津塘公路津塘二线段顶管施工方案Word格式.docx
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津塘公路津塘二线段顶管施工方案Word格式.docx
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矩形顶管坑尺寸计算:
宽度公式:
B=D+2C
B:
工作坑宽度(m)
D:
管外径;
C:
两侧工作量为0.8~1.2m
Bd1150=1.15+0.115*2+2*1.2=3.78米。
Bd1350=1.35+0.135*2+2*1.2=4.02米。
Bd1950=2.33+2*1.2=4.73米。
Bd3000=3.54+2*1.2=5.94米。
根据计算结果顶管工作坑宽度应大于上述计算值。
因此,确定顶坑的宽度如下:
d1150mm顶管顶坑宽度为:
4m
d1350mm顶管顶坑宽度为:
4.5m
d1950mm顶管顶坑宽度为:
5m
d3000mm顶管顶坑宽度为:
6.5m
长度公式L=L1+L2+L3+L4+L5+L6
L=主工作坑长度(m)
L1=管节长度(m)
L2=千斤顶长度(m)
L3=后背长度(m)
L4=出土工作量(m)
L5=管节外露长度(m)
L6=分力环长度(m)
Ld1150、d1350、d1950、d3000=3+1.5+0.4+0.5+0.2+0.9=6.5m
备注:
此计算式中各种管径的顶管管长均按照3m计算。
因此采取6.5m长的工作坑。
接受坑尺寸可相应减少,满足相关施工工作面即可。
2、工作坑深度的确定
设计图纸中四条顶管在顶坑位置原地面高程与施工现场实测原地面高程基本一致,因此,根据设计图纸中顶坑位置处原地面高程及管底高程来确定顶坑的深度满足现场实际施工要求。
Wb25-Wb27d1150mm污水顶管
Wb25井位(顶坑)设计图纸原地面高程为2.76m,管底高程为-3.536m;
坑深应大于2.76+3.536=6.296m
Wb27井位(接收坑)设计图纸原地面高程为2.58m,管底高程为-3.613m。
坑深应大于2.58+3.26=6.193m
Wa23-Wa25d1350mm污水顶管
Wa23井位(顶坑)设计图纸原地面高程为3.45m,管底高程为-3.260m;
坑深应大于3.45+3.26=6.71m
Wa25井位(接收坑)设计图纸原地面高程为1.93m,管底高程为-3.314m;
坑深应大于1.93+3.314=5.244m
Yc22-Yc23d3000mm雨水顶管
Yc22井位(接收坑)设计图纸原地面高程为2.8m,管底高程为-3.306m;
坑深应大于2.8+3.306=6.106m
Yc23井位(顶坑)设计图纸原地面高程为2.8m,管底高程为-3.331m;
坑深应大于2.8+3.331=6.131m
Wa3-Wa3-1d1950mm污水顶管
Wa3井位(接收坑)设计图纸原地面高程为2.800m,管底高程为-2.417m;
坑深应大于2.8+2.417=5.217m
Wa3-1井位(顶坑)设计图纸原地面高程为2.800m,管底高程为-2.433m;
坑深应大于2.8+2.433=5.233m
坑深H=h1+t+10cm+H1
h1为井底板厚,t为管材壁厚,10cm混凝土垫层,H1为上述计算值。
3、顶力计算
天津地区经验公式
P=P1+P2
式中:
P—总顶力(KN)
P1—管道四周和土摩阻力(KN)
P2—管道前端迎面阻力(KN)
P1=π*D*L*f
D—管外径(m);
