排水工程顶管专项施工方案.doc
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1、排水工程顶管专项施工方案合肥市铜陵路高架工程二标排水工程顶管专项施工方案编制: 审核: 批准: 中铁隧道集团有限公司合肥市铜陵路高架工程二标项目经理部二0一一年十月目 录1 编制说明31.1 编制依据31.2 编制范围32 工程概况42.1 工程位置42.2 设计概况42.3 工程地质和水文地质42.3.1 工程地质42.3.2 水文地质52.4 施工条件52.4.1 地面交通52.4.2 水电条件52.5 周边建(构)筑物及管线53 现场管理机制64 总体施工组织安排74.1 总体施工方案74.2 施工组织安排75 顶管主要施工方法及技术措施85.1 顶管施工工艺流85.2 施工准备85.3
2、 工作井、接收井施工95.4 设备进场安装105.5顶进施工135.6新老管道接驳156 施工进度计划及资源配置166.1进度指标166.2施工进度安排166.3资源配置176.3.1劳动力配置176.3.2机械设备配置表177 质量保证措施187.1加强质量教育187.2加强技术培训187.3建立质量情报信息网络187.4强化企业质量自控能力187.5保证质量的控制措施187.5.1工程工艺控制187.5.2工程材料控制197.5.3施工操作控制197.5.4进度和质量关系的控制197.5.5确保工程质量的主要技术措施198 安全环保文明施工措施218.1安全保证措施218.1.1建立实施安
3、全生产责任制218.1.2安全教育218.1.3安全生产管理措施218.1.4安全技术措施228.2环境保护措施248.3文明施工措施249 顶管施工过程中常见问题及处理办法259.1管节旋转、偏移259.2管节接头漏浆259.3洞口止水圈撕裂或外翻259.4导轨偏移259.5后靠背严重支形、位移或损坏269.6顶铁外崩269.7管节破裂269.8顶管施工中遇下列情况,采取的应急措施:2610 顶管施工对地面构筑物的影响及防护措施2810.1地面沉降或隆起2810.2地表隆起2810.3地面沉降2810.4监测2910.5保护2911 突发事件应急预案3011.1危险源管理3011.2突发事件
4、应急工作程序3011.3应急组织措施3111.4突发事件的预防处理措施3211.5应急救援演习34排水工程顶管专项施工方案1 编制说明1.1 编制依据(1) 铜陵路高架工程排水工程施工图设计(第二标段);(2)给水排水管道工程施工及验收规范(GB502682008);(3)给水排水顶管技术规程(CECS246:2008);(4)混凝土和钢筋混凝土排水管(GB/T118362009);(5)F型钢承口钢筋混凝土管(顶管)(Q/AS2002-2003)(6) 现场地质情况、地下管线情况和周边建筑物及设施情况;1.2 编制范围本方案适用于合肥市铜陵路高架工程二标排水工程顶管施工。2 工程概况2.1
5、工程位置本标段排水工程指沿铜陵路2.31公里,沿巢湖路267米,沿滨河路455米,和平路503米所有影响工程施工和道路规划的雨水、污水管道进行统一规划和埋置。排水工程中埋深较深(一般指58m)、管径较大的管道由于采用敞口开槽施工占地面积较大,对周边环境影响较大,采用顶管施工。顶管施工主要包括800、1000、1200、1400、1500、1800、2000七种管径。管径800管材 12m;管径1000管材740m;管径1200管材340m;管径1400管材92m;管径1500管材29m;管径1800管材444m;管径2000管材122m。管节长度主要为2m长每节。管道平面位置如图2-01所示。
