不开槽施工(泥水平衡)PPT课件

1 不开槽施工 泥水平衡工艺 雨污分流工程专项施工方案 2 一 工程概况1 工程简介污水干管管材为管径d1000钢筋混凝土管 d1200的钢筋混凝土管 管道平均埋深5 5m 全长981m 3 2 工程水文地质简况根据相邻工程勘探资料 施工场地属小清河冲积地貌单元 地下水位在2m左右 水位较高 2 1填土 分为杂填土和素填土 杂填土颜色杂乱 松散 混有大量砖块 分布于该层上部 素填土呈褐黄色 以亚粘土为主松散 层厚为2 3米 2 2亚粘土 褐黄色 灰色 软塑 流塑 粘粒含量较多 含少量姜石 层厚0 7 5米 2 3辉长岩残积土 棕黄色 黄绿色 软塑 原岩烈风化为中细砂状 混少量母岩硬块 层厚 3 7 1米层深14 16 6米 静止水位为2 05 2 3米 4 二 编制依据1 黄岗路污水干管设计图纸 2 给水排水管道工程施工及验收规范 GB50268 2008 顶管施工技术及验收规范 结构设计原理 建筑工程施工计算手册 土力学 3 我方对现场的调查资料及我单位多年类似建设工程的施工经验 5 三 设计方案根据施工现场情况 针对本工程顶管段水文 地质条件特点 该段顶管均采用封闭式顶管工艺 本工程顶管管径较小 D1200mm 采用泥水平衡顶管工艺 6 1 泥水平衡顶管工艺基本原理 泥水平衡顶管工艺基本原理是将已调成一定浓度和比重的泥水 通过送泥水系统送至顶管机头前挖掘面处 泥水在挖掘面上形成一层不透水的泥膜 可阻止泥水向挖掘面里面渗透 同时调节泥水压力来平衡地下水压力和土压力 达到稳定挖掘面的目的 顶管机头前进的同时刀盘切削土体 被切削下来的残土与泥水充分拌和后 由排泥系统输送至地面泥水分离设备进行处理 分离出的残土被运走 泥水再送入送水系统循环使用 7 2 泥水平衡顶管施工特点 2 1适用的土质范围比较广 如在地下水压力很高以及变化范围较大地质条件下也可适用 2 2可有效的保持挖掘面的稳定 对所顶管周围的土体扰动比较小 因此施工引起的地面沉降很小 2 3与其他类型顶管相比 泥水平衡顶管施工时的总推力比较小 尤其是在粘土 砂土层表现得更为突出 适宜较长距离顶管 2 4工作坑内的作业环境比较好 施工也比较安全 由于是采用泥水管道输送弃土 不存在吊土 搬运土方等容易发生危险的作业 可在大气常压下作业 也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题 2 4泥水输送弃土的作业连续不断地进行 其施工进度快 能有效的保证工期 8 3 泥水平衡顶进系统泥水平衡顶进系统主要由以下几部份组成 NPD泥水平衡顶管机 机内控制柜 洞口止水圈 环形护口铁 马蹄形顶铁 主顶油缸 主顶油泵 激光经纬仪 后背板 基坑导轨 油缸架子 9 4 泥水平衡进排泥系统它主要由以下几大部份构成 泥水分离设备 沉淀箱及分离器等 进水泵 排泥管 进水管 基坑旁通 流量计 排泥泵 进排泥泵控制柜 进排泥软管 流量调节器 10 11 四 施工方案1 施工计划 管道顶进施工安排示意图 黄岗路污水干管工程采用泥水平衡顶管施工 将共设7个工作井 8个接收井 管道顶进每次考虑顶进170m 工期计划3月1日至4月30日 12 2 工艺流程黄岗路污水干管长981m 管道中心线距离西侧立沿石2米 埋深平均在现状地面以下5 5米 埋深较深 地下水位较高 原地面下2米左右 2 1顶管施工总体流程施工降水 沉井施工 安装顶进设备 管道顶进 检查井施工 检查验收 13 3 施工方法3 1降水设计3 1 1渗透系数的确定K 4 64m d3 1 2抽水影响半径R 72 8m3 1 3涌水量计算Q 976m3 d3 1 4降水井深度井深16 5米3 1 5降水井平面布置 14 3 1 6降水井施工3 1 7降水井降水3 2沉井施工 15 3 2 1沉井施工工艺流程 16 3 2 2顶管工作井设置本工程选择矩形工作井设置于污水检查井处 工作井按双向顶进考虑 顶进长度170米 工作井采用C30钢筋混凝土 依据以下计算得出井身几何尺寸及结构 17 3 2 3顶管机械选型污水管线设计位于粘质粉土层中 地下水位高 