《施工方案专家会审》PPT课件

1、,天津市南水北调中线滨海新区一期工程输水工程施工（第8标段）,曹庄花卉市场穿越段顶管施工 专项方案,天津市城建集团有限公司,目录,工程概况 顶管顶力计算 顶管工作坑尺寸设计 顶管基坑支撑设计 顶管基坑组装式后背墙稳定性校核 顶管基坑施工 顶管施工工艺原理 顶管设计安装 顶管施工 钢管焊接施工 钢管防腐措施 顶管施工主要技术措施 顶管施工质量标准 顶管施工沉降监测措施,、工程概况,(1)曹庄花卉市场穿越工程处顶管长度370米，基坑深度7.95米。 (2)中北大道穿越工程处顶管长度80米，基坑深度6.5米。 (3)大学道穿越工程处顶管长度62米，基坑深度8.1米。 (4)津静公路桥穿越工程处顶管长

2、度217米，基坑深度6.6米。 上述四处顶管施工情况相近，主坑平面尺寸均为11.5*11米，副坑尺寸均为7*11米。以曹庄花卉市场穿越工程为例进行汇报,2、顶管顶力计算,根据相关地质资料，得到 =18kN/m3， =280， =6kPa，采用顶管顶力经验公式,3、顶管工作坑的尺寸设计,为满足施工设备安装、运行及操作、存放材料面积、人员上下、下管、出土量施工面积，本工程顶管工作坑井尺寸为： =2*2.62+3.38+2.4=11.02m，取B=11.0m =0.8+6+1.5+2.5+0.5=11.3m，取L=11.5m =7.62+0.03+0.3=7.95m =7.62+0.3=7.92m,

3、其中B矩形工作坑底部宽度(m)； 管道外径*2+管道净距(m)，=8.62m； S 操作宽度，可取2.4 (m)； L 矩形工作坑底部长度(m)； L1工具管长度(m)。取=0.8m； L2管节长度（m），=6m； L3泥水工作间长度(m)，取=2m； L4 千斤顶长度(m)，=2.5m； L5 后背墙厚度(m)，砼墙50cm，则=0.5m； H1顶进坑地面至坑底的深度（m）； H2接受坑地面至坑底的深度（m）； h1地面至管道底部外缘的深度（m），取=7.62m； h2管道外缘底部至导轨底面的高度（m），取=0.03m； h3基础及其垫层的厚度（m），取=0.3m。 工作坑的尺寸为11.5m

4、11m，接收坑尺寸为11m7m，基坑挖深为7.95m。,4、工作坑支撑设计,基坑支撑计算图,根据相关地质资料，得到 =18kN/m3， =280， =6kPa 采用工40b型工字钢，截面模量W=1139cm3，允许应力 =117.5Mpa。 按等弯矩布置确定各层支撑的间距，则钢板桩顶部悬臂端的最大允许跨度。 由下列公式可得： = =230cm=2.3m =1.11 =1.11*2.3=2.553m,用盾恩近似法计算板桩入土深度。 因采用井点降水，坑底以下的土重力密度不考虑浮力影响。 主动土压力系数 被动土压力系数 由图2可知， 的斜率： 板桩上的荷载 一半传至C点，另一半由坑底土压力 承受，由

5、下式确定： 解得：x=1.97m； 则板桩的总长度至少为L=7.95+1.97=9.92m 具体施工过程，采用工40b型工字钢，长度为12m，入土深度为4.05m。,5、顶管基坑组装式后背墙稳定性校核,钢板桩后背墙土体荷载图,顶管过程中，顶管顶力通过承压壁传至板桩后背土体，考虑板桩自身刚度小，可假设承压壁后的土压力为均匀分布，板桩两端的土压力为零，总的土体抗力成梯形ABCD分布，由FX =0得 式中 P0承压壁后土体反力（kN/m2）； B承压壁宽度（m）。,由图可知当顶力作用点与后背反力合力作用点相一致时，即时，后背土体允许抗力可按下式计算： 14626 kN 式中 B 后背宽度（m），取1

