雨污水管道工程施工方案及施工方法

雨污水管道工程施工方案及施工方法1.1总体施工方案1.1.1管节订货生产各种材质的管节订货生产，选择上海市有资质、质量信誉好的厂家生产。对于大批量用管，如果一个厂家生产能力有限，难以满足施工进度要求，则应增加订货渠道。积极配合工程监理组织日常检查、抽查、试验等方法检查鉴定产品质量是否满足本工程质量要求。1.1.2顶管施工本标工程顶管施工主要集中在淞发路或与之紧邻的其它路段。顶管施工工作井和接收井围护结构为Ф700SMW工法桩，钢筋砼内衬采用工程用胶合木模板（方井主要采用钢模）；井底压缩注浆厚度3.00m。考虑到水泥土桩身抗渗性能不太理想，井周布置管井井点抽排水。本标工程顶管管径主要为Ф1000管，各段顶管长度在23～279m之间，由于管内净空小，出土困难，按一般做法，均采用泥水平衡顶管机头。由泥浆泵泵出的泥水经过高频振动泥浆筛和旋流除渣器分离后，泥水返回机头泥水仓，软土在附近空置场地上临时贮存，夜间用泥浆槽车运出。本标段唯一直径较大的顶管为Ф1650管，顶管长度71m，采用土压平衡顶管机头。由于运距较短，采用螺旋机出土入手推车斗，人工推出管外，再用吊车吊出工作井。顶管主要安排：主要原则是：配合道路施工，顶管施工由段连成片，施工一片，利索一遍，不搞全面开花，增加交通疏解难度。首先进场施工的将是两台Ф1000砼管顶管机头，各自完成的段落顺序如下所列：其一：从淞发路到W1-5工作井向W2-2接收井顶管，长度220m；完成后从淞发路W1-5工作井向W4-2接收井顶管，长度279m，累计顶管499m。其二：从淞发路W2-4工作井向W2-2接收井顶管，长度103m，完成后从淞发路W2-4工作井向W2-5接收井顶管，长度27m；再从淞发路W2-6工作井向W2-5接收井顶管，长度23m；接下去是从W2-6工作井向W2-7接收井顶管，长度34m；从淞发路W3-2工作井向W2-7接收井顶管，长度193m；从淞发路W3-2工作井向W3-4接收井顶管，长度201m。累计顶管581m。第二批进场施工的是Ф1350、Ф1650砼管顶管机各一台，分别完成淞南路Y2-5工作井向Y4-7接收井顶管，长度25m；淞良路Y2-8工作井向Y2-10接收井顶管，长度71m。1.1.3骑马井施工骑马井施工前地下管位下按设计要求的范围，进行压密注浆加固，骑马井筒，采用附近场地就近预制，类似于下沉井的方法；施工中做好测量定位工作，采用管井井点降水。骑马井施工在顶管工作完成后连贯进行。1.1.4截留井施工截留井采用钢板桩围护，轻型井点排水，机械挖土方式成坑，现浇钢筋砼主体结构，并配合管道敷设，完成井壁预留洞口处管道连接安装。1.1.5管道开槽埋管施工管道开槽分段按顺序进行，每槽段开挖长度30～50m，基坑挖深较浅的采用横列板支护，较深的采用钢板桩支护。单排轻型井点降水，施工一段，成活一段，开槽段沟槽两侧不留余土，所需的良质土由后段开挖时产生。管道开槽施工可同时开展3～4个工作面，但要相互分开，以免严重影响交通。与顶管施工井相连的管段，应根据施工计划安排，暂缓施工。1.2顶管施工1.2.1顶管主要工作量淞发路W1－5工作井向W4－2接收井顶管，长度279m，Ф1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点-3.06，终点-3.54；淞发路W1－5工作井向W2－2接收井顶管，长度220m，Ф1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-3.06，终点-2.83；淞发路W2－4工作井向W2－2接收井顶管，长度103m，Ф1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.74，终点-2.83；淞发路W2－4工作井向W2－5接收井顶管，长度27m，Ф1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.74，终点-2.72；淞发路W2－6工作井向W2－5接收井顶管，长度23m，Ф1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.70，终点-2.72；淞发路W2－6工作井向W2－7接收井顶管，长度34m，Ф1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.70，终点-2.67；淞发路W3－2工作井向W2－7接收井顶管，长度193m，Ф1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.51，终点-2.67；淞发路W3－2工作井向W3－4接收井顶管，长度201m，Ф1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.51，终点-2.35；淞南路Y2－5工作井向Y4－7接收井顶管，长度25m，Ф1350钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-3.80，终点-3.83；淞良路Y2－8工作井向Y2－10接收井顶管，长度71m，Ф1650钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-1.50，终点-1.42；1.2.2顶管土层情况由《勘察报告》中工程地质剖面图中得知：淞发路顶管管底标高在-2.35～-3.54之间按设计坡度变化，顶管工作主要在②3土层中进行，较深处切入③土层中约十几厘米；淞南路顶管管底标高为-3.80～-3.83，顶管管体下部在③土层中约0.45m深，其余大部分在②3土层中；淞良路顶管管底标高为-1.50～-1.42，顶管基本在③土层中进行。②3层土质为灰色砂质粉土，③层为灰色淤泥质粉质粘土。1.2.3顶管线路沿线情况淞良路顶管Y2－8井至Y2－10井线路，位于淞良路与淞发路交叉口处，横跨淞发路。工作井处左侧为某建筑工地，右侧为淞南二村居民楼，接收井处左侧为淞南地段医院，右侧为空地，地下有污水、雨水、电话、上水四道管线。淞南路顶管Y2－5工作井至Y4－7井线路，位于淞南路与淞发路交叉口处，工作井在淞南路上，接收井在淞发路上与两路呈斜交。工作井处左前侧为空地，右后侧为居民楼，接收井处右前方为居民楼。地下有污水、雨水、电话、上水四道管线。淞发路顶管从长江南路至淞肇路段目前仍为居民区，待拆迁。从淞肇路至淞良路段路北侧为居民楼区，路南侧大部分为空地。地下有四道管线。1.2.4顶管机头选择根据前述土质和施工环境条件，同时考虑到顶管距离、顶管施工排土、施工时地面沉降控制难易程度等，顶管机头选型为：Ф1000管和Ф1350管,采用泥水平衡顶管机，Ф1650管采用土压平衡顶管机。各型机头性能指数如下：表4-2-1各型机头性能指数型号参数泥水平衡式土压平衡式DBNP－1000DBNP－1350DDTP－1650外型尺寸（mm×mm）1220×28001675×38002020×4100额定推力（KN）300040006000纠偏油缸（KN×只）45×480×480×4最大修正角度1.502020刀盘电机（KW）11.5157.5×3总功率（KW）808555重量（KG）6000870091001.2.5中继间布置由于主顶油缸允许最大顶力是由顶管工作井结构的强度和顶管后靠土体的稳定性以及管节结构限定的，因此仅靠主顶顶力在顶管距离较长时是无法达到顶进终点的，必须设置一定数量的中继顶，采取逐段接力顶进。当顶进推力达到允许最大顶力的70％左右时，就要设置一只中继间，而当主油缸达到总推力的90％时，就必须启用中继顶。由于本工程中“F”型钢承口式钢筋砼管道实际覆土超过通用图取值范围，则需采用加强措施另行设计。