手掘式机械顶管施工方案(节选)本工程由于顶管种类较多,本方案以单项数量较大具有代表性的D2000mmF型Ⅲ级钢筋混凝土管为例进行施工方案的编制,我方拟定为手掘式机械项管施工。3.1手掘式项管施工工艺流程3.1.1顶力计算与后背设计本工程是将壁板加厚作为千斤顶的后背墙。l后背结构及抗力计算后背作为千斤顶的支撑结构,要有足够的强度和风度,且压缩变形要均匀。所以,应进行强度和稳定性计算。本工程采用组合钢结构后背,这种后背安装方便,安装时应满足下列要求:使用千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3。顶力计算推力的理论计算:F=F1十f2其中F—总推力Fl一迎面阻力F2—顶进阻力F1=π/4×D2×P(D—管外径1.8mP—控制土压力)P=Ko×γ×Ho式中Ko—静止土压力系数,一般取0.55Ho—地面至掘进机中心的厚度,取最大值6mγ—土的湿重量,取1.9t/m3P=0.55×1.9×7=7.31t/m2F1=3.14/4×1.8×2×8=22.608tF2=πD×f×L式中f一管外表面平均(根据顶进距离平均淤泥土)综合摩阻力,取0.8t/m2D—管外径1.8mL—顶距,取最大值98mF2=3.14×1.8×0.8×98=443.1168t。因此,总推力F=22.608+443.1168=465.7248t。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后,取最小值作为油缸的总推力。工作井设计允许承受的最大顶力为800t,管材轴向允许推力700t,主顶油缸选用2台300t(3000KN)级油缸。每只油缸顶力控制在250t以下,这可以通过油泵压力来控制,千斤顶总推力500t。因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。l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安全,施工时应后背的强度和刚度计算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2B-后座墙的宽度(M)此处取4米γ-土的容重(KN/M3)H-后座墙的高度(m),此处取4.5米Kp-被动土压系数c-土的内聚力(kPa)一般情况下取10h-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1591.5T顶力>实际顶力500T。完全能满足要求。3.2.主要设备的选择顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运出土设备等。(1)千斤顶千斤顶是掘进顶管的主要设备,本工程每个工作井拟配置4台300t液压千斤顶。千斤顶的工作坑内的布置采用四台组合式,顶力全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,采用机械挖运土方,管上半部管壁与土壁有间隙时,千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4~1/5处为宜。高压油泵由电动机带动油泵工作,选用额定核动力为31.5Mpa液压油泵,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。顶铁顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶进压力而不变形,并且便于搬动。根据顶铁位置的不同,可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。其它设备工作坑上设活动式工作平台,平台用30号工字钢梁,上铺15×15cm方木。工作坑井口处安装一滑动平台,作为下管及出土使用。在工作平台上设起重架,上装电动卷扬机,其起重量应大于管子重量。3.3垂直运输工具的选择工作坑的垂直运输地面与工作坑的土方,管道与顶管设备的垂直运输采用简易龙门和卷扬机(电动葫芦),并搭设工字钢梁作为地面工作平台。下管采用汽车式起重机吊装。3.4、顶进设备的选择本工程根据顶力计算,并结合实际情况,采用工作顶力为300t活塞式双作用液压千斤顶。千斤顶布置采用单列式。顶进时着力点位置在管子全高的1/2~1/3之间比较合适。