人工掘进式顶管施工方法

人工掘进式顶管施工方法1前言1.1顶管施工位于----------------------的东南侧，北临新园路与---------，东临二号路，西邻-----------------用地。为配合现场施工时雨水排放，需施工排出厂外的雨水管道，管道出场地后穿过新园路进入路北侧的市政排水渠。考虑到新园路为厂区主要道路，且来往车辆频繁，为了减少管道施工对道路通行和对现场环境的影响。经过专家组评审，决定采用人工掘进式顶管施工的方法进行施工。排水管道采用钢筋混凝土顶式排水管，管径DN2000mm，管线长度为60米。2工法特点2.1顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作井内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸把管道直接从工作井内穿过土层一直推进到接收井内，埋设在工作井和接收井之间。2.2非开挖顶管施工采用油压驱动，可以在很深的地下敷设管道，施工时噪音远远小于开槽式敷设管道，噪音以及震动都很小，几乎没有地盘沉降的现象，对周遭的影响降低到最小程度，无需隔断交通;可以安全的穿越铁路、街道等建筑障碍物，而且在较深的埋深情况下施工成本要小于开槽式敷设管道。2.3特别适用于大中型管径的非开挖铺设。具有经济、高效，保护环境的综合功能。这种技术的优点是：不开挖地面；不拆迁，不破坏地面建筑物；不破坏环境；不影响管道的段差变形；省时、高效、安全，综合造价低。3适用范围3.1该技术广泛用于城市地下给排水管道、天然气石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。人工掘进式顶管施工适用铺设距离在100m以内的地下管道，地质土层水分较低，无大块岩石并易于挖掘的土层中。4工艺原理4.1顶管施工工艺原理就是在所施工的管线间制作一个工作井和一个接收井，借助油缸的推力，把要施工的管道分次、分节从工作井顶进到接收井的一种不需要开挖路面的铺设地下管道的施工方法。顶管施工可根据GB50268-2008《给排水管道工程施工及验收规范》6.3条进行。5工艺流程及操作要点5.1顶管施工工艺流程如下：5.1.1施工准备→进场→工作井施工→提升设备安装→靠背安装→导轨安装→开洞门施工→顶进设备安装→顶进→接口压浆封闭→试水→交工。5.2工作井施工5.2.1工作井是顶管施工的工作场所。其位置可根据以下条件确定:1.单向顶进时，应选在管道下游端，以利排水；2.考虑地形和土质情况,有无可利用的原样土做后背；3.工作井与可能穿越的管线，建筑物要有一定安全距离；4.距水、电源较近的地方；5.工作井不影响地面交通等。5.2.2工作井的尺寸1.工作井应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，井底长、宽尺寸可按如下公式计算：单位：mW=D+（2.4~3.2）（5.2.2-1）式中：W──工作井底宽度；D──被顶进管外径。2.底长可按如下公式计算：L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5（5.2.2-2）式中：L──工作井底长；L1──管子顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，一般留0.2m；L2──每节管子长度；L3──出土工作间隙，根据出土工具确定，一般为1.0~1.5m；L4──液压油顶长度；L5──靠背所占工作井厚度。本工程工作井为直径6m的现浇混凝土工作井。5.2.3工作井施工1.工作井施工工艺流程：施工准备→场地平整→测量放样→开挖第一模→绑扎钢筋→立外模→灌注第一节及砼养护→开挖第二、三模→基底清理→封底→浇筑底板砼→灌注顶盖板。本工程的工作井场地地质条件一般，开挖临近交通要道，工作井开挖过程中必须采取可靠的挡土措施。工作井采用机械开挖，人工护壁施工。