⑴顶管总推力计算掘进机头迎面阻力F0经计算机头切削面泥水压上限值和下限值分别为:表4-2-2机头切削面泥水压上限值和下限值管径机头中心埋深（mm）地下水位下埋深（mm）静止侧压力系数泥水压上限值（KPa）泥水压下限值（KPa）Ф1000管7.25.2～6.70.31123107Ф1350管7.45.4～6.90.31125110Ф1650管7.55.5～7.00.54137113机头土舱实际控制值应介于理论计算值的上下限之间。如设定值为：Ф1000管机头：110KPa上限值130KPaФ1350管机头：115KPa上限值135KPaФ1650管机头：125KPa上限值145KPa此时机头迎面阻力按式F0=1/4πD2Pmax计算，则有：F0（Ф1000管机头，外经1.24m）＝157KNF0（Ф1350管机头，外经1.65m）＝289KNF0（Ф1650管机头，外经2.07m）＝488KN管道的综合阻力F1F1＝μπDL考虑宝山区施工时实测管壁外周摩阻力值，在管壁外侧同步注入触变泥浆情况下，平均值均为4KN／m2，故μ取此值。计算结果见表4-2-3所列：表4-2-3管道摩阻力值顶管段落管径（mm）顶管长度（m）管壁摩阻力（KN）W1－5→W4－2Ф10002794345W1－5→W2－2Ф10002203426W2－4→W2－2Ф10001031604W2－4→W2－5Ф100027421W2－6→W2－5Ф100023358W2－6→W2－7Ф100034530W3－2→W2－7Ф10001933006W3－2→W3－4Ф10002013130Y2－5→Y4－7Ф135025518Y2－8→Y2－10Ф1650711846总推力FF=F0+F1累加的结果见表4-2-4：表4-2-4管道总推力值W1－5→W4－24520KNW1－5→W2－23583KNW2－4→W2－21761KNW2－4→W2－5578KNW2－6→W2－5515KNW2－6→W2－7687KNW3－2→W2－73163KNW3－2→W3－43287KNY2－5→Y4－7807KNY2－8→Y2－102334KN⑵各工作井设计情况：表4-2-5矩形工作井W1-5W3-2基坑围护结构Ф700双头SMW工法桩Ф700双头SMW工法桩平面内净尺寸9.0m×1.5m9.0m×1.5m搅拌桩深度11.91m11.92mH型钢插入深度11.41m11.42mH型钢型号500×300×12×20mm500×300×12×20mm基坑挖深8.41m9.92m钢支撑3道3道内衬砼强度等级C25C25内衬底板厚度0.5m0.5m内衬环壁高度3.0m3.0m内衬壁厚0.50m×0.25m0.50m×0.25m板底注浆厚度3.0m3.0m工作坑最大允许顶力2500KN2500KN顶力后座最小面积1.0m×1.0m1.0m×1.0m后靠土体加固自行决定自行决定表4-2-6圆形工作井W2-4W2-6Y2-5Y2-8基坑围护结构Ф700双头SMW工法桩Ф700双头SMW工法桩Ф700双头SMW工法桩Ф700双头SMW工法桩平面内净尺寸Ф8.00mФ8.00mФ8.00mФ8.00m搅拌桩深度11.75m11.90m17.15m17.30mH型钢插入深度11.25m11.40m16.65m16.80mH型钢型号500×300×12×20500×300×12×20500×300×12×20500×300×12×20基坑挖深8.25m8.40m9.65m9.80m钢筋砼围檩3道3道3道3道内衬砼强度等级C25C25C25C25内衬底板厚度0.40m0.40m0.40m0.40m内衬环壁高度2.68m2.68m2.68m3.00m内衬环壁壁厚0.25m0.25m0.25m0.25m板底注浆厚度3.0m3.0m3.0m3.0m工作坑最大允许顶力2500KN2500KN2500KN2500KN顶力后座最小面积1.0m×1.0m1.0m×1.0m1.0m×1.0m1.0m×1.0m后靠土体加固自行决定自行决定自行决定自行决定⑶工作井的后靠土体稳定验算本工程中工作井顶管总推力大于最大允许顶力2500KN的只有二个井：W1-5、W3-2；接近的只有一个Y2-8，计算后靠土体稳定性时只需考虑这三个井。先考虑矩形工作井：由SMW工法桩支护的顶管工作井，顶管顶力P通过承压壁传至桩后的后靠土体，因工法桩自身刚度较小，承压壁后的土压力一般假设为均匀分布，而桩两端的土压力为零，则总的土体抗力呈梯形分布，见下图：图4-2-1土体抗力图图中为承压壁后靠土体因P荷载作用产生的反力（KN/m2），设承压壁宽度为b，则有将已知数据代入上式，有如下结果（按最大顶力2500KN计）：Y2-8工作井为圆形，单向顶进，作较为复杂的分析计算后，可得如下近似结果（按最大顶力2350KN计）：后靠土体的稳定条件为式中γ——土的重度（KN/m3），s——稳定系数，一般取s＝1.0～1.2，后靠土体土质条件越差，s取值越大；λ——综合土压力系数，计算时根据以下分析：由于工作井钢筋砼内衬结构总体性较强，后靠土体在抵抗顶力荷载同时，还要平衡另一相对侧土体的主动土压力。依较保守的算法：式中：Kp——被动土压力系数，Ka——主动土压力系数，C——土体的粘聚力，KPa；——土的内摩擦角从《勘察报告》中了解到：W1-5井处地层当h1＝1.91m时，为②3土层；在深度7.6m时进入③土层；W3-2井处地层当h1＝1.42时，为②3土层，承压壁范围内均在此土层内；Y2-8井处地层当h1＝6.72m时，为②3土层，在深度7.4m时，进入③土层。下表为λ值计算结果：表4-2-7λ值计算结果井号深度（m）土体重度(KN/m3)C值（KPa）值λ值（计算结果）备注W1-5井1.9118.52.029.32.6757.6010.811.31.128W3-2井1.423.229.22.740Y2-8井6.721.632.03.0097.4010.515.91.504W1-5工作井承压壁后靠土体较差的③层土稳定条件为：W3-2工作井显然是稳定的。Y2-8工作井承压壁后靠土体较差的③层土稳定条件为：因此得出结论，按照设计规定的最大允许顶力施工时，工作井的后靠土体是稳定的，不需采取其它措施进行加固。⑷管节本身的结构对最大允许顶力的影响实际顶进施工中，顶推合力有一定的偏心度，在管内产生抗压应力区。当砼最大拉、压应力达到压损或开裂的极限值时，则顶推合力的极限偏心度与此时管节能够承受的顶推力值便确定下来。根据施工经验，设计给出的2500KN顶推力，对于本工程使用的钢筋砼管，是完全能够承受的。⑸中继间设置计算根据前面所述的各种计算，可以确定需要设置中继间的顶管段为：W1-5→W4-2总长279mФ1000管W1-5→W2-2总长220m，Ф1000管W3-2→W2-7总长193mФ1000管W3-2→W3-4总长201mФ1000管中继间的设置原则是：在主顶达到允许最大顶力的70％时，就要设一只中继间。由于第一节（1#）中继间推进过程中机头部可能出现异常情况，从留有一定的安全系数考虑，当主顶顶力达允许最大顶力的60％时，设置1号中继间。即主顶此时推力为：60％×2500KN＝1500KN,此时顶进总距离为：对于Ф1000管：1500KN=4KN/m2×π×1.24m×L1＋157KN1#中继环设置位置：L1＝86m在主顶顶力增加到90％时，1#中继间必须启用，因此，1#中继间装备顶力为：2#中继环在主顶推力达到最大允许顶力70％时设置，即：此时1#、2#中继环之间的距离由以上计算可知，W1-5→W4-2段施工需设2只中继间，其余W1-5→W2-2、W3-2→W2-7、W3-2→W3-4段均只设一只中继间。1.2.6顶进中线型控制及量测设备⑴测量仪器配备与检验配备尼康DTM-352C型全站仪（测角精度2″，测距精度2mm＋2ppm），尼康铅垂仪（精度1/4万），国产J2经纬仪，自动安平水准仪（AL-32X）。顶管施工测量所使用的仪器、附件须及时送质检单位检验，并在使用过程中经常进行检查。⑵控制测量平面控制由于工作井和接收井两井通视，地面测量能够采用2″级全站仪直接布置地面控制桩。在顶管施工期间必须对控制桩进行复测，每顶进100m对控制桩复测一次。