某市污水处理厂进厂干管顶管设计

某市污水处理厂进厂干管顶管设计摘要：本文简要介绍了某市污水处理厂进厂污水干管顶管工艺的设计过程，概括了采用土压平衡法机械顶管新技术敷设特大口径污水管道的设计思路及其所产生的经济效益和社会效益。关键字：特大口径管道土压平衡法机械顶管一、工程概概况：某市污水处处理厂工程是是国务院淮河河流域水污染染防治重点工工程之一，是是利用第四批批日本协力基基金贷款和国国内配套资金金进行建设的的环境治理、城城市基础设施施建设工程项项目，被列为为河南省和郑郑州市的重点点工程。郑州州市汗水处理理厂是淮河流流域水污染防防治最大的工工程建设项目目，该厂总服服务面积可达达105平方公里，50%以上的郑州州市市区污水水均汇集于此此，项目总建建设规模为82万吨/日；其中污污水厂一期工工程建设规模模为40万吨/日，工程总总投资75749万元，而进进厂污水干管管则按远期规规模一次性投投资建成，项项目投资超过过13000万元。进厂污水干干管设计采用用土压平衡法法机械顶管新新技术，该工工艺设计及施施工均为国内内地区所首次次采用，设计计标准标准高高、技术难度度大。进厂干干管全长8055m，其中d2600污水管长约4585m，d3000污水管长约3470m，顶管用工工作坑全部采采用钢筋混凝凝土沉井形式式共设计有顶顶管工作井20座，顶管接接收入井21座，平均顶顶距200m左右，设计计最长顶进距距离近400m。目前钢筋筋混凝土沉井井已制作完毕毕并全部下沉沉到位，d2600管道已成功功顶进总任务务量的95%以上，而d3000管道现已全全线贯通。二、设计思思路：（一）、设设计方案选定定：某市污水水处理厂进厂厂干管工程设设计采用特大大口径污水管管道，因其为为污水厂唯一一的输水干管管，是整个工工程项目的重重中之重，已已成为污水厂厂能否顺利建建成通水的制制约性因素。干干管起端位于于郑州市的的的东出口并需需下穿107国道等，由由于城市出入入口和国道交交通均十分繁繁忙，工程在在很大程度受受到国道及市市区出入口交交通路专用线线、地下光缆缆及其他市政政管线等重要要的地需的建建筑和公用设设施需要在施施工中妥加保保护；另外特特大污水管道道因其体积和和重较大，吊吊、运十分不不便，而管线线线路较长且且需横穿多个个行政区界，沿沿线的自然条条件、地质状状况等变化较较大；地下水水位偏高，土土壤含砂量大大，管道埋设设较深（4--9mm)，且工期紧紧，任务量大大，工程质量量要求高等；；以上种种不不利因素均使使工程的设计计及施工难度度大大增加。传传统施工方法法如开槽、人人工掘进顶管管等施工技术术简单机械化化及文明施工工程度低，受受地下水及天天气变化等外外界因素影响响较大，另外外沟槽的支撑撑与下管（d>20000时)等方面的矛矛盾目前尚无无法解决,因其所存在在的致命缺陷陷,故本工程用用传统施工方方法根本无法法顺利实施。而而机械顶管工工艺相对于本本工程则存在在着十分显著著的优点：1、技术先进进，施工速度度较快，昼夜夜平均顶进10--115m，一次性连连续顶进距离离最长可达500m以上；2、施工质量量好，能自动动纠偏，其上上下和左右的的偏差均能控控制在规范允允许范围之内内；管道采用用“F”型柔性接口口，接口严密密不易渗漏；；顶管掘进机机头在顶进中中间不会造成成超挖；顶进进过程中通过过压注触变泥泥浆可形成的的浆套使顶进进阻力大大降降低，且浆体体可使管壁与与周围土体结结合紧密，不不易造成地面面塌陷；3、施工技术术比较成熟，上上海等地已有有许多成功的的经验，并可可为施工提供供成套的技术术和设备；4、不受地下下水位的限制制，施工过程程只需局部降降水，除沉井井施工中需降降水外，管线线顶进过程则则不需要降水水，故因降水水造成的房屋屋建设裂缝、危危及居民安全全等现象可大大为减少；5、能大量节节约劳动力，一一套顶管掘进进设备昼夜轮轮班作业只需需50人左右就可可完成，可大大大减少周转转材料的投入入；6、文明施工工程度高，因因所出土泥仅仅是管道所占占的空间，出出土量少且无无须沟槽回填填，故所出泥泥土可及时运运走，不在现现场千万造成成泥土堆积；；现场干净利利落，不堆放放周转材料和和其它杂物；；7、工程施工工占地少，拆拆迁量小，拆拆迁赔偿大量量减少，施工工占地和青苗苗