1、井位測量定位
根據圖紙要求,定出井位中心點(diǎn),放出基坑開(kāi)挖范圍,并在四周放出攀線(xiàn)樁。
2、基坑開(kāi)挖
根據沉井中心坐標及水準點(diǎn)進(jìn)行測量放樣;娱_(kāi)挖深度為原地面下1.5m?紤]到拆除墊層、支模、腳手架操作的需要,基坑四周寬比沉井寬1m,四周挖排水溝、集水井。挖土用1臺1m3履帶式反鏟挖土機挖土,配合人工修破和平整場(chǎng)地,挖出的土方用汽車(chē)駁運至棄土場(chǎng)地,基坑按1:1放坡。
3、分節高度的確定
根據設計要求,沉井分二節制作、一次下沉。一次制作總高度一般不超過(guò)短邊。依次高度若過(guò)大,施工比較困難,下沉時(shí)易引起傾斜,本工程沉井尺寸為9*9m,故采取分節澆注,一次下沉。分節高度應保證其穩定性,并使沉井能在自重狀態(tài)下順利下沉,其下沉系數K不小于1.15?砂聪率接嬎悖 K=(Q*B/(L(H-2.5)F+H))>1.15(當H>5m時(shí))
式中 Q—沉井輜重及附加荷載(t)
B—被井壁排除的水重(t)當采取排水下沉B=0
H--沉井下沉深度(m)
L—沉井外部周長(cháng)(m)
2.5—按摩擦力在深5m時(shí)達到最大值,5m以下保持常值
F—單位面積摩擦力的平均值
R—刃腳反力,當挖空時(shí)R=0.6
下沉中如遇下沉困難,在井壁與土層2cm—3cm間隙間進(jìn)行灌水,保證下沉順利進(jìn)行。
頂管施工順序是:第一節沉井混凝土澆好后 ,強度達到75% 澆筑第二節混凝土,強度達到100% 沉井下沉到設計標高處。
4、刃腳支墊
。1)刃腳支設模板,有墊架法,半墊架法和無(wú)墊架法,本沉井高度比較高、重量重、忍腳踏面面積較小、地基強度較低,根據以往施工經(jīng)驗若采用枕木,枕木不易躊躇,施工時(shí)不理想,本沉井電曾采用黃砂基層上加砼墊層澆筑法,墊層只做刃腳及底部隔梁,砼墊層上刷隔離劑,然后在其上支設刃腳及井壁模板,澆筑混凝土。
。2)砼墊層
根據刃腳、井壁厚度、砼墊層寬度定為1.5米,經(jīng)計算砼墊層標號選用C20;墊層厚度為20cm。
。3)砂墊層
砂墊層厚度根據沉井重量和墊層底部地基上的承載力計算。經(jīng)計算采用0.3m厚砂墊層,寬度為1.8m,選用中砂,用平板振動(dòng)器分層振搗(層厚小于30cm)并灑水,控制干容重>1.6KN,地基應清理整平后鋪設砂墊層,使頂面保持在同一水平面上,用水準儀控制其標高在10mm偏差以?xún),并在其空隙中墊砂夯實(shí)。
機械頂管中手掘式施工方案
本工程由于頂管種類(lèi)較多,本方案以單項數量較大具有代表性的D2000mmF型Ⅲ級鋼筋混凝土管為例進(jìn)行施工方案的編制,我方擬定為手掘式機械項管施工。
3.1手掘式項管施工工藝流程
3.1.1頂力計算與后背設計
本工程是將壁板加厚作為千斤頂的后背墻。
后背結構及抗力計算
后背作為千斤頂的支撐結構,要有足夠的強度和風(fēng)度,且壓縮變形要均勻。
所以,應進(jìn)行強度和穩定性計算。本工程采用組合鋼結構后背,這種后背安裝方便,安裝時(shí)應滿(mǎn)足下列要求:使用千斤頂的著(zhù)力中心高度不小于后背高度的1/3。
頂力計算
推力的理論計算:(以Φ2000mm計算)
F=F1十f2
其中F—總推力
Fl一迎面阻力 F2—頂進(jìn)阻力
F1=π/4×D2×P (D—管外徑2.5m P—控制土壓力)
P=Ko×γ×Ho
式中 Ko—靜止土壓力系數,一般取0.55
Ho—地面至掘進(jìn)機中心的厚度,取最大值6m
γ—土的濕重量,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(根據頂進(jìn)距離平均淤泥土)綜合摩阻力,取0.8t/m2
D—管外徑2.5m
L—頂距,取最大值100m
F2=3.14×2.5×0.8×100=428t。
因此,總推力F=31.4+428=459.4t。根據總推力、工作井所能承受的最大頂力及管材軸向允許推力比較后,取最小值作為油缸的總推力。工作井(Φ2000mm頂管)設計允許承受的最大頂力為800t,管材軸向允許推力700t,主頂油缸選用2臺(或4臺,根據現場(chǎng)實(shí)際情況定)300t(3000KN)級油缸。每只油缸頂力控制在250t以下,這可以通過(guò)油泵壓力來(lái)控制,千斤頂總推力500t。因此我們無(wú)需增加額外的頂進(jìn)系統即可滿(mǎn)足要求。
