大管径顶管穿越河道施工方案.doc

良乡电力管道穿越刺猬河顶管工程良乡电力管道穿越刺猬河顶管工程 技术方案技术方案 目目 录录 1 1 工程概况工程概况 1 2 2 技术方案 技术方案 3 3 3 施工方法及顶管防沉降措施施工方法及顶管防沉降措施 21 1 工程概况 1 1 工程简介 本工程为房山区良乡电力工程穿越刺猬河顶管工程 设计起点为刺猬河南 岸城良 35KV 变电站入地后穿越刺猬河至河北岸向西北方向与长虹西路电力管 线相接 原管线规划为 2 0m 2 3m 暗挖隧道 穿越刺猬河部分变更为顶管穿越 顶管管径为 3000 根据河道管理部门要求 管顶覆土深度即距离河道底部应 不少于 2 5m 由于顶管管径较大 根据顶管有关规范顶管覆土不小于 0 8D 要 求 覆土深度确定为 3 0m 从顶管工艺角度出发 顶管覆土深度越大越有利于 顶进 但同时却增加工作井和接收井的施工费用 设计时根据原隧道埋深和上 述深度要求进行调整 现状河道上口宽 42m 河底宽 25m 河底和两岸为护砌护坡结构 河底至 现况地面上端为 4 0m 水深约 2 0m 左右 1 2 管线沿线水文地质条件 地质条件无相关详细资料 水文条件按地下水丰富考虑 1 3 管线沿线地形地貌 拟建场区位于长虹西路东侧 地形较平坦 周围无大型建筑物 河北岸为 绿化带 地势较低 河南岸为加工厂 多为平房 1 4 管线沿线周围环境 管线穿越刺猬河 南北两岸均紧邻长虹西路 交通便利 1 5 地下管线及障碍物情况 在施工前应委托物探技术部门对工作 接收井周围地下管线进行探查 2 技术方案 2 1 顶管方式 顶管方式拟采用土压平衡机械顶管工艺穿越刺猬河河道 工作井设在刺猬 河东岸 接收井设在刺猬河西岸 由东向西顶进 顶进长度 120 米 顶管管顶 距河道底部 3 0m 顶管管径 3000 坡度为 0 0019 工作井向东与本工程暗 挖段 6 标段对接 接收井向西与现况电力隧道侧接 工作井和接收井坐标由设 计确定 本方案有以下特点 一 本方案穿越刺猬河河道 不需大面积破坏原河道结构 不用围堰导流 在施工中充分保证河道河底和护坡的完整性 二 采用土压平衡机械顶管掘进技术 日掘进 15 米 顶管上方沉降控制 在 15mm 以内 既快速又安全 三 工作井设在刺猬河北岸绿化带内 接收井设在刺猬河南岸加工厂南门 外 经现场踏勘 河岸两边道路行人车辆较少 有利于施工及运输 社会交通 影响面小 需要时进行社会道路交通导行 四 根据 3000 顶管土压平衡顶管掘进机械 机头长度按 5 3m 直径 3570mm 推算 3000 工作竖井平面尺寸 净空 为 9 0m 7 0m 接收竖井平 面尺寸 净空 为 6m 5m 拟建接收井井位见下图 五 由于顶管断面为圆形 暗挖沟道断面为圆拱直墙 顶管与暗挖隧道接 口过渡时本工程设计难点 本方案就此提出初步方案 仅供参考 拟建工作井井位见下图 2 2 工艺原理 设备系统由土压平衡掘进机 油压装置 泥浆系统及遥控设备组成 北侧 竖井为顶进工作井 南侧竖井为接收井 由北向南顶进 掘进机放置井下 掘 进机轴线与设计管线轨迹重合 掘进后刀盘切削下来的岩土在掘进机内经破碎 由螺旋输送机排至管内小推车运至竖井位置 再经垂直运输至地面 管子下到 工作井 F 型接口混凝土套管用橡胶带密封好后由后方顶进装置沿设计轨迹顶入 地下 上方为遥控设备 控制掘进路线 不断进行纠偏 直至顶进完成 2 3 工艺流程 顶管工艺流程见下图 顶管工艺流程图顶管工艺流程图 下管 接口安 装 水平顶进 顶管出洞 拆除顶管设施 进 场 测量放样 基坑构筑 工作井设备安装地面设备安装 进洞准备地面设备安装 机头进洞 顶管推进中继间安装注浆减摩 2 4 