大直径雨水管顶管及曲线顶管施工技术

第1期施工技术论文集-市政桥梁总师办大直径雨水管顶管及曲线顶管施工技术摘要:介绍了上海浦东新区张江集镇1#、2#（合建）泵站的雨水进水管，管径DN2700和DN3000的大直径顶管以及管径DN1800的曲线顶管在复杂环境下的施工技术，由于施工措施合理，使顶管精度达到规范要求，顺利贯通，为类似工程施工积累经验。关键词：排水工程；大直径顶管；曲线顶管；施工技术；施工措施；上海市浦东新区摘自：城市道桥与防洪.2005.第6期1工程概况某雨水泵站工程包括雨水泵站和雨水管道两部分。雨水管道有高科路东端工作井到泵站的DN2700顶管，西北方向高斯路的1#接收井到2#工作井的DN1800曲线顶管、西南2#接收井到2#工作井的DN2400顶管，2#工作井到1#工作井的DN3000顶管和1#工作井到泵站转折井的DN3000顶管（详见图1）广兰路高斯路高科路高科路张江路马家浜马家浜1#接收井（原井改造）雨水泵站2#接收井2#工作井1#工作井工作井泵站转折井图1泵站雨水管道平面图DN1800-13.33直线顶管DN1800-181.45曲线顶管DN1800-20.78直线顶管DN2400-92顶管DN3000-134顶管DN3000-116顶管DN2700顶管2工作井施工2.1施工顺序该工程按照设计图纸，结合现场实际情况决定各工作井施工顺序为先逆作法施工1#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#接收井属原井改造，泵站转折井随泵站施工完成。顶管施工顺序为：从1#工作井先顶进DN3000管，穿越马家浜进入2#工作井，再从2#工作井顶进DN1800曲线段，再从2#工作井顶进DN2400管进入2#接收井，最后从1#工作井顶进DN3000管，进入泵站的转折井。2.2工作井基坑SMW工法桩围护施工技术工作井为圆形井，基坑内径Φ10.6m，开挖深度13.62m，SMW工法桩（Φ1200双头水泥搅拌桩一隔一跳插HN500×200型钢）第1期施工技术论文集-市政桥梁总师办围护。地面标高5.12m，卸载3m深至2.12m，卸载宽6m。卸载后基坑开挖深度10.62m。H型钢长18.50m，顶标高2.62m，伸出圈梁面0.5m。搅拌桩比H型钢深2m。桩顶圈1200mm×600mm，圈梁面标高2.12m。（见图2）2.120mH型钢HN500*200QL1200*600Ф1200水泥搅拌桩45008001200AA2000690010600500A-A图2工作井基坑围护内衬结构2.2.1搅拌桩施工工艺流程水泥搅拌桩二次喷浆三次搅拌为宜，施工流程如下：测量放样沟槽开挖搅拌桩机就位切土下沉喷浆搅拌提升复搅下沉喷浆搅拌提升桩机移位下一桩位施工……用水准仪、经纬仪校正浆液配置2.2.2HN500×200型钢插入把H型钢焊接至18m长桩架就位用水准仪及经纬仪定位H型钢H型钢打入或振动压入制作钢筋混凝土圈梁600mm×1200mm2.3工作井内衬结构墙逆作施工技术结构全高10.62m，分四段施工。圈梁和第一段，标高2.12m～0.00m，第1期施工技术论文集-市政桥梁总师办挖土，浇筑内衬墙和圈梁；第二段，标高0.00m～-3.90m，挖土，浇筑内衬墙；第三段，标高-3.90m～-6.50m，挖土，浇筑内衬墙；第四段，标高-6.50m～-8.50m，挖土，先浇垫层和底板，再回筑第四段内衬墙。每节内衬结构段的施工，土方挖到分段标高后，沿基坑周边往下挖0.8m宽1m深的沟槽，焊接内衬墙结构钢筋，其竖向钢筋下端分别伸入沟槽0.3m和1m，然后对沟槽分层回填黄沙夯实，再50mm厚C10砼垫层铺平到开挖面，接着安装节段模板，浇注节段砼。节段施工缝的止水，是在节段底部砼垫层面，靠内排钢筋安设一圈150mm×150mm的木条。木条于下一节段土方开挖时扣出，形成节段间高低差止水缝。