6、1m； h1 地面至后背墙顶部的深度（m），取4m； h2 后背墙的高度（m），取4m； h3 钢板桩入土深度，取4m； 土的天然重力密度（18kN/m3）； 被动土压力系数，取2.77； 钢板桩工作坑土体稳定系数宜取1.01.2，取1.2。 由于实际顶管顶力15704 kN大于后背土体允许抗力14626KN，故加设一个中继间。,中继间,6、顶管基坑施工,（1）基坑开挖与支护 本次顶管工作坑的尺寸为11.5m11m，接收坑尺寸为7m11m，采用水泥搅拌桩和工字钢结合的形式进行基坑围护。工作坑后背采用40B型工字钢密打，桩长12m，洞口及其余两侧采用40B型工字钢一丁一横桩，桩长12m，工作坑采

7、用人机配合开挖。 先放样，然后按钢板桩走向在一周中挖一条深0.8m左右的地槽，钢板桩按已挖好的槽打成所需的形状，并保证入土深度。工作坑内用40型工字钢焊两道支撑框架，四角用40型工字钢与框架焊牢成八字斜撑，以确保工作坑支撑牢固。首先挖至2.5m焊托架，安装事先焊好的顺水管与钢桩加固,并把支撑架准备好，做第一道支撑框架，挖至6m做第二道支撑框架，基坑开挖与支撑同步进行，绝不允许超挖后做框架。,（2）工作坑排水措施 在每个工作坑四周设置双排止水帷幕，采用d600水泥搅拌桩，长20米，咬合20cm，后背梁处为5排。工作坑外大口井布置。在每个工作坑四周1m处布置4口大口井，采用DN600无砂混凝土滤管

8、大口井，井深20m，直径600mm，降水至底板下100cm，基坑开挖需在大口井降水3天后进行，同时开挖过程中要随时检测水位情况，随时降水，确保基础不被水浸泡。 每个基坑内对角布置直径0.6m，深1m集水井两座，井内设一寸半水泵抽水，坑内四周设0.30.3m排水沟，1%坡向集水井。,（3）工作坑、接收坑基础 主工作坑基础做法：卵石垫层10cm厚，底板浇筑30cm厚C20混凝土，基础内每隔1.0米预埋16#槽钢1根，共9根，并与坑壁加固工字钢连接，其上焊接滑道。,7、顶管施工工艺原理,“泥水平衡法”顶管施工工艺原理是：在顶管施土过程中，以含有一定量粘土，且具有一定相对密度的泥水充满顶管掘进机的泥水

9、舱，并对它施加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力的一种顶管施工方法。利用主顶千斤顶及管道中继千斤顶的推力，将管道从工作坑内穿过土层一直推到接收坑，同时，将紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。,8、顶管设备安装,导 轨 安 装 简 图,1）安装基坑导轨 在工作坑内需安装导轨，工作坑内的导轨是与主顶设备配套设置的，在安放时，保持固定即可。根据本项工程所处土质较软这一特点，我们将导轨高程控制在比设计管道高20mm的水平上，以求中和在掘进机及管子出坑后（脱离导轨）的下沉量。机头和钢管应安放在导轨上，以保证钢管顶进方向的精度，导轨应和预埋槽钢焊接在一起。要求在顶进过程中能承受各种负荷，确保不位移

10、、不变形、不沉降。安装导轨应先复核管道中心线的位置。两根导轨必须保持相互平行，导轨坡度应与设计管道坡度一致。顶管工作坑混凝土基础面的标高等于沟底标高减去导轨高度再减去10mm（垫铁调整高度）。导轨由钢轨、横梁和垫板组成，导轨采用50#的钢轨。两根导轨的内距计算： 式中：A两导轨内距，m； D管外径，m； h导轨高，取0.2m； e钢管外皮距钢轨地面高，取30mm。 对于d2600mm管，A=1.5m。 导轨安装允许偏差轴线位置3mm，两轨内距2mm，顶面高程：0 +3mm。,2）洞口止水封门,为防止洞口上方地表塌陷这种情况的发生，在顶进方向出洞口处增加止水封门。止水封门做法，形状为内圆外方，内

