关于大口径污水顶管工程浅析

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_lichunfeng
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  摘要:本文简要介绍了在市区内大口径污水顶管工程技术,包括地下管线的监测及保护措施。为今后在市区内无法开挖的路段进行地下顶管工程施工提供一些技术支持。
  一、工程概况
  顶管区间概述:本段顶管是外环北路污水主干管线工程中的一部分工作内容,位于越江路与通泰路交叉处,原设计方案为开挖施工,但由于本工程实施时两侧房屋均未拆迁,且管线众多(军用光缆、电力、中压煤气、上水等),道路无法开挖。所以经相关部门商议大开挖改为顶管施工,顶管采用顶管Ф1600的“F”型钢筋砼管,长度160m,为直线顶管,管道埋深3.38m~3.98m,需要将土体进行加固,加固方式采用管道内压密注浆+水平旋喷。
  二、工程地质
  2.1 地形地貌
  本段顶管位于通泰路下方,地面标高在4.14~4.47M之间,高差0.33M。
  2.2 地基土特征
  本段顶管所在土层大部分位于③灰色淤泥质粉质粘土和③夹灰色砂质粉土,顶部大部分位于③夹灰色砂质粉土。
  三、顶管施工原理
  3.1 顶管机选型
  选择好顶管掘进机对顶管施工是至关重要的。本工程拟采多刀盘土压平衡顶管机进行施工。
  
  
  3.1.1 施工原理
  该机型的施工原理是建立在土压平衡理论基础上的。即:掘进机正面压力与所处土层的地下水压Pw和土压力P处于平衡状态; 排土量与掘进机顶进体积的平衡(1)。
  该机面板上设有土压力传感器,可精确测量土仓内土压P,在理论上我们可将P控制在Pa~Pp之间,这样就能达到了土压平衡。
  Po=Ko•γ•H
  Pa=Ka•γ•H-2C√Ka
  Pp=KpγH+2C√Kp
  其中:Po-静止土压力Kpa
  Pa-主动土压力Kpa
  Pp-被动土压力Kpp
  γ-土的容重KN/M3
  H-埋深
  Ko-静止土压系数,一般取0.55
  Ka-主动土压系数,tg2(45-δ/2)
  Kp-被动土压系数,tg2(45+δ/2)
  δ-土的内度角℃
  C-土的粘聚力Kpa
  从实际施工来看,在覆土层较深时,主动土压Pa~被动土压Pp的变化范围较大,加上理论计算与实际间的误差,我们一般将施工控制土压设定在Po±20Kpa范围内,则地面沉降可控制在lCM以下。
  3.1.2 特点
  ①.适用的土质范围非常广泛,几乎从软土到硬土的各种土质都适用,是一种全土质的掘进机。
  ②.由于采用了泥土加压的施工原理,因此,它施工后的地面沉降最小,根据我们的施工经验,它的最大沉降量一般不会超过10MM。
  ③.由于是干土,弃土处理比较简单,没有泥水掘进机的二次泥水处理问题。
  ④.有利环保,作业环境好,管道内可保持异常清洁,且施工噪音小。
  ⑤.有较完善而合理的土体改良功能。
  由于该顶管机具有对土层扰动少的特点,因此该机型在现今使用较广,并有着丰富成功施工经验、技术成熟、可靠。
  3.2 顶管施工工艺、最大顶力计算及中继间设置
  3.2.1 顶管施工工艺
  
  
  3.2.3 推进最大顶力计算
  根据设计图纸显示,该段顶管工作井→接收井,Φ1600-80M,地面标高为4.14M,设计管内底标高为+0.3M。
  F=F1+F2
  其中F一总推力
  Fl一迎面阻力F2一顶进阻力
  F1=Π/4×D2×P(D一管外径1.66MP一控制土压力)
  P=K。×γ×H。
  式中K。一静止土压力系数,一般取0.55
  Ho一地面至掘进机中心的厚度,取最大值5.3M
  γ一土的重量,取1.9T/M3
  P=0.55×1.9×5.3=5.53T/M3
  F1=3.14/4×1.662×5.53=11.96T
  F2=πD×f×L
  式中:f-管外表面综合摩阻力,此处取0.3T/M2
  D-管外径1.66M
  L-顶距80M
  F2=3.14×1.66×0.3×80=125.1T,即每顶进lM顶力上升1.56T。因此,总推力F=11.96+125.1=137.06T