井上坐标点向井下传递采用联系三角形方式，点位由尼康铅垂仪垂直投设。井下控制顶进方向的基准点用钢架埋设或固定点，同时在测量仪器的对面井沿口与井壁上分别设置测量仪器的复测校核点，以便在管道顶进轴线测量过程中对仪器自身位置的位移情况进行检查。每顶进100m对控制桩复测一次，每隔6h对仪器位置进行观测复测一次。在井内设固定的测站，根据设计纵坡，全站仪（短距离采用经纬仪）调好俯仰角度，在机头处设置控制管道轴线和标高的光靶；当因距离过长，不能采用一镜测量时，则增设中转测站。顶管机头内垂直面设置顶进轴线灯箱型尖靶。在顶进过程中要经常对顶进轴线进行测量，每顶进200～300mm，测量一次，记录3次/每节管子，顶进轴线与设计轴线一旦发生偏差，及时采取纠偏措施。高程控制利用附近已知的水准点，布置二等水准线路，将高程引测到工作井附近，并设置施工高程控制点。地面高程传递到井下时，可用钢尺垂直悬挂、下系重锤至标准拉力，然后地面、井下两台水准仪同时观测。井下布设高程控制点2个。顶管机头高程控制用水准仪和连通管两种方式，连通管测量为从掘进机到管尾挂一根Ф10mm透明塑料管，管内充满水，根据连通管液位面等高原理，推算出机头水平偏差。每顶进200～300mm测量一次偏差值，及时掌握机头姿态和发展趋势。顶管姿态测量在顶管机头部两侧设一对纵向水平横尺，利用布设的三维坐标控制点，测量各尺读数，计算出顶管转角，中心方位偏差值，顶管坡度、中心高程等数据，从而相应调整顶管机的各个施工参数。1.2.7顶管施工工艺流程图施工准备施工准备放样复核工作井设备安装出洞准备顶进排运弃土测量及方向纠正卸管接口安装中继间安装进洞准备取出掘进机及附属设备全线测量置换浆液，洞口管缝处理结束顶进注浆材料准备地面设备安装图4-2-2顶管施工工艺流程图1.2.8顶管施工质量要求顶进不偏移，管节不错口，管底坡度无倒落水。顶管接口套环应对正管缝与管端外周，密贴，管端垫板粘牢，不脱落。管节不裂，不渗水，管内不得有泥土，建筑垃圾等杂物。钢筋砼管最大偏角0.5°（30分）；管线轴线偏差不得大于±100mm；标高偏差不得大于＋80、－100mm；相邻管节错口≤15mm无碎裂；内腰箍不渗漏，橡胶止水圈不脱出；接口抗渗试验应达0.11MPa顶管在纠偏过程中，应勤测量，多微调，每项纠偏角度应保持10′～20′，不得大于1°。管道顶进过程中，在邻近无需要保护的地下管线和建筑物处，地面隆起的最大极限值为＋40mm，地面沉陷的最大极限值为－60mm。1.2.9洞口地基加固在顶管机头准备出洞时，工作井钢筋砼内衬上预留孔被打开，机头面对的前方地层为水泥搅拌桩体，即工作井周围Ф700双头搅拌SMW工法桩围护结构，正常情况下应该不会出现掘进面渗漏水、土体崩塌失稳现象，但由于出洞前洞口处H型钢被抽拔上提至底端略高于洞口顶部，其以下部分成为完全的水泥土桩且中部有空腔，因此洞口临空面桩体难以承受地层的土压力，应进行加固以策安全。进洞情况类似，也应一同加固。具体加固方案为：在洞口围护桩外圈增加一排水泥土搅拌桩，与围护结构同时施工，该排桩宽度比洞口宽度大3m，深度比洞口下沿深4m，施工方法与洞口水泥土搅拌桩类同。图4-2-3洞口加固范围示意图1.2.10工作井地面设施安装⑴起吊设施：起吊设施分两种，顶管距离较长的，并有适当的作业场地的，起吊设备采用门式行吊，主钩15～20t，轨距10m，起升高度6m，轨道长度40m，顶管距离较短的，设有适当的作业场地的，配备50t履带式起重机、5t吊机。⑵供电设施：输电电缆和配电箱根据各顶管掘进机功率设置，另外考虑辅助设备及照明用电，配两套供电线路，另统一配备200KW发电机组3台备用。⑶供水设施：供水管接到制备泥浆系统处。⑷注浆设备：在工作井附近搭设贮存注浆材料膨润土的防雨棚（后期置换时贮存水泥），贮存量为10t。拌浆桶、盛浆桶、注浆泵布置在工作井的一侧。⑸顶管材料：管材、橡胶密封圈、木衬垫。⑹排泥（土）系统安装：排土设5t吊机，临时堆放场，排泥设泥土分泥装置，基坑旁通管，临时堆土场，泥浆箱等。图4-2-4基坑旁通1.2.11井内设备安装⑴铺设顶进导航：按照井底和出洞口的相对高差，先用砌块砌筑80～100cm宽，垫起后铺设固定导轨的枕梁，再用C15砼固定。左右、前后用22#槽钢与井壁支撑稳固。在井壁的出洞孔内加设砼垫块，防止机头出洞后磕头。⑵承压板安装：承压板采用钢板制作，后靠井壁是平面的，则承压板采用板式，后靠井壁是圆弧面的，则采用带曲面的钢箱形承压板。承压板与工作井壁之间用C15砼填实，承压板中心与主顶油缸的合力中心重合，并垂直于导轨平面。⑶安装置顶油泵：主顶油缸式样见图4-2-5，安装时主顶油泵比管道中心线下移8mm；油缸的轴线与管道轴线平行。油缸支架下部要实，左右、后端要撑紧。图4-2-5洞口加固范围示意图⑷搭设操作平台：操作平台上放置主顶油缸用的液压动力站、储油箱、配电箱、操作设施等。同时操作平台也是施工人员使用扶梯上、下井的中转平台；平台设置在井内接近一半的高度上，平台四周安装护栏。⑸掘机井就位：沿井口边铺设路基箱板、用50t履带吊把掘进机头从井边吊到井下位置就位。⑹安装洞口止水圈：先将止水圈装置初步就位，临时固定在出洞孔井壁上，然后推进机头至止水圈，根据掘进机外圆与止水圈内圆的周边等距离来固定止水圈，确保止水圈中心与管道纵轴线一致。⑺井内排水设施：设置构程合适的水泵用于井内排水。⑻安装测量仪器：必须在井内的所有设施安装完毕后才能安装测量仪器，以保证测量的精确性，仪器架下部用砼固定在井底板上。1.2.12管节制作各类管节制作将委托有资质、产品质量好、信誉高的水泥制品厂家生产。⑴工艺要求：大钢环的前端坡口需经刨床加工，小钢环用特制的立式卷板机水平卷制而成，钢筋网采用自动点焊机成型，拆卸式钢内模装置，同步提升联合振捣系统。⑵生产质量的确认：将密切与质量监理工程师合作，采取定期检查，抽查，按规范要求进行取芯试验，整体受荷试验等方法检验，确认管节质量符合质量要求。1.2.13洞口止水装置洞口止水分出洞止水和进洞止水，二者的使用时间和使用条件是不一样的：出洞止水装置在顶管的全过程中都在使用，止水橡胶环片总是被所有的管子摩擦，容易被拉扯坏；进洞止水装置在机头出洞时一次性的使用，至井管接头做好后就完成了使命，但在使用中机头并不能总是对准预留洞口的中心进洞，出现一定的偏位，设计不佳的止水装置容易被顶坏，造成止水效能失效。我们根据自己的实践经验，对通常的方法进行了一番改革，增强了止水效果，克服了渗漏水的通病，能确保顶管机头进出洞施工顺利进行。具体做法详见以下图示。图4-2-6出洞口止水装置安装示意图在出洞口止水装置上，我们对常规的做法进行了两项改革：止水橡胶法兰和挡压钢法兰。止水橡胶法兰在材质上采用高弹性橡胶，舍弃通常的平板造型，改在内环边增厚半圆环条，目的是增加止水橡胶板对管体的抱箍力，降低被撕裂的可能性，耐磨损。橡胶法兰要寻求橡胶生产厂家专门生产，厂家根据具体的尺寸要求压模成型，经使用单位检查确定符合要求后厂家才开始硫化。在挡压钢法兰上，摒弃以往的钢法板做法，改成挡压钢法兰，既压紧了橡胶法兰片，又能挡住洞口注浆形成的向洞口外的胀压力。进洞口止水装置安装示意图在进洞口止水装置上，我们借鉴了日本的水囊技术，但我们增加了预埋钢槽，取消了活动板（对于小管径，活动板难以加工使用），止水水囊未充水时，被固定在钢槽内，使用时，高压充水囊压紧管壁和槽底达到止水目的。实际施工中，可将充水改为充水泥浆，既止水，又完成了井接头工作。1.2.14中继间的设计制作中继间的设计制作一般委托生产机头的厂家加工，施工单位只需提供钢筋砼管外径、中继间装备顶力要求等数值即可。目前中继间设计成一个完整的伸缩部件，见下图示图4-2-7中继间的设计制作中继间的设计必须满足刚度大，安装方便，使用灵活，并在使用中满足伸缩自如、水密性等要求。其主体结构由以下部分组成：eq\o\ac(○,1)短冲程千斤顶组，其规格、性能要求一致；eq\o\ac(○,2)液压、电器、操纵系统；eq\o\ac(○,3)伸缩钢壳体和千斤顶装设、作用装置；eq\o\ac(○,4)止水密封组件。