD -工具管外径2.4m;Pt-机头底部以上1/3D处的被动土压力(kN/m2);其中Pt=(H+2/3D)tg2(45+/2);-土体的容重17.5(kN/m3);H -管顶土层高度8.02m;-土层的摩擦角12.2;F2=DfLf-采用触变泥浆润滑取钢管在此层土中平均摩阻力为4kN/m2;L-全部的顶进长度(m);1.机头迎面阻力:Pt=(H+2/3D)tg2(45+/2)=17.5(8.02+1.6)
7、tg2(45o+12.2o/2)=258.57kN/m2 F1=/4D2Pt =3.14/42.42258.57 =1169.75kN2.机头的顶进阻力:F2=DfL=3.142.44.0498=15011.71kN 根据总推力公式计算, F1+F2=1169.75+15011.71 =16181.46kN计算总推力大于设计顶力,因此本顶管工程须设中继间进行顶力分散。根据顶力的分布情况,中继间安放时,考虑到砼管的特殊性,以及管材与井壁的允许顶力,第一套中继间应放在距工具头后30米处。中继间数量计算:中继间推动长度l=5500/(3.142.44.0)=182m,取150m,需要中继间套数n=5
8、06/150=3.4个,取4套。四、后座顶进系统1、后座主推油缸采用4只250吨千斤顶。主推千斤顶安装于后座型钢支架上。千斤顶安装要求: 对称布置,保持受力均匀。 安装位置允许偏差2mm,确保顶进时处于受力良好状态。2、导轨平面布置导轨安装在前方,接近穿墙管(以能开启门洞为宜),其中心轴线与顶管轴线一致。导轨的安装方法及技术要求:由于导轨是一个定向轨道,其安装质量对管道顶进工作影响很大,因此安装后的导轨,应当牢固,不得在使用中产生位移;并且要求两导轨应顺直,其纵坡应与管道设计坡度相一致。安装导轨时,应首先确定导轨间距和平面位置,然后测出导轨各点的实际高程并与设计高程相比较,确定导轨的高程,调整
9、后进行安装。导轨采用固定在工作井底板的预埋件上,用电焊将导轨架与预埋件焊牢,导轨四周与工作井壁撑紧,并焊接牢固。导轨的安装精度必须满足施工要求,其允许偏差为轴线偏差2mm ,两轨间距偏差在2mm范围内。根据此次工程中工作井尺寸为9米长,导轨设计长度为6m,为了便于施工及转场的顺利进行,导轨与千斤顶支架分成二个单体形式。3、后座安装后座反力墙上预先安装后座,其允许误差为5毫米,使顶力均匀扩散至后座上。4、后靠背与顶铁安装后靠背是指后座中安装在后座墙与主顶油缸之间的钢结构件。利用工作井壁作为后背。为了扩散油缸的反力以保护井壁,后靠背采用50mm的厚钢板,立面垂直不倾斜,在顶进时应注意防止后座位移。
10、顶铁其外径与管材相同,有一定厚度的钢结构件。作用主要是把主顶油缸的几个点的推力比较均匀地分布到管材端面上,同时还起到保护管端面的作用。本工程选用马蹄形顶铁,其安放在基坑导轨上时开口朝下。这样在主顶油缸回缩以后加顶铁时不需要拆除泵送排泥管道。五、后靠土稳定计算(以W21-03#工作井为例)R=B/(rH2*KP/2+2C*HKp+rhHKp) 式中R总推力之反力(KN)系数(取1.52.5之间),=1.5B井壁宽度(M),B=9.5Mr土的容重(KN/M3),r=17.5KN/M3H井壁高度(M),H=11.92MKP被动土压力系数(为tg245+12.2/2),Kp=1.54C土的内聚力(KP
