南头污水排海工程施工方案.doc
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1、南头地区污水排海工程(桂庙路非开挖施工法顶管段)施工组织设计 审定: 审核: 编制:深圳市深港建筑工程公司一九九九年二月十三日 目录1 编制依据2 工程概况3 地质概况4 施工总平面布置及施工机构网络图5 主要施工方法及技术措施6 主要施工机具设备7 施工总工期和施工进度计划8 劳动组织9 管内通风措施10 质量保证措施11 材料节约措施12 施工安全措施13 环境保护措施南头地区污水排海工程(桂庙路非开挖施工法顶管段)施工组织设计1 编制依据1.1 南昌院提供“后海泵站至前海泵站渠道”平面布置图及S9903-S-1工作井结构图。1.2 深圳地质勘探开发公司1998年6月提供工程地质报告 1.
2、3 给排水工程结构设计规范 GBJ 69841.4 人防工程施工及验收规范 GBJ134 901.5 顶管工程马谢尔勒(参考文献)2 工程概况2.1 深圳市南头地区污水排海工程桂庙路段,自坐标点X17831.O58;Y=100901.893(X13检查井)至坐标X17760.670; Y=101069.862( X10)检查井)区段全长260.568 m,因场地受一条平行走向的600供水管限制,不能开槽施工,经深圳市土地投资开发中心与市给排水工程建设指挥部研究确定。原设计现浇砼箱涵修改为由X13- X12采用D2400钢管非开挖法顶进施工,长度86.003m;由X12- X10采用D2200砼
3、管非开挖法顶进施工,长度174.565m,顶管埋深为6.58.0米。2.2 根据S9903-S-1结构图设计要求,管道平面走向基本直线,设两座顶管工作井。设于X11和X13位置,工作井分别由Xl3向X12及由X10向X10和X12双向顶进;2.3 钢管内径D2400mm,砼管道内径DN2200mm,纵坡00272,沿程共设4座污水检查井,2.4 项管纵轴沿程穿越透水性极强的粗砾砂层。且邻近地下管网密集,施工应考虑采用泥水平衡顶管机施工、避免地下水下降及粗砾砂流失引起的地面沉降。3 地质概况根据深圳市地质勘探开发公司l998年6月提供后海泵站至前海泵站渠道工程地质报告显示,场区自上而下地层为:人
4、工填土:由粉质粘土、石英砂、建筑垃圾等组成。松散厚0.5-4.4m.3.1 耕植土:灰黑色粉土,湿、软至可塑.3.2 淤泥:黑色、灰黑色,饱水、软塑流塑。含有机质呈透镜分布、厚1.04.8m 。3.3 粗砾砂:灰黄色,灰白色、松散稍密,厚0.617 m。分布于场区周围。3.4 冲洪积粉质粘土:灰白灰黄色。可塑硬塑、厚0.6 9.7 m。3.5 残积土(粉质粘土):为花岗岩风化残积土。 浅黄黄红色。可塑硬塑,厚221.5m。 地下水:粗砾砂为本场地的主要含水层,透水性强、水量丰富。对砼具腐蚀性。4 施工总平面布置及施工机构网络图4.1 施工布置 根据工程特点,采取先施工顶管工作坑,后顶管施工污水
5、管,再利用顶管工作坑施工检查井的顺序施工。 由于施工路线较长,拟在封闭道路的条件下采用水泥管和钢管两种管材同时施工,水泥管采用深圳市苍龙管道工程有限公司生产的水泥管。本工程顶管工作井共两座,采用现浇钢筋砼沉井结构、井壁厚400。采用排水法下沉,工作井刃脚应穿透粗砾砂层进入粉质粘土层内 ,本工程工作井均为双向顶进,未顶进一侧的井壁作为后坐千斤顶支座时设置55m的反力架与井壁连接。顶管工作坑施工宜提前进行,以缩短工期。4.1.1 施工工艺流程 顶管施工采用人工配合机械掘进顶管施工,顶管工具头采用大刀盘土压平衡式盾构机,螺旋出土器出泥,人工管内小型手推车,卷扬机垂直提升出土。如遇流砂层,则将工具管密