补偿费用大大大降低；几几乎不受地形形地貌变化的的限制；8、能解决一一些其他施工工方案难以解解决的难题；；能够避开一一些难以拆迁迁的地面障碍碍，如穿超107国道、铁路路专用线等；；施工期间道道路不断行，可可基本保证郑郑汴路的正常常通行等；9、能较好解解决国家对非非农业占用耕耕地控制严格格与项目建设设需求间的矛矛盾；施工期期间除必要的的运输通道和和顶管工作坑坑需要临时占占地外，其余余的农田均可可照常耕作；；10、顶进机械械可改径，改改径时只需更更换外壳，机机械内部的主主要部件可通通用；11、工程造价价相对较低，与与大开挖法比比较可节约建建设资金20%左右。同时该工艺艺也暴露出如如下缺点：1、施工所需需机械设备及及操作技术较较为复杂，需需购置专用顶顶管设备并进进行专项技术术学习和培训训；2、需增加制制管设备和引引进制、顶管管技术；3、顶管工作作井、接收入入井所占空间间较大，单体体造价较高。从以上对对比可以看出出：机械顶管管工艺在国内内尚属领先技技术，可有效效弥补其他传传统施工方法法的不足，加加上其经济适适宜、方便快快捷的特点，使使该工艺设计计成为首选。根根据工程、地地质特点和现现实情况，最最终确定污水水进厂干管全全部采用土压压平衡法机械械顶管工艺进进行建设，顶顶管机械选用用大刀盘削土土土压平衡式式顶管掘进机机头及管疲乏乏顶进设备。（二）、顶力、顶距的确定：顶力和顶距是一对矛盾统一体，且均与工程造价存在着密切的联系，它们是管道及沉井设计的关键性参数，对结构计算将产生直接的影响，同时也决定了沉井的数量，从而影响到工程造价。顶进过程最理想的状态是以最小的顶力来实现最大的顶距，使沉井数量减至最低，从而达到最佳经济效果；从而实际上随着顶距的逐渐加大和沉井数量的相应减少，必然伴随着顶力的逐步提高，这对于顶进设备及管、井结构必然提出更高的要求，从而导致工程费用发生变化，而顶力又是受结构极限承压力和设备本身控制的，不可能无限制增大；反之，顶距及顶力的减小固然可降低对结构及设备本身的要求，但将直接导致沉井数量的增加；同时它们还会受到不同地条件和土壤情况的限制，加上时间、技术等其他制约因素，顶力和顶距及其经济指标等在一定情况下必然可达到一个最佳契合点或最优值。为使优化过程进一步简化，实际运用中首先根据实际经验、结构承压以及设备制作和操作能力等选取一个相对合理的固定顶力值作为实际控制顶力，以此为据来核算管道及沉井结构断面，再对照当地的土壤摩擦系数等因素，采用动态规划的方法来确定实际顶进的能力即顶距的大小。（三）、实际长距离顶进的措施：在控制顶力不变的情况下，使管道顶进距离得到有效加长，是实现长距离顶进和减少沉井数量的唯一途径；采取减阻和接力推进措施是两种行之有效的办法，两种方法共同作用可使实际顶力明显降低或使顶距进一步加长，通常是在顶进过程中压触变泥浆等润滑剂和加设中继间，其与顶力及顶距存在如下内在关系：通过加注一一种以膨润土土矿为主要材材料配置的顶顶管专用泥浆浆复合材料即即触变泥浆，使使管道外壁和和土层之间均均匀充填一种种液体润滑介介质，便形成成一个完事的的泥浆套，可可使土壤摩擦擦阻力大大减减小，增加一一次性顶进的的距离；该工工序的关键在在于泥浆的配配比和注、补补浆技术，以以求达到最好好的减阻效果果和浆套的完完整。图2所示为浆套套形成过程中中顶力、顶距距的变化情况况，一旦形成成了完整的浆浆套，顶力的的变化就趋于于稳定，随着着顶距的增加加顶力却没有有明显未增加加。另外，为为实现长距离离顶管的需要要，在不增加加顶力的条件件下，顶进过过程中考虑在在每个井段间间加设中继间间，通过逐级级接力顶进可可使顶管距离离得到有效的的加长，中继继间是由一组组短冲程液压压油缸构成的的一节特殊钢钢套管或一套套专用管件组组合，通过其其作用可避免免整条管道同同时向前顶进进，而是将管管道分割成两两个或多个顶顶进分站，管管道顶进所需需总顶力则分分别由各顶进进分站所分摊摊，借助各顶顶进分站交替替接力顶进，可可使管道顶进进达到相当的的长度；但顶顶进距离过长长其经济性也也会随之下降降，因为只最最前面的一个个中继间启动动时，顶进机机头才处于工工作状态，随随着顶进距离离的加长和中中继间数量的的增加，管道道进尺将愈加加缓慢，同时时出土距离随随之加长、监监控测量难度度相应增大，顶顶管的总效率率将大为降低低；实践证明明，控制顶进进距离在250米左右、中中继间个数不不超过3个，无论是是在顶进效率率方面还是在在时间保障等等方面对本工工程而言是合合适的。