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  小谈顶管主要施工方法
更新时间:2011.12.21 浏览次数:
 


  1、井位测量定位
   根据图纸要求,定出井位中心点,放出基坑开挖范围,并在四周放出攀线桩。
   2、基坑开挖
   根据沉井中心坐标及水准点进行测量放样。基坑开挖深度为原地面下1.5m。考虑到拆除垫层、支模、脚手架操作的需要,基坑四周宽比沉井宽1m,四周挖排水沟、集水井。挖土用1台1m3履带式反铲挖土机挖土,配合人工修破和平整场地,挖出的土方用汽车驳运至弃土场地,基坑按1:1放坡。
   3、分节高度的确定
   根据设计要求,沉井分二节制作、一次下沉。一次制作总高度一般不超过短边。依次高度若过大,施工比较困难,下沉时易引起倾斜,本工程沉井尺寸为9*9m,故采取分节浇注,一次下沉。分节高度应保证其稳定性,并使沉井能在自重状态下顺利下沉,其下沉系数K不小于1.15。可按下式计算:   K=(Q*B/(L(H-2.5)F+H))>1.15(当H>5m时)
   式中 Q—沉井辎重及附加荷载(t)
     B—被井壁排除的水重(t)当采取排水下沉B=0
   H--沉井下沉深度(m)
   L—沉井外部周长(m)
   2.5—按摩擦力在深5m时达到最大值,5m以下保持常值
   F—单位面积摩擦力的平均值
   R—刃脚反力,当挖空时R=0.6
   下沉中如遇下沉困难,在井壁与土层2cm—3cm间隙间进行灌水,保证下沉顺利进行。
   顶管施工顺序是:第一节沉井混凝土浇好后 ,强度达到75% 浇筑第二节混凝土,强度达到100% 沉井下沉到设计标高处。
   4、刃脚支垫
   (1)刃脚支设模板,有垫架法,半垫架法和无垫架法,本沉井高度比较高、重量重、忍脚踏面面积较小、地基强度较低,根据以往施工经验若采用枕木,枕木不易踌躇,施工时不理想,本沉井电曾采用黄砂基层上加砼垫层浇筑法,垫层只做刃脚及底部隔梁,砼垫层上刷隔离剂,然后在其上支设刃脚及井壁模板,浇筑混凝土。
   (2)砼垫层
   根据刃脚、井壁厚度、砼垫层宽度定为1.5米,经计算砼垫层标号选用C20;垫层厚度为20cm。
   (3)砂垫层
   砂垫层厚度根据沉井重量和垫层底部地基上的承载力计算。经计算采用0.3m厚砂垫层,宽度为1.8m,选用中砂,用平板振动器分层振捣(层厚小于30cm)并洒水,控制干容重>1.6KN,地基应清理整平后铺设砂垫层,使顶面保持在同一水平面上,用水准仪控制其标高在10mm偏差以内,并在其空隙中垫砂夯实。

机械顶管中手掘式施工方案
  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。
  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:(以Φ2000mm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2.5m  P—控制土压力)
    P=Ko×γ×Ho
    式中 Ko—静止土压力系数,一般取0.55
        Ho—地面至掘进机中心的厚度,取最大值6m
        γ—土的湿重量,取1.9t/m3
    P=0.55×1.9×7=7.31t/m2
    F1=3.14/4×2.5×2×8=31.4t
  F2=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/m2
    D—管外径2.5m
    L—顶距,取最大值100m
    F2=3.14×2.5×0.8×100=428t。
  因此,总推力F=31.4+428=459.4t。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(Φ2000mm顶管)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(或4台,根据现场实际情况定)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。
      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,顶管施工中,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案例,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2
B-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10 
h-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。
(2)   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。
(3)   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。
(4)   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:
河南顶管过程中,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。

 
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