大直徑雨水管頂管及曲線頂管施工技術(shù)

1、第1期 施工技術(shù)論文集-市政橋梁 總師辦大直徑雨水管頂管及曲線頂管施工技術(shù)摘要:介紹了上海浦東新區(qū)張江集鎮(zhèn)1#、2#（合建）泵站的雨水進(jìn)水管，管徑DN2700和DN3000的大直徑頂管以及管徑DN1800的曲線頂管在復(fù)雜環(huán)境下的施工技術(shù)，由于施工措施合理，使頂管精度達(dá)到規(guī)范要求，順利貫通，為類似工程施工積累經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：排水工程；大直徑頂管；曲線頂管；施工技術(shù)；施工措施；上海市浦東新區(qū)摘自：城市道橋與防洪.2005.第6期1 工程概況某雨水泵站工程包括雨水泵站和雨水管道兩部分。雨水管道有高科路東端工作井到泵站的DN2700頂管，西北方向高斯路的1#接收井到2#工作井的DN1800曲線頂管、西南

2、2#接收井到2#工作井的DN2400頂管，2#工作井到1#工作井的DN3000頂管和1#工作井到泵站轉(zhuǎn)折井的DN3000頂管（詳見圖1）2 工作井施工2.1 施工順序該工程按照設(shè)計圖紙，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況決定各工作井施工順序?yàn)橄饶孀鞣ㄊ┕?#工作井，再逆作法施工2#工作井，最后逆作法施工2#接收井，1#接收井屬原井改造，泵站轉(zhuǎn)折井隨泵站施工完成。頂管施工順序?yàn)椋簭?#工作井先頂進(jìn)DN3000管，穿越馬家浜進(jìn)入2#工作井，再從2#工作井頂進(jìn)DN1800曲線段，再從2#工作井頂進(jìn)DN2400管進(jìn)入2#接收井，最后從1#工作井頂進(jìn)DN3000管，進(jìn)入泵站的轉(zhuǎn)折井。2.2 工作井基坑SMW工法樁圍護(hù)施工

3、技術(shù) 工作井為圓形井，基坑內(nèi)徑10.6m，開挖深度13.62m，SMW工法樁（1200雙頭水泥攪拌樁一隔一跳插HN500×200型鋼）圍護(hù)。地面標(biāo)高5.12m，卸載3m深至2.12m，卸載寬6m。卸載后基坑開挖深度10.62m。H型鋼長18.50m，頂標(biāo)高2.62m，伸出圈梁面0.5m。攪拌樁比H型鋼深2m。樁頂圈1200mm×600mm，圈梁面標(biāo)高2.12m。（見圖2）2.2.1 攪拌樁施工工藝流程水泥攪拌樁二次噴漿三次攪拌為宜，施工流程如下：2.2.2 HN500×200型鋼插入 把H型鋼焊接至18m長¦樁架就位¦用水準(zhǔn)儀及經(jīng)緯儀定位H型鋼

4、¦H型鋼打入或振動壓入¦制作鋼筋混凝土圈梁600mm×1200mm2.3 工作井內(nèi)襯結(jié)構(gòu)墻逆作施工技術(shù) 結(jié)構(gòu)全高10.62m，分四段施工。圈梁和第一段，標(biāo)高2.12m0.00m，挖土，澆筑內(nèi)襯墻和圈梁；第二段， 標(biāo)高0.00m-3.90m，挖土，澆筑內(nèi)襯墻；第三段， 標(biāo)高-3.90m-6.50m，挖土，澆筑內(nèi)襯墻；第四段， 標(biāo)高-6.50m-8.50m，挖土，先澆墊層和底板，再回筑第四段內(nèi)襯墻。每節(jié)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)段的施工，土方挖到分段標(biāo)高后，沿基坑周邊往下挖0.8m寬1m深的溝槽，焊接內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)鋼筋，其豎向鋼筋下端分別伸入溝槽0.3m和1m，然后對溝槽分層回填黃沙夯實(shí)，