L—顶距(m);
f—单位面积摩阻力(KN/m2);
f值—用触变泥浆减阻时为8~12,无触变泥浆减阻时为15~27。
P2=A*f1
A—管前端顶土面积(m2);
f1—单位面积计算摩阻力(KN/m2);
f1挤压顶管时取300~700。
顶力计算d1150、d1350、d1950、d3000
Pd1150=P1+P2=3.14*(1.15+0.23)*85*10+(1.4957-1.0387)*500=3911KN
Pd1350=P1+P2=3.14*(1.35+0.27)*85.5*10+(2.06-1.81)*500=4474KN
Pd1950=P1+P2=3.14*(1.95+0.39)*25*10+(4.3-3.94)*500=2016KN
Pd3000=P1+P2=3.14*(3+0.6)*37*10+3.14*(10.18-9.62)*500=5061KN
4、后背宽度
根据需要的总顶力,使土壁单位宽度上受力不大于土壤的总被动土压力,从而确定后背宽度。
根据地质报告顶管顶坑所在地层为浅海相沉积,主要为黏土、粉质黏土、粉土、淤泥质土,可分为五个亚层。
④-1粉质黏土:
本亚层除抗旱河河底外各孔均有揭示,主要为粉质黏土,局部含少量粉土、淤泥质土夹层。
层厚1.60~4.10米,层底标高-1.57~-4.58米。
灰色、黄灰色,含云母、有机质、少量贝壳,层状,土质不均,软塑,中~高压缩。
后背每米宽度上的总被动土压力可按下式:
(由于3m管顶力最大,因此,计算3m管的后背)
PB=1/2γh2tan2(45°
+¢/2)+2Chtan(45°
+¢/2)
γ-土壤的重度(KN/m3);
h-天然土壁后背的高度(m);
¢-土壤的内摩擦角(°
);
C-土壤的粘聚力(KN/m3);
其中:
γ=20KN/m3;
hd1150=6.8m;
hd1350=7.2m;
hd1950=5.7m;
hd3000=6.7m;
¢=20°
;
C=10KN/m3(土质为粗砂砾石);
PB=1/2×
20×
6.82×
tg2(45°
+20°
/2)+2×
10×
6.8×
tg(45°
/2)=1140kN/m
7.22×
7.2×
/2)=1266kN/m
5.72×
5.7×
/2)=827.4kN/m
6.72×
6.7×
/2)=1109kN/m
B1150=P/PB=2965.5/1140=2.6m
B1350=P/PB=4474/1266=3.53m
B1950=P/PB=2016/827.4=2.44m
B3000=P/PB=5061/1109=4.56m
考虑到安全系数及减小后背高度,后背宽度取3m、3.8m、2.8m、5m。
后背高度计算
根据需要的总顶力及后背土体单位面积允许承载力(kN/m2)估算后背受力面积;
土体的允许承载力(kN/m2)可取下列数值:
粘土、亚粘土及密实的砂土200
H1150=2965.5/200/3=4.9m
H1350=4474/200/3.8=5.9m
H1950=2016/200/2.8=3.6m
H3000=5061/200/5=5.1m
(三)施工方法
顶坑围护平面布置图
1、工作坑施工
第一步:
打设水泥桩帷幕(水泥采用P.s42.5普通硅酸盐水泥)
采用高压旋喷机(桩径0.6米、咬合0.2米、桩长12.5米,水泥掺量18%)。
根据测量人员给出的坐标点,放线出顶管坑内数据,打入控制木桩,并用白石灰粉画线,用人工刨土方法,刨出水泥旋喷桩沟槽,挖深0.5米,宽度0.8米。
钻机入位。