  主顶油缸选用4台150T(1500KN)级油缸,每只油缸最大顶力不超过120T(1200KN)。
  3.2.4 中继间设置(顶力的限制)
  经计算得知本段80m长的顶管总推力小于设计主顶油缸的总推力,故无需设置中继间。
  3.3 测量控制及顶管施工中的纠偏
  3.3.1 测量控制
  本段顶管测量施工分为两种:顶管施工中的测量、路面及管线沉降的测量。
  顶管施工中的测量:在顶管正常顶进施工过程中,测量频率为每顶进一节进行一次轴线测量,当实测顶管轴线高程、平面偏差值大于40MM时,需要适当增加顶管机的测量频率,以保证工程的施工质量。在顶管快接近终点阶段(对接处)最后十节的顶进施工过程中,需进行两次/每节的轴线测量,并做到勤纠微纠,以保证准确的对接。
  ①.平面控制:为确保工作井、接收井间贯通、横向、竖向误差小于100MM,在两端头附近埋设导线点,利用控导点和导线点,以导线轴线测量形式,将平面控制成果引测到施工现场。利用控导点和导线点建立平面控制网。导线测量采用全站仪,方向观测6测回,测角精度+1″,测距6测回,双向观测,测距相对误差<1/80000,对观测结果进行平差。井上坐标点向井下传递采用联系三角形方式,点位由铅锤仪垂直投设。井下控制顶进方向的基准点用钢架埋设成固定点,采用全站仪跟踪观测机头平面偏差方向。
  ②.高程控制:利用施工区域附近的已知水准点,布设二等水准路线,将高程引测到工作井附近,并设立施工高程控制点。水准测量采用NA2型带平行玻璃板测微器水准仪配合铟钢尺进行,往返观测。地面高程传递到井下时,可用钢尺垂直悬挂,下系线锤至标准拉力,然后地面、井下两台水准仪同时观测。钢尺应进行尺长、温度两项改正。井下布设2~3个地面起始高程控制点。顶管机头高程控制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10MM透明塑料管,管内充满水,根据连通原理,读出二端液面差,再计算出掘进机头水平偏差。每顶进20CM测量一次偏差值,做到及时掌握机头姿态和发展趋势,以便及时纠偏。
  ③.顶管姿态测量:为保证顶管机严格按设计轴线推进,必须及时观测顶管动态数据,从而调整顶管各施工参数,指导顶管正确、安全推进。在顶管机头部纵向设一对水平横尺,利用布设的三维坐标控制点,测量各尺读数,经精确计算得出顶管转角、顶管中心方向偏差值、顶管坡度、顶管中心高程等数据,从而相应调整顶管机各个施工参数。顶管推进轴线应控制在允许偏差范围内,如有微小偏差,可按比例分段纠偏。
  注意:在顶管机头距对接部位大约30M左右时,应加强监测确保以后能一次对接到位,当顶管工具管进入旋喷桩加固区域后,每顶进50CM,重复测量顶管工具管与预留管的标高及轴线位置,以确保对接位置准确性。
  3.3.2 顶管中的纠偏
  顶进过程中的纠偏采取调整纠偏千斤顶的方法,进行纠组操作,若管道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,则应先纠正偏差大的一面。
  发生较大偏差应分析发展趋势,采用分次逐步纠正,勤调微纠,若偏差超过质量标准,应通知停止顶进,研究有效措施,方可继续顶进。
  頂进中经常发生顶管机头的旋转,影响出土,测量等,必须采取措施。防止偏转扩大,其方法有:①.改变切削刀盘的转动方向;②.在管内的相反方面增加压重块,直到正常。
  3.4 顶管施工质量要求
  钢筋砼顶进不偏移,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,紧贴,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°;
  管线轴线偏差不得大于±100MM;
  标高偏差 L≤100M+40~50L>100M+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0.18Mpa
  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°。
  在管道顶进过程中,地面隆起及沉陷的最大极限值为±20MM。
  3.5 顶管施工主要安全技术措施
