人工顶管施工方案整理版.doc
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1、榆横煤化工产业区污水主干管(延长益业段) 顶管施工专项方案编制人:尚亮榆审核人:马 斌审批人:霍世颜 单位:榆林成信建工集团有限公司2023年7月21日目 录一、工程概述3二、顶管方法3三、施工工艺流程3四、地质情况及工作井、接受井设立5(一)地质情况5(二)、顶管工作井及接受井的设立5五、顶管工具管5六、顶力计算及顶时设备的配置6七、顶管工作平台及棚架搭设8八、设备的安装9(一)顶管设备的安装9(二)、通风设备及送风10九、顶进设备的试车运营12十、顶管施工照明12十一、触变泥浆减阻13(一)触变泥浆的配制14(二)应用触变泥浆设备涉及:泥浆封闭设备、调浆设备和灌浆设备15(三)注浆孔的设立
2、15(四)触变泥浆的拌合程序15(五)注浆工艺程序16(六)触变泥浆使用应注意事项16十二、建筑物附近监测171、测点布置172、监测方法及时间:173、 数据采集及解决方案184、 减少测量误差的措施18十三、管道顶进施工18(一)下管就位18(二)顶管挖土19(三)穿墙19(四)管道顶时22(五)顶管施工测量22(六)顶管纠偏校正23(七)管道纠扭24(八)对顶接头25(九)顶管接口25十四、顶管工艺流程质量控制25(一)基本规定25(二)顶管实测项目允许偏差26(三)顶管排水26十五、遇地下障碍物解决:27十六、顶管施工管道内的保护措施28十七、顶管管道失稳的分析和防治措施28十八、顶管
3、记录与管理36十九、管道闭水实验37二十、流砂的简易解决方法37二十一、安全用电38一、工程概述 K1+749.8现状地下DN500承插球墨生产给水管线一条,与横穿污水管道交点处的管底高程为1115.453m,而该处污水管道的管底高程为1108.169m,两个管道的净高差为7.28m,而开挖管槽土质全是风积沙,加之管槽平均深度在7米左右,主线无法开挖施工;且该段有一条16米宽的沥青路,交通繁忙,车流量非常大。主线无法开挖施工;基于以上因素,通过与水务部门、华电公司联系,规定用顶管施工方案,此方案对现状土扰动范围较小,所以对现状生产给水管道导致的影响很小,为保险起见,待污水顶管施工结束后,对现状
4、生产给水管道周边进行注水解决,密实管道周边砂土。管材由DN1000塑钢缠绕管变更为DN1200钢筋混凝土顶管。管道处在地下水位以下,管道直径DN=1200mm。工程地质重要以沙土为主,地下水丰富。二、顶管方法根据现场勘探地质资料揭露情况,本工程管线穿越之处均处在地下水位以下,根据实际情况,本工程顶管段均为直线段顶管,在顶管过程中,应控制顶管的走水方向,以及坐标控制,保证管道顶进之后,其坡度、坐标符合设计规定。为保证管道顶进、挖土作业顺利进行,管内及工作井不能有积水现象,在工作坑设立集水井,在工程施工范围内深井法降水,用抽水机抽出至北侧地面200米以外的沙丘中。顶管时,在防止塌方管头加一个及可纠
5、偏挤压式工具管,并采用触变泥浆减阻措施,采用机械配合人工掘进出土的方法进行管道顶进。三、施工工艺流程工 作 开 始测 量 放 线放样复核基坑构筑工作坑设备安装砌筑检查井工作结束进 洞卸管、接口安装推 进挖土运土管出洞准备取工具管 注浆材料准备注 浆四、地质情况及工作井、接受井的设立(一)地质情况 详见岩土工程勘察报告书(陕西华电榆横煤电有限责任公司一期2600MW级机组工程)(中国电力工程顾问集团西北电力设计院,2023年5月)(二)、顶管工作坑及接受坑的设立1、工作井的位置顶管工作井是顶管起始点,这里除安装有顶进设立外,还设立有穿墙孔、后背以及各种预埋件。工作坑尺寸为6m4m,已考虑管道下放