水泥旋喷桩采用计量泵注浆,保证每延米水泥用量最低180kg。
应满足高压旋喷桩的操作方法和规范要求成桩,咬合为桩直径的三分之一,必须连续性完成该工程,喷浆量控制在15%,为保证水泥强度,控制水灰比1:
1,工作压力20~25Mpa;
提升速度小于25cm/min。
第二步:
打设工作坑支护桩
采用I36#B型工字钢桩,长12米,间距为距后背止水帷幕0.5米。
全部一丁一横密集打入,考虑管径较大,在后背增加一排钢桩。
施工前先根据图纸尺寸进行测量放线,挖出桩沟,用两根15cm×
15cm方木做水平控制梁,用10cm×
10cm角钢做垂直控制架,用履带式振动打桩机沿坑内口线打入,25t吊车配合施工。
打桩时应保持钢桩的垂直度,利用震抖缓慢将钢桩全部打入原地面标高以下。
第三步:
打大口井
根据图纸、施工工艺结合现场状况,工作坑内打设1眼大口井,位置在工作坑的边角上。
根据计算,大口井直径0.5米,井深8米,管材为无砂砼管。
大口井内设1台4″潜水泵(扬程17米),抽水时间不少于10天。
第四步:
挖土
挖工作坑第一步土
工作坑均采用机械挖土,土方全部外运,根据挖土深度以及管道位置,设1~2步框架。
第一步距地面1米,框架为36号B型双排对焊工字钢,支撑采用角钢焊接成三角托架与框架焊接,四周加焊45度斜撑、焊口要牢靠、不得漏焊。
施工时从原地面先向下挖1米,即工作坑第一步腰梁(水平框架)处。
挖该步土采用1.2立方挖掘机。
安装一步腰梁
位置在距地面1米处,采用36#工字钢2根卧焊,4个交角处的角撑同腰梁材料。
施工时,先将加工好的支架与立工字钢桩焊接,短边2个,长边3个。
再将组装好的腰梁吊放到支架上。
此时要注意,应先放长腰梁(顶进方向上的腰梁),再放短腰梁(与顶进方向垂直的腰梁),用短腰梁顶住长腰梁,并将两者焊接。
最后焊接4个角撑,将腰梁与立工字钢桩之间用木楔楔严、加固,并用Φ16钢筋将腰梁与钢桩焊接牢固。
一步腰梁安装纵断面图
一步框架安装工字钢腰梁断面图
一步腰梁安装完毕后,挖第二步土,四种顶管二步腰梁位置详见下图:
挖最后一步土
采用1.2立方挖掘机挖至距坑底0.3米后,采用人工清底。
挖至槽底,做排水沟和水窝子,清平槽底。
当挖至基坑底时(底板下平),四边挖排水沟,深0.3米,宽0.3米,利用普通砖砌成型,坡度1%,沟内用石屑填充。
在工作坑底的两个角(相对角)上做水窝子,共计2个,直径内口0.6米,深1.0米,周圈及底面用红砖干砌,外压草帘子。
水窝子内设1台4"
潜水泵(扬程17米),以备坑内的排水。
清平基坑地面,遇有腐软的地方要挖掉软土回填片石或混渣石料以加固土体。
打底板,下预埋钢板。
根据高程计算,底板厚0.35m米(不应小于该处井室的基础加垫层厚度),满堂红铺设。
为使混凝土的早期强度提高的更快,混凝土可采用早强商品混凝土。
因地面到坑底高度超过2米,故用混凝土溜槽使混凝土溜入槽下或用泵车浇筑。
先从中央浇筑,均匀由里向外周圈式扩散。
用插入式振捣棒进行振捣。
浇筑混凝土前将导轨预埋钢板安装到位,钢板按中线一边7块铺设,共计14块,按导轨的长度均匀布置,钢板尺寸0.2×
0.4米,厚1cm.下面焊接Φ14钢筋做爪,长25厘米,钢板顶面高程误差控制在2mm以内。
2、顶管设备安装
1、待底板砼达到设计强度后,可安装导向轨,即将导向轨焊在埋件上,导向轨由两根规格50kg/m的钢轨组成,长6m,安装时两导轨距顶管中心线应当一致。
在管材放入导轨时应与底板有3-5cm缝隙。
2、安制后背墙。
由专用后背铁安放在工作坑后背桩处。
后背铁紧靠后背桩放下,其间隙以细石砼填充并捣实。
