集水井施工方案

1荥阳2标集水井施工方案1概述1.1工程简介南水北调中线荥阳段工程施工2标（以下简称荥阳2标）位于河南省郑州市荥阳境内，荥阳2标长度为13.973km，起点设计桩号XYD10+000，终点设计桩号XYD23+973。渠道过水断面为梯形，设计渠底宽度一般为18m，边坡坡度1：2，渠道设计纵坡1/23000。渠道边坡均为土质边坡，大部分为全挖方渠道，XYD15+605.5～XYD20+305.8段部分渠道为半挖半填渠道。根据工程设计，渠道右侧一级马道上总计布置了25个集水井，通过Φ250排水管与渠底右侧齿墙内Φ250PVC排水管连通，以收集、抽排地下水。集水井高13.71m，顶面与一级马道持平，上部设渗漏排水泵房，临边坡一侧布置挡墙。集水井为钢筋混凝土筒体结构，内径2.5m，外径3.7m，壁厚0.6m，底板厚1m，采用C20混凝土。为减少施工干扰，消除填土质量隐患，集水井拟使用人工开挖竖井，喷锚支护成形。开挖至底面后，浇筑竖井底板及1.5m高井筒，然后在井内安排顶管作业，敷设Φ250PE管与渠道齿墙内PVC管连通，随后浇筑井筒混凝土。表1-1集水井布置一览表序号桩号集水井底高程（m）一级马道高程（m）渠底高程（m）开挖深度（m）备注1XYD10+450108.193120.903111.69314.50开挖深度自地表处计算，下同2XYD10+950108.172120.882111.67214.903XYD11+450108.150120.860111.65014.604XYD11+900108.130120.840111.63014.405XYD12+400108.109120.819111.60912.406XYD12+950108.085120.795111.58517.817XYD13+450108.063120.773111.56318.718XYD13+950108.041120.751111.54118.609XYD14+450108.019120.729111.51917.6010XYD14+950107.998120.708111.49818.0011XYD15+450107.976120.686111.47617.6012XYD15+965107.954120.664111.45414.4013XYD16+450107.933120.643111.43312.5014XYD16+950107.911120.621111.41112.1015XYD17+450107.889120.599111.38912.402序号桩号集水井底高程（m）一级马道高程（m）渠底高程（m）开挖深度（m）备注16XYD17+870107.765120.475111.26512.3017XYD18+520107.737120.447111.23712.9018XYD19+120107.710120.420111.21014.9019XYD19+720107.684120.394111.18415.6020XYD20+200107.664120.374111.16416.4021XYD20+650107.664120.354111.14417.0322XYD21+215107.619120.329111.11917.9023XYD21+780107.595120.305111.09518.8024XYD22+255107.574120.284111.07419.8025XYD22+730107.554120.264111.05421.301.2工程水文地质荥阳2标所处地貌单元为黄（河）淮（河）冲积平原，其上分布有河谷和岗地，沿渠线范围内地势总体呈西高东低、南高北低。荥阳2标渠线所处地貌单元为黄（河）淮（河）冲积平原，其上分布有河谷和岗地，沿渠线范围内地势总体呈西高东低、南高北低。沿线地表至渠底下5m范围内地层主要由黄土状粉质壤土及重粉质壤土构成。