1.2.15管道接口施工管间接口管间接口形式见图4-2-8图4-2-8管间接口形式接口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制作。顶进前对砼成品管，钢套环、橡胶密封圈和软木衬垫从尺寸、规格、性能、数量等均作详细检查，必须复核标准设计图的要求，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。橡胶圈采用氯丁合成楔形橡胶圈，主要物理力学性能符合相关要求。橡胶圈的外观和任何断面都必须致密、均匀、无裂缝、孔隙或凹痕等缺陷，橡胶圈应保持清洁，无油污，不能在阳光下直晒。楔形橡胶圈自然周长应为砼顶管槽口周长的85％，即套上槽口后橡胶圈的伸长率为15％左右。橡胶圈应牢固地粘结在砼管的槽口上，粘结强度应以成人用手掌用力沿轴向推橡胶圈，橡胶圈底部粘结面不脱胶、不翘边为合格。为保证周边的粘结质量，应制作专用的顶管粘结支架，使管节离地至少40cm。顶管管节在连接前，要在橡胶圈上和套环内壁涂一层硅油作为润滑剂。钢套环必须按设计要求进行防腐处理，刃口无疵点，焊接处平整，肢部和钢板平面垂直，堆放时整齐搁平。衬垫材料为多层胶合板，其应力－应变关系应符合试验曲线要求〔详见“PT04-04（5/5）”〕，误差±5％。粘贴时，凹凸口对中，环向间隙符合要求。插入安装前滑动部位均匀涂薄层硅油等润滑材料，对橡胶无侵蚀性，减少摩阻。承插时外力必须均匀，橡胶圈不移位，不翻转。不露出管外，否则应拔出重插。顶管结束后，清除接口内间隙的杂物，保证内间隙干燥并按设计要求在内间隙嵌以弹性密封膏，要求与二管口抹平。管与中继间接口中继间后紧接一节特殊管，简称后特管，该管前后端均不设钢套环。中继间前后管与其接口均为楔型橡胶圈止水，与管间接口类同。管与顶管机头接口出于防止纠偏失效的因素，机尾和第一节砼管之间，除了管端砼面与机尾顶紧外，钢套管也与管尾钢壳焊连。此第一节管和其它管节的区别还有，注浆管孔前置。1.2.16顶管机头出洞与防旋措施顶管机头出洞的步骤是：机头被主顶顶入洞口止水钢橡护套内，穿过内衬砼墙，旋转切刀切削洞前搅拌水泥土加固土体，主顶回缩，加装砼管，主顶顶进送机头出洞进入自然土层。顶管机头穿过加固土体后，正面即受到约0.12MPa以上的水土压力，使顶进机头后退力约140KN，因此当千斤顶缩回安装管子之前必须作临时支撑。机头正面承受的140KN的退缩力需要顶入4节管子后产生的摩阻力才能被平衡掉，因此在出洞施工中必须按防退要求周密考虑安排施工。4节管子顶入后不再安装临时支撑，但洞口附近管子由于管接缝受到地下水的压力仍有被推出的可能。因此必须在靠洞口的管缝间安装临时连接钢板，防止收回千斤顶后管子后退而使管缝脱开。为了防止顶管机出洞时产生磕头现象，应在洞口下部制作一块素砼托板。当顶管机头开始切削搅拌水泥土体时，推进速度应较慢。因为机头在一定的坡度上且土体面不平整等原因，开始切削的土体只是断面的一部分，而且顶管机只靠机壳与导轨之间的摩擦力来承受切削的反力矩，如推进速度过快，有可能刀盘不转而机身转，因此，设置防旋转措施很有必要。防旋措施之一就是在机身和洞口上各焊一环，之间用5t手拉葫芦连接起来，用以承受顶管机切削的反力矩。顶管机出洞的推进过程是一个泥水平衡建立的过程（对泥水压平衡机头而言）。泥水机头施工前，必须有一定粘度的、足够量的泥水供应，在泥浆槽里第一次准备的泥浆量应有5m3。机头在出洞段施工中，开始时由于处于水泥土加固区域，在不影响泥水系统正常输送平衡条件下，切口水压较低。当机头穿越加固区后，随着顶进距离增长，必须提高切口水压达到正常控制状态。1.2.17正常顶进⑴顶进参数控制①泥水仓压力控制值为110KPa。泥土仓压力控制值初步定为125KPa，待机头进入正常的土层后，静置24h，观察顶管掘进机土层压力表上的值，若此时值与该值不符，则以测定值为准，并对原来计算的总推力值进行相应的调整。②管道顶进方向控制，机头后的砼管子机头采用刚性连接以提高顶进时的直线度。③推进速度，一般控制在10mm/min左右。④泥水管理：泥水式机头泥水比重控制在1.15～1.25之间，并做好泥水与泥渣的分离与泥渣的排放工作。⑤出土控制：土压式机头顶进时的出土率控制在95％～98％，根据实际情况及时调整，对于Ф1650管来说，顶进油缸伸出87mm，出土约0.28m3。⑥轴线控制：管道每顶进200mm～300mm时测一次中心轴线，若发现偏移趋势就进行纠偏，当偏移量达到20mm时，立即停止顶进，查明原因，在制订出切实措施后再继续顶进。为确保顶管轴线的正确，勘测勤纠。⑵注浆减摩：管壁注浆管道外周空隙的形成主要有三个因素：一是顶管工具管比管道外径略大；二是工具管纠偏；三是工具管及管道外周附着粘土而形成，需及时将触变泥浆填充于其中才能使其达到支承土体和减阻的目的。这就要求对顶管机头尾部的压浆要紧随管道顶进同步进行。在顶管顶进过程中为使管壁外周形成的泥浆环始终起到支承土体和减阻作用，在中继环和管道的适当点位还必须进行跟踪补浆，以补充在顶进过程中的触变泥浆损失量。一般压浆量为管道外周环形空隙的1.5～2.0倍。要达到以上的效果，压浆不仅要及时和适量，还必须在适当的压力下由适当的点位和正确的方法向管外压注。压浆压力应根据管道深度H和土的天然重度γ而定，一般为2～3γH。⑶注浆设备系统注浆分为机头同步注浆和管道补浆两部分，采用同一根总管和同一种浆液配方。本工程施工用的膨润土触变泥浆是在地面压浆站配置后，通过液压注浆泵压入输浆总管及管节上设置的环形分管。注入至顶管机及管节的各个注浆孔形成管节外围泥浆套。输出总管：Ф50镀锌钢管；支管：Ф25镀锌钢管。在机头处安装隔膜式压力表，在所有注浆孔内设置球阀，在中继环处用高压橡胶管过渡，软管和接头的耐压力为5MPa。注浆泵站由SYB50/50-Ⅱ型单缸液压注浆泵和液压动力站组成；注浆量为80L/min，注浆压力为0.4MPa。油泵型号：10SCY14-1B，流量q＝10ml/r，压力p＝31.5MPa；电机型号：Y112M-4，功率4KW，转速1450r/min。⑷注浆孔布置注浆砼管的安排：在掘进机头后连续放4节有注浆孔的砼管子，然后隔2节管子放1节有注浆孔的管子，这样放设4节带注浆孔的管子后，每隔6节管子安放一节有注浆孔的管子，在中继环前后各连续放3节管子。每节带注浆孔的管子设1个补浆断面共4个注浆孔，均匀布置。带孔管1个补浆断面上的4孔为对称布置，但安装时不能将注浆孔按水平轴、竖垂轴这样的状态布置，左扭转22.5°～40°，前后相邻带孔管上的注浆孔扭转至孔位相差45°左右。⑸浆液的配比及性能指标。由于采用了压浆和补浆只用一种性能适当的触变泥浆，为满足要求，确定泥浆的配制采用商品膨润土粉，泥浆分散剂为碳酸钠（Na2CO3），增粘剂为钠羟甲基纤维素（CMC），泥浆的配比及性能指标见下表。表4-2-8触变泥浆的配方和性能指标膨润土纯碱CMC漏斗粘度终切力失水量密度12～14％0.1～0.5％0.02～0.05％32～38″130×10－8KPa9％1.06～1.08制备泥浆的设备和方法①制浆设备高速回转式搅拌机，最为常用的是叶片搅拌机，通过高速回转（200～1000r/min）叶片，使泥浆产生激烈的涡流，从而把泥浆搅拌均匀。搅拌试验的结果：膨润土溶解至93%时所需时间为4min。100%溶解时间是9min。考虑到膨润土的溶胀，对于在使用之前可以放置较长时间的泥浆，其搅拌时间应为7～10min左右。②泥浆制备方法一般新鲜泥浆的搅拌时间可控制在5～10min之间，当加入难溶于水的外加剂或冬季施工时，应取较长的时间。CMC是很难溶的物质，要使CMC溶解，可以在泥浆搅拌过程中，慢慢地一点一点地往泥浆中掺加CMC粉末，这对增加泥浆粘度是最有效的方法。若事先用清水溶解CMC成1%～3%的溶液，然后再掺入泥浆里也会很容易地混合起来。