组成的后背墙一定要平整并与导向轨相垂直,确保整体接触后背钢桩。
3、安装工作坑内平台,平台紧靠后背墙安放。
安装千斤顶4台,每台千斤顶的顶力为320t。
两台一组分上下两层布置安放在工作坑内平台上,千斤顶的总推力可达到1280吨,满足管道最大顶力的要求。
平台由钢构材料制作而成。
4、安装油泵。
四台千斤顶由一台油泵站控制。
油泵安放在地面适当位置,安放平稳后,用高压油管与千斤顶连接。
接通电源后,要进行调试,必须保证运转正常。
5、其它设备如注浆泵等也要安装好并调试。
3、顶前准备工作
1、把水准点和中心线引至工作坑内,做好标记以便及时检查顶管的走向,在第一节管前安装可以人工调整的工具管。
如果出现偏差应及时调整工具管。
2、开顶之前,油泵电机、千斤顶再次调试,确保四台千斤顶一致工作。
3、检查后背、轨道、支撑等处的焊接是否牢固;
4、起重设备、吊索具是否准备齐全;
管材内的注浆孔要用管件连接好,使用的润滑浆需要提前发酵。
准备好一段的用量,泥浆泵管路阀门与配件是否齐全;
5、施工用的仪器设备要进行使用前校核。
6、对进场的砼管要进行检查,是否符合标准;
管材使用前要进行涂蜡:
即把石蜡加入适量柴油熬化,用滚刷涂在管子外表,必要时使用烤枪把石蜡烤均匀。
这样可以减少管材的摩擦力。
注意用电安全,要有合格的电闸箱,管道内使用低压照明。
7、顶坑内降水是否到位。
8、检查通风设备是否良好。
由于管道顶进距离长,埋置深度深,管道内的空气不新鲜,加上土体中会产生有害气体,因此,必须设置供气系统。
通风设施用一台柴油空压机将压缩空气输入空气滤清器,再进入储气桶,经过气压调节阀,将压缩空气传输至管道最前端,并将管道最前端的空气排出,以此进行空气循环。
9、管道内辅助管道的辅设。
管内的辅助管道设置于管道内壁,用钢架将其有序地固定在管壁上。
主要包括:
通风设施、电源布置。
4、顶进过程
手掘式项管施工工艺流程
一、安装管节、拔桩、开镐
工具管在坑内管床就位,调试完毕,作好进洞的一切准备,工具管放到导轨上,测量管子中心及前端和后端的管底高程,确认安装合格后方可顶进。
工具管顶进方向与高程的准确,是保证整段顶管质量的关键。
因此,必须认真对待此项工作。
工具管位置核定无误后,开始拔出洞口范围内的钢桩,使用振拔机拔桩。
为保证工具管和第1节管材顶进准确性,工具管与第一节管材要连接紧密,用激光经纬仪随时测量监控,保证工具管和第一节管子位置正确。
初顶、终顶阶段顶进要缓慢,勤测量勤纠偏。
二、挖土掘进
一般是安排一个人挖土。
为加快工程进度,每班两个人,轮流开挖。
土方在管内采用人力斗车进行运输。
出土采用轴向出土,将人工挖出的土直接装在料斗上,料斗放在电动滑轮小车上用轨道运出管道,到工作井内由吊车吊上地面弃土。
土方在工作坑采用25t吊车进行垂直运输。
然后将倾空的料斗再放入井内,继续运土。
如条件允许,可用两台料斗交替工作。
在一般地段,土质良好,挖土时可超挖30~50㎝。
在铁路道轨及津塘公路下不得超越管端外10㎝,在道轨以外最大不得超过30㎝,同时应遵守管理单位的规定。
四周保留3cm~4cm原状土保持切土前进,严禁多挖或人到工具管前挖土。
顶进时注意,当料斗出土时停止顶进。
切忌“闷顶”引起地面隆起。
顶进开始时,缓慢进行,待各接触部位密合后,再按正常速度顶进。
顶进时每一管段应连续施工,一次顶完全程,发生事故停止顶进时,前方应进行封堵。
一节管节顶进结束后,缩回主顶千斤顶,吊放下一节管节,再继续顶进。