5、再50mm厚C10砼墊層鋪平到開挖面，接著安裝節(jié)段模板，澆注節(jié)段砼。節(jié)段施工縫的止水，是在節(jié)段底部砼墊層面，靠內(nèi)排鋼筋安設(shè)一圈150mm×150mm的木條。木條于下一節(jié)段土方開挖時扣出，形成節(jié)段間高低差止水縫。（見圖3）圖3 內(nèi)襯墻第一節(jié)段施工3 大直徑（DN3000）直線頂管主要施工技術(shù)3.1頂管掘土機(jī)型式選用頂管掘進(jìn)機(jī)的選型，針對該工程覆土層厚（23)D,D為頂管內(nèi)徑，“F”型鋼筋混凝土承插管，沿線地面建筑物雖不多，但在頂進(jìn)過程中，要穿越馬家浜河，河中覆土厚度約h=22.5m ，過河之后要在張江路下穿過，進(jìn)人2#工作井，張江路兩側(cè)各種管線較多，需要保護(hù)，根據(jù)這個特點(diǎn)，選用多刀（四

6、個小刀盤）土壓平衡掘進(jìn)機(jī)。此種掘進(jìn)機(jī)糾偏靈活，方向容易控制，對土體擾動小，地面變形小，排除障礙物能力強(qiáng)。3.2 工具管的出洞技術(shù)3.2.1 工具管進(jìn)出洞地基加固措施頂管施工中的進(jìn)出洞是一項(xiàng)很重要的工作，由于頂管所處的地層含水量大，擾動后易塑流的特點(diǎn)，為防止機(jī)頭進(jìn)出洞時地下泥水的涌入，確保機(jī)頭進(jìn)出洞時的安全性和可靠性，我們采用壓密注漿技術(shù)對進(jìn)出洞口周圍的土體進(jìn)行“窗”式加固措施，加固范圍為上下左右超出洞口邊2.Om 、軸線方向伸出攪拌樁3.Om 。加固后，使這一部分土體在工具管進(jìn)出洞開洞時，不發(fā)生土體塌方現(xiàn)象。3.2.2 工具管出洞技術(shù)措施工具管全部安裝調(diào)試完畢后，準(zhǔn)備頂進(jìn)前，采取如下技術(shù)措施：

7、（1） 管頂進(jìn)至離洞口0.51.0m 處停止。（2） 按照原設(shè)計要求，在出洞前將H 型鋼全部拔除。為確保安全，增大后靠背承受的頂力，后靠背位置處型鋼待頂進(jìn)完成，再將其拔除。考慮到DN3000 頂管預(yù)留洞口直徑為4.0m ，該范圍內(nèi)共計有45 根H 型鋼，如果全部拔除型鋼后，該范圍內(nèi)的攪拌樁將被破壞，從而人工進(jìn)行開洞的時候，帶來一定的安全隱患（如攪拌樁土體塌落等），故決定兩個洞口處各留2 根H 型鋼，暫不拔除，待開洞鑿除攪拌土后再將其拔除。（3） 在確保安全的情況下，用空壓機(jī)鑿除井壁洞口，將鑿除物清理完畢。（4） 為防止工具管出洞時產(chǎn)生叩頭現(xiàn)象，采用延伸導(dǎo)軌，并將前3節(jié)鋼筋混凝土管與機(jī)頭做成可調(diào)

8、節(jié)的剛性連接。（5） 推進(jìn)工具管，直到洞口止水圈能止水為止，靜候34h，測出靜止土壓力，結(jié)合理論數(shù)據(jù)定出推進(jìn)土壓力控制值。（6） 繼續(xù)前推工具管，在安裝第一節(jié)管前，應(yīng)將工具管與導(dǎo)軌之間進(jìn)行限位焊接，以免在管頂縮回后，由于正面土壓力的作用，將工具管彈回。3.3 工具管的進(jìn)洞技術(shù)方案（1） 當(dāng)工具管推進(jìn)至距接收井壁3050cm 時，停止推進(jìn)。（2） 在確保安全的前提下，拔除洞口H 型鋼，用空壓機(jī)鑿開壁洞口，速將工具管推進(jìn)接收井。（3） 繼續(xù)推進(jìn)，直至推進(jìn)至設(shè)計要求位置為止，將工具管與最后一節(jié)頂管脫離。（4） 將工具管吊起，將井內(nèi)雜物清理完畢，然后將頂管外壁與預(yù)留孔間間隙堵住，并安插好內(nèi)徑為2cm