③制备泥浆的顺序一般制备泥浆的顺序为：eq\o\ac(○,1)水；eq\o\ac(○,2)膨润土；eq\o\ac(○,3)CMC；eq\o\ac(○,4)分散剂；eq\o\ac(○,5)其他外加剂。由于CMC溶液可能会妨碍膨润土的溶胀（膨润），所以要在膨润土之后放入。④泥浆的贮存根据膨润土的膨润特性，泥浆在贮浆池内最少要贮存12h以上。一般贮存泥浆采用钢制贮浆罐。⑹泥浆施工由于顶管机头外周空隙是压浆的主要部位，施工中采取同步注浆方式，即在机头被顶进过程中所有补浆管路关闭，只开通注浆管路，注浆量要根据机头型式具体情况具体确定，主要以压力控制，约为0.2～0.3MPa（太高的压力会产生触变泥浆向机头前端泥土仓（泥水仓）内串聚，使机头段周围泥土在泥浆液压的作用下形成一定的空隙容纳触变泥浆。在后续管道的四周泥浆套，由于可能产生的局部漏失，泥浆微粒渗入土体空隙内，管壁的拖动作用等原因，使局部泥浆套厚度变薄，甚至消失，难以始终起到支承土体和减阻的作用，就需要进行跟踪补浆。补浆按顺序进行，定量压注每班不少于2次。洞口注浆压力和注浆量根据洞口止水装置情况实际确定。总之，施工中应坚持“先压后顶、随顶随压，及时补浆”的原则。⑺注浆工艺流程地面制浆→总管阀门打开→开启支管阀门→启动压浆泵→送浆（顶进开始）→管节阀门关闭（顶进停止）→总管阀门关闭→井内快速拆开接头→下管节→接总管→下一个循环。⑻泥浆置换在顶管结束后，立即用纯水泥浆置换膨润土泥浆，水泥浆水灰比为0.4，置换量约为：Ф1000管：0.12m3/mФ1650管：0.20m3/m⑼沉降控制：根据地面沉降监测反馈信息及时调整土压力控制值，出土量与顶进速度，若发现沉降值超标，立即停止顶进，查明原因，采取相应措施后才能重新顶进，确保地下管线与地面建筑物安然无恙。⑽机头姿态控制参见：顶进中线型控制及量测设备节和“机头纠偏操作”。⑾排泥系统与弃土泥水式盾构排泥管与机头输泥泵出泥口口径相同，管节接头采用卡箍式活络接头，在中继间处用高压橡胶波纹管过渡，以适应中继间的伸缩。泥水输送距离较远的顶管区段（＞150m）在工作井底增设一台管道泵串联在管道线路中接力输送泥水提升至地面沉淀箱内。直径较大（Ф1650管）的顶管，由于采用泥土平衡式机头，顶管距离全长为71m，故本工程中间采用手推车将土从管道内运至工作井内，再由起重机将手推车吊运出井。输泥泵输出的泥水被泵送到地面上的5只储泥箱（每只容积8m3）内，经沉淀后（除泥浆被调配改良后返回到泥水仓继续使用）的稠泥浆通过密封车外运、小车运出的土方，在工作井附近设土方临时堆场，晚上用土方车外运。1.2.18机头纠偏操作顶进纠偏普遍采用调整纠偏千斤顶的编组操作，若管道偏左侧千斤顶采用左伸缩方法，反之亦然。如同时有高程和方向偏差，先应纠正偏差大的一面。顶进中发生顶管机头旋转时应采取措施防止偏转扩大，常用措施为改变切削刀盘的转动方向和在管内的相反方面增加压重块直至正常。⑴纠偏操作方案应是顶管司机交接班讨论重点。方案的依据为测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降量等等。0.5°以上的大动作纠偏需尽量避免并慎重讨论，不得已时也应争取在非重要地段进行并通知地面测量和保安小组加强注意。⑵纠偏动作后如无折角变动应即停顶，会同电工、机修工检查电路和液压管路，尽早排除故障，严防轴线超差。⑶纠偏应在下管后尽早进行，注意观察倾斜仪读数的纠后趋势及光点滞后变化，同时通知地面和地下压浆人员加大同步注浆量。⑷进入重点保护区域前应采取各种提前措施，争取机头折角尽量减小，严防机头大折角平推。1.2.19顶管通讯与监控长距离顶进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，因此设立了通讯、监控系统。通讯，采用数字程控交换机，各联络点之间可以通过电话自由通讯，在管道内空气潮湿采用了一批防潮防爆的矿用电话机，以保证通话质量。监控，采用了两台监测器，分别对顶管机操作面和主顶操纵台进行监控。这样地面人员能及时了解施工情况，发生问题可以立即着手解决。为了解决传输信号长距离输送衰减的问题，将信号通过放大器放大后再送上地面，保证了图像的清晰1.2.20处理管内沼气和承压水方法本工程施工中，绝大部分地段采用泥水压平衡顶管机头，系统出土为封闭连续型，一般不会发生沼气逸出现象。为确保安全，特规定：在每次下井时，都由施工人员携带便携式可燃气体监测仪进行测试，确认安全后，才能进行施工，否则必须进行强制通风，待气体浓度恢复正常后，再进行顶进施工。对于施工中可能遇见的含承压水土层，地勘资料上未见反映。如确定遇上，顶管施工中可适度提高泥土（水）仓内压力，维持切削面稳定。1.2.21井下通风照明通风采用CF-5抽出式风机，通风管道采用直径300mm的风管。抽出式风机安装在顶管机头后的第一节砼管内。管内混浊气体沿风管排出井外。风管由托架悬挑在管道内的侧壁上。管道内的照明采用36V安全电压，照明电源由工作井内操作平台上的配电箱供电。管道内每3节管子距离装一只照明灯灯，功率为60W。管道内还设有应急照明系统，因故突然停电时，使用应急照明，可保证施工人员安全撤离。1.2.22顶进中障碍物的排除当顶推过程中遇到不明障碍物，顶管司机应注意刀盘转矩的突然增大，并监听机头声响，能够通过声音判断其大概位置，并进行停机探查。停机时刀盘处于零位，并吊紧设备段前后两根顶拉杆，防止沉头。注意管内沿线补浆，并及时上报。较大直径的机头，可以打开检查孔盖板查看。障碍物的类型和尺寸大小决定了排除的方法。排除之前首先要确定障碍物的性质，如果不明障碍物是事前未查明的地下建筑物，则需要选择地表开挖之类的方法清除或其它合适的方法进行处理；如果是属于体积较小的障碍物，可在地面上通过精确测量，确定地下障碍物和机头的位置，然后采取静压入钢管的方式，将障碍物强行压入机头底口标高以下的土层中，拔出钢管，填满孔洞，顶管施工便可继续进行。1.2.23顶管过程中出现流砂、坍方等情况的处理出现此类情况的原因主要是施工操作不当造成的，如泥水仓泥水压力（或泥土仓土压）与实际切削面土体维持稳定的要求相差较大，或者突遇承压水层，机头控制压力未及时调整，导致不良后果产生。解决问题的途径是提高机头控制值至合适的数值。对于采用泥水平衡式或土压平衡式顶管机头，发生流砂、坍塌等类现象的概率很小，主要原因是：切削断面小，大刀盘，无承压水层，地下水压低，机头仓压显示及时、准确，并且一般带有自动调节控制系统，控制值设定不会出现大的偏差。1.2.24顶管机头进洞段施工⑴接收井准备接收井施工完成后，必须对洞内的方位测量确认，根据实际标高安装机头接收基座，并配备拔提接收井洞口H型钢的机械设备。⑵机头姿态的复测顶管贯通前的测量是复合机头所处的方位，确认机头状态、评估机头进洞时的姿态和拟订机头进洞的施工轴线及施工方案等的重要依据，必须使顶管机在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的姿态进洞，正确无误地座落到接收井的基座上。⑶接收井洞口临时支护为了顶管机头快速进洞，又不致于出现施工风险，拟将洞口H型钢在机头靠近接收井前便进行拔提，让出洞口位置，封内衬洞口的砖砌体不拆，在洞口处砼内侧连同砖砌体采用16厚钢板临时封挡，并用钢管水平支撑杆撑住，以抵抗机头进洞前洞口截面土体的水平推力。⑷机头进洞当机头接近洞内时，保持好顶进时的泥土压力在0.1MPa左右，在距洞口砖墙前0.5m左右时，停止前进，拆除内侧临时封挡。当封挡拆除后应迅速、连续顶进管节，尽可能缩短机头进洞时间，让机头破开封洞砖砌墙，在充水水囊的止水状态下完成安全进洞。1.2.25顶管的收尾工作⑴中继间的合拢及拆除在中继间合拢之前，要对全线的管道长度进行校核，确认最后一节管子的合理长度。1#中继间合拢，要在后面的主顶油缸（或2#中继间）的协助下合拢，只有在此中继间管内所有的附件清除完毕，焊缝打磨后方可让协助合拢的千斤顶缩回。⑵管道内设备的拆除和转移泥水泵（或泥土泵）在输送完最后的土体后，把管道内的积泥冲洗干净，并排除积水，再把管道一节一节拆除，运到工作坑吊到地面上。