污水管道顶管方案初探

分类：城市规划论文发表 时间：2012-07-26 10:55 关注：(1)

　　摘 要：本工程采用泥水平衡顶进，接入老井是需充分考虑安全因素。

　　关键词：泥水平衡 顶力计算 老井接入

　　Abstract : This project uses slurry balance jacking, and accessing the old wells is the safety factors needing consider.

　　Key words: slurry balance; jacking force calculation; old wells access

　　中图分类号：TV672+.2 文献标识码： A 文章编号：2095-2104(2012)

　　本工程位于溧阳市经济开发区，因涉及接入老井、及地下土质较为复杂、地下水位较高等代表因素，编制此方案供各读者共同探讨。

　　1.工程概况

　　1.1某工程污水管道，总长315米，共4个污水井段，现场查看确定全部改为d1200管径的顶管，管顶埋深在4.8米;

　　1.2本次顶管施工设置顶管工作井4座，工作井采用钢筋混凝土井。

　　主要工程量：a、顶管工作井 2座

　　b、接受井 2座

　　c、顶进加强钢筋砼管，管径Φ1200 335m，长度分别为65+120+75+75米。最长段为W28-W29-1为120米;

　　1.3本工程周边情况为，在管道沿线为厂区围墙及门卫房;

　　1.4本工程顶管线路土质，根据地址报告显示为埋深1米---7.1米均为淤泥质流沙土，顶管顶进在此层土质中;根据CECS 246-2008《给水排水工程顶管技术规程》的顶管机头的选择规定，采用泥水平衡机头顶进。又因为地下水位较为丰富，为了使沉井能顺利下沉，故采用井点降水工艺，并对周围建筑做沉降观测。

　　2.施工总平面布置

　　2.1现场布置

　　根据场地实际情况合理的进行布置，生活区、办公区与施工场地分开，设施设备按现场布置图规定位置存放，并随施工基础、下部、上部等不同阶段进行场地布置和调整，最大限度的减少场地占用。

　　2.2道路和场地

　　工区内道路通畅、平坦、整洁，不乱堆乱放，无散落物;场地平整不积水，排水成系统，并畅通不堵;施工废料集中堆放，及时处理。

　　2.3材料堆放

　　砂石分类堆放成方，砌体料归类成垛，堆放整齐，标识清晰。

　　2.4周转设备存放

　　施工钢模、机具、器材等集中堆放整齐。专用钢模成套放置，专用钢模及配件、脚手扣件分类分规格，集中存放。

　　2.5水泥库

　　袋装、散装不混放，分清标号、堆放整齐，目能成数。有制度、有规定，专人管理，限额发放，分类插标挂牌，记载齐全而正确，牌物帐相符，库容整洁。

　　2.6构件及特殊材料

　　砼构件分类、分型、分规格堆放整齐。空心板存放要注意地基承载处理和支垫点正确稳定。钢材分类集中堆放整齐。支座、垫板、预埋件等分门别类妥善保管。

　　2.7清除施工污染

　　土方处理，应按设计要求，按监理工程师指定地点处理，防止水土流失，尽量减少对周围绿化的影响和破坏。施工废水、生活污水不得污染水源、耕地、农田、灌溉渠道。工地垃圾及时运到指定地点。清洗集料，机具或含有油污的操作用水，采用过滤的方法或沉淀池处理，使生态环境受损降到最底，尤其是场内土方与场外土方的运输，加强对道路的洒水工作，以确保不致尘土飞扬。