结构类型有黄土状土均一结构、粘性土均一结构和上粘性土为主、下软弱岩结构三种，并以黄土状土均一结构为主。黄土状土沿渠线分布广泛而连续。本渠段含水层组为第四系松散岩类孔隙含水层组，地下水主要赋存于第四系砾卵石、砂层及少粘性土中，局部具承压性。砂层及砾卵石一般具中等～强透水性，少粘性土一般具弱～中等透水性。沿线预测多年最高地下水位112.4～120.3m，一般高于渠底板，地下水位变化受降雨影响变化较大。1.3编制依据⑴南水北调中线一期工程总干渠沙河南~黄河南荥阳段工程施工2标合同文件（合同编号：ZXJ/SG/XYD-002）；⑵荥阳段Ⅱ标集水井设计图纸（长江勘测规划设计研究有限责任公司）；⑶集水井变更建议书；⑷现行有关施工及验收规范；⑸现场实际情况。2施工布置2.1施工道路本标段场外道路有连霍高速公路，以及荥阳～北邙的省道S232等，交通运输条件较好。3场内施工道路：沿渠左岸已建宽7.0m泥结碎石道路和多条跨渠临时绕行道路，可通往渠道右侧，右侧马道整平、压实后，可作为临时施工道路。2.2施工用电集水井施工用电负荷主要为井口吊车、喷锚机、空压机、振捣棒、电焊机等，有效负荷约45KW。我部沿渠道左侧已敷设10KV高压线，渠道沿线安装了10台变压器，下设配电箱，引线至渠道右侧集水井处，即可满足集水井施工需要。对个别距变压器较远的集水井，可在现场布置1台100KW柴油发电机，满足施工用电要求，2.3施工用水本标段下设三个工区，各工区布有加水地点，洒水车可就近取水送至施工现场。2.4施工降水施工前首先使用洛阳铲在渠道内复勘地下水位，若地下水位高于集水井设计建基面，应采取必要的降水措施。施工降水主要采用管井，在距离集水井中心约8m处钻井井深按低于集水井底面15m~20m控制。反循环钻井成孔，开孔直径为600mm，成孔后安装无砂管，管壁四周回填豆石，洗井后在井内安装小型潜水电泵抽水。超前降水时间因地下水位而异，一般超前7~10d即可，如地下水位高于集水井底面5m以上，超前降水时间应在15~21d。降水作业应一直维持至井筒混凝土浇筑面超过相应地下水位为止。2.5集水井锁口及安全围栏为确保开挖期间井口稳定，对一级马道处集水井做锁口处理。锁口采用素混凝土，内径为1.9m，宽0.3m，厚0.4m，人工开挖后现浇混凝土而成。井口外侧搭设1.2m高的钢管脚手架，上挂安全网，防止土块、石子等杂物滚落井内。2.6通风及爬梯在集水井口处安装小型轴流风机，配风管向下通风，保证井下工作人员氧气充足。为满足应急逃生需要，井内沿井壁安装钢管爬梯，爬梯固定在井口处，高度方向在每3m设一处锚固点。爬梯高度超过8m后，应设置一层休息平台。2.7混凝土供应采用本标混凝土拌和系统集中拌制。拌和系统位于枯河营地内，由一台HZ60型拌和站和一台HZ90型拌和站组成，HZ60型拌和站单站生产能力50~60m3/h，HZ90型拌和站4单站生产能力80~90m3/h。混凝土采用12m3混凝土罐车运至现场。3.施工方法3.1施工流程集水井施工流程为：一级马道以上土方明挖→井口加固→施工降水→集水井井筒开挖支护→集水井底板混凝土→顶管作业→井筒混凝土→挡墙施工→挡墙后土方回填3.2竖井支护参数计算3.2.1井壁支护荷载和内力计算竖井支护参照坑、槽井壁混凝土支护计算，选用圆形井壁侧压力均匀分布公式。)245(tan)20rhqq（q0:地面附加荷载，10KN/m2r：土的重度，19.5KN/m3h：自井口至计算深度的高度，m：土内摩擦角，22.6°根据现场情况，分别计算h为15m和21m深度处井壁轴向力，得h=15m，q=134.55KN/m2h=21m，q=186.58KN/m23.2.2井壁支护厚度计算按圆形平面混凝土支护计算24bLt式中：t:井壁支护厚度，cmLb:圆环的换算长度，1.82rr：井壁半径，210cm计算可得：t≥15.9cm，可按16cm控制3.2.3井壁支护内力计算qRN式中：N:井壁轴向力，KNq:计算深度处单位面积上的压力，KN/m