⑶注浆管的拆除及注浆孔处理注浆管在注浆任务完成后依次拆除，注浆孔用堵头封堵。⑷供电、照明等其它设备的拆除、转移。在断电的情况下先行拆除电缆，在拆除支架等其它临用设备，接着拆除照明线路，将它们转移到工作井内。最后拆除的是供水管，利用供水管把管内冲洗干净。⑸接缝处理按图纸要求用封缝橡胶处理管间接缝。处理前，应检查接缝是否渗漏，如有渗漏点，应先处理，再勾缝。⑹洞口永久止水处理管子顶进结束，对进洞和出洞口均按设计要求进行永久止水处理。⑻竣工测量以上工作全部完成后，作最后一次竣工测量。1.2.26地层变形控制顶管引起地层变形的主要因素最主要的是工具管开挖面泥土（水）仓内的压力控制情况能极大地影响地层变化的发展：压力太低，能引起切削面的坍塌、流砂和地下水流失，引起地面沉降；压力太高，直接造成前方土体在高压力差作用下被压缩，引起地面隆起。其次还有工具管后面管道外周空隙因注浆填充不足引起的地下土体变形，管道接缝防水不密引发渗漏造成泥水流失引起的地质沉降等。所以在顶管施工中要根据不同土质和覆土深度，地面建（构）筑物情况，配合监测信息的分析，及时调整泥土（水）压平衡值的设定，（控制合理的推进速度），同时要求保证相对的平稳，控制纠偏量，减少对土体的扰动，从而将轴线和地层变形控制在最佳状态。沉降估算⑴土体损失①开挖面损失（主要为Ф1000管机头）式中D——机头直径，主要为1m直径管机头，为1.24m。②纠偏引起的土层损失式中α——机头顶进轴线与管道轴线的偏角，取0.02弧度L——工具管长度，取2.8m③工具管与后续管子外径差引起的土层损失a——机头外周半径与管子外周半径之差，取0.01mk——注浆未充满度，取0.5④砼管节不平整引起的地层损失Dp——砼管子外径ap——相邻管节的管道外周半径的差值，取0.005mkp——注浆不足率，取0.5n——为穿过某地层的管节半径差值＞10mm的次数，取n＝（220/2.5）×10％＝9⑤土体总损失⑵顶管上方最大沉降量式中I——Ф1000顶管沉降槽宽度系数，即I=R·（Z/2R）0.8=2.33Z——管子埋深，取6.5mR——机头半径，取0.62m⑶沉降槽宽度沉降槽宽度取5I，即12m⑷地下管线处沉降量估算设要计算的管道埋深为h，距离顶管管道的水平中心距离为x，则有管道埋深处沉降宽度系数管道处的最大沉降量由于现场管道埋设具体情况，需要施工准备时开挖探孔探明，届时方能估算具体数值。1.2.27地下管线和建（构）筑物沉降控制保护措施通过上面的计算，已经知道沉降槽的宽度为12m，由于顶管工作发生在道路下面，全部沉降发生在道路红线范围内，实际上需要进行沉降控制保护的是地下平行线路的四道管线：电话12孔，上水300，雨水450～800，污水300～600。另在W1-5～W2-2之间，与一根Ф2400原水管斜交。对公用管线的保护需要采取以下措施：⑴依据监测资料，优化顶管施工参数在掘进机初始推进的20m范围内，要精心组织地表监测，在横截面沉降槽宽度为12m上布点，间距2.4m；在轴线方向每隔5m布设一个沉降槽断面的测量点。通过地表监测得到的隆沉量与相对应时间的掘进机主参数（包括推进速度，仓内压力控制值，出土率等）进行比较，从而优化顶管机施工参数，指导后续的顶管推进。⑵探明地下管线分布情况先采用物探测量手段对施工段路头的公用管线进行探测，以摸清管线的位置、深度、直径、材质。施工前开挖样洞、沟槽至管线完全暴露为止，准确地掌握管线情况。⑶进行保护性观测在沿线既有的雨水窨井，上下水检查井内设置沉降观测桩，在顶进过程中，观测并记录桩的沉降变化，观测桩的观测内容为：①顶进前原始标高；②机头到达前和机头到达时的沉降值；③机头通过后的沉降值；④机头通过后间隔数日后的沉降值，计算沉降速率，划出沉降曲线；⑤顶管全线结束后的沉降值；当沉降值接近规定值时，立即停止顶进，分析原因采取相应措施。⑷地下管线加固方法对地下不同的管线，加固时将采取不同的方法：当其中有管线沉降达到或接近限定值后，如是上水管线，则对管底土体采取注浆加固，对雨水管分段封井进行抢修，对污水管道采取设旁路水管进行抽排水，逐段修复的办法。1.3井基坑施工1.3.1设计情况本工程基坑包括工作井和接收井，工作井有W1-5，W2-4，W2-6，W3-2，Y2-8，Y2-5，主要设计情况在“顶管施工”章中已有详细介绍，接收井有W2-2，W2-5，W2-7，W3-4，Y4-7，Y2-10，主要设计情况如下：W2-2为方形接收井，平面内净尺寸1.0m×5.0m，其余均为圆形接收井，平面内净尺寸为Ф6.0m。所有接收井围护结构均为Ф700双头水泥土SMW工法桩，H型钢为500×300×12×20mm，无内衬，有钢筋砼底板，厚500mm，板下3m厚注浆加固土体。1.3.2SMW工法桩施工1.3.2.1施工原理Ф700SMW工法桩使用国产设备双轴水泥土搅拌机成桩，通过搅拌头将水泥浆与原位土反复混合搅拌，采取重叠搭接的方式，在水泥土混合体硬结前，按设计间距插入H型钢作为受力加强材料，直至水泥土硬结后形成型钢水泥土复合桩。当围护结构的挡土功能完成后，回收型钢并重复利用。1.3.2.2工艺流程搅拌桩成桩采用“一次喷浆、二次搅拌”或“两次喷浆、三次搅拌”工艺。具体工艺流程见《SMW工法桩施工工艺流程框图》。开挖导沟开挖导沟（构筑导墙）设置机架移动导轨SMW搅拌机定位报监理工程师搅拌、提升、喷浆重复搅拌下沉重复提升插入型钢施工完毕Ｈ型钢起拔Ｈ型钢回收水泥材质检验报监理工程师水泥浆拌制制作试块残土处理设置导向框架和悬挂梁SMW搅拌机架设型钢进场焊接成型H型钢质检报监理工程师Ｈ型钢涂隔离剂经纬仪测斜、纠偏图4-3-1SMW工法桩施工工艺流程框图1.3.2.3施工工艺⑴施工准备施工前工程范围内地面和地下的建（构）筑物、地下管线、障碍物等调查清楚，及时与管线单位配合进行迁移，减少管线对施工的干扰，保证施工连续性。平整施工场地，当施工场地表面过软时，采取铺设路基箱的措施防止施工机械失稳。然后完成深层搅拌桩机拼装，同时安装灰浆制备系统包括工作平台、制浆设备及泵送设备、灰浆流动制备站。做好管线连接工作，最后进行机械调试。⑵测量放线根据坐标基点，用全站仪放出围护桩轴线的位置，根据导沟的尺寸，在地面撒出白线标识，同时用经纬仪引出围护桩轴线护桩，以便在施工过程中随时恢复围护桩轴线。桩位平面偏差不大于5cm。⑶开挖导沟及放置定位型钢采用0.4m3小型挖掘机挖沟槽，并人工清理沟槽内土体，为确保桩位以及为安装H型钢提供导向装置，在沟槽沿纵向打入5m长10号槽钢(间距3m)作为固定支点，垂直沟槽方向放置两根200mm×200mm的工字钢支点焊接，平行沟槽方向放置两根300mm×300mm工字钢与下面的工字钢焊接，定位型钢上设桩位标志。⑷搅拌机定位、调正建立相应测量网，精确放出搅拌桩桩位，将深层搅拌机移至指定桩位处，并调整钻机的位置，确保搅拌轴同桩心对正；调整塔架丝杆或平台基础，使搅拌轴保持垂直。施工时确保有足够的平整度和垂直度，控制桩位布置与设计的误差不大于50mm，垂直度偏差不超过1%。见图1.导沟开挖1.导沟开挖确定是否有障碍物及做泥水沟2.置放导轨3.标定施工标志1.SNW钻掘搅拌(1)钻掘及搅拌(2)重复搅拌(3)拉上时搅拌5.置放型钢6.固定型钢7.施工完成SMW8.废土运输倾卸车9.型钢顶端连续梁施工导轨H300×300导轨横撑H200×200标志SMW钻机铺钢板吊架导轨导轨横撑型钢挖土机废土浇筑钢筋砼7m2.8m1.8m1.2m1.0m图4-3-2SMW工法桩施工顺序图⑸浆液配制及浆量控制①主要注浆施工技术参数（见表4-3-1）表4-3-1注浆主要技术参数表编号技术参数编号技术参数1水泥掺量：土体重量的20%4注浆压力：0.6～0.8Mpa2供浆流量：40L/min5下沉速度：0.5～0.8m/min3水灰比：0.5～0.76上提速度：0.5m/min②双轴搅的断面积为0.71m2，每立方米水泥土水泥用量约370Kg，施工中根据不同土体的密度，算出每方土体的重量，确定水泥用量。