设备选型 拟采用扬州广鑫 TP3000 型土压平衡顶管机 机身长 5 3 米 机身自重 60T 机身外径 3570mm 刀盘直径 3590mm 可适用地下水丰富及全土质土 层 TP3000 型土压平衡顶管机 2 5 管节 接口及管内支架布置 顶管管节采用 3000 钢筋混凝土管 为 F 型钢承口 级管标准 防水等级 为 级防水 钢筋混凝土管外径 3570mm 壁厚 285mm 每节管重 18 4T 接 口采用楔形遇水膨胀橡胶密封圈 电力支架预埋钢圈在管节预制时进行预埋 根据电力隧道有关规范要求顶管管节内电缆支架布置见下图 2 6 竖井结构 竖井结构为钢格栅 连接筋 钢筋网 混凝土 锚管 临时支撑的联合支护体系 采用矿山法锚喷砼支护竖井施工 2 6 1 竖井净空尺寸 工作井 9m 7m 9 85m 长 宽 深 接收井 6m 5m 11 82m 长 宽 深 初衬结构厚度 250mm 底板结构厚度 300mm 2 6 2 根据我公司以往施工图纸和经验 竖井结构简图如下 进行施工图设计需 进一步进行结构验算 100 600 18 500 900 250750 在梁内锚固长度 800 水平钢格栅 12 300 12 22 12 150 锁口配筋图 CC D D 220 5010010050 12 200 12 200 主筋 22 主筋 22 4L100 x80 x10 N6 A大样图 220 220 12 200 主筋4 22 N4 点焊 B B 15 15 220 354522080 4040170 250 22 D D 8022080 250250 N3 单面焊10d 12 200 4 22 N3 主筋 主筋 22螺栓孔 螺栓M20 x6 螺母M20 C C a a 注 钢筋待格栅安装完毕 后与格栅钢筋焊接 工作 接收井大样图 9000 9500 250 250 300 30030005980 9850 20 200 18 200 初期支护钢筋格栅 主筋4 22 竖井锁口圈 地面标高0 000 900 900 工作井立面图 600 200 钢格栅每榀间距0 5m 锚杆采用 32钢筋 长度3m 水平纵向间距为1m 上下排错 开安装 末端与钢格栅焊牢 管向下的水平夹角为15 钢格栅每榀间距0 5m 285285 7000 7500 250 250 9000 9500 250 250 40004000 顶进坑初衬护壁 3000 285285 工作井平面图 24005020 7420 28006620 9420 24005020 28006620 12 200 12 200 12 200主筋 12 200 12 200 2 22 A 水平钢筋格栅图 200 200 6000 6500 250 250 300 300 3000 11420 20 200 18 200 初期支护钢筋格栅 主筋4 22 竖井锁口圈 地面标高 0 00 900 900 接收井立面图 600 200 500 钢格栅每榀间距0 5m 锚杆采用 32钢筋 长度3m 水平纵向间距为1m 上下排错 开安装 末端与钢格栅焊牢 管向下的水平夹角为15 285285 5000 5500 250 250 6000 6500 250 250 25002500 顶进坑初衬护壁 接收井平面图 16003820 5420 19004520 6420 16003820 19004520 12 200 N8 12 200 12 200主筋 12 200 12 200N4 2 22 I I I A 水平钢筋格栅图 2 7 顶管管节与暗挖隧道的连接 顶管工作井内顶管管节与暗挖隧道在顶管竖井内通过检查井加现浇钢筋混 凝土电力沟方式进行连接 检查井为 