本次管道及及工作井控制制顶力选用9000——100000KN，均采用钢钢筋砼材料。为为实际长距离离顶进，在顶顶管过程中采采取压浆等减减阻措施，通通常每个井段段考虑加设1--2个中继间，以以实现逐级递递进接力顶进进，顶进工程程程序采用双双向顶进，如如图3所示：（四）、结构尺尺寸的选择与与确定：d2000以上的大口口径管道我们们过去很少采采用，内地厂厂家也基本不不生产，特别别对于顶管所所采用的d2600及d3000等物大口径径管道，由于于在顶进过程程中其受力情情况十分复杂杂，管道结构构等级高，接接口处理及制制作要求均十十分精细和严严格，国内也也仅有上海、北北京等地生产产，长途运输输代价昂贵，因因此设计制作作出既适合本本地区土质特特点又符合管管道顶进要求求的特种管道道也是本次设设计的一个重重要内容，它它是工程施工工的首要环节节，既要求经经济合理，又又要确保万无无一失。沉井作为进进行顶管工作作的重要场所所和出入口，是是同外界联系系的窗口和桥桥梁，其形状状、尺寸、受受力、洞口处处理等均对顶顶进过程产生生直接的影响响，也是顶管管能否成功的的关键所在。通通过分析顶管管施工过程中中管道及沉井井的受力特点点，根据顶推推设备、掘进进机头的大小小、操作宽度度以及顶力、顶顶距等方面的的要求，初步步拟定出沉井井及管道的断断面形式及细细部尺寸，然然后通过各部部参数进行框框算，再依据据计算结果调调整结构断面面及配筋量，经经过反复核算算，力求使设设计产品做到到既经济合理理又坚固耐用用。（五）、最最终结构尺寸寸确定沉井设设计根据其作作用不同可分分为顶管工作作井和顶管接接收入井两种种形式，按照照形状又可将将其分为方形形和圆形两种种形式；根据据顶推设备、掘掘进机头的大大小、操作宽宽度以及顶力力、顶距等方方面要求，在在设计中参考考有关规范及及文献，依据据优化以后的的顶力、顶距距，采用有限限无分析程序序和自编的管管道计算程序序反复核算，最最终确定沉井井及管道的基基本结构尺寸寸如下：（1）、方形顶顶管工作井内内尺寸为：9000××5500mmm（用于d2600管道），井井壁厚度为800mmm100000×60000mm（用于d3000管道），井井壁厚度为800mmm；（2）、方形顶顶管接收入井井内尺寸为：：6000—6500××5500mm（用于d2600管道），井井壁厚度为500mmm6000××6000mm（用于d3000管道），井井壁厚度为500mmm；（3）、圆形顶顶管工作井内内尺寸为：Φ100000mm，井壁厚度度为1000mm（4）、圆形顶顶管接收入井井内尺寸为：：Φ750000mm，井壁厚度度为600mmm（5）、d2600管道结构尺尺寸为：2600（直径）×2500（长）×250（厚）mm；（6）、d3000管道结构尺尺寸为：3000（直径）×2500（长）×285（厚）mm三、经济效益、技技术效益、社社会效益该工程施工工机械化水平平高，可节省省大量运输车车辆、设备及及劳动力，据据测算：修建建1。6m的大型污水水管道，若按按3个月工期考考虑，开槽法法施工约需4500个劳力，而而机械顶管法法施工仅需50人就可完成成，且土方工工作量很少；；与同类工程程相比，在该该项目中可节节约建设资金金2000万元以上；；通过优化设设备与施工工工艺，增加顶顶进距离、加加大井距，减减少沉井16座，节省资资金650万元，经济济效益显著。攻克了特特大口径机械械顶管设计、施施工方面的有有关难题，计计算机出图率率达100%，同时使设设计人员的专专业技术水平平得到进一步步提高，推动动了河南省市市政管道设、施施工管理水平平的发展，文文明施工水平平得到进一步步提高，为今今后的进一步步发展奠定了了物质和技术术基础。该设计计做到了设计计合理、方便便施工，避免免了常规施工工方法对城市市交通、过境境及出入市车车辆造成的不不良影响，保保护了重要交交通设施和地地面建筑，如如107国道及高架架桥、郑汴路路、七里河大大桥、管城中中医院、绕城城铁路专用线线等；作为污污水处理厂的