　　3.沉井施工方案

　　3.1沉井施工程序

　　清理场地→测量放样→基坑开挖→铺设砖垫层→沉井制作→沉井下沉→水下砼封底→钢筋砼底板

　　3.2沉井制作

　　采用一次制作、一次下沉的方案

　　3.3沉井制作控制

　　3.3.1模板的对销螺栓中部焊止水铁片，两头焊小钢筋头作为木瓦丝的定位销，拆模时割除外露螺栓，用环氧砂浆填塞养护，以防渗水。

　　3.3.2沉井井壁砼抗渗要求较高，不得出现渗漏，采用抗渗s6混凝土。

　　3.3.3施工缝周边留钢板止水条，另外砼表面凿毛处理，用水冲洗干净，方可浇筑上层砼。

　　3.3.4预留洞口下沉时用钢板封堵，并用角钢加井字撑。同时对洞口用粘土和砖密实填筑。

　　3.4沉井下沉

　　下沉前准备工作：

　　沉井制作完成，在保养、清理期间，需完成下沉前的如下工作：

　　拆模，补螺栓眼。井壁与封底砼，底板砼接触处凿毛。预留筋处理，底板与井壁预留筋上层筋向下掰，下层筋向上掰。沉井四角设立高程点，东西南北各中轴线用黑线在井壁弹注，便于下沉过程中及时测量高程，纠正偏差。对操作工人进行技术交底。本沉井采用不排水下沉，待沉井刃脚砼强度达到100%，上部强度达到70%以上，即可开始下沉，采用泥水下沉,泥浆经沉淀后集中外运。

　　在沉井下沉过程中，由专人负责测量工作，专人检查及时将测量结果通知现场负责人，指挥井内施工人员及时调整、纠正，初沉时观察井的四周高程和沉井的轴线对称情况，每班不少于2次。

　　沉井下沉质量控制

　　技术人员加强监测，控制下沉进度及纠偏。

　　沉井开始下沉4m内，保持沉井的平台位置与垂直度的正确，防止继续下沉。

　　保持沉井下沉的高程偏差、位移偏差满足规范要求，以在沉井顶板施工时消除误差。

　　针对下沉过程中出现偏差的不同原因，分别采取措施及时纠偏，保证沉井顺利、准确下沉到位。

　　距终沉2m时，加密监测，控制下沉速度，保持沉井平衡就位，根据测试的贯性下沉量，预留一定的自沉量。

　　3.5水下砼封底、底板

　　沉井下沉至设计标高后，应立即进行素混凝土封底施工，要求采用水下封底，并在封底混凝土顶面预留插筋，封底混凝土浇筑时，应对称均匀，防止对土层扰动。在封底混凝土强度达到设计强度值前，应保持井内外水位相等，以免封底混凝土承受水压，影响封底效果。当封底强度达到设计强度后，方可进行抽水，抽干后不得有渗水现象，否则应修补。

　　4.泥水平衡法顶管施工方案

　　4.1设备选择

　　综合考虑各项因素决定采用遥控式泥水平衡顶管系统设备，遥控式泥水平衡顶管系统它有以下优点：

　　4.1.1适用的地质范围比较广，如遇地下水位高以及地质范围变化大的土质条件，它也能适用。

　　4.1.2保持挖掘面的稳定，对周围土层的影响比较小，施工后，地面沉降也较小。

　　4.1.3其他类型顶管相比，泥水式顶管的推力比较小，适宜长距离顶管。

　　4.1.4作井内作业环境比较好，作业比较安全，如挖掘面稳定，不碎地造成地面沉降而影响交通及各种公用管线的安全。由于采取泥水输送弃土，没有吊土、搬运土方等客观比较容易发生危险的作业。可以在大气常压下工作，不会有因采用气压顶管带来的各种问题以及影响作业人员的健康等。

　　4.1.5可以连续出土，因此作业速度快。

　　4.2进出洞口措施：

　　顶管顺利进出洞是顶管成功的基础，我们考虑到土质条件较差，提出以下进出洞口措施：

　　4.2.1进出如造成洞口周围地基塌隐，应进行回填粘土压密加固，必要时加以井点降水疏干土体水分，另外在顶留洞外侧安装槽钢封门，以便在顶进之前能顺利拆除预留孔砖墙，拔起钢封门后立即将掘进机推出洞口。