5 0 4 0m 矩形检查井 结构厚度 500mm 现浇沟道断面尺寸为 2 0 2 1m 检查井和沟道可以一次浇注完成 2 7 1 顶管施工完成后回填级配砂石至检查井地板标高 2 7 2 检查井 沟道采用现场支模 整体浇注 2 7 3 在明沟与暗挖隧道对接处由于两种结构存在差异 暗挖隧道与明沟对接 为变断面施工 2 7 4 两个沟道对接变形缝按有关规范要求设置 2 7 5 现浇结构与顶管竖井初衬之间回填按筑路标准 接收井内顶管和暗挖隧道的连接方式经现场勘查 接收井西侧为现况 2 0 2 6 米沟道及 5 2 米检查井一座 检查井内向西甩口预留沟道长度为 2 0 米检查井底板距现况地面 10 4 米 接收井内顶管与暗挖隧道连接有两种方 案可供选择 2 8 顶管管节与检查井连接 顶管管节最后一节为特殊管节 在距管节末端端面 1625mm 处设置预埋钢 环 在顶进完成后在钢环上焊接止水环 浇注在检查井模筑混凝土内 完成管 节与检查井的刚性防水 2 9 顶力计算 1 控制土压力值 P P K0 h K0 静土压系数 按土质取0 33 土容重 h 复土深度 P 0 33 19 7 55 47 34KPa 2 顶管机初始推力FO FO P R2 R 混凝土管有效半径 FO 47 34 3 14 1 79 2 476 28KN 3 一次顶进管子阻力 PO f DL f 磨阻系数 按土质取8 D 管外径 L 顶进长度 PO 8 3 14 3 57 120 10761 41KN 4 一次顶进总推力F1 F1 F0 P0 F1 476 28KN 10761 41KN 11237 69KN 5 考虑注浆减摩效果后实际总推力F F F1 减摩系数0 8 F 0 8 11237 69KN 8990 15KN 6 每延米推力为74 92KN m 7 混凝土管控制顶力Fc 3000钢筋混凝土管厂家提供资料为19242KN 8 中继间计算 由于 3000 钢筋混凝土管能承受最大顶力 19242KN 注浆减阻后实际总推 力为 8990 15KN 工作井主顶推力可设计为 12000KN 即 200T 主顶油缸 6 台 不需要设置中继间 2 10 场地布置 工作竖井占用刺猬河河东岸部分绿化带 占地 300 平米 30m 10m 接收竖井设在刺猬河西岸加工厂西大门外 占地 105 平米 15m 7m 占 用现况道路 宽 7 米 现况道路被占用后采取交通导行 施工便道设在道路 东侧人行步道和绿化带上 施工现场用不低于 2 米的围挡加以封闭 钢筋加工在场外进行 竖井周边 设备摆放 弃土临时保存位置 管材堆放及材料场地布置均应考虑防止过度荷 载造成井口三角区土体滑移 至少在井口边 2 米以外 2 11 施工用水用电 现场临时用水布置 竖井临时施工用水 主要为竖井初衬结构施工用水 由 于现场条件所限 可由水车运送 现场临时用电布置 竖井使用发电机组提供施时用电 用电量为 l50KW 如 甲方不能提供 我单位将租用发电机组提供施工用电 根据环保要求 发电机 组应使用低噪音环保型 2 12 施工进度安排 单个竖井工期 15 天 顶管 10 天 包括设备拆装 顶进 进出场 5 天 总工期 30 天 综合考虑总体施工进度计划安排和现有施工能力及不确定因素 竖井施工 至封底每道工序的工期如下 序号部位竖井 1 施工准备 2 2 锁口圈梁开挖 1 3 锁口圈梁砼浇注 2 4 井身施工 8 5 封底 2 工期合计 15 2 13 施工人员安排 根据工程的规模和进度计划要求 每个竖井拟投入的劳动力如下 施工竖井劳动力安排 两班作业 钢筋工电工电焊工砼工喷砼工木工普工 42642220 2 14 施工机械设备投入 考虑到施工场地情况 