本工程中的工作井和接收井为现浇混凝土结构，工作井施工可见下图：图5.2.3-1顶管工作井施工图5.2.3-2顶管施工工作井图5.2.3-3顶管施工接收井5.3提升设备安装5.3.1本工程采用DN2000钢筋混凝土顶式排水管，每节管长度为2米，单节管重约8吨，现场选用16吨单轨吊作为钢筋混凝土顶式排水管下管和土方外运的提升设备。提升设备安装可见下图：图提升设备安装5.4靠背与导轨安装5.4.1本工程中靠背采用现浇C35混凝土墩作为液压油顶顶进时的工作靠背。靠背高度为1.5倍液压油顶外筒体直径，厚度为1.5米。导轨安装是一项关键工序，其位置准确与否与导轨高程的精度直接影响管子的顶进质量。本工程中导轨采用20#槽钢，安装后的导轨顺直、平行、等高，其纵向坡度与管道设计坡度一致，导轨应牢固，不得在使用过程中产生位移或过大变形。根据管道设计标高和中心线，调整导轨面控制误差在5mm以内，调整导轨中心线与管道中心线偏移误差在5mm以内。靠背和导轨安装完成后，在工作井底浇筑混凝土至导轨顶上表面，作为顶管施工工作面，靠背和导轨安装可见下图，图靠背与导轨安装5.5开洞门施工5.5.1靠背和导轨安装好后，在工作井壁上画出管道施工位置，并用风镐对工作井内壁进行人工凿除。施工过程见下图：图开洞门施工5.6顶进设备安装5.6.1根据本工程施工的钢筋混凝土顶式排水管，选择两个250吨的液压油顶作为顶进设备，液压油顶安装应确保其着力中心位于管道总高的四分之一处，且不小于靠背高度的1/3，并与管道中心线在同一垂直面上，两个液压油顶中心线与管道中心线对称，即其合力方向应与管道、中线一致，且各油顶的油管应并联在一起。顶铁安装后，其轴线应与管道平行、对称，顶铁与导轨接触的一面不得有泥土、油污。顶进设备安装见下图：图顶进设备安装5.7顶进开洞门施工完成，且顶进设备调试完成后，可开始混凝土的顶进工作。5.7.1下管利用提升设备将第一节管子下到导轨上，管道中心线依据设计图上的位置而定，前端和后端的高程应符合设计要求。下管施工可见下图：图钢筋混凝土顶式排水管下管5.7.2土方开挖1.人工挖土时，管前挖土一般应在管内操作，以确保安全，土质容易塌方时必须随挖随顶，液压油顶及出土工作时的操作，均应听从挖土人员的指挥，不得擅自蛮干。土方开挖可见下图。管前挖图是保证管道质量和管上建筑安全的关键，挖土应遵循下列规则：1）一般顶管地段，如果土质量好，可超越管端30~50cm；2）在不允许土质下沉的地段，管子周围一律不得超挖；3）在一般顶管地段，管外皮上顶允许超挖1.5cm，但下面135°范围内不得超挖。图管前土方开挖5.7.3管道顶进1.第一节管下到导轨上后，应测量管子的中线及前后端的管底高程，确认合格后方可顶进。第一节管子作为工具管，其顶进方向的准确度是保证整段顶管质量的关键。因此要求每顶进0.3m则对管道的中心和高程均测量检查一次，在正常顶进中，每顶进0.5～1m则进行测量检测一次。2.中心线测量一般根据工作井内设置的中心桩挂设线绳，用特制中心尺进行检查，高程测量则用水准仪和特制的高程尺进行检查，工作井内应提前设制一个固定的水准点，以便测量高程时相互闭合。3.管道顶进昼夜两班不停进行，充分发挥机械的效率，同时防止由于中途停止，摩擦力增加，造成顶进困难，但在顶进进程中遇到下列情况之时，则应停止顶进，并迅速采取措施处理完善后再顶进。1）顶管前方发生塌方或遇到障碍；2）后背倾斜或严重变形；3）顶铁发现有扭曲现象；4）管位偏差较大，而且校正无效；5）顶力较大超出计算顶力，超过管口准许顶力。4.管道顶进每班均应填写施工记录，施工记录应包括顶进长度、顶力数值、管位偏差校正情况、土质水位变化及出现的问题和注意事项。交接班时，应用施工记录以文字进行交接。5.管道顶进采用人工挖掘顶进的方式，运土用手推车，水平运输人工推运，垂直运输用提升设备提升至地面再运走。顶进前，应在管节后用弧形护口铁，再用顺铁作顶铁，以保护管子末端，防止由于应力集中造成局部损坏。顶进开始时，应缓慢顶进，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。首节管顶进后，要检差管前管后高程及中心线，经检查无误后方可正式顶进。