6、、各种设备进出、人员上下、井内操作等必要的空间以及排放弃土的位置等等。2、后背及后座后背是将主油缸顶力传递到承重工作井墙。后背的结构要根据计算而定,其构造可以是整体的,也可以分散的。本工程井设计考虑了顶管的顶力诸多因素。五、顶管工具管顶管专用钢砼管前面的是工具管,在下钢砼管前,需先顶进工具节,然后顶进钢砼管。工具管重要是控制管线方向、坐标、高程。一、吊装设备本工程基坑上下的吊装设备以门式吊车为宜。门吊吊装方便,操作安全。门吊的起吊能力以满足吊运件为主。工具管自重假如超过门吊的起重能力,则可另行请大功率吊车吊装。本工程的门吊采用可变跨度门吊,以方便操作。本工程拟采用的门吊技术性能如下:主钩起重量
7、:2*250KN;主钩起升速度:1.6M/min;副钩起重量:50 KN;副钩起升速度:8M/min;小车行走速度:24.4M/min;大车行走速度:12.5M/min;钢轨型号:P38、P43、P50起吊高度:9M、12M最大跨度:36M;本工程门吊主钩重要用于吊管,副钩用于出土吊土。六、顶力计算及顶时设备的配置对于顶管顶力的计算,管径、埋深、顶时长度、土质是否采用减阻措施,挖土工艺等都对顶力具有一定的影响,顶管的总顶力重要分为两个部分:下面阻力和四周的磨擦力,即总顶力F=F1+F2。本工程采用挤压式工具管。F1工具管的正面阻力(KN),由于该工程采用挤压式工具管,故F1=D2(l-e) R
8、D工具管外径(m)E开口率 e=S1/S2S1工具管开口面积S2工具管横截面积R挤压阻力(KN/M2),取R=300500KN/ M2F2管道磨擦阻力(KN),F2=f2LL=管道总长度(m)F2单位长度管道磨擦阻力(KN/M)。管道的摩阻力是指管壁与土之间的磨擦阻力,由于该工程采用触变泥浆减阻措施,故f2=DfD管道外径(m),顶管采用的管材一般其壁厚为其内径的1/10。F管壁与土的平均阻力(KN/ M2)(见下表)触变泥浆中管壁与土地的平均磨擦力(f)土的类别软粘土粉粘土粉细土平均磨擦阻力(KN/ M2)砼管4.06.06.010.010.016.0钢管3.05.05.08.08.012.
9、0本工程采用PCCP管,即预应力钢筋砼管,其顶力计算如下。故F=F1+F2=(/4)/ D2(l-e)R+f2L=(/4)/ D2(l-S1/S2)R+ D fL工具管外径、管道外径(m)S1工具管开口面积(m2)S2工具管横截面积(m2)R挤压阻力, 取R=300500KN/ M2D管道外径(m)f管壁与土的平均阻力(KN/ M2)(见下表)L=管道长度(m)在选用顶管设备时,每坑采用2个400t的千斤顶作业,上下各两个,额定最大顶力为800t,估计实际运用率为70%,即最大顶力为5600KN,从上面的的计算结果可知的确。最大顶力均超过2个400t千斤顶的顶力。七、顶管工作平台及棚架搭设(一
10、)顶管工作平台1、工作平台搭设在工作坑的顶面,主梁采用型钢,上面铺设150*150枋木,作为承重平台,在平台上口装设有带滚动轮和导轨的活动盖板。2、承重主梁必须根据荷载计算选用,一般采用30号以上工字钢,本工程拟采用32b工字钢,主梁两端伸出工作坑壁搭地不得小于1.2M。3、平台口的长度和宽度各大于管节长度及管外壁0.8M,即平台口的尺寸为:长度LL1+0.8宽度BD1+0.8式中:L1管子长度(M)D1管外径(M)本工程估计每节管道长度为3M,故LL1+0.8=3+0.8=3.8MB D1+0.8=1.44+0.8=2.24M,取B=2.24M。4、工作井口上的平台孔口必须安装护拦,上下入设
11、立牢固的爬梯。(二)、棚架本工程起吊设备采用门吊,具体详见本章第四节顶管设备的选用中的吊装设备,支搭于工作平台上的门吊宜安装在防雨棚下面,防雨棚采用铁支架,上盖镀锌波纹铁皮,并安装牢固。八、设备的安装(一)顶管设备的安装1、安装前应对高压油泵、液压油缸、液压管路控制系统、顶铁和压力表等进行检查,设备完好方可安装。2、应根据实际情况合理安排高压油泵、管路控制系统。油泵宜设立在液压油缸附近,油管应直顺、转角少,油泵与液压油缸相匹配,并有备用油泵。3、液压油泵的油路应合并,每台液压油缸应有进油、退油的控制油泵。4、液压油缸的着力中心宜位于管子总高的1/4左右处,且不少于后背高度的1/3。5、本工程使
