沈阜开发大道雨水管道顶管工程施工方案

沈阜开发大道（北一路出口~大兴段）改建雨水管线过路顶管工程施工组织设计建设单位：审批：总承包单位：沈阳市公路建设股份有限公司审核：编制：刘乃军编制日期：二○一○年五月二十五日1目录一、工程概况……………………………………………………………021．工程概况2．场地工程地质概况3．施工方案选择4．工程特点二、施工部署……………………………………………………………041．施工顺序2．施工总进度计划3．施工工艺总流程图三、施工准备……………………………………………………………061．生产准备2．技术准备四、主要项目施工方法…………………………………………………07五、主要施工机具设备…………………………………………………15六、施工总工期和施工进度计划………………………………………151．施工总工期2．施工进度计划七、劳动组织……………………………………………………………16八、质量、安全和节约措施……………………………………………161．质量保证措施2．安全措施3．节约措施2一、工程概况1.工程概况：沈阳市沈阜开发大道（北一路至大兴段）改建工程，位于沈阳市沈阜开发大道。其雨水管道位于沈阜大道两侧，拟建雨水管道沿线需经过与沈阜大道交汇的支、次干道约8处，每处有1～3道过路雨水管道,顶管槽底挖深均在7m左右。位置详见施工图。沈阜大道及与其交汇的支、次干道交通十二分繁忙,交通疏解困难，地下管线密集，雨水管道明挖施工无法进行，因而在雨水管道经过主、支、次干道时采用顶管法施工，顶管规格型号、级别由建设单位、设计单位确定。每道顶管长度按所经过路宽每侧各增加2m混凝土管。2.场地工程地质情况：地形起伏不大，场地地层自上而下依次为杂填土、粉土和粉砂，地下水估计十分丰富。该工程场地地质结构复杂，管道穿越土质主要有杂填土、含砂粘土、中细砂层和淤泥等，地下水在地表以下2m左右，管道处于地下水位以下。3.施工方案选择：根据场地工程地质条件及我单位多年施工经验，该段采如下顶管法施工。于顶管两端人工开挖工作坑和接收坑各1处；采用人工掘进土方，用机械顶进施工。4.工程特点:地质结构复杂，埋置深、工作场地位于主干道，3地下管线及构筑物众多，施工难度较大，工期较紧，要求认真做好施工准备工作。为保证工程顺利进行，应考虑各种不利因素条件下工程施工时如工作面通风、排水、衬砌的技术措施和各种事故如管道及竖井补漏、工作面塌方处理方法，制订合理技术措施，精心组织施工，以确保优质、高速、顺利完成施工任务。二、施工部署根据工程场地管线较多，地质条件复杂，顶管工程量大，工期较紧的特点，采取顶管工作井和接收井同时施工,工作井完成后,两条管道同时顶管施工,以缩短工期。1.施工顺序顶管施工采用人工掘进顶管施工，人工挖土，小型手推车运土，卷扬机垂直提升出土。如遇流砂层，则将工具管密封，加气排水，水力出泥。2.施工总进度计划本工程进度计划要求按甲方要求建成，在计划安排上尽量使各工序相互衔接，各项工作同时展开。工程进度计划安排见施工进度计划表。4顶管施工工艺流程图工作开始测量放线放样复核地面设备安装基坑构筑工作坑设备安装1#管出洞准备挖土运土推进卸管、接口安装进洞取工具管收尾工程工作结束注浆材料准备注浆进洞卸管、接口安装推进挖土运土2#管出洞准备取工具管注浆材料准备注浆5三、施工准备工作1.生产准备⑴进行施工测量和放线工作。⑵确定管线范围内及施工用地内所有障碍物，如管线、电线杆、高架桥墩等的准确位置。现场调查顶管地段内主要障碍物有排水管、供水管、检查井、电力电讯管道和渠箱位置和标高，地面交通情况较复杂。⑶按施工平面布置图修建临时设施，安装临时用水、用电线路，并试水、试电、修好临时排水沟。⑷订购所需顶管管材。⑸进行顶管所用非标准设备的安装。2.技术准备⑴组织现场施工人员学习，审查施工图纸和进行各专业图纸会审，进行设计要求和施工技术交底。⑵编制好顶管施工工艺卡，做好顶管施工人员的再培训工作。⑶绘制临时工程及施工非标准设备工具图纸。四、主要项目施工方法顶管法是依靠人工或机械在管内端部挖掘土壤，然后在工作6坑内借助顶进设备，把敷设的管子按设计中线和高程的要求顶入，并用水力或小车将土从管中运出。掘进顶管采用企口钢筋混凝土管。1．管节与接头由于本管道为雨水管道，为防止地下水涌入，管节间必须有可靠的防水措施。顶管管材采用企口加强型钢筋混凝土管，双层钢筋网在端部加密。接头采用“T”形钢板套环。