25R:井壁半径，2.1m0max41GS式中：Smax:井壁支护最大垂直拉力，KNG0:井壁混凝土支护自重，KN计算可得：h=15m，N=282.56KN/mSmax=180.86KNh=21m，N=396.02KN/mSmax=253.20KN3.2.4井壁支护强度验算⑴井壁支护强度验算KNbhfc1536＞NH=21m=396，满足要求式中：fc:混凝土抗压强度，9.6N/mm2b:计算截面宽度，mmh:支护厚度，160mm⑵支护垂直受拉钢筋计算ymaxfSAs计算可得：h=15m，Smax=180.86KNAS=861mm2h=21m，Smax=253.20KNAS=1206mm23.2.5支护参数经上述计算，并结合构造需要，确定竖井技术指标如下：⑴井壁开挖半径为2.1m，支护厚度为0.16m，并预留0.09m收敛量。⑵井壁支护采用C30混凝土喷护。⑶支护内设φ8@200mm双向钢筋网，在竖井高度方向上每间隔3m，向四周井壁土体内打入2.5m长φ25螺纹锚杆，锚杆环向间距为1.5m，外露长度为10cm。3.3集水井开挖及支护⑴一级马道以上开挖：采用2m3反铲挖掘机开挖装车，15t自卸车运往临近的渣场。开挖断面参照渠道平面布置图中预留的竖井平台确定，平台宽约6m，顺水流方向长度30~40m。6⑵竖井开挖：竖井内开挖主要由人工分层完成，分层高度约0.6~0.8m，可根据现场土质情况调整。开挖土由安装在井口的卷扬机吊出后装车，运至临近渣场。开挖期间，地下水应始终低于开挖面，确保干地施工。混凝土在竖井外的350L混凝土搅拌机拌和，机动三轮车运至井口处，喷混凝土采用PZ-5B型混凝土喷射机进行。喷层总厚度为16cm，计划分2层完成，每层厚度8cm左右。水泥采用合格的P.O.42.5普通硅酸盐水泥。骨料：细骨料采用坚硬耐久的中粗砂细度模数不小于2.5，含水率5%～7%；粗骨料用粒径不大于15mm的碎石。外加剂速凝时间不低于5min，终凝时间不大于10min。喷射混凝土采用“潮喷法”施工工艺，人工操作混凝土喷射机进行喷射。水泥、砂、石、少部分水拌和成混合料，用三轮车运输到井口，在喷射机搅拌槽进料口对混合料进行筛选，再次拌和后由压缩空气将混合料吹入送料管，在喷嘴处加水后喷射至受喷面。在喷射过程中，喷枪同喷射面要基本上保持垂直，喷射距离一般为0.6~1.0m，喷射顺序自下而上，喷枪操作使喷嘴呈螺旋形划圈，圈的直径约20~30cm，并使料流呈螺旋状横向移动，每次喷层厚度5cm，喷射下一层时应在上一层终凝后进行，喷层间歇时间控制在15~30min。若终凝后1小时以上再次喷射，则需要高压风水冲洗前一层喷射混凝土层表面的乳膜、浮尘等杂物。3.4顶管钻进顶管施工安排底板混凝土及1.5m高井筒浇筑后开始，可利用竖井作为工作坑。顶管施工工艺见下页图3-1。导轨由四根钢轨和若干枕木组成，枕木置在工作坑底下1/2枕木高的基土上，枕木间距800~1000mm，钢轨的长度等于工作坑底面的长度减去钢轨桩所占的位置，钢轨的间距要视被顶管节的外径而定，一般要保证管节安放后下皮高出枕木上皮20mm，千斤顶安装后要与管节的横截面有最大的接触面，钢轨安装要平直，前端抬头要有0.5-1.0%的坡度。顶进后背：后背由后背桩及后背梁，后背桩后面的夯实土所组成，后背桩使用钢轨，埋入坑底以下1.5m左右，桩后填土分层夯实，后背桩平面垂直于顶进方向的轴线，钢制后背梁放在桩前的导轨上。顶进后背的其它组成型式有砌筑毛石的，有预制钢筋混凝土块组合的。7顶管施工工艺施工准备顶进设备安装测量放样轨道安全后座顶板安装后座千斤顶安装洞口止水装置安装掘进机试运行掘进机井内就位割开闷板后座千斤顶顶进出泥准备掘进机穿墙偏差测量出泥顶进纠偏轴线控制管道顶进接口检验PE管进场管道拼接施工准备顶进结束8安装顶进设备和管节：顶进设备由一台高压油泵和两台200t千斤顶组成，千斤顶安在后背梁与管节之间，管节后端和千斤顶之间有专用钢护圈及麻辨或橡胶垫对混凝土管