9、引水管。（5） 洞口止水圈裝置。3.4 頂力的理論計算1#頂管工作井2#頂管接收井段的頂力。F=F1+ F2=2980 + 1180=4160kN式中：F1正面阻力F2頂管周邊摩擦力頂管實(shí)際最大頂力為3750kN，理論值偏大11%。工作井內(nèi)布置4 只頂力千斤頂，每只千斤頂頂力2O00kN。3.5 中繼間設(shè)置根據(jù)設(shè)計院提供的資料，工作井所能承受的最大頂力為480t（小于管材縱軸最大允許軸力），由于泥漿剪力取小值，為安全起見當(dāng)總推力達(dá)到中繼間總推力的70%時，開始安置中繼間，在長距離大口徑的頂管中、，中繼間的安放相當(dāng)關(guān)鍵，在該工程中，頂管的長度為134m ，由于泥漿套性能良好，在頂進(jìn)了6Om 之后

10、，頂力增加很小，雖然在中間設(shè)置了中繼間，但一直沒有啟用，直至頂進(jìn)2#工作井。3.6 頂管穿越馬家浜頂管穿越馬家洪河道時，考慮到最大覆土為3m，屬于淺覆土。在穿越河道時，采取以下二種措施：（1）當(dāng)頂近至河道邊時，放慢頂進(jìn)速度，一般頂進(jìn)速度為每分鐘33.5cm，由于在穿越河道時考慮到覆土層較淺，頂進(jìn)過快會使河道底土體開裂，故采取放慢頂進(jìn)速度，控制在每分鐘12cm；（2）減小同步注漿壓力，一般注漿壓力為0.1 MPa ，過河道時注漿壓力控制在0.050.07 MPa，并隨時觀測頂管工具管內(nèi)壓力表的變化及工具管和管節(jié)接口是否滲水。一旦發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象，立即停止頂進(jìn)。4 DN1800 鋼筋混凝土曲線頂管施

11、工技術(shù)4.1 工程概況該曲線頂管工程位于張江路2#工作井至高斯路1#接收井，全長215.5m，其中進(jìn)出洞口為兩段直線段，長度分別為21m、13m；曲線段長181.5m，曲線半徑為450m，頂管覆土層平均厚為H =6.8m，管徑DN1800mm，管材選用“F”型鋼筋混凝土承插管。頂管兩側(cè)為一排居民樓，相距10m左右，由于相距較遠(yuǎn)，在頂管施工時對居民樓影響較小，并且在頂管施工前，做了詳細(xì)的勘察工作，對年代久遠(yuǎn)的地下管線進(jìn)行保護(hù)，工具管選型同DN3000頂管。4.2 曲線頂進(jìn)推力的理論計算全程頂進(jìn)阻力F總=F0+ F1+ F2312+463+2708 =3483 kN 式中: F0工具管頂面阻力F1

12、直線段管壁綜合摩阻力F2曲線段管壁綜合摩擦力4.3 中繼間設(shè)置根據(jù)總推力及工作井后靠背所能承受的最大頂力以及管軸向允許推力，取工作井所能承受的最大頂力為3700kN （管材大于此值），而頂進(jìn)總頂力為3483 kN,基本相近。故在曲線中間設(shè)置一個中繼間，完成了該段曲線頂進(jìn)。4.4 管接口接縫張開計算管外接縫最大（S1)S1=(L×D)/(Rr。）=(2.0×2.16)/(4501.08)=9.62mm管內(nèi)接縫最大張開計算（S2)S1=L×(Dt) /(Rr。）=2.O×(2.160.18)/(4501.08)=8.82mm管內(nèi)接縫最小張開計算（S3)S3=