11、圆直径为管外皮直径加10，外方尺寸为以内圆直径加60，厚度为30。在与水泥桩的接触缝隙处一定要灌满砼，并用振捣棒细致振捣，在距内圆510的位置上予埋16螺栓，长35，埋入混凝土20厘米，外露15。螺栓间距15，分内外两排，梅花桩交错布置，待混凝土强度达到后，先对封门迎面进行找平，安装环形橡胶板，厚2，内环直径要比管外皮直径小20，外环直径同封门外边尺寸，在环形橡胶板上和螺栓对应的位置挖孔，将环形橡胶板紧紧贴住封门的迎面，并使螺栓从与其对应的孔中露出，再在橡胶板外面压上同厚度同形状的环形钢板，最后用双螺母拧紧螺栓和环形钢板将环形橡胶板安装在封门上并压紧。保证破洞后坑外的泥水不会顺着封门与管外皮的

12、缝隙处流进坑内，在封门内与管外皮的缝隙处缠草袋子，并用铅丝固定。,3）后座墙 后座墙是把主顶油缸推力的反力传递到工作坑后部土体中去的墙体。在钢板桩工作坑中，必须在工作坑内的后方与钢板桩之间浇筑一座与工作坑宽度相等的厚度为1m的混凝土墙，目的是使推力能比较均匀的作用到土体中去，尽可能地使主顶油缸的总推力的作用面积大些。 由于主顶油缸较细，对于后座墙的混凝土结构来讲只相当于几个点，如果把主顶油缸直接抵在座墙上，则后座墙极容易损坏。为了防止此类事情发生，在后座墙与主顶油缸之间，我们再垫上一块厚度为200mm400mm之间的钢结构件，称之为后靠板（后背铁）。通过它把油缸的反力较均匀的传递到后座墙上，这

13、样后座墙就不太容易损坏。 具体施工过程，首先安装并固定后靠板作为外模，然后在后靠板与钢板桩支撑之间的空隙内浇筑C30混凝土，使后靠板与钢板桩支撑形成整体结构。这样使千斤顶的集中应力传导至后背铁上，最后逐步扩散到后背土体，由土的被动土压力承担。后靠板的摆放垂直度满足规范的要求。后靠板的摆放要对称于管道中线，同时千斤架的摆放满足对称要求。,4）顶管机 顶管机是顶管掘进用的工具，功能是取土和确保管道顶进方向正确性。本次d2600mm管采用DK式泥水平衡顶管机作为掘进工具。 5）主顶装置 主顶装置由主顶油缸、主顶油泵和操作台及油管等四部分构成。 主顶油缸是管子推进的动力，成双数对称固定在油缸支架上，本

14、次顶管施工采用4台250t等推力主顶油缸作为主顶设备，成上、下、左、右对称布置。主顶油缸和油缸支架布置在主顶坑内，用8t吊车，分两步进行吊装，第一步先吊装油缸支架，第二步吊装主顶油缸。稳好后可用调整垫对主顶油缸的位置进行细部调整，使四台油缸合力作用点落在管中心下1/4管内径处，并保证低于后座被动土压力的合力点，以使后座所能承受的推力最大。 主顶油缸的压力油由主顶油泵通过高压油管供给。高压油泵常用的压力在32MPa42MPa之间，高的可达50MPa，本次顶管施工在基坑侧面布置两台高压油泵（一台备用）。 主顶油缸的推进和回缩是通过操纵台控制的。操纵方式有电动和手动两种，前者使用电磁阀或电液阀，后者