  3.5.1刚顶进时管子要防止反弹,因刚顶进管子还没有一定距离和摩阻力,很容易被洞外土压力挤出,因此在顶进到位收泵时,要注意观察反弹现象,如有反弹停止收泵,采取止回措施,方可收泵。
  3.5.2 管道内的防火措施也相当重要。主要做好以下几点:①.管道内未经许可不得动用明火;②.管道内任何人都不准吸烟;③.用于管道内的所有材料,都应是非燃材料或具有延迟起火的性能;④.管道内的气体含量需经常检测,发现可燃气体超标,应立即停机,加强通风。
  3.5.3用电安全必须注意:电加热器和散热器,如果线圈和零部件外露,不允许在管道内使用;电源线和电缆,都需是铠装软电缆;电力配电板和接线板需有密封柜罩住,并且输入输出插座需有经认可的密封套完全套住。
  3.5.4 管子吊装安全措施
  ①.吊管必须有人指挥,并持有效证件。
  ②.吊机停放要平稳,基实牢固的位置。
  ③.吊机驾驶必须持有有效证件(特殊工种操作证)。
  ④.吊管钢丝绳要选择标准规定的材质,吊管时管内与钢丝绳接触点要垫好木块,以免擦伤钢丝绳和管口钢套环。
  ⑤.在吊装管子时,工作井下垂直点不准站人,与管体平衡点不准站人,防止悬空惯性而碰撞伤人。
  四、、施工中的管线保护
  施工期间我们将煤气管、上水管、雨水管及污水管等一些刚性及年代久远的重要地下管线地下管线进行注浆加固,注浆加固将分三次进行(具体分为事前、事中及事后),具体施工方法如下:
  1、施工前的土体加固:施工前我们对煤气管等重要管线四周1m范围内的土体进行预加固,从而增强其整体性和刚度,可抵抗管道顶进时土层扰动的影响。
  2、施工中的跟踪注浆加固:顶管施工过程中,根据顶进情况及第三方沉降监测数据,及时进行跟踪注浆,以补充顶管顶进时地层损失体积,增强土体的动态稳定性。在注浆过程中应严格控制好注浆压力,以免压力过大,引起地表隆起现象。
  3、施工后的泥浆置换:顶进结束后,立即进行水泥浆置换,以填充管外触壁泥浆固结后体积缩小产生管外周空隙,防止顶管结束后的后期沉降,使管道周围土体趋于稳定,确保管道周边管线的安全,做到万无一失。
  而对于其他一些管线,我们将根据现场实际情况和第三方检测的数据,采取事前注浆或事中跟踪注浆加固。
  五、应急预案
  5.1 土质变化应急措施
  在顶管施工过程中,机头穿越不同土层时,机头的走向往往会出现偏移,为了便于顶管施工过程中机头纠偏自如,在施工过程中,我们将在机头后面设置3~5节特殊管,管与管节之间留有20~30凹槽,用于放置纠偏泵。
  5.2 建立意外情况立即报告制度
  在顶管施工之前,成立以项目经理为首的快速反应应急管理网络,要求各相关协作单位主要负责人必须24 小时保持通讯畅通。确保应急方案及时落实与实施。施工现场每位施工人员遇到紧急情况,需马上停止影响事态向严重发展的施工,并及时向自己的上级领导汇报,以便及时采取行之有效的措施。
  项目经理在接到应急电话后需马上赶到事发现场,根据情况严重程度涉及范围大小,组织有关人员成立对应的应急抢险小组,统一指挥,根据应急预案采取必要的应急措施。并根据国家、市委对《 应急预案》 有关文件的要求,及时向有关部门和监理业主汇报。
  在施工现场如遇危及施工人员生命安全、火灾、消防栓及公用水管、煤氣管道破裂等管线事故需及时打电话,110 (报警)、120 (救护)、119 (消防),并采取必要的措施控制现场局势向严重发展。
  针对本工程是市政工程,周边是交通主干道,车流量多和居民出入人员多的特点,在紧急情况下将安排专职交通协管员和周边居民的紧急疏散,在事件发生后不影响正常交通和居民生活。
  为确保工程在紧急情况下尽可能不影响工程的正常施工,在工地现场配置施工用电时特别考虑了施工备用电及相关设备(例如:柴油发电机等),一旦停电马上启用备用电。
  八、结论
  近年来由于在市区内交通繁忙,地下管线密布,排水工程中开挖施工对周边环境影响巨大,易造成交通拥堵、噪音污染、扬尘、扰民等事件,严重影响居民的正常生活。通过改进顶管施工技术,增加施工技术措施,在无法开挖的路段实施地下顶管,能有效减小对周边环境的影响,是未来排水工程施工技术发展方向之一。
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