6、封,水力出泥。工具管机械原理图如附图1所示,施工顺序为: 挖顶进工作坑及制作砼管吊装砼管到轨道上装顶铁装密封圈开启油泵顶进出泥管道贯通拆工具管砌检查井回填壁后注浆。4.1.2 施工总进度计划 本工程进度计划要求在100个工作天内建成,在计划安排上尽量使各工序完全连接,各项工作同时开工。工程总进度计划安排见附表所示。4.2 施工平面布置 在现场集中设顶管工作坑、接收井和管道堆放场地。水泥库、钢筋和工棚各一座,由于顶管所用混凝土管较特殊,考虑混凝土管在工厂预制,现场设混凝土管堆放场地,用汽车运到坑口安装,工程所用铁件井盖和井圈拟市场购置。 现场设工地办公室、工人休息棚、工具杂品库、水房。由于受场地
7、限制,材料按工程进度要求,分期、分批运送到现场,按平面布置堆放。施工场地设置标志牌和标志线,开挖土方随挖随运到弃土场堆放,部分土方堆放在临时堆土场,供检查井坑回填土用。临时用电采用40KW柴油发电机,主干线采用380V三相五线制,接通工作井,供卷扬机和水泵用, 坑内及管道内照明采用36V安全交流电源供电。施工现场管理机械网络图 项目经理 李建伟 项目副经理 项目副经理 谷 中 朱新强 资 物 治 顶 泥 土 质 料 资 安 管 浆 方 检 预 材 保 施 施 运 测 算 料 卫 工 工 输 量5 主要施工方法及技术措施 5.1 施工准备工作5.1.1 生产准备5.1.1.1 进行施工测量和现场
8、放线工作。5.1.1.2 确定管线范围内及施工需用场地内所有障碍物, 如管线、电线杆、树木及附近房屋等的准确位置。5.1.1.3 平整场地,修通至竖井、工作坑道路。 尽量利用正式道路及路基。5.1.1.4 按施工平面布置图修建临时设施,安装临时水、 电线路,并试水、试电、修好临时排水沟。5.1.1.5 订购所需铁井盖、井圈。5.1.1.6 进行顶管所用非标准设备的安装。5.1.2 技术准备5.1.2.1 组织现场施工人员学习,审查施工图纸和进行各专业图纸会审,进行设计要求和施工技术交底。5.1.2.2 编好顶管施工、新奥法施工工艺卡。搞好顶管施工操作人员的培训工作。5.1.2.3 绘制临时工程
9、及施工非标准设备工具图纸。5.2 主要项目施工方法 顶管法是依靠机械在管内前端部挖掘土壤,然后在工作坑内借助顶进设备,把敷设的管子按设计中线和高程的要求顶入,并用机械切削泥土并用小车将土从管中运出。掘进顶管采用的管材为平口钢筋混凝土管和钢管。5.2.1 顶管施工的准备工作5.2.1.1 制订施工方案 顶管施工前,进行详细调查研究,根据场地地质情况,编制可行的施工方案。5.2.1.1.1 通过市政局提供的资料和现场勘察,掌握了本工程下列情况: 管道埋深6.5-8.0m、管内径2000mm和2400mm、管材为钢筋混凝土和钢管,混凝土管采用钢套氯丁橡胶止水圈接口,钢管接口采用焊接,钢管表面要求进行
10、防腐处理; 管道沿线水文地质资料表明:管道穿越土质有粉质黏土、中细砂层等,管道处于地下水位以下,其中约60米一段穿越南山大道; 顶管地段内有雨水管、自来水管、电讯管道,地面情况较复杂, 现场施工前应标识清楚; 现场地势较平坦,交通运输方便; 其它有关资料。5.2.1.1.2 编制施工方案主要内容 选定工作坑位置和尺寸,顶管后背的结构和验算; 确定机械掘进和水力出土的方法,下管方法和工作平台支搭形式; 进行顶力计算,选择顶进设备:是否采用中继间、 润滑剂等措施,以增加顶管段长度; 顶管和检查井施工遇有地下水时,采取的止排水方法; 顶进水泥管和钢管时,确定每节管长,管间止水要求,防腐绝缘保护层的防
11、护措施; 保证工程质量和安全的措施。5.2.2 工作坑的布置 工作坑是顶管施工的工作场所。其位置可根据以下条件确定:5.2.2.1 根据管线设计,工作坑选在X13 和X11检查井处;5.2.2.2 单向顶进时,应选在管道下游端,以利排水;5.2.2.3 考虑地形和土质情况,有无可利用的原土后背;5.2.2.4 工作坑与可能穿越的建筑物要有一定安全距离;5.2.2.5 距水、电源较近的地方等。 本工程根据检查井的设置、地形及地表建筑物分布,设置2个顶管工作坑和一个接收井,设x11和x13为顶进工作坑和x12为接收井。5.2.3 工作坑的尺寸 工作坑应有足够的空间和工作面,保证下管、安装顶进设备和