11、a),C=25KPah地面至井壁顶部土体高度(M),h=2.5MR=9.5/1.5(17.511.9221.54/2+22511.921.54+17.52.511.921.54)=45104KN显然易见,总推力之反力大于工作井设计允许推力5500KN。结论:后靠土是稳定的。六、注浆设备本工程设置一套注浆设备,注浆泵选用BW200,拌浆泵采用3”立式泥浆泵,拌和的泥浆储存在泥浆箱中,减阻泥浆通过2”管道分接到每道注浆孔处,注浆孔处设置一只闸阀,根据实际顶力的大小来进行注浆,顶进过程中确保最前方3道注浆孔处于开启状态。1、减阻泥浆的作用顶进施工中,减阻泥浆的应用是减小顶进阻力的重要措施。顶进时,通
12、过工具管及混凝土管节上预留的注浆孔,向管道外壁压入一定量的减阻泥浆,在管道外围形成一个泥浆套,减小管节外壁和土层间的摩阻力,从而减小顶进时的顶力。泥浆套形成的好坏,直接关系到减阻的效果。2、工具管选择为了保证压浆的效果,拟在工具管尾部环向均匀地布置4只压浆孔,顶进时及时进行压浆。工具管后面的3节混凝土管节上都设压浆孔,以后每隔2节设置1节有压浆孔的管节。混凝土管节上的压浆孔设4只,呈90环向交叉布置。压浆总管用50mm白铁管,除工具管及随后的3节混凝土管节外,压浆总管上每隔12m装1只三通,再用压浆软管接至压浆孔处。顶进时,工具管尾部的压浆保证及时,确保形成完整、有效的泥浆套。混凝土管节上的压
13、浆孔供补压浆用,补压浆的次数及压浆量根据施工时的具体情况而确定。3、接力站设置由于顶进距离长,一次压浆无法到位,需要接力输送,因此在管道内中间位置附近设置压浆接力站。压浆接力站的作用有两个,一是运输作用;二是承担至前面压浆接力站管道部分的补压浆。减阻泥浆的性能保证稳定,施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结,既要有良好的流动性,又要有一定的稠度。顶进施工前要做泥浆配合比试验,找出适合于施工的最佳泥浆配合比。4、泥浆制备拌制减阻泥浆要严格按操作规程进行,催化剂、化学添加剂等要搅拌均匀,使之均匀地化开,膨润土加入后要充分搅拌,使其充分水化顶进施工中,减阻泥浆的用量主要取决于管道周围空隙的大小及周围
14、土层的特性,由于泥浆的流失及地下水等的作用,泥浆的实际用量要比理论用量大得多,一般可达到理论值的45倍,但施工中还需根据土质情况、顶进状况及地面沉降的要求等做适当的调整。泥浆拌好后,应放置一定的时间才能使用。通过储浆池处的压浆泵将泥浆压至管道内的总管,然后经压浆孔压至管壁外。施工中,在压浆泵、工具管尾部等处均装有压力表,便于观察,从而控制和调整压浆的压力。顶进施工中,减阻泥浆的用量主要取决于管道周围空隙的大小及周围土层的特性,由于泥浆的流失及地下水等的作用,泥浆的实际用量要比理论用量大得多,一般可达到理论值的45倍,在施工中还需根据土质情况、顶进状况及地面沉降的要求等做适当的调整。减阻泥浆的控
15、制参数项目视粘度MPa.s失水量mLpH值重度N/cm3动切力Pa静切力Pa胶体率%状态数据1688.510.911.719100略稠减阻泥浆配合比(kg/m3)名称膨润土水纯碱CMC备注数据1308704.54七、出土系统泥水平衡式顶管掘进机排出的泥浆通过管路输送到地面泥浆池,出土系统选用进泥泵、排泥泵及地面泥浆池。八、止水措施当工具管进出洞时,防止洞口的泥水流入是影响顶管工程能否顺利进行的重要环节之一。若洞口止水不好,土体中的水和泥砂将不断涌进工作坑内,对施工造成影响,严重时将造成施工的中断,因此本工程洞口止水措施是采用止水橡胶圈,当工具管进洞时,橡胶圈向内翻起,使土体中的水和泥砂不流进工