（见图3）1000内衬墙150*150木条首层开挖面标高0.00地面卸载标高2.12m桩顶圈梁砂沟50厚砼垫层SMW工法桩8001200图3内衬墙第一节段施工3大直径（DN3000）直线顶管主要施工技术3.1顶管掘土机型式选用顶管掘进机的选型，针对该工程覆土层厚（2～3)D,D为顶管内径，“F”型钢筋混凝土承插管，沿线地面建筑物虽不多，但在顶进过程中，要穿越马家浜河，河中覆土厚度约h=2～2.5m，过河之后要在张江路下穿过，进人2#工作井，张江路两侧各种管线较多，需要保护，根据这个特点，选用多刀（四个小刀盘）土压平衡掘进机。此种掘进机纠偏灵活，方向容易控制，对土体扰动小，地面变形小，排除障碍物能力强。3.2工具管的出洞技术3.2.1工具管进出洞地基加固措施顶管施工中的进出洞是一项很重要的工作，由于顶管所处的地层含水量大，扰动后易塑流的特点，为防止机头进出洞时地下泥水的涌入，确保机头进出洞时的安全性和第1期施工技术论文集-市政桥梁总师办可靠性，我们采用压密注浆技术对进出洞口周围的土体进行“窗”式加固措施，加固范围为上下左右超出洞口边2.Om、轴线方向伸出搅拌桩3.Om。加固后，使这一部分土体在工具管进出洞开洞时，不发生土体塌方现象。3.2.2工具管出洞技术措施工具管全部安装调试完毕后，准备顶进前，采取如下技术措施：（1）管顶进至离洞口0.5～1.0m处停止。（2）按照原设计要求，在出洞前将H型钢全部拔除。为确保安全，增大后靠背承受的顶力，后靠背位置处型钢待顶进完成，再将其拔除。考虑到DN3000顶管预留洞口直径为4.0m，该范围内共计有4～5根H型钢，如果全部拔除型钢后，该范围内的搅拌桩将被破坏，从而人工进行开洞的时候，带来一定的安全隐患（如搅拌桩土体塌落等），故决定两个洞口处各留2根H型钢，暂不拔除，待开洞凿除搅拌土后再将其拔除。（3）在确保安全的情况下，用空压机凿除井壁洞口，将凿除物清理完毕。（4）为防止工具管出洞时产生叩头现象，采用延伸导轨，并将前3节钢筋混凝土管与机头做成可调节的刚性连接。（5）推进工具管，直到洞口止水圈能止水为止，静候3～4h，测出静止土压力，结合理论数据定出推进土压力控制值。（6）继续前推工具管，在安装第一节管前，应将工具管与导轨之间进行限位焊接，以免在管顶缩回后，由于正面土压力的作用，将工具管弹回。3.3工具管的进洞技术方案（1）当工具管推进至距接收井壁30～50cm时，停止推进。（2）在确保安全的前提下，拔除洞口H型钢，用空压机凿开壁洞口，速将工具管推进接收井。（3）继续推进，直至推进至设计要求位置为止，将工具管与最后一节顶管脱离。（4）将工具管吊起，将井内杂物清理完毕，然后将顶管外壁与预留孔间间隙堵住，并安插好内径为2cm引水管。（5）洞口止水圈装置。3.4顶力的理论计算1#顶管工作井～2#顶管接收井段的顶力。F=F1+F2=2980+1180=4160kN式中：F1—正面阻力F2—顶管周边摩擦力顶管实际最大顶力为3750kN，理论值偏大11%。工作井内布置4只顶力千斤顶，每只千斤顶顶力2O00kN。3.5中继间设置根据设计院提供的资料，工作井所能承受的最大顶力为480t（小于管材纵轴最大允许轴力），由于泥浆剪力取小值，为安全起见当总推力达到中继间总推力的70%时，开始安置中继间，在长距离大口径的顶管中、，中继间的安放相当关键，在该工程中，顶管的长度为134m，由于泥浆套性能良好，在顶进了6Om之后，顶力增加很小，虽然在中间设置了中继间，但一直没有启用，直至顶进2#工作井。3.6顶管穿越马家浜第1期施工技术论文集-市政桥梁总师办顶管穿越马家洪河道时，考虑到最大覆土为3m，属于浅覆土。在穿越河道时，采取以下二种措施：（1）当顶近至河道边时，放慢顶进速度，一般顶进速度为每分钟3～3.5cm，由于在穿越河道时考虑到覆土层较浅，顶进过快会使河道底土体开裂，故采取放慢顶进速度，控制在每分钟1～2cm；（2）减小同步注浆压力，一般注浆压力为0.1MPa，过河道时注浆压力控制在0.05～0.07MPa，并随时观测顶管工具管内压力表的变化及工具管和管节接口是否渗水。