基于改进热力DN1400钢管沉井顶管施工措施的应用.pdf

75石材2023年9 期SHICAI施二技术基于改进热力DN1400钢管沉井顶管施工措施的应用蔡新波1，吕逢利?（1山东省建设监理咨询有限公司，山东济南2 5 0 0 0 0；2 山东历唐全程工程咨询有限公司，山东济南2 5 0 0 0 0）摘要：本文对DN1400供热供水、回水钢管的穿越，支护设计方案的选择、顶进发射井和接收并的设计等重点部位、关键性技术进行了研讨，并对顶管施工方案和施工过程中安全生产及注意的问题进行了论述。关键词：方案比选；沉井支护；热力管道；套管；顶管；土压平衡；吹砂；中图分类号：TM761.1文献标识码：ADN1400热力供水、回水钢管地下顶管施工需要综合考虑施工区域地质条件、城市规划、市政道路通行、道路两侧景观地貌、施工工期、季节性施工、边坡、深基坑支护安全、实施和管道检查井设置、运维检修、建设投资等因素，通过施工场址选择、技术比较、经济比较以及周边人文社会影响因素进行多方案必选，优化来确定。结合现场工程实例，对DN1400热力管线直埋、联通、顶管穿越受众多管线（地下承压DN1000污水管、DN1400供水管以及DN800高压电力管线）等诸多影响因素谨慎确定安全可靠、经济的支护方案，同时考虑到邻近坑边小区建筑和正常通行道路的安全，通过多方案论证、比选深挖超13m后，再进行热力管网的顶管施工。顶管施工支护采用沉井下沉支护，做到满足规范及使用要求，从而实现热力供水、回水管道的穿通、联通。1沉井支护防护施工的应用设计1.1确定沉井下沉摩擦系数、控制沉降观测点沉井支护是用于深基础施工和地下构筑物施工的一种支护工艺技术，在地面上或地坑内，先制作开口的钢筋混凝土井身，对井身进行养护后，混凝土达到百分百强度后，在井内进行土方开挖使土体逐渐降低，沉井筒身依靠自重下沉，克服其与土壁之间的摩阻力，不断下沉直至设计标高，后经就位校正后再进行封底处理；通过计算沉井施工的支护安全，对深基坑侧壁及周边环境采用的支档、加固与保护的措施。增加安全措施的方式，借助长臂挖掘机，做到井内无人施工，更有效的保证了人员安全、施工安全的安全生产方法。热力管网顶管施工，沉井支护措施是安全生产的第一阶段，必须严格进行开挖深度，沉井支护深度的计算。H=(Hi-H,)+hs+h4+hs(1)式（1）中，H为原始地面高程，Hz为顶管底高程；h3为顶管至砼底板的距离；h4为底板厚度；hs为砼封底厚度。发射工作井处的管顶中心高度为12 m左右。因此，工作井的总高度初步确定为13.5 5 m。沉井开挖超13m过高，施工技术难度较大，通过分节现浇，分次下沉的方法的施工方法，做到了挖土方便，在自重下沉过程中能更容易控制均衡下沉，便于发现和清除土层中的障碍物，若井筒下沉时一旦发生倾斜或者侧移也能很容易纠正，同时，封底的质量也可更好的得到了保证。1.2基于改进沉井下侧结构利于下沉的施工方法顶管施工的发射工作井和接收工作井均采用沉井施工工艺。混凝土强度等级为C35，沉井下沉时，混凝土强度须达到设计强度的9 0%。沉井支护井壁下沉过程中，在沉井下部设置为刃脚，其改进的支设方法取决于沉井的重量、施工荷载和地基承载力。采用常用的刃脚支设形式垫架法时，根据工程实例改进了垫架常用形式，加设型钢角，见图1。使其将上部沉井重量更好的均匀的传递给地基，使沉井浇筑制作过程中不易产生较大的不均匀沉降，更好的防止刃脚在井身下沉时产生破坏性裂缝，并可使井身保持垂直。1.3沉井就位封底施工（排水干封底）沉井在下沉过程中，要求设立专人进行沉降测量76STONE2023No.9STONE技术石材施观察。沉降观测应做到每8 h至少2 次的频率，刃脚的标高和位移观测每个台班至少1次。