12、操作间距,坑底长、宽尺寸可按如下公式:底宽: WD(2.43.2)式中W工作坑底宽度(m); D被顶进管子外径(m);底长: LL1L2L3L4L5式中L工作坑底长(m); L1管子顶进后,尾端压在导轨上的最小长度,混凝土管一般留0.3m。 L2每节管子长度(m); L3出土工作间隙,根据出土工具确定,一般为1.01.5m; L4千斤顶长度(m) L5后背所占工作坑厚度(m)。 考虑到坑内后背采用混凝土沉井和钢板,壁后灌注水泥浆加固,本工程工作坑确定为8.56.5m,坑内设集水坑。5.2.4 顶管工作坑支护 顶管工作坑场地地质条件较差,开挖深度大,基坑开挖过程中必须有可靠的挡土措施。本工程采用
13、沉井支护。沉井长9.3米,宽7.3米,深8.5米,壁厚400mm,采用c15混凝土封底,封底前铺200毫米厚的砂和500毫米碎石。5.2.5 工作坑导轨设置及基础加固 工作坑底可根据土质、管子重量及地下水情况, 做好基础,以防止工作坑底下沉,导致管子顶进位置的偏差。5.2.5.1 导轨、作用是引导管子按设计的中心线和坡度顶进,保证管子在顶入土之前位置正确。导轨安装牢固与准确对管子的顶进质量影响较大,因此,安装导轨必须符合管子中心,高程和坡度的要求。 本工程采用30#槽钢作导轨。5.2.5.2 基础 采用沉井混凝土底板上卧方木基础,当工作坑底土质松软,有地下水时, 应采用强度为C15混凝土封底,
14、厚度为2530cm,混凝土底板漏水处应采用灌注水泥浆。 根据顶管施工的要求设置焊接工作坑.5.3 顶管工程力学参数确定 顶管过程是一个复杂的力学过程,她涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管计算的根本问题是要估计顶管的推力和后背承载能力。 顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力,包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力及工具管气水压力。5.3.1 工具管切土正压力:与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。根据有关工程统计资料,软土层一般为20-30t/m2,顶管施工时必须封闭工具管,采用泥水压力平衡方式施工。硬土层通常在30-60t/m2。大于40t/m2时表
15、明土质较好。其顶力计算如下: F1=S1K其中 F1-顶管正阻力(t) S1-顶管正面积(m2) K-顶管正阻力系数(t/m2)5.3.2 管壁摩擦阻力:管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。根据有关工程统计资料,采用泥浆润滑时,管壁摩擦阻力一般在100-500kg/m2之间。 本工程采用管外注泥浆的方法减少管壁摩擦阻力,管壁与泥土间加泥浆套减少顶管阻力,另外要注意管外壁形态规则和保持混凝土管表面光洁、尽量减少管道拐弯。5.3.3 泥水平衡压力:在封闭的冲泥舱内加泥水压力平衡地下水压力,是防止泥砂涌入的重要方法。泥水压力一定要合理。压力较小,大量的泥砂涌入,会造成路面破坏,地表设施受损;压力过大
16、,会增大主千斤顶负荷,严重的可能产生冒顶现象。泥水平衡压阻力计算如下: F3=pD2P/4其中 F3-顶管泥水阻力(t) D顶管外径(m) P一顶管泥水最大压力(t/m2) 考虑最大一次顶进距离为80m,超过80米时增设中继环,主千斤顶顶力为以上三种阻力之和: F=F1+F2+F3800t 考虑地下工程的复杂性及不可预见因素,顶管设备取1.5倍能力储备,设置中继环时,主千斤顶顶进能力应为1200t,中继环千斤顶顶进能力应为600t,。5.3.4 后背结构及抗力计算5.3.4.1 后背结构后背作为千斤顶的支撑结构。因此,后背要有足够的强度和刚度,且压缩变形要均匀。所以,应进行强度和稳定性计算。本