6、2.2 设计概况顶管工程所有管线埋深大约在512m之间,管道采用机械顶管的方法施工。顶管管材采用级钢承口式钢筋混凝土管(F型),F型接口。管材要符合混凝土和钢筋混凝土排水管(GB/T11836-2009)及F型钢承口钢筋混凝土管(顶管)(Q/AS2002-2003)的规定。工作井为直径为R=5000mm圆形井,在施工场地不允许的情况下可适当缩小工作井的大小。接收井即检查井,接收井大小根据检查井大小而定,也采用圆形井。护壁采用倒挂井壁砖砌结构,中间设置圈梁,井底采用混凝土封底。2.3 工程地质和水文地质2.3.1 工程地质拟建场地现况主要为市政道路,场地地形基本平坦,沿线工程地质条件较好。拟建场
7、地地层主要为:1层压实填土(Q4ml):褐色、杂灰等色,稍密-密实状态,以粉煤灰混粉质粘土为主,含碎石、砾石,表层为混凝土、沥青路面;层厚2.005.30m。2层素填土(Q4ml):黄褐等色,松散-稍密状态,以粉土混粉质粘土为主,局部为杂填土;层厚1.403.70m。层粉质粘土(Q4al):黄褐色,可塑状态,含铁锰结核。层厚2.104.50m。层粉质粘土(Q4al):灰、深灰等色,软塑-流塑状态,局部为淤泥质土,局部含腐殖物;层厚2.706.70m。层粉土(Q4al):褐灰、灰色、灰黄等色,稍密-中密;饱和状态,夹粉质粘土、粉砂薄层;层厚1.006.80m。层粉土(Q4al):黄褐、灰黄等色,
8、密实;饱和状态,含粉细砂。2.3.2 水文地质拟建场地地下水主要为松散岩类孔隙水及孔隙裂隙水两种类型。孔隙水:该含水岩组主要由第四系上更新统粘土和全新统粉质粘土、粉土组成,前者水位埋深010m,后者水位埋深1.92.9m,主要接受大气降水和河流的补给,次为农业灌溉和部分地表水的补给。主要以径流方式排泄,总体径流方向指向南淝河。孔隙裂隙水:水位埋深1520m,含水层主要为泥质砂岩、泥岩夹泥质砂岩,主要以间接接受大气降水补给。主要以径流方式排泄,总体径流方向指向南淝河。2.4 施工条件2.4.1 地面交通铜陵路是一条南北向城市主干道,地处城市中心地带,交通方便,周边建筑众多,车流量大。顶管施工主要
9、分布在道路两侧的人行道和非机动车道下。2.4.2 水电条件本工程的施工临时用水拟从市政供水网络的供水点接驳50供水管,引至顶管施工地点。施工临时用电已从市政供电网络的接驳点分别接驳1台500KVA、1台400KV、1台315KVA变压器,顶管施工时完全能够满足施工用电要求。2.5 周边建(构)筑物及管线铜陵路道路两侧多有住宅小区、民宅、商铺、企事业单位,主要单位为裕园小区、元一柏庄小区、蓝鼎星河府小区、宝业城市绿苑、安徽省港航勘测设计院、安徽省纺织科学研究所、政裕大厦、中天左岸、合肥科技商业银行王大郢分理处、文一快捷酒店等。住宅小区基本为高层建筑,周边房屋基本均为多层建筑。铜陵路沿线管线众多,
10、管线除部分现况管线加以利用外,其余均需拆除。工程范围内的现况管线主要有雨水管涵、污水管、燃气管(中压)、给水管、热力管(热源为蒸汽)、电力架空线及排管、路灯管线、电信及其他弱电综合管线等。本标段顶管主要下穿现状雨污水、信息、给水、燃气、电排等地下管线。3 现场管理机制合肥市铜陵路高架工程二标排水工程顶管由中铁隧道集团合肥市铜陵路高架工程项目经理部组织施工,项目部下设工程部、经合部、财务部、设备物资部、安全环保部等五部,一中心试验室。对顶管施工的质量、进度、安全等负直接责任。具体组织机构见图3-01。项 目 部二工区田军一工区邹强领工员材料员试验员质量员安全员技术员各作业班组图3-01 现场组织
11、机构图4 总体施工组织安排4.1 总体施工方案本工程顶管施工采用机械顶管施工方法,如图3-01。配备10套顶进设备。图4-01 顶管施工示意图4.2 施工组织安排顶管施工组织安排见图2-01。5 顶管主要施工方法及技术措施5.1 顶管施工工艺流顶管施工工艺程图如图5-01图5-01 顶管施工工艺流程5.2 施工准备工程开工前对施工现场进行详细的勘察和探测,确保施工范围内无其它管线或地下建筑物,如有可以及时联系业主及设计进行调整。根据业主提供的平面控制导线网和高程控制导线网进行引测。按照设计要求及设计图纸规定的管线、道路工程坐标点,进行测量放样工作。5.3 工作井、接收井施工工作井、接收井开挖按