当沉井每次下沉确保稳定后应再进行高差和中心的位移测量，确保在允许偏差内。当沉井下沉至距设计底标高10 cm时，便停止对井内挖土和排水施工，使其靠自重下沉至接近设计底标高，经过2 3d的下沉稳定，或经观测在8 天内累计下沉量不大于10 mm时，即可进行沉井封底。图1沉井下侧刃脚设计简图2基于改进热力供热管网顶管设备技术参数的顶管施工方法2.1J顶管施工后靠背稳定性验算及制作顶管后座墙是掘进、顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，也可称为后座、后背或者后背墙等。在顶管施工中，要求后座墙必须保持稳定，一旦后座墙遭到破坏，损坏或者是产生较大变形、裂缝等，顶进作业必须就要停顿。后座墙设计要通过详细计算，其重要程度不亚于顶进力的预测计算，其最低强度应保证在顶管的设计顶进、掘进里的荷载作用力的作用下不被破坏，要求其本身的压缩回弹量为最小值，以利于充分发挥主顶工作站的顶进效率。在后座墙部位与主顶油缸尾部之间，再加设垫上一块钢制的后靠板，有后靠板厚后座墙以及沉井后方土体这三者组成了顶管的后座。发射工作井后座外土体可提供的顶进反力按郎肯被动土压力理论进行计算：1-1E=KZYth+K,.(z,-Zh)(2)Pk1式（2）E,郎肯被动土压力，hk装配式后座墙的高度（mm）；装配式后座墙的长度（mm）。工程实例项目后背墙尺寸按照4.0 m宽，5.0 m高，厚度1.0 m考虑，考虑配筋为双层双向25150钢筋（H R B40 0）。当施工中顶进阻力即顶管掘进迎面阻力和管壁四周的摩擦阻力之和超过主千斤顶的容许总顶力时，或者顶进管的节容许的极限压力或者发射工作井后背墙的极限反推力，不能一次达到顶进要求的距离时，应采用中继接力帮助顶进技术，则实行分段实施，使其每段管道的顶力降低到允许顶力范围内，后座墙土体允许施加的顶进力：F=KpH1B（h s+2 H+h g）/（2 m)(3)式（3）中，土的重度；c（k P a）土的内聚力；Kp被动土压力系数。中继间安装前应检查各部件，确认正常后方可安装；安装完毕应通过试运转检验合格后方可使用。2.2基于改进顶管顶进、掘进施工土压平衡机技术参数的方法顶管有土压平衡法及泥水平衡法等多种施工方法，DN1400热力供水、回水钢管工程结合水文地质条件，现场施工场地、施工质量、施工安全等因素，选择使用土压平衡法进行顶管施工。土压平衡式顶管机主要是利用机器泥水仓中的泥水压力来平衡顶管设备掘进、顶进工作面上的土压力和水压力，再通过调节出来的泥仓泥水压力来稳定开挖面。通过以上对土压平衡顶管机的改进，大大增加了顶管机的动力、切削能力，并具备人工清障功能，项管顺利穿越碎石层，在碎石层中顶进速度2 cm/min。顶管机头的选择要求结合现场地质条件、顶管作业环境、道路两侧景观地貌、施工工期、季节性施工等进行多方案的论证、必选及优化，为项目选择相适应的顶管机头组件，其规格、型号、技术参数、尺寸和结构要符合工程施工要求。改进土压平衡顶管机技术参数见表1，使用该方法之后，虽有一定程度的补偿效果。但是，土石方工程的旋挖能力、掘进能力不能满足热力管道的节点目标要求，同时网损与网损率仍然较高，造成较高的电能损失费用，新接高压线路增加建设配套费用，影响配电网的经济性规划。为此，对于DN1400热力供水、回水钢管施工，加水泥套管的旋挖，经多方市场考察参观，选择了最为适宜的设备，为保证施工中的工作成效没在机头部位进行改进，增设旋挖刀片，辅助旋挖能力，机头必须对电路、油路、水路、泥浆管路和操纵监控系统等设备进行逐一连接，检查、试运行，各部件连接牢固，不得渗漏，安装正确，并对各分系统进行认真检查和试运行。