后背的計算
后背在頂力作用下,產(chǎn)生壓縮,壓縮方向與頂力作用方向一致。當停止頂進(jìn),頂力消失,壓縮變形隨之消失。這種彈性變形即象是正常的,頂管施工中,后背不應當破壞,產(chǎn)生不允許的壓縮變形。
后背不允許出現上下或左右的不均勻壓縮。否則,千斤頂在余面后背上,造成頂進(jìn)偏差。為了保證頂進(jìn)質(zhì)量和施工案例,施工時(shí)應后背的強度和剛度計算
后靠背受力計算公式
式中:
R-總推力之反力(一般大于推力的1.2-1.6)
a-系數(取1.5-2.5之間) ,此處取2
B-后座墻的寬度(M) 此處取4米
γ-土的容重(KN/M3)
H-后座墻的高度(m) ,此處取4.5米
Kp-被動(dòng)土壓系數
c-土的內聚力(kPa) 一般情況下取10
h-地面到后座墻頂部土體的高度(M),此處取5米
按上式計算,圓形工作井加護套后能承受1591.5T頂力>實(shí)際頂力500T。完全能滿(mǎn)足要求。
3.2.主要設備的選擇
頂進(jìn)設備主要包括千斤頂、高壓油泵、頂鐵、工具管及運出土設備等。
(1) 千斤頂
千斤頂是掘進(jìn)頂管的主要設備,本工程每個(gè)工作井擬配置4臺300t液壓千斤頂。
千斤頂的工作坑內的布置采用四臺組合式,頂力全力作用點(diǎn)與管壁反作用力作用點(diǎn)應在同一軸線(xiàn),防止產(chǎn)生頂時(shí)力偶,造成頂進(jìn)偏差。根據施工經(jīng)驗,采用機械挖運土方,管上半部管壁與土壁有間隙時(shí),千斤頂的著(zhù)力點(diǎn)作用在管子垂直直徑的1/4~1/5處為宜。
(2) 高壓油泵
由電動(dòng)機帶動(dòng)油泵工作,選用額定核動(dòng)力為31.5Mpa液壓油泵,經(jīng)分配器,控制閥進(jìn)入千斤頂,各千斤頂的進(jìn)油管并聯(lián)在一起,保證各千斤頂活塞的出力和行程一致。
(3) 頂鐵
頂鐵是傳遞和分散頂力的設備。要求它能承受頂進(jìn)壓力而不變形,并且便于搬動(dòng)。
根據頂鐵位置的不同,可分為橫頂鐵、順頂鐵和U形頂鐵三種。
(4) 其它設備
工作坑上設活動(dòng)式工作平臺,平臺用30號工字鋼梁,上鋪15×15cm方木。工作坑井口處安裝一滑動(dòng)平臺,作為下管及出土使用。在工作平臺上設起重架,上裝電動(dòng)卷?yè)P機,其起重量應大于管子重量。
3.3垂直運輸工具的選擇
工作坑的垂直運輸地面與工作坑的土方,管道與頂管設備的垂直運輸采用簡(jiǎn)易龍門(mén)和卷?yè)P機(電動(dòng)葫蘆),并搭設工字鋼梁作為地面工作平臺。下管采用汽車(chē)式起重機吊裝。
3.4、頂進(jìn)設備的選擇
本工程根據頂力計算,并結合實(shí)際情況,采用工作頂力為300t活塞式雙作用液壓千斤頂。千斤頂布置采用單列式。頂進(jìn)時(shí)著(zhù)力點(diǎn)位置在管子全高的1/2~1/3之間比較合適。千斤頂與管子之間采用頂鐵傳送頂力。頂鐵用型鋼焊拼成各種結構的傳力形式,根據安放位置和傳力作用不同,用橫鐵和立鐵組合。
3.5、管前挖土與頂進(jìn)
3.5.1、管前挖土
管前挖土是控制管節頂方向和高程、減少偏差和重要作業(yè),是保證頂質(zhì)量及管上構筑物安裝的關(guān)鍵。
3.5.2、下管
挖土之前應先下管,并做好以下幾項工作:
a、檢查管子
下管前應先對管子進(jìn)行外觀(guān)檢查,主要檢查管子有無(wú)破損及縱向裂縫;端面要平直;管壁無(wú)坑陷或鼓泡,管壁應光潔。檢查合格后的管子方可用起重設備吊到工作坑的導軌上就位。
b、檢查起重設備
起重設備以檢查、試吊,確認安全可靠方可下管。下管時(shí)工作坑內嚴禁站人。當距導軌小于50㎝時(shí),操作人員方可進(jìn)前工作。
c、管子就位
第一節管放到導軌上,測量管子中心及前端和后端的管底高程,確認安裝合格后方可頂進(jìn)。第一節管作為工具管,頂進(jìn)方向與高程的準確,是保證整段頂管質(zhì)量的關(guān)鍵。因此,必須認真對待此項工作。
3.6、管前挖土的長(cháng)度控制
一般是安排一個(gè)人挖土。為加快工程進(jìn)度,每班兩個(gè)人,輪流開(kāi)挖。