17、工程采用厚钢板后背,这种后背设置简单,直接作用在沉井后壁上,安装方便,安装时应满足下列要求:5.3.4.1.1 使千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3;5.3.4.1.2 后背垫铁用工字钢梁和70mm厚钢板。5.3.4.1.3 后背后松散砂层灌注水泥砂浆。5.3.4.2 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相一致。当停止顶进,顶力消失,压缩变形随之消失。这种弹性变形现象是正常的。顶管时,后背不应当破坏,产生不允许的压缩变形。 后背不应出现上下或左右的不均匀压缩。否则,千斤顶支承在沉井壁上,造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工安全,应进行后背的强度和刚度计算。 根
18、据顶进需要的总顶力,运用朗肯土压力公式核算后背受力及挡桩的长度,使土体所受的力小于土壤的允许承载力。 关于后背详细计算,可分为浅覆土后背和深履土后背。具体计算可按挡土墙计算方法确定。5.3.5 顶进设备 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。5.3.5.1 千斤顶 千斤顶是掘进顶管的主要设备,本工程拟采用4台300t液压千斤顶。 千斤顶的工作坑内的布置与采用个数有关,如一台千斤顶,其布置为单列式,应使千斤顶中心与管中心的垂线对称。本工程采用4台千斤顶并列,顶力合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。千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1
19、/41/5处。 中继环千斤顶采用6只100吨环向均匀分布。5.3.5.2 高压油泵 由电动机带动油泵工作, 采用额定压力为62MPa的ZB500柱塞泵,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。5.3.5.3 顶铁 顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶压力而不变形,并且便于搬动。 根据顶铁旋转位置的不同,可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。5.3.5.3.1 横向顶铁 它安在千斤顶与方顶铁之间,将千斤顶的顶推力传递给两侧的方顶铁上。使用时与顶力方向垂直,起梁的作用。 横顶铁断面尺寸为6001000mm,长度按顶管径及千斤顶台数而定,本工程选
20、用长度为1.6m;用60工字钢加肋和端板焊制而成。5.3.5.3.2 顺顶铁 纵向顶铁放置在面铁与被顶的管子之间,使用时与顶力方向平行,起柱的作用。在顶管过程中起调节间距的垫铁,因此顶铁的长度取决于斤顶的行程、管节长度、出土设备等而定,本工程备有100、200、300、400、600等几种长度。横截面为500300mm,两端面用厚25mm钢板焊平。顺顶铁的两顶端面加工应平整且平行。防止作业时顶铁发生外弹。5.3.5.3.3 环形顶铁 安放在管子端面,顶铁作用其上。 它的内、外径尺寸与管子端面尺寸相适应。其作用是使用顺顶铁传递的顶力较均匀地分布的到顶管端断面上,以免管端局部顶力过大,压坏混凝土管
21、端。本工程大口径管口采用环形顶铁。5.3.5.4 其它设备工作坑上设活动式工作平台,平台用25号工字钢梁,上铺1515cm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。工作棚用帆布遮盖,以防雨水。5.4 冲泥与顶进 工作坑内设备安装完毕,经检查各部处于良好状态,即可进行冲泥和顶进。 工具管安装就位后,将管子下到导轨上,装好顶铁,校测管中心和管底标高是否符合设计要求,合格后即可进行工具管管前端冲泥。5.4.1 密实地层中顶管挖土与运土方法 管前冲泥挖土是保证顶进质量及地上建筑物安全的关键,管前冲泥挖土的方向和开挖形状,直接影响
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