13、L×t/(Rr。）=2.O×0.18/(4501.08) =0.8mm4.5 曲線頂管管縫控制曲線頂管的管縫控制非常重要，如果管縫張不開就形不成曲線，張開過大，將造成頂管縱向失穩(wěn)，特別在粉質(zhì)粘土中頂管，在管縫形成后，如果糾偏控制得不好，其偏離趨勢會越來越大，雖然可以通過糾偏千斤頂糾偏，但這種偏差不是一下子能糾回來的，這樣頂管的線形往往形成蛇行，而且最大偏差值往往超過規(guī)范允許范圍，如果管縫張開過大，會給工程帶來危險，故在該工程中管外最大開口間隙控制在20mm值，以避免頂管接口張縫過大造成滲漏。該DN1800頂管最小曲率半徑：Rmin=（LD+ S1r0)/ S1=217m4.

14、6 曲線頂管的測量曲線頂管工程的測量是整個頂管工程質(zhì)量的關(guān)鍵，它的實(shí)施好壞影響到管線線形的圓順，甚至影響到頂管的順利貫通。因此要精心實(shí)施確保無誤。該工程曲線測量包括高程測量和左右偏差測量兩部分：（1） 高程測量較簡單，在地面上把永久性水準(zhǔn)點(diǎn)引測至井邊，通過垂直吊鋼尺引測至井下，設(shè)臨時水準(zhǔn)點(diǎn)。再在管道內(nèi)架設(shè)水準(zhǔn)儀測至機(jī)關(guān)內(nèi)標(biāo)靶，即可知道工具管高程偏差。此水準(zhǔn)還可從工具管測出來，閉合差按二級水準(zhǔn)控制。（2） 左右偏差測量較復(fù)雜，在直線頂管中，我們可以在后座設(shè)一激光經(jīng)緯儀，在滿足通視的條件下，直接看工具管內(nèi)標(biāo)靶就可知道左右偏差，而曲線頂管卻做不到，因?yàn)楣芫€線形是圓弧形的，后座內(nèi)激光經(jīng)緯儀不能一鏡子看

15、到底。因此需在管道內(nèi)布置移動測站。（3） 我們在井內(nèi)后座處設(shè)置一個固定儀器墩，上架測距儀（測角精度2 "，測距精度3+5pp)：在管道內(nèi)布設(shè)移動測站，采用弧形鋼板固定在管壁上；在井邊設(shè)置固定腳架，上架棱鏡，這樣管道內(nèi)就布設(shè)成了延伸導(dǎo)線，按導(dǎo)線法進(jìn)行測量。方法是從井內(nèi)測井邊固定棱鏡，作為起始導(dǎo)線邊，然后從井內(nèi)測管道內(nèi)第一臺全站儀，通過導(dǎo)線法傳遞，一直測到工具管內(nèi)棱鏡，通過測量專用程序算出管中心坐標(biāo)，與設(shè)計坐標(biāo)比較，得出工具管的實(shí)際偏差。（4） 井邊棱鏡的坐標(biāo)和井內(nèi)對中儀器墩中心坐標(biāo)通過地面上已知的控制點(diǎn)放設(shè)，方法是三角測量，其誤差控制在允許范圍內(nèi)。此兩個坐標(biāo)是工程曲線管測量的關(guān)鍵，需定期復(fù)核，一般每50m復(fù)核一次，進(jìn)洞前加密測量。根據(jù)復(fù)核的結(jié)果修正起始點(diǎn)坐標(biāo)。（5） 接收井預(yù)留洞間隙：考慮到施工存在誤差，機(jī)頭操作也存在誤差，我們把管內(nèi)導(dǎo)線測量誤差控制在1=±25mm，頂進(jìn)誤差2=±50mm ，=1十2=±75mm ，因此預(yù)留貫通洞，每邊富裕量定為75100mm 是合適的。4.7 減阻泥漿的運(yùn)用頂進(jìn)施工中，減阻泥漿的運(yùn)用是減少頂進(jìn)阻力的主要措施，頂進(jìn)時通過管節(jié)上壓漿孔，向管道外壁注入一定量的減阻泥漿，在管道外圍形成一個泥漿套，頂管頂進(jìn)時在泥漿中形成一組剪切面，從而減少頂進(jìn)時的頂力，泥漿套性能的好壞，直接關(guān)系到減阻