土方在管內可采用電瓶車(chē)進(jìn)行,也可采用人力斗車(chē)進(jìn)行運輸。
土方在工作坑采用電動(dòng)葫蘆進(jìn)行垂直運輸。
在一般地段,土質(zhì)良好,挖土時(shí)可超挖30~50㎝。在鐵路道軌下不得超越管端經(jīng)外10㎝,在道軌以外最大不得超過(guò)30㎝,同時(shí)應遵守管理單位的規定。
3.6.1、管子周?chē)诘目刂?BR>在不允許土下沉的頂地段(如上面有重要建筑物或其它管道),管子周?chē)宦刹坏贸凇?BR>在一般頂管地段,上面允許超挖1.5㎝,但在下面135°范圍內不得超挖,一定要要保持管壁與土基表面吻合。
3.7、頂進(jìn)
采用2臺300t/臺的液壓千斤頂作為主頂。頂進(jìn)開(kāi)始時(shí),就緩慢進(jìn)行,待各接觸部位密合后,再按正常速度頂進(jìn)。
頂進(jìn)若發(fā)現有油路壓力突然增高,應停止頂進(jìn),檢查原因經(jīng)過(guò)處理后方可繼續頂進(jìn),回鎬時(shí),油路壓力不得過(guò)大,速度不得過(guò)快。
挖出的土方要及時(shí)外運,及時(shí)頂進(jìn),使頂力限制在較小范圍內。
3.8安裝工具脹圈
為了有利于導向,頂進(jìn)的前數節管中,在接口處應安裝內脹圈,通過(guò)背楔或調整螺栓,使用脹圈與管壁緊成為一個(gè)剛體。脹圈一定要對正接口縫隙。安裝牢固,并在頂進(jìn)中隨時(shí)檢查調整。
3.9測量與校正
a、測量
在頂第一節管(工具管)時(shí),以及在校正偏差過(guò)程中,測量間隔不應超過(guò)300㎜,保證管道入土的位置正確;管道進(jìn)入土書(shū)面通知后的正常頂進(jìn),測量間隔不宜超過(guò)1000㎜。
中心測量:頂進(jìn)長(cháng)度在600㎜范圍內,可采用垂球拉線(xiàn)的方法進(jìn)行測量。要求兩垂球的間距盡可能的拉大,用水平尺測量頭一節管前端的中心偏差。一次頂進(jìn)超過(guò)600㎜采用經(jīng)緯儀測量。
高程測量:用水準儀及特制高程尺,根據工作坑內設置的水準點(diǎn),標高(設兩個(gè)),測頭一節管前端管內底高程,以掌握頭一節管子的走向趁勢。測量后應與工作坑內另一水準點(diǎn)閉合。
激光測量:用激光經(jīng)緯儀安裝在工作坑內,并按照管線(xiàn)設計的坡度和方向調整好,同時(shí)在管內裝上標示牌,當頂進(jìn)的管道與設計位置一致時(shí),激光點(diǎn)即射到標示牌中心,說(shuō)明頂進(jìn)質(zhì)量無(wú)偏差,否則應根據偏差量進(jìn)行校正。
全段頂進(jìn)完后,應在每個(gè)管節接口處測量其中心位置和高程,有錯口時(shí),應測出錯口的高差。
b、校正(糾偏)
頂管誤差校正是逐步進(jìn)行的,形成誤差后不可立即將已頂好的管子校正到位,應緩緩進(jìn)行,使管子逐漸得位,不能猛糾硬調,以防產(chǎn)生相反的結果。常用的方法有以下2種:
超挖糾偏方法:偏差為10~20㎜時(shí),可采用此方法,即在管子偏向的反側適當超挖,而在偏向側不超挖甚至留坎,形成阻力,使管子在頂進(jìn)中向阻力小的超挖側偏向,逐漸回到設計位置。
千斤頂糾偏法:方法基本與頂木糾偏法相同,只是在頂木上用小千斤頂強行將管慢慢移位校正。
3.10管道內輔助管道的輔設
管內的輔助管道設置于管道內壁,用鋼架將其有序地固定在管壁上。
a、通風(fēng)設施:
由于管道頂進(jìn)距離長(cháng),埋置深度深,管道內的空氣不新鮮,加上土體中會(huì )產(chǎn)生有害氣體,因此,必須設置供氣系統。通風(fēng)設施用一臺柴油空壓機將壓縮空氣輸入空氣濾清器,再進(jìn)入儲氣桶,經(jīng)過(guò)氣壓調節閥,將壓縮空氣傳輸至管道最前端,并將管道最前端的空氣排出,以此進(jìn)行空氣循環(huán)。
b、電源布置:
在河南頂管過(guò)程中,主要的電源為動(dòng)力用電和照明用電。
● 動(dòng)力用電由于頂管機械設備采用380V 動(dòng)力電,因此,動(dòng)力電必須做到二級保護和接地保護措施,動(dòng)力電源線(xiàn)設置在操作人員不易接觸處,并在電源線(xiàn)外增設護套,保證用電安全。