⑹成桩施工①桩机定位根据定位型钢确定的孔位严格控制钻机桩架的移动，确保钻孔轴心就位不偏，同时控制钻孔下钻深度的达标，利用钻杆和桩架相对位移原理，在钻管上划出钻孔深度的标尺线，严格控制下钻、提升的速度和深度。②预搅下沉深层搅拌桩机运转正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架切土搅拌下沉，下沉速度控制在0.8m/min左右，可用电机的电流监测表控制。工作电流不得大于10A。如遇硬粘土等下沉速度太慢，可以输浆系统适当补给清水以利钻进。③提升喷浆搅拌深层搅拌机下沉到达设计深度后，开启灰浆泵将水泥浆压入地基土中，此后边喷浆、边旋转、边提升深层搅拌桩机，直至设计桩顶标高。此时应注意喷浆速率与提升速度相协调，以确保水泥浆沿桩长均匀分布，并使提升至桩顶后集料斗中的水泥浆正好排空。搅拌提升速度一般控制在0.5m/min。④沉钻复搅再次沉钻进行复搅，复搅下沉速度可控制在0.5～0.8m/min。如果水泥掺入比较大或因土质较密在提升时不能将应喷入土中的水泥浆全部喷完时，可在重复下沉搅拌时予以补喷，即采用“两次喷浆、三次搅拌”工艺，但此时仍应注意喷浆的均匀性。第二次喷浆量不宜过少，可控制在单桩总量的30%～40%，过少的水泥浆很难做到沿全桩均匀分布。⑤重复提升搅拌边旋转、边提升、重复搅拌至桩顶标高，并将钻头提出地面，以便移机施工新的桩体。此至，完成一根桩的施工。⑥桩机移位开行深层搅拌桩机（履带式机架也可以进行转向、变幅等作业）至新的桩位，桩机直接沿线路轴线方向移动，移位后重复上面各道工序，进行下一根桩的施工。⑦型钢施工水泥搅拌桩施工完毕后，吊机应立即就位，准备吊放H型钢。型钢应预涂减摩剂，以便回收。a.起吊前在距H型钢顶端0.2m处开一个中心孔，孔径约4cm，装好吊具和固定钩，然后用吊机起吊H型钢，必须保持垂直。b.在槽沟定位型钢上设H型钢定位卡固定，定位卡必须牢固、水平，然后将H型钢底部中心对正桩位中心并沿定位卡徐徐垂直插入水泥土搅拌桩体内，用线锤或经纬仪控制垂直度，垂直偏差应小于3‰。c.当H型钢插放到设计标高时，用￠8吊筋将H型钢固定。溢出的水泥土必须进行处理，控制到一定标高，方便下道工序施工。d.待水泥土搅拌桩硬化到一定程度后，将吊筋与槽沟定位型钢撤除。⑧清洗当一施工段成桩完成后，及时进行清洗。清洗时向集料斗中注入适量的清水，开启灰浆泵，将管道中的残存水泥浆冲洗干净并将附于搅拌头上的土清洗干净。⑨井口砼围檩的浇注搅拌桩施工28天后可进行井口砼围檩的浇注，在浇筑时，型钢要用油毛毡包封，严禁混凝土直接与型钢接触，造成型钢回收困难。⑩H型钢拔除a.H型钢拔除采用二台200吨液压千斤顶及100t履带吊配合拔出型钢。b.千斤顶底部填40mm钢板，以减轻圈梁的受力。千斤顶并联于H型钢两侧，保证基面平整及千斤顶稳定；施加顶力至H型钢松动，油泵施加顶力时需平稳、匀速；千斤顶走完若干行程后，通过油压表显示的上拔力数据小于60t时，用100t吊车配合吊出H型钢。eq\o\ac(○,11)型钢拔出后注浆注浆管选用Φ10mm钢管，采用焊接将其顺水泥土壁插入桩底。注浆材料采用细砂掺加0.5～1.0%高效减水剂及3～7%膨润土，水灰比控制在0.7，通过高效减水剂及膨润土调整水泥砂浆的流动性。注浆时采用压力不小于1.0MPa的注浆泵。在注浆过程中边注浆边提升，注浆管埋入浆液下不小于3m，注浆采用2台以上注浆泵同时进行以提高注浆效果。1.3.2.4施工质量控制⑴抄平放线施工前应平整场地，并测量施工范围的自然地面标高，放出水泥土墙位置的灰线，确定桩位。在铺设好轨道或滚管后，应测出桩机底盘标高，以此确定搅拌桩机悬吊提升及下降的起讫位置，控制桩顶、桩底标高，若采用步履式机架则可根据立柱底标高确定。⑵沟槽开挖由于围护结构是由水泥土搅拌桩密排布置的，桩的分布密度较大，施工中会出现涌土现象，即在施工桩位处土体涌出高于原地面，一般会高出1/8～1/15桩长。这为桩顶标高控制及后期混凝土面板施工带来麻烦。因此在水泥土墙施工前应先在成桩施工范围开挖一定深度的沟槽，沟槽宽度可比水泥土墙宽b增加300～500mm，深度应根据土的密度等确定，一般可取桩长的1/10。⑶清除障碍⑷机架垂直度控制机架垂直度是决定成桩垂直度的关键。因此必须严格控制，垂直度的偏差控制在1%以内。⑸水泥浆制备浆液配制必须按规定的配合比进行配制。水泥应采用新鲜、不受潮、无结块的合格水泥，拌制时应注意控制搅拌时间、水灰比及外加剂的掺量，严格计量下料。⑹成桩施工①控制下沉及提升速度为保证水泥土搅拌均匀，必须控制好下沉提升速度。一般预搅下沉速应控制在1.0m/min，喷浆提升的速度不大于0.5m/min，重复搅拌升降可控制在0.5～1.0m/min。若出现堵管、断浆等现象，应立即停泵，查找原因进行处理，待故障排除后须将搅拌头提升或下沉1米方能喷浆，以防止断桩。②严格控制喷浆速率和喷浆提升（下沉）速度的关系确保水泥浆沿全桩长均匀分布，并保证提升开始时同时注浆，在提升至桩顶时，该桩全部浆液喷注完毕，控制好喷浆速率和提升（下沉）速度的关系是十分重要的。喷浆和搅拌提升速度的误差不大于±0.1m/min。对水泥掺入比较大，或桩顶需加大掺量的桩的施工，可采用两次喷浆、三次搅拌工艺。③邻桩施工连续的水泥土墙中相邻桩施工的时间间隔一般不应超过12h。因故停歇时间超过12h，应采取补桩或在后施工桩中增加水泥掺量（可增加20%～30%）、补桩及注浆等措施。前后排桩施工应错位成踏步式，以便发生停歇时，前后施工桩体成错位搭接形式，有利墙体稳定及止水效果。④钻头和搅拌叶检查经常性、制度性地检查搅拌叶的磨损情况，当发生过大磨损时，应及时更换或修补钻头，钻头直径偏差应不超过3%。对叶片注浆式搅拌头，应经常检查注浆孔是否阻塞；对中心注浆管的搅拌头应检查球阀工况，使其正常喷浆。⑺试块制作一般情况每一台班做一组试块（3块），试模尺寸70.7mm×70.7mm×70.7mm,试块水泥土可在第二次提升后的搅拌叶边提取,按规定的养护条件进行养护。⑻成桩记录施工过程中必须及时记好成桩记录，不得事后补记或事前先记，成桩记录应反映真实施工状况。1.3.2.5质量检验标准⑴H型钢验收标准（见表4-3-2）表4-3-2H型钢验收标准一览表实测项目允许偏差mm长度±20mm截面高度±4mm截面宽度±3mm腹板中心线±2mm型钢对接焊缝符合设计要求型钢扰度10mm⑵H型钢安装验收标准（见表4-3-3）表4-3-3H型钢安装验收标准一览表实测项目允许偏差型钢定位轴线±20mm顶标高±40mm型心转角±2°垂直度3‰⑶搅拌桩桩体验收标准（见表4-3-4）表4-3-4搅拌桩桩体验收标准一览表表实测项目允许偏差桩位偏差平行基坑方向±30mm垂直基坑方向±30mm垂直度5‰成桩深度+100mm，-0mm1.3.2.6施工应急措施⑴在SMW工法施工过程中，若因处理障碍物、机械设备故障、断电等意外情况发生而造成施工时间过长时，需在相邻两幅桩外侧进行补桩。⑵若发现管道堵塞，立即停泵处理。待处理完后立即把搅拌钻具上提或下沉1.0m后方能继续注浆，待10～20s之后恢复向上提升搅拌，以防断桩。⑶在基坑开挖过程中，将组织专业堵漏小组在施工现场进行值班，一旦发现渗漏现象，立即组织施工。如发现小孔渗漏，在型钢与型钢之间焊接钢板，再回填注浆；如发现大洞渗漏，应在围护墙体外侧采用双液注浆进行堵漏。1.3.3压密注浆施工注浆浆液采用42.5普通硅酸盐水泥浆，水灰比0.6，外渗2％水玻璃及2％膨润土，水泥参量8％。⑴压密注浆施工工艺流程图（见图4-3-3）钻机与灌浆设备就位钻机与灌浆设备就位钻孔灌封闭泥浆插注浆芯管注浆冲洗塑料阀管图4-3-3压密注浆施工工艺流程图⑵施工方案①因压密注浆影响半径为600mm，有效半径为500mm，故确定布孔的排距和孔距均为1m。②注浆采用先从外围，后内部的施工方式，以防止浆液流失。③改进注浆喷头，将常规直喷式改为滤网式喷头。旨在增加注浆压力，扩大有效半径，增加水泥浆的渗透力。