钢套环厚度6毫米，管端面安装“O”形橡胶止水环，顶进完毕后填塞环氧树脂砂浆。2、工作坑的布置工作坑是顶管施工的工作场所。其位置可根据以下条件确定:⑴根据管线设计，工作坑可选距路边2米以外，或设置在检查井处；⑵单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；⑶考虑地形和土质情况,有无可利用的原土后背；⑷工作坑与可能穿越的建筑物要有一定安全距离；⑸距水、电源较近的地方等。根据施工现场实际情况，拟设顶管工作井一个，接收井一个。3、工作坑的尺寸工作坑应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备7和操作间距，坑底长、宽尺寸可按如下公式计算：底宽W＝D＋(2.4～3.2)式中W──工作坑底宽度(m);D──被顶进管子外径(m);底长L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5式中L──工作坑底长(m)；L1──管子顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，混凝土管一般留0.3m。L2──每节管子长度(m);L3──出土工作间隙，根据出土工具确定,一般为1.0～1.5m;L4──千斤顶长度(m)L5──后背所占工作坑厚度(m)。考虑到坑内后背采用人工挖孔桩和混凝土墩，受力面铺设钢板，壁后灌注水泥浆加固,本工程工作坑和接收坑采用6m×4m(坑底平面尺寸)，边坡放坡系数大于1：1的矩形坑，井内设集水坑。4、工作坑的施工顶管法施工的工作坑，它作为临时施工过程进、出口或建成永久性地下管线检查井。工作井采用人工或机械开挖施工。考虑到此处地下水位较8高，且穿透砂层，为防止流砂，采用污水泵不间断排水的施工方法，工作坑内地下水位你于坑底板高程。挖土时注意对称均衡挖土。挖至坑底后，先铺垫碎石垫层和进行混凝土垫层的浇筑，并留钢封水管，待混凝土达到应有强度后将水抽去，封闭钢封水管，再做底板。打钢桩为防止坑壁塌方，工作坑在侧面采用钢桩支撑，工字钢间距为800mm；工作坑后背采用打钢板桩，钢板桩桩中间距为400mm，桩长为7m；在侧面两侧打钢桩，钢板桩桩中间距为600mm，桩长为7m。打桩前先挖桩沟，摸清地下其他设施，桩沟深500mm。工作坑、接收坑支护见下图。5、工作坑导轨设置及基础加固工作坑底可根据土质、管子重量及地下水情况,做好基础，工作坑、接收坑平面尺寸及支护BA工作坑、接收坑平面尺寸及支护BA9以防止工作坑底下沉，导致管子顶进位置的偏差。⑴导轨的作用是引导管子按设计的中心线和坡度顶进，保证管子在顶入土之前位置正确。导轨安装牢固与准确对管子的顶进质量影响较大，因此，安装导轨必须符合污水管中心、高程和坡度的要求。本工程采用38kg钢轨作导轨。⑵基础采用钢筋混凝土基础，当工作坑底土质松软，有地下水时,应采用C20混凝土封底,厚度为30～50cm，混凝土底板漏水处应灌注水泥浆。6、顶管工程力学参数确定顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管计算的根本问题是要估算顶管的推力和后背承载能力。顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力及工具管气水压力。⑴工具管切土正压力：与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常在30-60t/m2。大于40t/m2时表明土质较好，可考虑取消格栅,采用开敞式工具管。F1=S1×K其中F1--顶管正阻力(t)10S1--顶管正面积(m2)K---顶管正阻力系数(t/m2)⑵管壁摩擦阻力：管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在100-500kg/m2之间。通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁与泥土间加泥浆套减阻，使管外壁形态规则和表面光洁、减少管道拐弯等。⑶泥水平衡压力：在封闭的冲泥舱内加泥水压力平衡地下水压力，是防止泥砂涌入的重要方法。泥水压力一定要合理。压力过小，大量的泥砂涌入，会造成路面破坏，压力过大，会增大主千斤顶负荷，严重的可能产生冒顶现象。