　　4.2.2使出洞口在施工中不发生泥水流失，洞口止水装置必须良好，必须做到：止水胶圈安装平整牢固，水密性良好;止水胶圈安装位置必须与管道在同一轴线。

　　4.2.3确保工具管安全进出洞，尽量避免泥水流失，造成地面塌陷，在必要时，我们可以对洞口外的土体采取压密注浆进行加固。

　　4.3管道外围压注触变泥浆减摩

　　为了减小管道外壁的摩阻力，必须在管道外围压注触变泥浆。

　　触变泥浆压注力和耗量：触变泥浆的压注力应与注入土层的土体压基本相当或略大，而触变泥浆的耗量亦应略大于或等于地层土体的损失量。

　　触变泥浆的配比及拌制：

　　4.3.1多次试验，采取成品膨润土的配合比如下：

　　膨润土:水:碱=100:614:2.0(重量比)

　　4.3.2浆的拌制要均匀。首先将定量的水放入拌和桶内，开动拌和机徐徐投入膨润土，拌和2-3分钟，继续搅拌7-8分钟，即成泥浆。制成的泥浆排放入贮浆池内贮存12小时，使膨润土、水、碱发生置换作用，形成稳定性良好，且有一定粘度的泥浆，使用时用泵压至管道外围。

　　4.3.3浆的压注方法：

　　采用在顶管机压浆、中继环补浆的方法，对掘进机压浆要与顶进同步，以迅速在管道外围空隙形成粘度高、稳定性好的膨润土泥浆层。

　　4.3.4泥浆的置换

　　每段管道顶进完成后，立即用2:1水泥浆将泥浆置换出来，以确保管道外围土体有足够的支撑和减少渗漏水。

　　4.4顶管推进

　　最大允许推顶力

　　顶管中推顶力不仅受设备的制约，而且受工作井后靠土体稳定的允许反力和管材轴向承压力的限制，因此在顶管施工中允许推顶力应受诸多因素中的最小允许承载力来决定。

　　4.5管材和接口

　　我们选用符合建设单位要求的成套管材，进场时按规范进行验收，不合格品予以清退，并附相应合格检测报告。

　　按管前再次检查管子接口的槽口尺寸，橡胶圈和衬板的外观和质地。确认合格后方可使用。接管时可在接口外均匀涂抹上溥层硅油等橡胶无腐蚀性的润滑材料以减小摩阻力，承插接管时加力要均匀，应保证橡胶圈不移位，不反转，不露出管外，顶管结束后要按设计要求对管接口进行处理，对管道进行防腐。

　　4.6顶管施工

　　顶管施工质量的好坏与设备安装的精确度有直接的关系。安装前，应根据已知的控制点、标高，准确无误地测放出进出洞口的标高和顶管的轴线，并依此测放设备和安装位置。导轨、千斤顶支架、靠背等设备必须安放准确牢固，以保证顶管的顺利进行。

　　4.6.1推力的理论计算：(Φ1200计算)

　　F =∏*D *L*f +N 其中F —顶进阻力

　　(D —管外径1.4米 p—控制土压力)

　　P=Ko*γ*Ho

　　式中 Ko—静止土压力系数，一般取0.55

　　Ho—地面至掘进机中心的厚度，取最大值6m

　　γ—土的湿重量，取1.9t/m3

　　P=0.55*1.9*6=6.27t/m2=62.7KN/m 式中f 一管外表面平均摩阻力，取4.0KN/m2

　　D—管外径1.4m

　　L—顶距(最大顶距为120米)

　　N = 3.14 96.47KN/m2

　　F =∏*D *L*f +N =3.14 +96.47=2206.55 KN

　　=220.66T

　　通过理论计算得总站选用2台125T千斤顶，设计顶力为250T。

　　4.6.2后背的计算

　　后背在顶力作用下，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。这种弹性变形即象是正常的，顶管中，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。

　　后背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，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工案例，施工时应后背的强度和刚度计算

　　为满足本工程顶管的要求，后背设计为长2500mm,高2000m,厚500mm的砼C25钢筋长方体结构。

　　后靠背受力计算公式

　　式中：

　　R-总推力之反力(一般大于推力的1.2-1.6)

　　a-系数(取1.5-2.5之间)　，此处取2

　　B-后座墙的宽度(M)　此处取2.5米

　　γ-土的容重(KN/M3)　(取19KN/m3)