④每孔注浆时，自上而下逐段注浆，每次拔管间距≤0.5m，注浆压力根据地层土质情况及其埋深，通过注浆试验确定，拟使用压力为0.25～0.35MPa。⑤先将注浆管压入土层至设计深度，然后接上压浆机，边向上拔起注浆管边向土层内注浆。通过控制注浆量和注浆压力来达到设计要求.1.3.4基坑降水作为单独降排水系统，拟采用管井井点降水，管井深度为7m～10m不等，每个工作井施工点布置2只，挖土施工前10天开始降水。基坑砼内衬施工完后，才能停止降排水。管井井点降水施工⑴井点降水设备:潜水泵、滤水井管、水管。⑵井点构造：滤水井管：下部滤水井管钢筋焊接制成，外裹滤网，长3m左右，上部井管为φ300钢管通至地面，管壁外周填充粗砾砂。水管：φ50～80mm软管。⑶抽水水泵：采用30m扬程和流量与涌水量配套的深井潜水泵，每井装置一台。⑷管井井点布置:应根据确切的水文地质资料，验算单根井点极限涌水量，然后根据所需的降水深度、单井涌水量、抽水影响的半径以及地下水降落坡度等确定管井井点间距，以方格状、点状布置。依经验值，管井间距一般10m以上。管井埋设：选用GPS-30型工程钻机，按预定管井深度成孔，钻孔直径600mm。成孔后将孔内泥浆掏尽，下井管和砾砂滤层。管井与土壁之间在地面下0.5m范围内用粘土填充夯实。⑸洗井：管井滤层填充完毕后立即进行洗井，采用活塞式洗井法。利用活塞自重沉至井底，利用垂直吊绳快速上拔，将泥水一起汲出。经过多次反复洗至水清为止。⑹管井井点的使用：防范抽水带走土层中的细颗粒；井点具体设计时应使其尽可能连续运转，避免间歇和反复抽水。⑺流量观测：一般可用流量表或堰箱，若发现流量过大而水位降低缓慢甚至降不下去时，应考虑改用大泵，反之，改用小水泵。⑻井点降水效果检查及施工防护：井点降水的效果可按设计需要布置，可用井点管作为观测井。各井点周围漏斗状水面的稳定一般需要几天到几周的时间，因此井点降水需要在基坑开挖前提早开始。运行时一方面要保证开挖施工的顺利进行，又要防止因施工破坏井点，另一面又要防范对周围环境的不利影响，根据施工监测资料，采取相应的措施，减少井点降水对周围建筑物及地下管线造成的影响。⑼井点降水排放：井点降水系统运行后所抽取的地下水排入城市雨水管网系统。⑽井点拆除轻型井点拔出井点管采用倒链或起重机进行，所留孔洞用砂或土填塞；深井井点用吊车将井管口套紧徐徐拔出，滤水管拔出洗净后再用，拔出所留的孔洞用砂砾填充、捣实。1.3.5井基坑开挖与支撑1.3.5.1基坑开挖前的准备工作⑴在基坑开挖前，先凿除原有路面结构。⑵准备钢支撑材料。⑶在基坑开挖前，先布置好每个基坑的测量网点，以保证支撑的及时安装和控制挖土标高。⑷在基坑施工前，对全体施工人员进行技术交底，使全体施工人员熟悉并掌握本工程所执行的各项技术措施和技术标准。⑸基坑开挖前，检查水泥土搅拌桩强度和地基加固龄期，围檩结构达到设计强度，加固土体已达到设计龄期或设计强度时，方可进行基坑开挖施工。⑹根据施工的工作量及工期要求，配备吊车及挖掘机等开挖基坑与吊装钢支撑的施工设备。⑺基坑开挖前，应落实好弃土场地。⑻地面排水系统完善并在基坑周围地面设置挡墙与集水，确保地面水不流入基坑。⑼基坑四周设置合格可靠的安全栏杆踢脚挡板，防止高空坠物事故的发生。⑽场地周围及基坑内必须有足够的照明度。⑾基坑四周不准堆放杂乱零散物质，确保施工人员行走安全，严防杂物滚落坑内伤及作业人员。⑿在开挖前一周，施工监测装置到位，并测量初始读数。1.3.5.2开挖施工基坑开挖主要依靠0.4m3长臂反铲挖掘机、15t渣土车，在开挖前应将分层位置、深度，各道支撑标高，作图示意，使施工人员做到心中有数，以控制挖土深度，严禁超挖。必须分层，随挖随撑，挖每一层土，土层底面都要大致平整，在最后一层开挖中应特别注意，当机械挖土离坑底标高300mm范围时，一律改用人工修整坑底，并及时排除积水，保证底板垫层能铺在原状土上。开挖施工时，配备足够数量的加盖封闭式自卸汽车进行弃土外运。施工弃土排放办法严格执行《上海市渣土排放管理办法》。为减轻市区白天道路交通压力，弃土运输尽量晚间运输。1.3.5.3井基坑支撑钢支撑进入施工现场后都应作全面的检查验收。每根钢支撑的配置按总长度的不同配用一端固定段及一端活络段，钢支撑应采用两点吊装，支撑安装完毕后，其端面与围檩侧面应平行，其端板处空隙应用微膨胀高标号水泥砂浆或细石砼填实。钢支撑两端应有可靠的支托或吊挂措施，严防因围护变形或施工撞击而产生脱落事故。采用斜撑的钢牛腿必须与钢支撑相密贴、垂直。如有缝隙应用钢板或细石砼充填。钢支撑安装的质量直接影响到工程安全和施工人员的安全，对于工程质量和地表沉降有着至关重要的作用，必须引起高度重视。对施加支撑轴向预应力的液压装置要经常检查，使之运行正常，使量出的预应力值准确，每根支撑施加的预应力值要记录备查。钢支撑安装的容许偏差应符合下列规定：⑴支撑两端的标高差：不大于20mm及支撑长度的1/600；⑵支撑挠曲度：不大于支撑长度的1/1000；⑶支撑水平轴线偏差：不大于30mm；⑷支撑中心标高及同层支撑顶面的标高差：±30mm。1.3.5.4开挖施工的关键性程序⑴在顺筑法施工，每一层挖底面标高不低于该层支撑的底面。第一层开挖后，不许拖延第一道支撑的安装，并按要求施加支撑轴向力的预应力。所有支撑端部支托和连系构造都要能防止因碰撞而移动脱落。⑵在开挖中及时测定支撑安装点，以确保支撑端部中心位置误差≤30mm。⑶在地面上有专人负责检查和及时提供开挖面上所需要的支撑及其配件，以保证支撑长度适当。⑷准确施加支撑预应力。⑸对井斜撑的端部支托钢构件必须按设计要求，牢固地焊接于钢围檩上。⑹开挖过程中，对墙体上出现水土流失现象，要及时封堵，严防小股流砂冲破墙中存在的孔洞，以致发展成急剧涌砂，以致造成事故。⑺为做到坑底平整，防止局部超挖，在设计坑底标高以上30cm的土方，要用人工开挖修平，对局部开挖的洼坑要用砂填实，绝不许用烂泥回填，同时必须要设集水坑以用泵排除坑底积水。⑻按限定时间作好砼垫层及砼底板。1.3.5.5内衬结构施工内部结构由钢筋砼底板、内衬墙等构成，底板下铺设素砼垫层。⑴施工准备①为确保内衬墙质量，必须对SMW工法桩维护墙面水泥土进行清理，同时采用油毛毡盖住型钢，进行凿毛、清洗，使内衬砼和地下墙面紧密结合。施工凿毛工作随基坑开挖顺序而进行。②底板部位须将墙面凿50mm深的凹面，并将插筋扳出理顺回直，以加强结构的整体性。⑵素砼垫层铺筑素砼采用C25泵送商品砼，垫层厚100mm，由砼泵车布料杆直接卸料到坑底，人工铺平振实。⑶底板施工素砼垫层完成后，要尽快采用C25泵送商品砼完成底板浇捣工作。⑷侧墙施工①浇捣内衬墙前，要对水泥土地下墙进行堵漏、凿毛、清洗处理，堵漏处理方法要注意在初期尚处于“蠕动”状态，堵漏材料和工艺都要适应这个要求。堵漏材料要满足具有延伸率大且能抵抗设计水压，又和基面有较好粘结力要求，堵漏施工要简单可行，但要精心操作。②在工作井侧墙施工前，先安装顶管钢洞环；钢洞环在地面上预制加工，吊运下井安装。1.4骑马井施工1.1.1骑马井位置及设计情况本标段工程共有骑马井8座，其中淞发路7座，淞良路1座。它们分别是：淞发路W1-2，W1-3，W1-4，W2-1，W2-3，W3-1，W3-3骑马井，淞良路Y2-9骑马井。各骑马井的位置情况：骑马井W1-2，W1-3，W1-4分布在顶管施工井淞发W1-5～通南W4-2之间，骑在Ф1000管上；骑马井W2-1分布在顶管施工井淞发W1-5～淞发W2-2之间，骑在Ф1000管上；骑马井W2-3分布在顶管施工井淞发W2-4～淞发W2-2之间，骑在Ф1000管上；骑马井W3-1分布在顶管施工井淞发W3-2～淞发W2-7之间，骑在Ф1000管上；骑马井W3-3分布在顶管施工井淞发W3-2～淞发W3-3之间，骑在Ф1000管上；骑马井Y2-9分布在顶管施工井淞良Y2-8～淞良Y2-10之间，骑在Ф1650管上；骑马井所骑的管子为特殊管节，生产采用PSAR-D-01-92图集中相应管径的“F”型钢承口式钢筋砼管，外包14mm厚16Mn钢板。骑马井处取其左右共3节管中心以下注浆加固，宽