12、用多台液压油缸同时工作,工作时,各液压油缸中心线与管道线对称。多台液压油缸宜配置油缸台架,且应使用油缸布置对称。6、千斤顶安装高程,一般宜使千斤顶的着力点位于和嵯面垂直直径的1/4左右处。(二)、通风设备及送风对于顶管,操作人员在地下作业要不断补充新鲜空气,作业中产生的废气需要及时排除,管道通风是必要的。地下作业通风的最低标准是每人每小时30M3,即0.5 M/min。管内通风通常采用鼓风机,并配上鼓风管。鼓风管一般采用塑料布加工的软皮管,距离增长后再设轴流风机接力通风。但它受季节性的影响。本工程拟采用一套专用通风设备,该设备采用压缩空气通风。压缩空气通过干燥、净化后送到工具管或管内的其他工作
13、面上,其工作原理如下:先将来自空压机的压缩空气送入储气泡,并保持在0.6Mpa的压力,从储气泡出来的压缩空气再送冷却器和油水分离器,通过两次冷却除水和两次油水分离的压缩空气,再通过干燥器再次除去空气中的水分,后进入净化器除去空气中杂质,然后通过送管,送到工具管和管的其它工作面。送风口有消音器,以减少送风时的噪音。干燥器吸取空气中的水分达成饱和后需要再生,为此干燥器提成A、B两级,每组有两只干燥器和一只净化器,轮换工作。打开A组干燥器进出口阀和净化器出口阀,A组工作,同时关闭B组干燥器进出口阀和净化器出口阀,进入再生。B组工作时,A组再生,如此交替工作、再生。一般情况下,每组干燥器工作8h后需要
14、再生,再生时打加热器进出口阀,运用除湿后的压缩空气,再加热升温,就这样带有大量水分的热空气向外排放,干燥剂被再生。干燥器内的干燥剂一旦完毕再生,加热器自动停止加热。该净化压缩空气通风系统的技术性能如下:最大通风量:480M3/h;氧浓度:20%;工具管相对湿度:50%;出口噪声:75dB;净化压缩空气通风,一般直送工具管,这是由于工具管内操作人员最多,净化空气向后推移,就能更新管内的空气。通风量应按下式计算:Q=Kn式中:Q每小时供气量(M3/h);n工作人数;K每人每小时供气量,K=(3050)M3/(h人)本工程每坑管内操作人员最多定为10人,取K=50M3/(h人),故通风量应为:Q=K
15、n=4010=400 M3/h即Q=6.7 M3/min。净化后向后推动的速度应按下式计算:v=4Q/(d2)式中:v净化气向后推速度(M/ h);Q每小时供气量(M3/h);d管道内径(M)即工程的净化气向后推速度为:v=4Q/(d2)=4400/(2.82)=64.96M/ h。压缩空气通风有以下优点:1、通风距离长,可达几千米;2、可以改善:劳动环境,湿度低,噪声小,空气新鲜;3、为施工自动化、智能化,为高压供电发明有利条件。九、顶进设备的试车运营1、设备试车运营及顶进时,工作人员不得在顶铁上方及侧面停留,并应随时观测顶铁有无异常迹象。2、顶进开始时,应缓慢进行, 待各接触部分密合后,再
16、按正常顶进速度顶进。 3、顶进中若发现油压忽然增高,应立即停止顶进。4、液压油缸活塞退回时,油压不得过大,速度不得过快。十、顶管施工照明一、施工照明规定1、一般场合采用电压220V的照明器材。对下列特殊场合及地下管道应选用低压36V安全电压照明。(1)管内照明灯具高度为1米电源电压不大于36V。(2)在潮湿和易触及带电体场的照明电源电压都不得大于36V。(3)在特别潮湿的场合导电良好的地面或金属容器内的工作照明,电源电压不得大于12V。2、照明系统每一单相回路上,灯具数量不超过25个,每个照明开关箱控制均为3KW功率,电流为15A。3、实用行灯应符合下列规定:(1)电源电压不得超过36V。(2
17、)灯体与手柄稳固,绝缘良好并耐热潮湿,灯头无开关。(3)灯泡外部有金属保护网。(4)金属网、反光罩、悬节挂钩应固定在灯具的绝缘部位上。4、照明变压器必须使用比绕组型,严禁使用自藉变压器。5、单相及二相线路中,零线截面与相线截面相同。6、三相四线制线路中,当照明器为白炽灯时,零线截面按相线载流量的50%选择。当照明器为气体放电进,零线截面与相线截面相等,若数条线路共用一条零线时,零线截面按最大负荷相的电流选择。7、照明灯具的金属外壳必须做接零保护,单向回路的照明,开关箱内必须设立隔离开关及漏电保护器。十一、触变泥浆减阻为了减少顶时阻力,增大顶进力度,并防止塌方,顶管时一般管壁与土壤的缝隙间注入一