一旦发现有渗水现象，立即停止顶进。4DN1800钢筋混凝土曲线顶管施工技术4.1工程概况该曲线顶管工程位于张江路2#工作井至高斯路1#接收井，全长215.5m，其中进出洞口为两段直线段，长度分别为21m、13m；曲线段长181.5m，曲线半径为450m，顶管覆土层平均厚为H=6.8m，管径DN1800mm，管材选用“F”型钢筋混凝土承插管。顶管两侧为一排居民楼，相距10m左右，由于相距较远，在顶管施工时对居民楼影响较小，并且在顶管施工前，做了详细的勘察工作，对年代久远的地下管线进行保护，工具管选型同DN3000顶管。4.2曲线顶进推力的理论计算全程顶进阻力F总=F0+F1+F2＝312+463+2708=3483kN式中:F0——工具管顶面阻力F1——直线段管壁综合摩阻力F2——曲线段管壁综合摩擦力4.3中继间设置根据总推力及工作井后靠背所能承受的最大顶力以及管轴向允许推力，取工作井所能承受的最大顶力为3700kN（管材大于此值），而顶进总顶力为3483kN,基本相近。故在曲线中间设置一个中继间，完成了该段曲线顶进。4.4管接口接缝张开计算管外接缝最大（S1)S1=(L×D)/(R－r。）=(2.0×2.16)/(450－1.08)=9.62mm管内接缝最大张开计算（S2)S1=L×(D－t)/(R－r。）=2.O×(2.16－0.18)/(450－1.08)=8.82mm管内接缝最小张开计算（S3)S3=L×t/(R－r。）=2.O×0.18/(450－1.08)=0.8mm4.5曲线顶管管缝控制曲线顶管的管缝控制非常重要，如果管缝张不开就形不成曲线，张开过大，将造成顶管纵向失稳，特别在粉质粘土中顶管，在管缝形成后，如果纠偏控制得不好，其偏离趋势会越来越大，虽然可以通过纠偏千斤顶纠偏，但这种偏差不是一下子能纠回来的，这样顶管的线形往往形成蛇行，而且最大偏差值往往超过规范允许范围，如果管缝张开过大，会给工程带来危险，故在该工程中管外最大开口间隙控制在20mm值，以避免顶管接口张缝过大造成渗漏。该DN1800顶管最小曲率半径：Rmin=（LD+S1r0)/S1=217m4.6曲线顶管的测量曲线顶管工程的测量是整个顶管工程质量的关键，它的实施好坏影响到管线线形第1期施工技术论文集-市政桥梁总师办的圆顺，甚至影响到顶管的顺利贯通。因此要精心实施确保无误。该工程曲线测量包括高程测量和左右偏差测量两部分：（1）高程测量较简单，在地面上把永久性水准点引测至井边，通过垂直吊钢尺引测至井下，设临时水准点。再在管道内架设水准仪测至机关内标靶，即可知道工具管高程偏差。此水准还可从工具管测出来，闭合差按二级水准控制。（2）左右偏差测量较复杂，在直线顶管中，我们可以在后座设一激光经纬仪，在满足通视的条件下，直接看工具管内标靶就可知道左右偏差，而曲线顶管却做不到，因为管线线形是圆弧形的，后座内激光经纬仪不能一镜子看到底。因此需在管道内布置移动测站。（3）我们在井内后座处设置一个固定仪器墩，上架测距仪（测角精度2，测距精度3+5pp)：在管道内布设移动测站，采用弧形钢板固定在管壁上；在井边设置固定脚架，上架棱镜，这样管道内就布设成了延伸导线，按导线法进行测量。方法是从井内测井边固定棱镜，作为起始导线边，然后从井内测管道内第一台全站仪，通过导线法传递，一直测到工具管内棱镜，通过测量专用程序算出管中心坐标，与设计坐标比较，得出工具管的实际偏差。（4）井边棱镜的坐标和井内对中仪器墩中心坐标通过地面上已知的控制点放设，方法是三角测量，其误差控制在允许范围内。此两个坐标是工程曲线管测量的关键，需定期复核，一般每50m复核一次，进洞前加密测量。根据复核的结果修正起始点坐标。（5）接收井预留洞间隙：考虑到施工存在误差，机头操作也存在误差，我们把管内导线测量误差控制在△1=±25mm，顶进误差△2=±50mm，△=△1十△2=±75mm，因此预留贯通洞，每边富裕量定为75～100mm是合适的。4.7减阻泥浆的运用顶进施工中，减阻泥浆的运用是减少