改进的机头根据现场地质条件，更有效减少了对土石方工程的掘进、顶进施工SHICAI施二技术材表1顶管机技术参数 2650 5000外形尺寸动力配置37kW4(mm)机头扭矩1200kN-m刀盘转速01.8r/min变频纠偏油缸200T8纠偏泵站电机5.5kW最大纠偏5最大推进速度50 80mm/min角度进排泥管机头重量37.0T通径主顶设备参数主顶油缸外型2 5 2 5 40 0/自重3.5 T/有效行程35 0 0 mm200Tx6主顶泵站25L 2-工作压力31.5 Mp功率37.5 kW15kW2-31.5Mpa表2 施工技术参数给水排水工程管道顶力计算土压平衡式顶管技术规程顶管机选型依据（封闭式）CECS246-2008圆形顶管管道截面形式圆形机内径Ds2600(mm)地面至管管道的计算顶道底部外12810000进长度L(m)缘的深度hi(mm)地面至管管道的计算顶道底部外12814000进长度L(m)缘的深度h(mm)管道外缘底部基础及其垫至导轨底面的140层的厚度h3300高度hz（mm)(mm)顶管机进人顶进坑地接收坑后支面至坑底10013440撑垫板厚度h4的深度H(mm)(mm)后座墙接收坑地面至的尺寸坑底的深度H213550100004000(mm):(mm)宽B高H基坑支护基后座墙顶至础底至后座地面高度hs50001000墙底高度h6(mm)(mm)难度，在吊人顶进坑前要作详细检查。起重机卸机头时，要平稳、缓慢、避免冲击、碰撞，并由专人指挥，确保安全可靠。如表2，针对DN1400热力供水、回水钢管施工，改进后采用土压平衡顶管进机，以机械方式将泥通过电瓶车输出，吊车吊出倒在现场临时存放点，然后用渣土车运走。由于DN1400热力供水、回水钢管施工加水泥套管施工，对顶管施工区域的施工方法使周围土体产生了动荷载，附加应力场，影响到了周围的地质、土壤，引起加载卸载等力学性能的变化，造成了土体扰动。施工方案论证中应通过改进机头的旋挖、掘进动力，减少顶管机顶的推力、注浆压力，同时分析地质条件的物理、力学物探图、分析试验，以及路面变形随顶推力、注浆压力和管道埋深的变化规律。首先，利用压注触变泥浆填充管道的外周空隙以减少地层损失控制地面沉降和减少顶进阻力。其次，在每次顶进中必须对顶管机头后的第一个注浆断面上压注足量的泥浆，以使其形成完整的泥套，其它断面则按依次顺序作定压定量的跟踪补浆，在顶进10 0 m范围后的补浆断面上可每隔2 4d进行补浆。最后，做好热力管道与水泥套管内回填施工采用吹砂施工提高回填效率的方法，套管与主管道之间的回填密实度，保障后续施工质量,确保施工安全，防止后期地基路基不规则沉降自、主沉降的同时，再在热力管道与地下众多管道管线（污水、供水、高压电力管网）的交叉施工区域做好加固措施、注浆措施，以减少顶管工程施工对既有地道的扰动等方法，在取保安全生产、安全施工前提下，计算出最佳的施工措施来降低扰动的程度。根据对顶管施工造成的土体扰动制定的缓解措施，为类似工程的安全施工总结经验。参考文献1孙磊，孙凯，李兆吉，庞应科，司达非，王晓鹏，湿陷性黄土地区大型圆形沉井及顶管施工对周围环境的影响D.工程技术，2 0 2 3，5 2（0 4）：19-2 3+43.2】王文杰薛丽敏郑凯杨慧黄伟城市排水管涵工程顶管施工方案对地道的影响分析研究D).水利技术监督.2 0 2 3(0 1).2 7 3-2 7 6.3】张鹏,浅层顶管施工对路面影响的数值模拟分析研究D工程技术.2 0 2 3,5 0（0 1）.15 2-15 7.4】付晓畅,顶管施工技术及其对土体扰动的分析D安徽建筑.2022,29（10）.42-43.5陈雪虎,DN3000原水干管顶管施工对高铁桥梁的影响分析,价值工程.2 0 2 2,41（2 7）.5 5-5 7.石材2023年9 期77