16、作坑。(轧兰内套牛油盘根止水,当工具管进洞时,利用牛油盘根与法兰橡胶止水条共同抵挡土体中的水和泥砂不流进,效果极佳。)止水圈安装方法:首先在预留洞的预埋件上根据止水圈上螺栓眼的位置焊上螺栓,把止水圈穿在螺栓上面,外面再安上弧形月亮压板,以使止水圈和井壁紧密接触。注意预埋件法兰底盘应中心正确,端面平整,安装牢固,螺栓的丝口应妥善保护,水泥浆应清除。轧兰止水安装方法:首先把工具头于轨道上就位,把特制加工的止水轧兰按先内后外的顺序安装到工具头上,往外轧兰内圈绕工具头缠45圈的牛油盘根,然后根据工具头尺寸对止水轧兰进行定位并与工具头临时连接成整体,随工具头同步顶至穿墙管法兰,最后利用大小夹码把止水轧兰
17、与穿墙管焊牢连成整体,同时与工具头分开。止水防塌的另一个办法是在穿墙洞外侧5米范围内进行压密注浆,由于顶管穿墙洞外侧地基受沉井下沉影响而产生土体扰动,砂土容易液化,土体承载力降低,以至工具头出洞后出现下沉的状况,为此必须采取地基加固措施,主要采用压密注浆来提高穿墙洞外侧管底的承载力,确保管子沿轴线方向正常顶进,具体办法如下:穿墙洞外侧紧贴井壁打设钢板桩:钢板桩打设必须密实,桩与桩之间的缝隙越小越好,不能使用变形的钢板桩,以防流砂涌入井内,破坏井外土体。注浆范围:以井外壁沿轴线方向至围幕,宽为4米,深为顶管轴线以下3米。注浆布置:间距为1米,呈梅花形布置。注浆配比:水泥:粉煤灰:陶土粉为1:0.
18、30:0.30注浆压力:0.20.6Mpa,稳压时间为2030min。养护时间:1天(具体观测试验结果)。九、地面沉降的控制1、如果顶管掘进过程中,工作面的前方出现坍方现象,这将造成地面的沉降。坍方造成超重出土或覆盖层土体松动,以致地面沉降。因此在顶进时必须加以注意,严格及时控制进出水量,控制头部土压力来控制出土量。当穿越高速公路时,应对高速公路进行监控,以防失控。使沉降控制在设计规范的要求内。2、工具管向前顶进时,掘进面土体产生较大的应力,掘进时土体向工具管移动、坍方、应力降低,产生松动。如果土体松动范围超出了工具管,必将造成工具管和后续管周围的土层也被松动。因此在掘进时应注意推进速度。3、
19、对顶管线路的纠偏而引起工具管周围土体受力不均,可能出现土体发生松动的现象而造成沉降,因此在顶进过程中做到勤测,确保管线的直线顶进。4、层5土地质报告说不会产生液化,但该土层摇振反应迅速,韧性低,干强度低,所以在顶进过程中,如果头部机械在同一个位置上转动时间太久,土体还是会产生液化,因此要杜绝这种现象的发生。5、如果在顶进过程中遇到流砂,除了要控制速度、压力、进水量、出泥量以外,还要改变进水成分,在进水中适量加入陶土粉和粘土浆,以使土体与泥浆之间形成泥模,减少流砂现象的发生。6、触变泥浆不宜太厚。必要时,后期用迟凝泥浆置换触变泥浆。十、顶管施工技术措施1、工具头穿墙工具头穿墙质量的好坏,直接影响
20、整个管道施工的质量,特别要防止穿墙过程中大量的土涌进来。因此,穿墙准备工作要充分、细致,具体做好以下工作:(1)沉井内顶进导轨、千斤顶的位置应安装准确、牢固。(2)顶进泵液压系统应工作可靠,千斤顶伸缩自如。(3)工具头下井后,应对其中心及前后高差进行复核,严禁头部低、尾部高。(4)吊机应工作正常。(5)穿墙前应对工具管进行检查调整并试验。(6)纠偏液压系统无渗漏,工具管纠偏灵活,测角表调零。(7)各种机械试运转半小时正常工作,管路无漏水等。(8)压缩空气系统,泥浆减阻系统通风系统运转正常。(9)一切设备调试正常后并将临时止水装置安装在工具管前方,将工具管顶进到钢封门前,用吊车吊出钢封门,同时将
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