12、照测量放线所确定的工作井位置,采用人工辅助机械开挖,挖机直接将土提升至地面汽车上,当挖机无法直接挖土时采用人工开挖+电动卷扬机进行垂直提升,运至一定位置集中堆放,再用汽车转运弃土场。为减少施工占地,工作井,接收井开挖时采用垂直开挖,砖砌+混凝土圈梁护壁,坑深根据排水管道埋深而定,一般比管道下底面低约30cm。坑底周边设置0.5*0.6m排水沟,在坑底的一侧设置集水坑随时抽水,保证坑内干燥无水。工作井和接收井利用倒挂井壁砌筑施工。工作井支护工作井坑壁支护采用倒挂井壁方式施工,砖砌井壁厚度370mm,砂浆为M10。井深3m处设置一道钢筋混凝土圈梁,圈梁为370*400mm,3m以下每三米设置一道圈
13、梁以加强井壁支护。井底垫层采用碎石垫层和混凝土垫层共同受力,其中碎石垫层厚度为30cm,加砂分层夯实,C20混凝土垫层厚度为20cm厚。井口上方设置200mm高挡水墙,防止雨水倒灌。井内做护壁时,预留顶管出洞、进洞位置,防止护壁阻挡顶管进、出洞。井壁支护计算(以R=5000mm,墙厚为370mm为例):由于坑为圆形,且四周土质均匀,因而四周各点的受力相同。F0=P0*S力系为径向对称,根据力学原理:各点受力转化为沿圆形井壁方向F1,F1= P0*S=P0*2R*h/2= P0* R*h墙体厚b=0.37mP=F/S=F/b*h= P0* R*h/b*h= P0* R*/b= P0*2.5/0.
14、37又因为P0=*g*h=1.65*103*9.8*10=0.16MPa则:P=0.16*2.5/0.37=1.08 MPa因为P安=P0*=1.08*2.5=2.7 MPa又因为墙体强度P允许7.5MPa,所以:P安P允许所以:此工作坑支护方案是安全的。R:工作坑半径P0:土体最大受压强(坑底)P1:墙体最大受压强(理论):土容重 取1.65T/m3:安全系数 取2.5P安:综合安全压强5.4 设备进场安装基坑施工完毕后紧接着进行顶进设备安装,顶进设备主要由后背墙、导轨、油缸支架、千斤顶、工具管、泥浆搅拌及压注系统、垂直提升工具组成。后背墙后背墙位于工作坑的后部,虽属临时性结构,但必须安全可
15、靠,对后靠背有如下要求:具有一定的强度和稳定性,不致因顶力大而坍塌。具有一定的刚度,压偏变形尽可能小。后背要求壁面,垂直于中轴线,以便安装。后背土壤一致,压缩均匀,以免顶力使后背倾斜,本工程采用现浇砼后背。本工程采用相背顶进的施工方法,当一个方向的管道顶进结束后,再利用已顶进的管道作为后靠墙,完成另一方向的管道顶进工作,利用已顶进完毕的管道作为后靠背时,应符合下列规定:待顶管道的顶力应小于已顶管道的顶力。后背钢板与管道之间应衬垫缓冲材料。采取措施保护已顶入管道的接口不受损伤。顶力计算:根据顶管工程力学参数确定,先顶后挖时,顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力,主要包括工具管切土正压力F1、管壁
16、摩擦阻力F2。 工具管正压力:与土层密实度、土层含水量、管内挖土状况有关。根据当地相关工程资料,软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常在30-60t/m2。大于40t/m2 时表明土质较好。 F1=S1K1其中F1-顶管正阻力(t)S1-顶管正面积(m2)K1-顶管正阻力系数(t/m2) F1=S1K1=r2K1(3.14*1.0*1.0-3.14*0.9*0.9)*3017.898 吨管壁摩擦阻力:管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。根据当地相关工程资料,管壁摩擦阻力一般在0.1-0.5t/m2 之间。F2=S2K2其中F2顶管侧摩擦力(t)S2顶管侧面积(m2)K2顶管侧阻力系数(t/