顶进若发现有油路压力突然增高,应停止顶进,检查原因经过处理后方可继续顶进,回镐时,油路压力不得过大,速度不得过快。
挖出的土方要及时外运,及时顶进,使顶力限制在较小范围内。
三、回镐、下顶铁。
当顶镐油缸伸出有0.5米时,将镐回油,下1块顶铁,以确保平稳顶进。
四、出镐顶顶铁、顶进、出土。
五、注浆
当机头已顶进土里8-9米长时,开始注浆。
注浆压力控制在0.5Mpa以上,实际压浆量要根据具体情况测定。
注浆孔设置在外形套筒的下面,套筒向后开口,环向连通。
同一断面上设置3个,环向均匀布置。
注浆时要遵循“先压后顶,随顶随压”的程序。
六、开镐顶进测量,正常顶进时每顶进1米时测一回。
工具管入土10m以内和接近接收井10m的初顶和终顶阶段,每顶30~50cm测量一次,误差超过3mm即进行校正。
测量采用激光经纬仪和水准仪配合进行。
七、回镐下管。
当顶完一节管后,用吊车提出顶铁,再下一节管。
下管要由专人指挥。
在插口安装胶圈时要涂抹凡士林,以使开镐顶紧管接口时胶圈均匀被压缩,不被扭曲、翻转、防止漏浆漏水。
八、下顶铁,出镐顶进(重复步骤3、4)。
管子稳定好后,上好胶圈,在胶圈上抹匀凡士林,下弧形顶铁,再下U型铁板,后开镐,先顶U型顶铁,再顶弧形顶铁,再顶管子,将刚稳定好的管子与前1节管子顶严紧。
同时连接好各种注浆管路、行灯电路、机头连接电路。
九、拔桩、进副坑。
当机头顶到接近副坑时,开始拔副坑进洞口范围内的钢桩,采用25t吊车或振锤拔桩。
5、施工注意事项
1、管节接口处理措施
管节接口处理是顶管工程的关键部分,保证做好接口部分是顶管工程成败的关键,因此对组成接口的每一部分都必须严格遵照有关规程的要求逐一分别严格操作。
顶进前,对砼成品管、钢套环、橡胶密封圈和衬垫板从尺寸、规格、性能、数量等均作详细调查,必须符合标准设计图的要求。
顶进前还必须在现场作试安装,对不合格的砼成品管应予以剔除。
砼管接头的槽口尺寸必须正确,光洁平整无气泡。
橡胶圈的外观和任何断面都必须质密、均匀、无裂缝、无孔隙或凹痕等缺陷,橡胶圈保持清洁、无油污,不能在阳光下直晒。
2、减阻注浆
顶进施工中,减阻泥浆的运用是减小顶进阻力的主要措施。
顶进时通过管节上的压浆孔,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环套,减小管节外壁和土层间的摩擦力,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。
为了做好压浆工作,每两节管放一带有注浆孔的管。
砼管节上均匀布置有三只压浆孔,三只压浆孔成270度环向分布。
减阻泥浆的性能要稳定,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实验,找出适合于施工的最佳泥浆配合比。
减阻泥浆的拌制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。
泥浆拌好后,应放置一定的时间才能使用。
压浆是通过储浆池处的压浆泵将泥浆压至管道内的压浆总管,然后经由压浆孔压至管壁外。
施工中,在压浆泵处装有压力表,便于观察、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很多,一般可达理论值的4~5倍,但在施工中还要根据土质情况、顶进状况、地面沉降的要求等做适当的调整。
触变泥浆的主要成分是膨润土,掺入碱(碳酸钠)和水配制而成。
触变泥浆配制:
膨润土运到现场后分批测式膨润土的胶质价,然后按比例配制泥浆(重量比)。
膨润土的胶质价