18、种具有润滑作用的泥浆,形成泥浆套,减少管壁与土壤之间的磨擦阻力,这种泥浆就是触变泥浆。触变泥浆除起润滑作用外,静置一定期间泥浆固结,产生强度。泥浆在输送和灌注过程中具有流动、可泵性,灌注重要从顶管前端进行,顶进一定距离后应从后端及中间进行补浆。泥浆在高于水压力的情况下向周边渗透,同时在土体表面形成泥皮,泥皮的形成阻止泥浆向土中渗透,泥皮在泥浆压力的作用下又平衡土压力,不使土体坍塌。触变泥浆套的形成依赖于工具管,工具管的外径一般比管道外径大25CM,随着管道的顶进,工具管后面逐渐形成12.5CM厚的环状空间。与此同时,工具管向管外压注触变泥浆,填充环状空间,形成泥浆套。(一)触变泥浆的配制触变泥
19、浆是由膨润土、水和掺合剂按一定的比例混合而成,其中膨润土是重要成分,水占大部分,而掺合剂对触变泥浆的影响极大,含量虽小,也不容忽视。膨润土运到现场后要分批测得触变泥浆的胶质值,并按下表配制泥浆。触变泥浆胶质值触变泥浆水碳酸钠60701005242370801005241.52809010061423901001006141.52泥浆要充足拌合并停滞12小时以上方可使用。为了在顶进完毕后使触变泥浆固结增强,可掺入凝固剂(石灰膏),但为了在施工使用时保持流动性,还必须掺入缓凝剂(工业六糖)和塑化剂(松香酸钠),本工程触变泥浆总用量(详见重要措施材料汇总表),其配比(重量比)按下表:膨润土石膏工业六
20、糖松香酸钠(千重)水1004210.128附注:石灰膏的含水量为110%,实际石灰占膨润土的比重为20%(二)应用触变泥浆设备涉及:泥浆封闭设备、调浆设备和灌浆设备泥浆封闭设备涉及前封闭管(产端刃脚工具管设封闭环)及后封闭圈,重要作用是防止泥浆从管端流出。前封闭管的外径比所顶管子的外径大4080MM,即管外形成一个2040MM厚的泥浆环。前封闭管前端应有刃脚,顶进切土前进,使管外土壤紧贴前封闭管的外壁,以防漏浆,或者前封闭前另行安排具有刃脚并有调向设备的顶进工具管,调浆设备涉及拌合机及储浆罐。灌浆设备涉及泥浆泵、输浆管、分浆罐及喷浆管等。注浆泵采用BW250/50型注浆泵,压力为2050Kg/
21、CM。排量为:150250L/min,在注浆时压力控制在0.10.2Mpa左右。(三)注浆孔的设立注泥孔一般设立在环形套筒的下面,套筒向后开口,环向连通。同一断面上一般设立3个,顶面一个,两侧各一个,PCCP管道成60,底部不设注浆孔,管道在泥浆中都成上浮状态。因此在正常情况下,管道向洞穴的顶部靠近,管道底部的泥浆会自动向下流动,审管道底部不设压浆孔因素。(四)触变泥浆的拌合程序1、将定量的水放入搅拌罐内,并取其中一部分水溶化碱;2、在搅拌过程中,将定量的膨润土渐渐加入搅拌罐内,搅拌均匀;3、将溶化的碱水倒入搅拌罐内(碱水必须在膨润土搅拌均匀后放入),再搅拌均匀,入置12h后即可使用。4、触变
22、泥浆掺入凝固剂时的拌合程序:A、用规定比例的水分别将工业六糖及松香酸钠溶化;B、将溶化的工业六糖放入石灰膏,拌合成均匀的石灰浆;C、再溶化的松香酸钠放入石灰浆内,拌合均匀;D、将上述拌合好的掺入剂,按规定比例倒入已拌合好并放置12h的触变泥浆内,搅拌均匀,即可使用。(五)注浆工艺程序顶管的注浆工艺程序是:先压后顶,随顶随压。假如先顶管,工具管向前移时泥浆套的容各扩大,产生抽吸作用,极容易导致洞穴的坍塌,特别是砂性土,砂土坍入泥浆套,使泥浆套残缺不全,因此先停顶管。(六)触变泥浆使用应注意事项1、注浆孔的布置宜按管道直径的大小拟定,一般每个断面可设立34个,并具有排气功能。2、搅拌均匀的泥浆应静
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