综合现场情况 工期要求 机械工作效率等要素 在保证工程质量 施工安全等的前提下 顶进机械根据管径选择1200型泥水平衡顶管机2套 1000型泥水平衡顶管机1套 18 3 2 4顶进力的计算 以 1200顶进管道工作井为例 根据 市政工程施工技术规程 有关钢筋砼管顶力计算公式 应按给排水管道工程施工与验收规范GB50268 2008 公式计算Fp D0Lfk十NF P nGL式中 P 计算总顶力 吨 G 管子单位长度自重 吨 m L 顶进管道总长度 m n 土质系数直径1200mm钢筋砼管壁厚为0 125m G 3 14 1 45 0 125 2 5 1 42 t m 本工程顶管按92m计算 根据过去在该地区施工对土质的了解 以及顶管施工经验 n取1 34 总顶力P 1 42 92 1 34 175 06t故工作坑安设两台200t顶镐 满足要求 19 3 2 5矩形工作井的底部尺寸应满足式 a 和式 b 要求 B D1 S a L L1 L2 L3 L4 L5 b 式中 B 矩形工作坑的底部宽度 m D1 管道外径 m S 操作宽度 可取1 4 3 2m L 矩形工作井的底部长度 m L1 顶管掘进机长度 m L2 管节长度 m L3 输土工作间长度 m L4 千斤顶长度 m L5 后座墙的厚度 m 20 工作井的长度应满足下列构件的长度之和 机头长度3 8米 管道长度2米 千斤顶长度2米 千斤顶后的垫板按20厘米考虑 考虑的50cm的操作空间 实际操作中 由于可以先用千斤顶将刀头顶进一部分 所以在计算基坑纵向长度时 管道长度可以不计取 即基坑的最小长度为7米 工作井的宽度为管道两侧共加2 4米 满足施工人员作业要求 摆放泥浆泵 泥水管等物件 宽度为5米 21 沉井深度应符合式 c 和式 d 要求H1 h1 h2 h3 c H2 h1 h3 t h4 d 式中 H1 顶进坑地面至坑底的深度 m H2 接收坑地面至坑底的深度 m h1 地面至管道底部外缘的深度 m h2 管道外缘底部至导轨底面的高度 m h3 基础及其垫层的厚度 不应小于该处井室的基础及垫层厚度 m h4 顶管机进入接收坑后支撑垫板厚度 m t 管壁厚度 m 基坑的深度根据设计标高确定 管底以下包括导轨高度 和底板厚度 沉井井室取7m 高差部分 沉井顶与原地面高差 0 5米 由此可得 1200顶进管道工作井几何尺寸为 采用内径7 5米的圆形沉井或内径7 5米 5米的矩形井 22 工作井按双向顶进考虑 工作井采用C30钢筋混凝土 内径7 5米 5 井深7m 井壁厚50cm 配筋为直径 22 20cm 双层 底板为C30钢筋混凝土结构 配筋为直径 22 20cm单层 矩形沉井平面图 圆形沉井 矩形沉井 配筋立面 23 基坑开挖 沉井采取在基坑中制作 以减少下沉深度 降低施工作业面 开挖深度为2 3米 考虑到拆除垫架和支模操作的需要 基坑比沉井宽1米 周围井点降水 降水井深度使地下水位降至比基坑底面低1m 挖土采用反铲挖掘机进行 配合人工修坡和平整坑底 挖出的土方用自卸车运至弃土场堆放 24 25 3 2 6砂垫层砂垫层厚度主要是解决基坑内土质较差与沉井砼重量较大之间的矛盾 防止砼浇筑后地基产生沉降 影响沉井砼的质量 砂垫层的厚度与沉井的重量和地基土的承载力有关 其计算简图如下 砂垫层厚度H经计算取0 5米 砂垫层的施工 用平板振捣器振平实 26 3 2 7砼垫层根据现场的实际情况 沉井刃脚下采用C20砼垫层来支承沉井的重量 计算简图如下 混凝土厚度计算 取砼厚度为10cm 以保证沉井的稳定性 27 3 2 8井墙制作沉井采用两次制作 制作阶段加强观测沉降情况 起重设备及脚手家架工程 模板工程支模工艺流程如下 刃脚砖砌胎模 搭内架 立内模板 绑钢筋 穿对拉螺栓 放预埋件及穿墙管等 立外模板 紧固螺栓固定模板 检查 校正 28 1 刃脚砖砌胎模待砂垫层上素砼垫层达到一定强度后 根据设计井位在垫层上精确测放沉井平面位置 进行砖胎模施工 砌砖时应用低标号水泥砂浆 并确保刃脚斜面平整 用石灰和少量水泥拌和物粉刷砖砌胎模 砖砌胎模应予留沉井井壁模板拉杆螺丝的孔位 2 模板 钢筋工程 