17、m2)F2=S2K2=DLK2=3.14*2.0*68*0.8=341.6 吨顶管阻力为以上二种阻力之和,顶进长度按管径2m,管长68m计算,总顶力:F=F1+F2=17.898+341.6=360吨因此,选用两个200 吨的千斤顶作为顶进动力设备。根据同样原则可选择管径为8001500的顶进设备为两台(或四台)100吨的千斤顶作为顶进动力设备。管径为18002000的顶进设备为两台(或四台)200吨千斤顶作为顶进设备。根据顶力大小,选择合适的后背墙宽度和高度。暂取后靠背高度为2.5m,宽度为2m。假定主顶千斤顶施加的顶进力是通过后座墙均匀地作用在工作坑后的土体上,为确保后座在顶进过程中的安全
18、,后座的反力或土抗力应为总顶进力F的1.21.6倍,反力可采用如下公式计算: 式中:总推力之反力,kN;取值为5760系数,取=1.52.5;取值为2.0后座墙的宽度,m;取值为2.5土的容重,kN/m3;取值为16.5后座墙的高度,m;取值为2.5被动土压系数(见表5.1);取值为2.46土的内聚力,kPa;取值为60.3地面到后座墙顶部土体的高度,6m。在计算后座的受力时,应该注意的是: 油缸总推力的作用点低于后座被动土压力的合力点时,后座所能承受的推力为最大; 油缸总推力的作用点与后座被动土压力的合力点相同时,后座所承受的推力略大些; 当油缸总推力的作用点高于后座被动土压力的合力点时,后
19、座的承载能力最小。因此,为了使后座承受较大的推力,工作坑应尽可能深一些,后座墙也尽可能埋入土中多一些。表5.01 土的主动和被动土压系数值土的名称土的内摩擦角()被动土压系数主动土压系数软土101.420.702.03粘土202.040.494.16砂粘土252.460.416.00粉土272.660.387.00砂土303.000.339.09砂砾土353.690.2713.67根据设计顶力可计算出后靠背设计受力为5760KN,将以上所选数据代入公式后后靠背实际能承受的额顶力为6037KN。可见后靠背为2.5m*2.5m大小的受力面积能够承受顶力反力作用。根据以往合肥市顶管经验,后靠背采用钢
20、筋砼靠背,厚度为0.3m,靠背与墙体之间直接接触,并且采用土钉与土体紧密连接在一起。为考虑安全,靠背钢筋采用12钢筋,间距为10cm,砼强度为C40,横竖双层布置,层间距为20cm。同时根据工作井的作用,是否采用双面顶,采取双面顶时,可采用已顶进的管道作为靠背,管口采用保护措施防破坏,并在管口垫上一层厚不小于40mm的钢板,作为顶进时千斤顶的直接受力点。导轨导轨用型钢和P38以上钢轨制作,钢轨焊于型钢上,型钢用螺栓紧固于钢横梁上,以便装拆 。钢横梁置于工作井底板上,并与底板上的预埋钢板焊接,使整个导轨系统成为在使用中不会产生位移的、牢固的整体。导轨安装在顶管中至关重要,其安装精度甚至决定管道是
21、否能够顶好,故须达到如下要求:两导轨应该顺直、平行、等高、其纵坡应与管道是否设计坡度一致。导轨轴线偏差小于3mm;顶面高差0+3mm;两轨间距2mm。图5-02 导轨、支架示意图油缸支架油缸支架是用来支撑并固定主顶油缸的构件,用16槽钢加工而成。千斤顶安装主顶站千斤顶选用2台,固定在型钢制作的千斤顶支架上,支架焊在井底的横梁上,千斤顶着力点应在与水平直径的顶管周围上,即与管道中心的垂线对称,其合力的作用点在管道圆心上。每个千斤顶的纵线坡度一致。千斤顶的顶力为管道顶进过程中所克服的各种阻力之和,根据地质条件,本工程所有顶管均处于粘土层和粉质粘土层中,稳定性较好,可在管前开挖3040cm。垂直提升
22、系统垂直运输采用简易龙门和卷扬机,用以提升土方、下管、起吊顶管设备等。注浆系统泥浆搅拌及压注系统是将膨润土搅拌成泥浆并充分膨化后输送到管壁与土壤之间的设施的总称,该系统安放在基坑旁边,可不必放置在基坑下面以节约空间。5.5 顶进施工下管采用卷扬机下管。卷扬机将管吊起,通过桁架横向移动,使砼管到达预定部位。下每节管子要检查管节的标高和导向,看其是否符合设计要求。检查管节是否完全贴卧于导轨上,接口时弧形铁和沥青麻丝将下入管节和前接管连接在一起,成为刚性连接高程、方向的正确性。挖土采用人工挖土,挖土时使用短把小平镐,短把小铁锹等小型工具。由于管道处于两层粉土之间,上面、下面开挖可能遇到不能形成土拱的
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