根据工程内容和各项施工工序要求 本工程拟投入 的机械设备如下 工程机械设备安排 序 号 设备名称规格型 号 数量 台 进场日期备注 1 空压机 9m3 min4 开工之日竖井用风 2 搅拌机 JZC 3502 开工之日混凝土工程用 3 砼喷射机 PZ 52 开工之日两台 竖井 4 电焊机 BS5004 开工之日加工用 7 轴流风机 11KW4 开工之日隧道 8 风镐 G104 开工之日2 台 竖井 9 砂轮切割机 402 开工之日外加工 10 钢筋弯曲机 Q402 开工之日外加工 11 钢筋切断机 JL402 开工之日外加工 12 调直机 G 122 开工之日外加工 13 电葫芦 5T4 开工之日垂直运输 2 15 质量控制标准 顶管质量标准 中 心 30mm 高 程 10 mm 20 mm 管间错口 10 mm 2 16 主要工程量 管井降水 6 口 井 深度 15 米 400 无砂管 顶管 3000 钢筋混凝土管 120 米 顶管竖井 锚喷支护 2 座 3 施工方法及顶管防沉降措施 3 1 施工降水 根据地勘报告 受大气补给及刺猬河渗漏影响 地下水较浅 初步安排在 每个竖井四周打 6 口降水井 进行管井降水 将地下水降至底板以下 0 5 1 0m 降水施工所需的设备及技术参数需由现场试验钻提供的地下水资料确定 3 2 竖井施工 竖井施工采用锚喷逆作矿山法施工 竖井的施工原则 快开挖 强支护 小分块 短进尺 早成环 竖井施工工序分四步施工 即 施工准备 井圈施工 井身开挖 竖井封 底 竖井开挖支护施工工艺流程 施 工 准 备 井 圈 开 挖 井圈锁口砼施工 人工开挖土方 架立格栅钢架 喷砼支护 竖 井 封 底 A 锁口圈梁 在竖井的四周设置 40 钢管栏杆 高度为 1 2 m 并挂绿网 竖井锁口圈梁宽 900mm 厚 600mm 钢筋混凝土结构 锁口圈梁施工程序 测量放线 挖槽 垫层混凝土 养护 纵向预留钢筋 绑扎锁 口圈梁钢筋 安装竖井井架及梯道预埋件 支搭锁口圈梁模板 养护 拆模 工作井锁口圈梁开挖土方时 比设计尺寸外扩 100mm 根据测量所放坑位 开挖工作井锁口圈梁土方 回喷 100mm 厚 C20 混凝土临时支护 锁口圈梁开挖土方完成后 绑扎锁口圈梁钢筋 同时预埋竖井侧墙竖向连接 筋 支立模板 灌注混凝土 圈梁采用 C30 的现浇混凝土 B 竖井井身开挖 竖井井身采用分段开挖 分阶段支护 随挖随支护 每 循环挖深 0 5m 左右 开 挖后初喷混凝土 30mm 然后安装钢架 标高 5m 以上每 550mm 设一榀 以下每 500mm 设一榀 工作井接收井每榀打设 32 3 锚管 长度 2m 水平间距 1m 焊 接纵向钢筋及安装钢筋网 复喷混凝土至设计厚度 结构厚度为 250mm 施工采用人工开挖 人工装渣 吊车提升吊篼出渣 循环进尺 0 5m 初期支护 紧跟封闭 开挖井壁土方采用先对角开挖 喷射砼封闭后再对边开挖 严禁整个墙体或 较长边墙或四角同时悬空 按设计步距作一步距开挖一步距 每个步距的工序 包括开挖土方 挂网片 安置格栅 焊连接筋 打锚管 喷射 C20 混凝土封闭 成环 当一个步距初支施工完成以后 才可以开挖下一个步距 为保证竖井施工安全 在施作过程中在井壁长边三分点设置两道临时对撑 竖向每两米一道 四角设置斜撑 竖向间距也为两米一道 井身开挖支护至设计标高后现浇 300mm 厚 C30 砼封底 井底预留集水坑 3 3 顶进施工 3 3 1 测量控制 1 针对永久性水准点 导线建立临时水准点 将核对资料报送项目技术主管 经 项目技术主管审批合格后方可进行下一步工作 2 施工过程中对以下工序进行测量控制 工作井开挖时的上口 管道顶进时 的轴线 高程 3 