　　H-后座墙的高度(m)　，此处取2米

　　Kp-被动土压系数

　　c-土的内聚力(kPa) 一般情况下取10

　　h-地面到后座墙顶部土体的高度(M)，此处取5米

　　按上式计算，圆形工作井加护套后能承受1030T顶力>实际顶力250T。完全能满足要求。

　　4.7在顶进时应注意以下几点：

　　4.7.1随时注意主泵压力的变化，当发现压力突然上升(有障碍物)或下降(遇软弱土层)时，应立即停止顶进，查明原因，以防发生意外。

　　4.7.2千斤顶的伸长值，不得超过临界冲程。

　　4.7.3应连续顶进，不得长时间停歇。

　　4.7.4根据土质进行顶进压力控制，顶进时及时补浆，并注意注浆压力及注浆量的控制。

　　4.7.5加强对顶进速度的控制，加强监测，及时控制，纠正偏差。

　　4.7.6停止顶进，一定要使挖掘面保持一定的压力，防止漏水及土层中泥水流失，尤其是出洞时，更应注意这个问题。

　　4.7.7另外，在管道在顶进过程中可能会碰到土层中夹有小石块，这些土层会对管道顶进很不利，在这一部分管道施工前我们首先要对现场进行更进一步的踏勘，与有关部门联系，进行详细的调查，掌握确凿的资料，以便制定切实可行的施工方案。

　　4.8顶进监控

　　4.8.1前期测量：

　　顶管前，应在工作井处设置管道轴线控制桩和临时水准点、工作井护桩，以便复核顶管轴线和工作井位置是否移动。开始顶进前，准确测量掘进机中心的轴线标高偏差，并作好原始记录。

　　4.8.2顶进测量：

　　测量仪器固定安放在工作井的后部千斤顶架子中心，并在工作井内建立临时测量系统。管道顶进过程中必须按要求测量和控制管道标高及中心偏差，并作好记录。每顶进50cm必须测量一次，

　　4.8.3竣工测量：

　　一段管面完后，应立即在每节管道上选点，测量其中心位置和管底标高。根据测量结果，绘制竣工曲线，以便进行管道质量评定。测量地段的沉降。并作好记录以确定顶管施工对周围环境的影响情况。

　　5.接入老井

　　因为接入老井而造成的安全事故时有发生，针对本工程接入老井的施工部分，做了如下考虑：

　　5.1顶管工程中，为使管子能顺利从工作井内出洞，一般采取工作井预留洞口比管节外径略大些(一般为100mm)的方式，顶进时此间隙需采取有效措施进行封闭，否则地下水和泥砂就会从该间隙流到工作井内，会造成洞口上部地表的塌陷，甚至会造成事故，殃及周围的建筑物和地下管线的安全。因此，顶管过程中洞口止水是一个不容忽视的环节，必须认真、仔细地做好此项工作。

　　5.2我们采用的洞口止水方法是在工作井制作时，需在出洞口处做一弓形的止水墙，以便将洞口止水装置安装在平面上。止水墙的混凝土标号同工作井混凝土标号，预先在洞口预埋一个10mm厚钢法兰，在钢法兰上焊接螺栓，安装16mm厚橡胶法兰，用10mm厚钢压板压紧。

　　5.3接入老井时应首先抽干老井的水，并设置鼓风机保持管道内通风，并采用有害气体探测仪进行探测，确保有害气体浓度低于危险值时，方可下井作业，所有下井接通人员必须佩带防毒面具，身上配备安全绳索，地面需由执勤人员，并需要有懂急救常识的人值班，并配备急救药物箱。下井人员必须配备对讲机，地面人员应每隔5秒与井下人员对讲一次，确保井下人员安全，如有紧急情况立即拉动绳索，将井下施工人员救出。

　　通过以上的方案，我们可以看出，在现阶段的顶管施工中，重点任然是做好地下土质的分析，确定机头的选型，并确定顶力计算。另外值得关注的是近期时常出现安全事故的老井接入问题，也需充分考虑各种安全因素，确保施工人员安全。

　　参考文献

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