15、使用手动换向阀。,6）顶铁 顶铁采用马蹄形顶铁。马蹄形顶铁是为了弥补主顶油缸行程与管节长度之间的不足。 7）推进用管及接口 本次顶管施工采用2600钢管。为了保证管材与顶管机连接牢固，防止因刀盘转动引起掘进机扭转，将第一节管材与顶管机采用连接板焊接牢固。 8）测量装置 为保证在顶管过程中顶进方位的准确，我们采用激光经纬仪对顶进方位进行控制。在工作坑底板上预埋好钢板（位置为管线线路中心左侧300mm），待坑内其它设备安装完毕后，再进行激光经纬仪安装，测量台的布置应牢靠的固定在工作坑底板处预埋钢板上，与顶进机架和后靠不相连接，并经常复测，消除工作坑位移产生的测量偏差，来确保施工测量的正确性。,9、

16、顶管施工,（1）管道顶进过程：安装顶铁，千斤顶油泵，活塞伸出一个工作行程后，千斤顶回油，活塞回缩，增加顶铁。重复以上工作循环，直至顶进长度超过一节管子长度后，撤去纵向顶铁，安装下节管。 （2）顶进前应检查下列内容，确认条件具备时方可开始顶进： 1）全部设备经过检查并经过试运转； 2）掘进机头在导轨上中心线、坡度和高程应符合规定要求； 3）防止流动性土或地下水由洞口进入工作坑的措施； 4）拆除封门时，可拔起或切割钢板桩漏出洞口，并采取措施防止洞口上方的钢板桩下落； 5）不稳定地层顶进时，封门拆除后立即将掘进机头顶入土层；,（3）顶进施工 本次施工主顶设备拟选用2.5m冲程的油缸，前端有环行顶铁。

17、D2600mm的管长均为6m，在顶管接入时已无工作空间，需要加设厚度为50cm的弧形活动顶铁，在按管时，可将其吊移，在正式顶进前，对所有机器、电路、油路及其它设备进行最后一次测试。无误后即开始顶进。顶进前快速拆除龙门封堵；当主顶油缸顶进一段距离后，掘进机就接触到坑外侧土体，进水管开始供水，机头刀盘开始工作，泥浆泵向外抽泥浆，随着掘进机的掘进将钢管向前推进。掘进机进坑时，要做接收轨道，以保证其方向及高程；第一节顶管经吊车吊至坑内导轨上，用千斤顶推至机头后端，并与之连接。在安装以后的管子时，主要注意对管材接口的施工。,（4）顶进中注意事项 1）工作管开始顶进510m的范围，允许偏差为：轴线位置5m

18、m，高程0+5mm，当超过允许偏差时，应采取措施纠正。 2）顶管应连续作业，管道顶进过程中遇到特殊情况应暂缓顶进，及时处理。 （5）顶进方向控制 顶进方向控制包括高程控制和中线控制，工具管进入土层过程中，每顶进30cm，测量不应少于一次；管道进入土层后正常顶进时，每顶进100cm，测量不应少于一次，纠偏时应增加测量次数，即使用水准仪和经纬仪测量高程和中线纠偏时应在顶进中纠偏，采用小角度逐渐纠偏。 现场设专职测量员，测量记录应完整、清晰、在整理好各项实测数据后绘制顶进全过程的顶进曲线、以此来反映顶进时的实际情况。 （6）浆液置换 浆液置换，顶管结束后，应用水泥砂浆并掺入适量粉煤灰，利用管节预留注

19、浆孔对泥浆套浆液进行全线置换，待浆液凝固后拆除压浆管路并用闷盖将孔口封堵。,10、钢管焊接施工及技术要求,焊缝,工作坑,1.5m,工作梯,钢管采用双面焊，使用4303焊条，主坑内焊缝采用型坡口，待接头处内外防腐固结后施顶。 每道环缝均拍光片检验，各环、纵缝皆为一类焊缝，光片级焊缝率不低于80%，其它不低于级焊缝标准。 焊缝外观检查表,11、钢管防腐措施,钢管内防腐层。 3.1材料：采用饮水容器无毒环氧涂料。 3.2工艺 （1）钢管内 的除锈宜采用喷砂除锈法。除锈等级不得低于Sa2.5；内表面经喷射处理后，应用清洁、干燥、无油的压缩空气将管道内部的沙粒、尘埃、锈粉等微尘清除干净； （2）管道内表