首节管的质量是整个工程的关键，所以在施工中对于首节管要严把质量关。顶进过程检查动力系统运转是否正常，检查纠偏系统运转是否正常，并调整好顶进的中心及高程。6.顶进纠偏操作要坚持“小纠”、“勤测”、“勤纠”的工艺原则。纠偏必须遵循两个原则，一是每次纠偏量不要过大，而且要注意发展趋势。二是有高低与左右均发生偏差时，先纠高低，后纠左右。在具体施工中一定要看趋势，综合分析，唯有这样才能达到减少管节的蛇形状态，保证施工质量。7.管道开始顶进和土方挖掘施工，工作程序可见下图：图5.7.3-1管道开始顶进图5.7.3-2顶进及人工挖掘土方外运8.顶管过程中，一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子，继续挖掘土方和顶进，如此循环施工直至将钢筋混凝土顶式排水管从工作井顶进到接收井。在管道顶进到接收井时，需要对接收井内壁进行凿除。人工挖掘土方工作和管道顶进过程，以及顶进到接收井可见下图：图5.7.3-3人工挖掘土方图5.7.3-4顶进过程图5.7.3-5接收井内壁凿除图5.7.3-6管道顶进到接收井6材料与设备6.1顶管施工主要材料见下表：表顶管施工主要材料序号材料名称规格型号主要技术指标备注1热轧带肋钢筋HRB400GB/T1499.2-2007工作井、接收井2热轧带肋钢筋HRB400GB/T1499.2-2007工作井、接收井3钢筋混混凝土顶式排水管Φ2000×2m外压荷载裂缝荷载KN/m≥200施工管道破坏荷载≥2726.2顶管施工主要机具及工器具见下表：表顶管施工主要机具序号机具名称规格型号主要性能及参数数量备注1履带式挖掘机PC220-8标准斗容1.0m³1台土方挖掘额定工率125KW2电动葫芦CD1-16t起升高度9m1台提升设备运行速度3.5m/min运行速度20m/min3液压油顶FY-CLSG-2506行程1.0m1套管道顶进设备推力2500KN4活塞式空压机VA-100气桶容量170L1台风镐用气功率5.5KW5气镐G7工作气压0.4-0.5MPa2台人工土方挖掘冲击能量≥33J6GPS测量仪A90测量精度0.8mm1台工程测量7水平仪GOL32D水平精度1mm/30m1台工程测量7质量控制7.1顶管工程施工质量应遵照GB50268-2008《给水排水管道工程施工及验收规范》的规定执行,还应符合下表的要求：表顶管施工质量控制项目允许偏差钢筋混凝土顶式排水管最大偏角0.5°管线轴线偏差L≤100M50mm标高偏差L≤100M+30～-40相邻管节错口≤15mm无碎裂接口抗渗试验应达0.11MPa内腰箍不渗漏，橡胶止水圈不脱出7.2关键工序顶进工作的质量控制技术措施7.2.1顶进工作的关键点1.测量工作是整个顶管工程施工质量的关键，它的实施好坏将直接影响到管线线形的平顺，甚至影响到顶管的顺利贯通，因此需精心实施，确保无误。2.测量包括高程测量和左右偏差测量两部分。3.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管道上的标靶，即可知道管道高程的偏差。此水准还可从管道测出来，闭合差按二级水准控制。4.轴线测量，在井内设固定的测站，根据设计坡度，经纬仪调好垂直角度，从镜子看光靶上刻度。5.顶进中要做到勤测量、勤纠偏、微纠偏，在进洞和出洞阶段适当增大测量密度，出现偏差应马上纠偏，减少与轴线的偏差次数。前两节连接成整体。6.管道每推进250-300mm时测一次中心轴线，若发现偏移趋势就进行纠偏，若偏移量达到20mm时，立刻停止顶进，查明原因有措施保证后再顶进，确保顶管轴线的质量，勤测勤纠。顶进纠偏普遍采用调整纠偏液压油顶的编组操作，若管道偏左侧液压油顶采用左伸又缩方法，反之亦然。如同时有高程和方向偏差，应先纠正偏差大的一面。7.根据地面和地表构筑物沉降监测反馈信息及时调整土压力控制值、出土量与顶进速度。8.若发现沉降值超标，立即停止顶进，查明原因，采取相应措施后才能重新顶进，确保地面建筑物安然无恙。9.刚开始向井下卸管、装管时，用钢支架固定已