砼浇筑 1 砼工程 2 砼养护 29 30 3 2 9沉井下沉计算沉井的下沉稳定系数 工作坑下沉稳定性计算在挖除刃角下土方时 沉井整体能够下沉 在刃角下土方不挖除时 沉井不会下沉 满足安全下沉要求 31 下沉采用人工挖土和人工配合长臂挖掘机出土的方法进行 根据土质情况 采用碗形挖土自重破土方式 开挖前 在井壁外围堆放0 5m厚过筛黄砂 随着井壁下沉 黄砂在自重作用下流入土壁与井壁间隙 即可减小阻力 又可起扶正沉井的作用 不因土壁与井壁间的间隙而使沉井发生偏移 人工挖土从中间开始挖向四周 均匀地进行 使其能均匀竖直下沉 每层挖土厚度为0 4 0 5m 在刃脚处留0 6 0 8m宽土台 待中部挖空后 根据四周土质状况 把土台对称分段 间隔挖土 依据土质软硬程度确定开挖量 开挖部分要确保底部高程统一 以保证沉井每步下沉后均处于竖直状态 逐步消除沉井下沉过程中的位移与偏差 予留部分能可靠地承受刃脚切削力 在挖土过程中沉井不致下沉 开挖部分取土范围至沉井外壁外围0 2 0 3m处 减少井壁与土壁间的接触面积 减小阻力 分段取土完成后 集中挖除予留部分 每人挖一个 开挖速度均匀一致 一气完成 开挖深度要超过本次下沉位置 待刃脚四周沉实后方可进行下一步操做 上一步先开挖位置作为下一步予留位置 依次交错进行 分步下沉 32 在沉井开始下沉和将要沉至设计标高时 周边开挖深度应小于30cm 避免发生倾斜 尤其在开始下沉5m以内时 其平面位置与垂直度要特别注意保持正确 否则继续下沉不宜调整 在离设计深度20cm左右应停止取土 依自重下沉至设计标高 33 下沉分为三个阶段 及时做好这三个阶段的控制 A 初沉阶段 下沉系数比较大 下沉速度快易造成沉井下沉偏差 在这个阶段内要严格控制井内出土 自中心向四周分区分层 同步对称均等取土 施工过程中 要增加测量次数 控制其不发生大的偏差 进度要求上不要单纯求快 争取稳定和准确 B 下沉阶段 沉井入土一定深度 井外也发生一定的压力 已经形成土压导向 此时下沉速度可以适当加快 但必须纠偏下沉 力求做到有偏必纠 C 终沉阶段 当沉井下沉到距设计标高0 5米处时应以稳定观测为主 下沉为辅 仔细观测沉井下沉情况 保持平稳均匀下沉 沉井的左右倾斜不得大于15度 中线位移不得超过2厘米 当沉井下沉过程中超过这个标准时可采用偏除土 偏压重的措施予以纠偏 34 下沉观测沉井位置的控制是在井外地面设置纵横十字控制桩 水准基点 下沉时 在井壁上设十字控制线 并在四角设水平点 于壁外侧用红铅油画出标尺 以测沉降 井内中心线与垂直度的观测系在井内壁四边标出垂直轴线 各吊垂球一个 对准下部标志板来控制 并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测 挖土时随时观测垂直度 当垂球离墨线边达50mm或四面标高不一致时 立即纠正 沉井下沉过程中 每班至少观测两次 并在每次下沉后进行检查 做好记录 当发现倾斜 位移 扭转时 及时通知值班队长 指挥操作工人纠正 使允许偏差范围控制在允许范围以内 沉井在下沉过程中 最大沉降差均控制在250mm以内 当沉至离设计标高2m时 对下沉与挖土情况应加强观测 以防超沉 35 36 下沉纠偏沉井下沉过程中 有时会出现倾斜 位移及扭转等情况 应加强观测 及时发现并采取措施纠正 产生倾斜的可能原因有 刃脚下土质软硬不均 拆刃脚模板时 未对称同步进行 挖土不均 使井内土面高低悬殊 刃脚下掏空过多 使沉井不均匀突然下沉 排水下沉 井内一侧出现流砂现象 刃脚局部被大石块或埋设物搁住 井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压 操作中可针对原因予以预防 如沉井已经倾斜 可采取在刃脚较高一侧加强挖土并可在较低的一侧适当回填砂石 必要时配以井外射水 或局部偏心压载 都可使偏斜得到纠正 待其正位后 再均匀分层取土下沉 37 位移产生的原因多由于倾斜导致 如沉井在倾斜情况下下沉 则沉井向倾斜相反方向位移 或在倾斜纠正时 如倾斜一侧土质较松软时 由于重力作用 有时也沿倾斜方向产生一定位移 