膨润土
水
碱(碳酸钠)
60~70
100
524
2~3
70~80
1.5~2
80~90
614
90~100
3、顶进过程中的纠偏
在施工过程中,要根据测量报表绘制顶进轴线的单值控制图,直接反映顶进轴线的偏差情况,使操作人员及时了解纠偏的方向,保证顶进处于良好的工作状态。
在实际顶进中,顶进轴线和设计轴线经常会发生偏差,因而要采取纠偏措施,减小顶进轴线和设计轴线间偏差值,使之尽量趋向一致。
顶进轴线发生偏差时,通过调节纠偏千斤顶的伸缩量以及管道内挖土预留量,使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置。
在施工过程中,贯彻勤测、勤纠、缓纠的原则,不能剧烈纠偏,以免对砼管节和顶进施工造成不利影响。
4、顶管排障
顶管过程中有可能遇到地下不明障碍物,影响顶进的顺利进行,此时应进行排障顶进。
如果障碍物只占顶管断面的很小一部分,或障碍物的体积较小,则顶进时可以不予理会,因障碍物引起的轴线偏差可以通过纠偏来解决。
当障碍物个体较大,可能引起轴线较大偏差或顶力急剧上升时,必须进行正面排障。
本工程均采用人工排障。
排障时首先应作好准备工作,在不了解障碍物性质的情况下,为各种情况进行相应的准备。
如果障碍物是石块,则可以用风镐进行破碎,分成小块后取出;
如果障碍物是木桩,则要用电锯将其锯断后取出,确保顶进断面上无阻挡;
如果障碍物是钢筋混凝土桩,则须先用风镐将混凝土破碎,然后用割刀将钢筋割断后取出。
因此排障时应根据不同情况采取不同的措施进行。
探明障碍物情况后,采取相应的排障措施进行排障,排障时应注意施工人员的安全,有意外情况应及时采取措施。
排障时应尽量将顶管断面内的障碍物全部清除干净,消除障碍物对顶进的影响。
5、顶管进洞技术措施
为保证顶管机能顺利进入接收井预留洞,在离接收井15m左右时要加强对顶进轴线的观测,及时纠正顶进轴线的偏差,保证顶管机能顺利地按设计轴线进入预留洞。
6、工作坑的洞口处理
洞口密封采用夹筋砌砖墙,钢筋和工字钢桩焊成一体。
为防止预留洞封门打开后洞外的土体涌入接收井内,在顶管机到达接收井前,在接收井内预留洞处安置一道橡胶止水带,以防止顶管机进洞时水土涌入井内。
7、水泥、粉煤灰浆补浆
管道顶进施工完成后,使用高压注浆泵向管外注入水泥、粉煤灰浆液填灌顶管超挖空隙,最大限度减少地面沉降。
补浆时由后向前交错压入水泥、粉煤灰浆液。
8、通讯、监控
顶管施工必须保证信息交换渠道的畅通,同时对施工操作人员要进行监护,防止发生安全事故,因此我们设立了通讯、监控系统。
通讯采用对讲机,各联络点之间可以通过对讲机自由通讯,在管道内空气潮湿,应使用防潮防爆的矿用电话机,以保证通话质量。
地面人员应随时与管道中的工作人员通话,了解管道内情况。
9、沉降观测点的布置和观测
顶进施工的每个顶程都要布置地面沉降观测点。
特别是在津塘公路及铁路两侧适当增加沉降观测点布置。
沉降观测点布置必须做到安全、可靠。
对测量所用的仪器要经常校核,确保测量数据的准确性。
顶进施工时,对沉降观测点每天进行两次观测,对路面及铁路处的观测点适当增加观测的次数。
并及时把测量数据反馈到施工人员手中,便于指导顶进施工。
六、顶管施工安全措施
1、保证津塘公路及塘沽站西铁路专用线的正常运营
为保证既有线在顶进期间的安全行车,必须严格执行公路及铁路管理部门的有关规定,强化施工作业的检查,对施工防护、作业的各个
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