某大直径钢管顶管施工工艺

某大直径钢管顶管施工工艺1工程概况某市第二污水处理工程进水管道穿越城区道路和高架桥管段长度为177m,管中标高-3.5m,最大覆土厚度12.9m,采用顶管施工，顶管为DN2400(壁厚为26mm)钢管，材质为Q235B的碳素结构钢，焊接接口，设计允许最大顶力为8000kN。共设顶管工作井1座，接收井1座。顶管工作井采用咬合桩围护，现浇钢筋混凝土结构，设计允许最大顶力也为8000kN。2地质、水文条件1)根据本工程地质勘察资料，顶管管段均位于⑦1A层全风化粉砂质泥岩中。⑦1A层全风化粉砂质泥岩，母岩强烈风化呈土状，以粉质黏土为主，局部夹中风化岩块，遇水易软化，土层渗透性较差，对顶管施工有利。地基土力学性能情况见表1。表1地基土承载力建议值2)地下水经详勘，在勘探深度范围内，道路沿线场地有2层地下水存在。详勘期间在勘探孔内(仅陆域部分)测得潜水稳定水位约在现地表下2.70～3.80m左右，相当于1985国家高程基准6.93～7.14m之间。该浅层地下水主要受大气降水及地下同层侧向径流补给，邻近地表水体处与河水互补，并随季节性有所变化，年均水位变化幅度值约1.0m。本工程陆域部分，承压水含水层分布不连续，且厚度较薄，并同潜水相连通，对工程建设影响不大。3施工顶进阻力计算本工程顶管工作井、管材的设计允许最大顶力均为8000kN,根据《给水排水管道工程施工及验收规范(GB50268—2008)》规定，顶管顶进阻力计算如下：Fp=π·D。·L·f+NF(1)式(1)中：F,为顶进阻力；D。为管道的外径(m),本工程中Do=2.500m;L为管道设计顶进长度(m),本工程中L=177m;f为管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(kN/m²),本工程采用触变泥浆减阻技术后，根据GB50268—2008规范中表6.3.4-2规定，取f=8.0kN/m²;NF为顶管机的迎面阻力(kN),本工程采用泥水平衡顶管机，根据GB50268—2008规范中表6.3.4-1规定，NF=πD²P/4。式中Dg为顶管机外径(mm),本工程中Dg=2.500,P为控制土压力，其值同管中最大覆土深度(m)×9.8kN,本工程中p=12.9×9.8=126.42kN/m²所以，Fp=3.14×2.500×177×8+3.14×2.500²×126.42÷4=13596kN经计算得知顶管的顶进阻力为13596kN,大于顶管工作井管材的设计允许最大顶力8000kN,顶管时只能用其90%,8000×0.9=7200kN。主顶使用每只最大推力为2000kN的油缸6只，在推进时，每只油缸的最大顶力不得超过1200kN,则剩余顶力需要设置中继间来解决。4最大顶距计算和中继间的设置本工程的φ2400顶管最大顶力限制在7200kN以下，顶进长度较长，因此要用到中继间接力顶进。一个中继间设计总推力F′=6400kN(可由20只320kN千斤顶组成)。经计算得知顶管的顶进阻力为13596kN,则需要由中继间分担的剩余顶力为13596kN-7200kN=6396kN。所以需要设置单个推力F'′=6400kN(由20只320kN千斤顶组成)的中继间1个能满足顶力要求。计算如下：F=π·D。·L·f(2)F为最大许用顶力(kN),F=7200kN;D。为管节外径(m),D=2.500m;L为主顶油缸推动的管节长度(m);f.为管道外壁与土的单位面积平均摩阻力(kN/m²),本工程采用触变泥浆减阻技术后，根据GB50268—2008规范中表6.3.4-2规定，取f=8.0kN/m²;F=3.14×2.500×8×177=11115kN;所以L=F/π·D。·fk=7200/(3.14×2.500×8)=114.6m,取110m;主顶油缸推动的管节长度最大为110m。迎面阻力NF=π/4·D²·P=3.14×2.5×2.5×126.42/4=620kN;其中：D,为顶管机外径(m);P为控制土压力，P=126.42;MF=F′-NF=6400-620=5780kN;中继间可以推动的管节长度最大为L′=MF/πD。fk=5780/(3.14×2.5×8)=92m,取90m。因此，全长177m的顶管段，可以在顶管开始80m处布置一个中继间。中继间由前壳体、千斤顶及后壳体组成。前壳体与前接管连接，后壳体与后接管连接，前后壳体间为承插式连接，两者间依靠橡胶止水带密封，防止管道外水土和浆液倒流入管道内。钢壳体结构进行精加工，以保证其在使用过程中不发生变形，外壳在安装前进行防腐处理；中继间壳体外径与管节外径相同，可减少土体扰动、地面沉降和顶进阻力；中继间的启动和拆除由前向后依次进行。5后靠墙的复核计算后靠墙在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失，这种弹性变形是正常的。顶管中，后背墙不应当被破坏，产生不允许的压缩变形。后背墙不允许出现上下或左右的不均匀压缩，否则，千斤顶在余面后背上，会造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工安全，施工时应对后背墙的强度和刚度计算。靠背受力分析见图1。图1靠背受力分析图后靠背受力计算公式：R=aB(yH²K,/2+2Ch√K,+yhHK,)(3)式(3)中：R为总推力之反力(一般大于推力的1.2~1.6);a为系数(取1.5～2.5之间),此处取2;B为后座墙的宽度(m),此处取5m;γ为土的容重(kN/m³);H为后座墙的高度(m),此处取5m;K,为被动土压系数tg²(450+φ/2),为1.5195;c为土的内聚力(kPa)一般情况下取10;h为地面到后座墙顶部土体的高度(m),此处取10m;=2×5(18.9×5×5×1.5195/2+2×10×10×1.2327+18.9×10×5×1.5195)=19820kN按上式计算，工作井后靠墙能承受19820kN顶力。根据设计图纸，并考虑结