泥水平衡压阻力计算如下：F3=×D2×P/4其中F3--顶管泥水阻力(t)D--顶管外径(m)P--一顶管泥水最大压力(t/m2)在考虑最大一次顶进距离为50m时，顶管总阻力为以上三种阻力之和：F=F1+F2+F3360t考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取2倍能力储备，设备顶进能力应为700t。7、后背结构及抗力计算11后背作为千斤顶的支撑结构。因此，后背要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。所以，应进行强度和稳定性计算。本工程采用厚钢板后背，这种后背设置简单，安装时应满足下列要求:A.使千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3；B.后背垫铁可用70mm钢板。C.后背后松散砂层灌注水泥砂浆。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相一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形现象是正常的。顶管时，后背不应当破坏，以免产生不允许的压缩变形。后背不应出现上下或左右的不均匀压缩。否则，千斤顶支承在斜面后背的土上，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度计算。根据顶进需要的总顶力，运用朗肯土压力公式核算后背受力及挡桩的长度，使土体所受的力小于土壤的允许承载力。关于后背详细计算，可分为浅覆土后背和深履土后背。具体计算可按挡土墙计算方法确定。后背墙的加固方法施工前先检验后背墙的土体，假如不能满足施工要求时，采用钢筋混凝土后背。12根据顶力计算，后背墙的加固方式如下图所示：8、顶进设备顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁等。⑴千斤顶千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程拟采用4台320t液压千斤顶。千斤顶的工作坑内的布置与采用个数有关，如一台千斤顶，其布置为单列式，应使千斤顶中心与管中心的垂线对称。使用多台并列式时，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，采用人工或机械挖运土方，管上半部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的工作坑坑内布置图12345679108111-混凝土管；2-洞口止水系统；3-环形顶铁；4-弧形顶铁；5-导轨；6-主顶油缸；7-主顶油缸架；8-测量系统；9-钢板；10-I36工字钢；11-工作井工作坑坑内布置图12345679108111-混凝土管；2-洞口止水系统；3-环形顶铁；4-弧形顶铁；5-导轨；6-主顶油缸；7-主顶油缸架；8-测量系统；9-钢板；10-I36工字钢；11-工作井工作坑坑内布置图12345679108111-混凝土管；2-洞口止水系统；3-环形顶铁；4-弧形顶铁；5-导轨；6-主顶油缸；7-主顶油缸架；8-测量系统；9-钢板；10-I36工字钢；11-工作井13着力点作用在管子垂直直径的1/4～1/5处。⑵高压油泵由电动机带动油泵工作，选用额定压力为62MPa的ZB－500柱塞泵，经分配器，控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。⑶顶铁顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶压力而不变形，并且便于搬动。根据顶铁旋转位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。1)横向顶铁安装在千斤顶与方顶铁之间，将千斤顶的顶推力传递给两侧的方顶铁上。使用时与顶力方向垂直，起梁的作用。横顶铁断面尺寸为300×300mm，长度按被顶管径及千斤顶台数而定，本工程选用长度为1.6m的横顶铁；用型钢加肋和端板焊制而成。2)顺顶铁(纵向顶铁)放置在面铁与被顶的管子之间，使用时与顶力方向平行，起柱的作用。在顶管过程中起调节间距的垫铁，因此顶铁的长度取决于斤顶的行程、管节长度、出土设备等而定,通常有100、200、300、400、600