控制点设置必须符合有关的规范和规定 在施工过程中建立测量控制系统 控 制点设在不宜扰动 视线清楚 方便控制 易于核对处 4 由于顶管距离较长 必须采用人工和激光测量相结合的测量手段 为确保 测量精度 在机头距离接收井 50m 左右时 需暂停顶进进行一次全面的测量校核 5 高程测量 在地面上把永久水准引测至井边 通过垂直吊钢尺引测至井下 设临时水准点 再在管道内架设水准仪测量机头内标靶 即可知道机头高程偏差 闭合差按二级水准控制 6 轴线测量 在井内设固定测量点 经纬仪调好垂直角度 从镜子看光靶上刻 度 7 根据接收井预留孔间隙 考虑到竖井施工存在误差 机头操作存在误差 把 管内导线测量误差控制在土 25mm 导线测量回数为一测回 必要时增加测回数 3 3 2 设备安装 1 起重 下管采用 25T 汽车吊 掘进机自重 30T 工作井完成由 100T 汽 车吊吊入 2 后背 导轨及顶镐的安装 后背采用锚喷结构加钢后背 安装导轨以及顶镐 先根据导轨本身的尺寸计算出导轨顶面至轴线的高差 h 至 水平仪于井下 在井四周作出 4 一 6 个临水点 保证轴线标高临水点高程 h 安 放导轨时可用线绳在相对的两个临水点拉出一条直线 使导轨顶轻触于线绳既 可 然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线重合 导 轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程 最后支撑导轨至井壁上 导轨采用 16 号工字钢 两导轨平行 等高架在 5 个 16 号工字钢上 两端工字钢固定 顶镐安装用镐架 在后靠背安装完毕后进行 抄平顶镐要保证顶镐后部贴紧 后靠背 顶镐必须偶数对称布置 3 3 3 平面布置 井内布置及管内布置 1 在工作井范围内实行全封闭隔离施工 并布置以下必要的设施 办公室 仓库 配电间 管材及材料堆放区 泥浆设备 布局要合理 环境整洁 卫生 并有专职人员进行管理 2 井内布置 工作井井内布置主要有辅助钢制后靠背 砼后背 导轨 主顶镐 油泵动 力站 钢制扶梯 泥浆泵 U 形顶铁和 O 形护口圈等 3 管内布置 动力 照明 电讯电缆 灯具 轨道等 为保障井内施工人员的人身安全 改 善劳动条件 根据实际需要增加通风管道和强力鼓风机 4 泥浆及遥控设备 在工作井一侧放置泥浆设备及顶管操作台 3 3 4 管道顶进与纠偏 1 顶管机就位 用 100 吨吊车吊装顶管机 将顶管机放入顶进坑内的导轨上 顶管机前端距 井壁 约 300 毫米 就位后先检查顶管机的轴线是否与机坑轴线 导轨轴线以 及主顶油缸 的轴线保持一致 发现偏差立即调整 无误后再进行顶管机电路 油路 注浆系统 的安装调试 2 机头入洞 先将洞口处的墙壁凿除 洞口处 人工向前挖土 500 800 mm 再将机头 徐徐 推进洞口里 待刀盘全部进洞 调整止水圈位置 使其完全封闭地下水 然后开 动顶管机刀盘 待土仓压力升到 0 1 MPa 时 这时螺旋输送机的土压也上升到 0 07 MPa 左右 掘进机开始入土时 机头外露 只存在轨道对机头的摩擦力 机 头易发 生旋转 故在入土前两米顶进时 顶进速度控制在 5 毫米 分钟以下 以 防机头整 体旋转 并观测机头倾角和旋转变化 及时修正和调整 倾角的变化 用纠偏千斤顶 调正 旋转角大于士 30 度时 可使用刀盘反转调正 顶进 2 米以 后在机头不旋转的 情况下可逐渐加大顶进速度 3 机头完全入土后 土仓压力控制在 50 80KPa 将前 3 节管子与掘进机 头做刚性连接 刚开始向井下管 装管时 用钢支架或倒链固定已顶入的管节 防止油缩回过程中管节后退 4 正常顶进 1 土仓压力的设定 