千斤顶与管子之间采用顶铁传送顶力。顶铁用型钢焊拼成各种结构的传力形式,根据安放位置和传力作用不同,用横铁和立铁组合。3.5、管前挖土与顶进3.5.1、管前挖土管前挖土是控制管节顶方向和高程、减少偏差和重要作业,是保证顶质量及管上构筑物安装的关键。3.5.2、下管挖土之前应先下管,并做好以下几项工作:a、检查管子下管前应先对管子进行外观检查,主要检查管子有无破损及纵向裂缝;端面要平直;管壁无坑陷或鼓泡,管壁应光洁。检查合格后的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位。b、检查起重设备起重设备以检查、试吊,确认安全可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。当距导轨小于50㎝时,操作人员方可进前工作。c、管子就位第一节管放到导轨上,测量管子中心及前端和后端的管底高程,确认安装合格后方可顶进。第一节管作为工具管,顶进方向与高程的准确,是保证整段顶管质量的关键。因此,必须认真对待此项工作。3.6、管前挖土的长度控制一般是安排一个人挖土。为加快工程进度,每班两个人,轮流开挖。土方在管内可采用电瓶车进行,也可采用人力斗车进行运输。土方在工作坑采用电动葫芦进行垂直运输。在一般地段,土质良好,挖土时可超挖30~50㎝。在铁路道轨下不得超越管端经外10㎝,在道轨以外最大不得超过30㎝,同时应遵守管理单位的规定。3.6.1、管子周围超挖的控制在不允许土下沉的顶地段(如上面有重要建筑物或其它管道),管子周围一律不得超挖。在一般顶管地段,上面允许超挖1.5㎝,但在下面135°范围内不得超挖,一定要要保持管壁与土基表面吻合。3.7、顶进采用2台300t/台的液压千斤顶作为主顶。顶进开始时,就缓慢进行,待各接触部位密合后,再按正常速度顶进。顶进若发现有油路压力突然增高,应停止顶进,检查原因经过处理后方可继续顶进,回镐时,油路压力不得过大,速度不得过快。挖出的土方要及时外运,及时顶进,使顶力限制在较小范围内。3.8安装工具胀圈为了有利于导向,顶进的前数节管中,在接口处应安装内胀圈,通过背楔或调整螺栓,使用胀圈与管壁紧成为一个刚体。胀圈一定要对正接口缝隙。安装牢固,并在顶进中随时检查调整。3.9测量与校正a、测量在顶第一节管(工具管)时,以及在校正偏差过程中,测量间隔不应超过300㎜,保证管道入土的位置正确;管道进入土书面通知后的正常顶进,测量间隔不宜超过1000㎜。中心测量:顶进长度在600㎜范围内,可采用垂球拉线的方法进行测量。要求两垂球的间距尽可能的拉大,用水平尺测量头一节管前端的中心偏差。一次顶进超过600㎜采用经纬仪测量。高程测量:用水准仪及特制高程尺,根据工作坑内设置的水准点,标高(设两个),测头一节管前端管内底高程,以掌握头一节管子的走向趁势。测量后应与工作坑内另一水准点闭合。激光测量:用激光经纬仪安装在工作坑内,并按照管线设计的坡度和方向调整好,同时在管内装上标示牌,当顶进的管道与设计位置一致时,激光点即射到标示牌中心,说明顶进质量无偏差,否则应根据偏差量进行校正。全段顶进完后,应在每个管节接口处测量其中心位置和高程,有错口时,应测出错口的高差。b、校正(纠偏)顶管误差校正是逐步进行的,形成误差后不可立即将已顶好的管子校正到位,应缓缓进行,使管子逐渐得位,不能猛纠硬调,以防产生相反的结果。常用的方法有以下2种:超挖纠偏方法:偏差为10~20㎜时,可采用此方法,即在管子偏向的反侧适当超挖,而在偏向侧不超挖甚至留坎,形成阻力,使管子在顶进中向阻力小的超挖侧偏向,逐渐回到设计位置。千斤顶纠偏法:方法基本与顶木纠偏法相同,只是在顶木上用小千斤顶强行将管慢慢移位校正。3.10管道内辅助管道的辅设管内的辅助管道设置于管道内壁,用钢架将其有序地固定在管壁上。a、通风设施:由于管道顶进距离长,埋置深度深,管道内的空气不新鲜,加上土体中会产生有害气体,因此,必须设置供气系统。通风设施用一台柴油空压机将压缩空气输入空气滤清器,再进入储气桶,经过气压调节阀,将压缩空气传输至管道最前端,并将管道最前端的空气排出,以此进行空气循环。b、电源布置:在顶管过程中,主要的电源为动力用电和照明用电。●动力用电由于顶管机械设备采用380V动力电,因此,动力电必须做到二级保护和接地保护措施,动力电源线设置在操作人员不易接触处,并在电源线外增设护套,保证用电安全。●照明用电