因此预防位移应避免在倾斜情况下下沉 加强观测 及时纠正倾斜 位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜 再沿倾斜方向下沉 至刃脚中心与设计中心位置吻合时 再纠正倾斜 因纠正倾斜重力作用产生的位移 可有意向位移的一方倾斜后 使其向位移相反方向产生位移纠正 沉井下沉产生扭转的原因是多次不同方向倾斜和位移的复合作用引起的 可按上述先纠正位移 然后纠正倾斜 使偏差在允许范围以内 38 3 2 10沉井封底本工程采用排水下沉干封底的施工方案 当沉井下沉至设计标高的要求范围内 经沉降观测 其沉降率 待8小时内沉井自沉累计不大于10mm 在允许范围内 即可进行封底 应进行抗浮验算 在沉井底一角预埋D500插盘短管 0 8米 潜水泵不间断抽水 同时在沉井底进行毛石灌浆 厚度70厘米 为保证工程质量和工程进度 决定采用商品砼浇筑底板30厘米厚度 采用抗渗等级为P8具有早强性能的C30商品砼 待砼强度达到50 时 再用法兰封堵将预埋短管封住 39 3 2 11沉井质量要求 沉井制作要求沉井制作尺寸与设计尺寸允许偏差 沉井下沉质量要求 40 3 3顶管施工3 3 1顶管施工流程 41 3 3 2顶管准备 顶管地面布置工作井施工现场约需400m2场地 作业面用25t吊机1台负责吊运及井内 地面的吊装工作 现场内设置泥浆罐 供顶管出的泥浆临时存放 工作井边侧为顶进控制室 自动控制台 通讯设备等均在控制室内 场地布置若干工具间 进场的砼管 半成品材料堆放在指定地点 由于顶管为三班连续作业施工 在现场四个角上各安装碘钨灯一座 供夜间现场照明 42 井内布置井内沿顶管轴线方向加设临时后座支墩 安装刚性后座以及布置千斤顶 导轨 顶铁 环形顶铁等顶进设备 工作井边侧设置下井扶梯一座 供施工人员上下 管内供电及井内电力配电箱均位于工作井内 顶管测量平台 安装在主顶千斤顶之间轴线上 独立与砼底板连接 并与千斤顶支架分离 确保顶进时测量平台的稳定 沿井壁依次安装压浆管供水和出泥管 供电电缆 供气管线 井内二侧工作平台布置配电箱 电焊机 泥水旁通装置 后座主顶油泵和顶铁堆放 管内进 排泥管 压浆管 供电 通风管分别安装于管道左右偏下侧 采用75 75角钢支架固定 管内照明采用36伏低压照明灯 每8m布置1只 工作井内照明采用高压水银灯 施工期间在井内及管道内应配置足量的排水设备 以保证雨 汛期的管道安全 43 3 3 3顶管施工设备配置泥水平衡式顶管掘进机 主要由切削搅拌系统 刀盘动力系统 纠偏及液压系统 壳体 机内旁通测量显示系统 主轴密封及电气操作系统 机外 等部分组成 3 3 4顶进系统工作井内有一套主顶装置 主顶千斤顶装置2个千斤顶 总行程为1 10m 主顶千斤顶每只最大顶力为200T 实际施工时应控制油压 油缸有其独立的油路控制系统 可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏 但顶进过程中 要求总最大顶力控制在设计允许范围以内 44 3 3 5出泥系统泥水平衡式顶管出泥系统由进排泥泵 泥水钢管 泥水软管 各种闸门 流量计和压力表 基坑旁通道装置及泥浆罐组成 进排泥泵用于进水输送和泥水排送 泥水钢管 泥水软管 各种闸门流量计和压力表 组成的泥水管路系统是泥水平衡式顶管中的一个主要环节 基坑旁通道装置具有泥水循环流动 正向流动 逆向活动和流量调节的功能 45 46 3 3 6泥浆系统 泥浆减阻本工程采用顶管工具头尾部同步注浆方式进行减阻 一般情况下摩阻力可由12 30KN m2减至3 8KN m2 注浆管的布置 工具头及其后10管每节都设有注浆孔 其后逐步过渡到每3节加设一节带有注浆孔的管节 每道注浆孔有独立的阀门控制 并能承受外水压 浆液压力维持至它被水泥浆替换 泥浆置换顶进结束后对已形成的泥浆套中的浆液进行置换 置换浆液为水泥砂浆 在管内用单螺杆泵压注 压浆体凝结后 一般为24小时 拆除管路换上封盖 将孔口用环氧水泥封堵抹平 注浆压力不超过0 2Mpa 注浆设备符合物理性能要求的润滑泥浆用BW 200压浆泵通过总管 支管 球阀 管节上