按计算表数值设定 施工时设备自控可保证 10 的土仓 压力 遇有砂层 砂砾石层 下穿道路 离构筑物较近时 土仓压力设定适当加 大 30 左右 以提高安全系数 2 触变泥浆减阻 顶管过程中 须同步注入减阻泥浆 它是减少顶进阻力 提高顶进速度的重要一环 减阻泥浆采用膨润土配制而成 膨润土一般要求胶 质价 在 80 以上 膨润土进场后 先测定其胶质价 根据胶质价确定配合比 膨润土泥浆重量配合比 膨润土胶质价膨润土水碱 60 701005242 3 70 801005241 5 2 80 901006142 3 90 1001006141 5 2 膨润土泥浆的拌和时间一般为 20 至 30 分钟 泥浆制备后 须静置 24 小时 方可使用 使其充分吸水 膨润成胶体 使用比重计测其比重 掌握在 1 15g cm3 为宜 在机头尾部设置有触变泥浆注浆孔 顶进施工的同步注入触变泥浆 以 形成原始浆套 每节混凝土管均有三个注浆孔 顶进过程中 通过注浆孔持续补 浆 注浆使用挤压式注浆泵 注浆口压力控制在 0 13 0 22 MPao 视储浆池内触 变泥浆下降的速度及顶铺压力表读数调节注浆压力 3 顶进测量 初始顶进每 1 米测量一次 并做记录 正常顶进时 每顶进 3 米 测量一次 遇有纠偏每 1 米测量一次 测量时要注意照射到机头激光靶上的 激光点 和管道中心轴线的一致性 若出现偏差通知机手及时调整 测量人员分 别绘制出管道中心及高程曲线图 随时预测机头的前进趋势 4 顶进纠偏 不断地观察光靶上激光点的行走轨迹 如发生偏移大于 20 毫 米 预测机头又有向偏差大的方向发展的趋势时 要采取纠偏措施 纠偏时开 动纠偏千斤顶 纠偏时每 1 米测量 1 次 并做机头和机尾的数据比较 有回归趋 势时 保持 一段顶进距离后 要停止纠偏 防止左右摆动 纠偏的原则是勤纠 微纠 每次纠 偏量不要过大 而且要注意发展趋势 当上下 左右均发生偏差时 先 纠上下 后纠左右 5 顶进速度 顶进速度控制在 30 毫米 50 毫米 分钟 人洞后的前 10 米 以及纠 偏时用较低速度 以后视出土情况 刀盘扭矩情况适当加快顶进速度 6 出土外运 掘进机刀盘切削破碎土体 由螺旋输送机将泥土输入到管道内 部 使用土车通过管道将泥土运入顶进坑中 再使用吊车运到地面 倒入泥土暂 存区 定期外运 7 安装管节 管节下坑前先进行外观检查 包括管端面是否平直 管壁表面 是否光洁 管体上有无裂缝等等 检查合格的管子用吊车放到顶进坑内的导轨 上 进行顶进 8 下管时 机头在停止顶进的状态下 刀盘转 3 5 分钟 在停机和同时螺 旋输 送机出土的情况下 排土液压门关闭 并断电以保证土压仓土压达到平衡 下管工序完成后 再顶进时 应先开刀盘 再依次开螺旋输送机 推进系统 9 机头出洞 机头推进到距接收井约 2 米处 拆除接井坑洞口处的墙壁 从 接收洞口中心部位打进一根钢钎寻找机头 洞口处的土体开裂并向外凸出 仔细 测量机头上 下 左 右的四个方向 与出洞口的大小 位置合适时 启动主顶 油缸继续推进 至中心刀露出时 停止推进 安置机头接收托架 然后 慢慢将机 头推入接收坑内 10 使用吊车将机头吊运出坑 5 顶进中的控制 A 顶进时出土率控制值 95 98 根据实际情况及时调整 泥水平衡顶管 掘进机用顶进油缸的伸出长度来计量出土率 B 管道顶进过程中 顶管中心和高度由激光导向仪进行测量 其纠偏精度 由激光导向仪发射到掘进机测量用的靶盘随时进行控制 确保偏差度不超过 3cm 管道每推进 250 300mm 时测一次中心轴线 若一发现偏移趋势就进行 纠偏 若偏移量达到 20mm 时 立刻停止顶进 查明原因有措施保证后再顶进 确 保顶管轴线的质量 勤测勤纠