20、面处理后，应预留60100mm的管段，待现场焊接后，再涂敷焊口位置的饮水容器无毒环氧涂料； （3）饮水容器无毒环氧涂料在厂家派出人员指导下进行施工； （4）按厂家产品说明书的规定配制涂料； （5）涂料使用前搅拌均匀； （6）采用高压无气喷涂工艺，在工艺条件受限时，采用空气喷涂或挤涂工艺； （7）调整好工艺参数且稳定后，正式涂敷，涂敷过程中随时监测湿膜厚度； （8）环境相对湿度大于85%时，应对钢管除湿后作业，严禁在雨、雪、雾及风沙天气下露天作业。,钢管外防腐层结构 （1）防腐等级：加强级。 （2）组成：底漆+焊缝带（宽度50mm）+两层防腐胶带（宽度300mm）。 外防腐层竣工后，应分段进行检

21、验，方法如下： （1）外观检验：100%目检； （2）粘结强度：两层之间搭接处粘结强度不小于2.5Kn/m，与钢管表面粘结强度不小于4.5Kn/m； （3）电火花检测：不小于7000伏。,12、施工施工主要技术措施,（1）穿墙出井 从打开穿墙管闷板，将顶管掘进机顶出工作井外到安装好穿墙止水，这一过程成为穿墙。穿墙是顶管施工最为重要的工序之一，穿墙后顶管掘进机方向的准确程度将会给管道轴线方向的控制和管道拼装以及顶进带来较大影响，因此对穿墙管的构造及穿墙的技术措施要有充分的认识。 钢板桩拔除应按洞门一侧向另一侧依次拔出的原则进行。为减小钢板桩拔除过程中对顶管及正面土体的扰动及出现的建筑空隙，钢板桩

22、全部拔除后立即顶进，缩短停顿时间。起重人员应配合默契，衔接及时，保证钢封门拔除时迅速和安全。,（2）测量放样 1）地面测量 由于工作井和接收井两井不通视，故采用0.5”级全站仪布置地面控制桩。在顶管施工期间必须对控制桩进行复测，每顶50m对控制桩进行复测一次。 2）井内测量 通过控制桩用仪器定出井下管道顶进轴线测量仪器的位置，同时在测量仪器对面井沿口与井壁上分别设置测量仪器的复测校核点与线，以便在管道顶进轴线测量过程中对仪器自身位置的位移进行检查；仪器位置的复核每隔6小时一次。 3）管道顶进轴线测量 在井内设固定的测站，根据设计纵坡，经纬仪调好垂直角度，在机头处设置控制管道轴线和标高的光靶；当

23、因距离过长不能采用一镜测量，则增设中转测量站测量。 在顶进过程中要经常对顶进轴线的测量，每顶进2530cm测量一次，并记录3次/节管子，顶进轴线与设计轴线一旦发生偏差，要及时采取纠偏措施，减少偏差数值。在出洞、进洞及纠偏过程中，适当增加测量次数。,（3）纠偏 管道偏离轴线主要是由于作用于工具管的外力不平衡造成的，外力不平衡的主要原因有： 1）推进管线不可能绝对在一定直线上； 2）管道截面不可能绝对垂直管道轴线； 3）顶管迎面阻力的合力不与管道后面推进顶力的合力重合一致。 4）推进的管道在发生挠曲时，沿管线纵向的一些地方会产生约束管道挠曲的附加抗力。 以上几条原因造成的直接结果就是顶管顶力产生偏心。顶进纠偏普遍采用调整纠偏千斤顶的编组操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩方法，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。,（4）触变泥浆减阻和长距离压浆 1）原理 长距离大直径管道的顶进过程中，有效降低顶进阻力是施工中必须解决的关键