城市污水调配工程管线施工及其保护方案设计.pdf
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1、 收稿日期:2 0 2 3-0 5-1 3;修回日期:2 0 2 3-1 1-1 6作者简介:朱雪刚(1 9 8 9),男,本科,助理工程师,主要从事道路施工工作,E-m a i l:k e a i n v r e n 1 0 11 2 6.c o m。第3 2卷 第1期2 0 2 4年3月北京石油化工学院学报J o u r n a l o f B e i j i n g I n s t i t u t e o f P e t r o c h e m i c a l T e c h n o l o g yV o l.3 2 N o.1M a r.2 0 2 4文章编号:1 0 0 8-2 5
2、6 5(2 0 2 4)0 1-0 0 6 5-0 6城市污水调配工程管线施工及其保护方案设计朱雪刚(中铁十八局集团第四工程有限公司,天津 3 0 0 2 0 2)摘要:城市污水调配工程是城市建设中的关键环节,需要对其管线进行有效保护。以江南新城污水调配工程二标段为研究对象,根据施工过程中存在的风险问题,设计了调配工程管线施工及其保护方案。采用泥水平衡顶管机掘进技术进行城市污水调配工程管线施工,并计算护壁后背墙的承载能力。实验结果表明:该方案的最低安全系数是1.7 8,且管线最大倾斜率为0.1 8 6%,明显高于管线安全系数的控制标准,应用该方案竣工后的管线,使用时间越长,管线累积沉降量最大,
3、为6.9mm左右,说明在设计城市污水调配工程管线施工及其保护方案时,适当增加管线埋深,可降低管线应变与位移,缓解管线变形情况,提升管线使用安全性;当管线位置土地泊松比较小时,需加固处理地基与管线,避免损害管线。关键词:城市污水;调配工程;管线施工;保护方案;泥水平衡;顶管机中图分类号:TU 9 9 2.0 5文献标志码:AD O I:1 0.1 9 7 7 0/j.c n k i.i s s n.1 0 0 8-2 5 6 5.2 0 2 4.0 1.0 1 3开放科学(资源服务)标识码:P i p e l i n e C o n s t r u c t i o n a n d P r o t
4、 e c t i o n S c h e m e D e s i g n o f U r b a n S e w a g e D i s t r i b u t i o n P r o j e c tZ HU X u e g a n g(T h e F o u r t h E n g i n e e r i n g C o.,L t d.o f C h i n a R a i l w a y 1 8t h B u r e a u G r o u p,T i a n j i n 3 0 0 2 0 2,C h i n a)A b s t r a c t:T h e u r b a n s e w
5、 a g e a l l o c a t i o n p r o j e c t i s a k e y l i n k i n u r b a n c o n s t r u c t i o n,a n d i t i s n e c e s-s a r y t o e f f e c t i v e l y p r o t e c t i t s p i p e l i n e s.T a k i n g t h e s e c o n d s e c t i o n o f t h e J i a n g n a n N e w C i t y s e w-a g e a l l o c
6、 a t i o n p r o j e c t a s t h e r e s e a r c h o b j e c t,b a s e d o n t h e r i s k i s s u e s d u r i n g t h e c o n s t r u c t i o n p r o c e s s,d e s i g n t h e p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n a n d p r o t e c t i o n p l a n f o r t h e a l l o c a t i o n p r o j e c t.U s
7、 i n g m u d w a t e r b a l a n c e p i p e j a c k i n g m a c h i n e e x c a v a t i o n t e c h n o l o g y f o r p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n o f u r b a n s e w a g e d i s t r i b u t i o n e n g i n e e r i n g,a n d c a l c u l a t i n g t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f t
8、 h e b a c k w a l l o f t h e p r o-t e c t i v e w a l l.T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e l o w e s t F a c t o r o f s a f e t y o f t h i s s c h e m e i s 1.7 8,a n d t h e m a x i m u m i n c l i n a t i o n r a t e o f t h e p i p e l i n e i s 0.1 8 6%,w h i
9、c h i s s i g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h e c o n t r o l s t a n d a r d o f t h e F a c t o r o f s a f e t y o f t h e p i p e l i n e.T h e l o n g e r t h e s e r v i c e t i m e o f t h e p i p e l i n e a f t e r t h e c o m p l e t i o n o f t h i s s c h e m e i s,t h e m a
10、x i m u m c u m u l a t i v e s e t t l e m e n t o f t h e p i p e l i n e i s a b o u t 6.9mm,w h i c h i n d i c a t e s t h a t t h e b u r i e d d e p t h o f t h e p i p e l i n e s h o u l d b e p r o p e r l y i n c r e a s e d w h e n d e s i g n i n g t h e c o n s t r u c t i o n a n d p
11、r o t e c t i o n s c h e m e o f t h e u r b a n s e w a g e a l l o c a t i o n p r o j e c t p i p e l i n e,I t c a n r e d u c e p i p e l i n e s t r a i n a n d d i s p l a c e m e n t,a l l e v i a t e p i p e l i n e d e f o r m a t i o n,a n d i m p r o v e t h e s a f e t y o f p i p e l
12、i n e u s e;Wh e n t h e p o i s s o n r a t i o o f t h e l a n d a t t h e p i p e l i n e l o c a t i o n i s s m a l l,t h e f o u n d a t i o n a n d p i p e l i n e s h a l l b e s t r e n g t h e n e d t o a v o i d d a m a g e t o t h e p i p e l i n e.K e y w o r d s:u r b a n s e w a g e;a
13、 l l o c a t i o n w o r k s;p i p e l i n e c o n s t r u c t i o n;p r o t e c t i o n s c h e m e;s l u r r y b a l-a n c e;p i p e j a c k i n g m a c h i n e 随着城市人口的增长和城市化进程的加快,城市污水处理和排放成为一项紧迫的任务。为了实现高效、安全、可持续的污水调配,需要进行管线施工,并制定相应的保护方案,以确保管线的正常运行和使用寿命1。城市污水调配工程中的管线通常经过复杂的地下环境,存在与其他地下设施交叉、地质条件复杂等
14、问题2-4。因此,保护管线免受损坏和外力干扰至关重要。合理的管线保护方案设计能够减少管线事故的发生,延长管线的使用寿命,并提高整个工程的可靠性和安全性5。为了提升污水管线的建设水平,需设计污水管线的施工与保护方案,确保污水管线的施工安全,有效增强城市污水的处理效果6。莫世扬等7利用微型顶管掘进机顶进技术完成污水管线施工,经过实验验证,该施工技术竣工5个月后,实际沉降低于1.9 5mm,并未超出污水管线变形控制要求,具备较优的应用稳定性,符合工程需求。但该施工方案对污水管线施工附近环境的影响较大,容易出现顶管、卡管问题。纪广等8依据实际管线类型与地质条件等资料,设计污水管线保护方案,经过实验验证
15、,该保护方案可加快污水管线施工速度,降低施工投资。但该保护方案并未考虑已有地下管线对污水管线施工的影响,并且未计算护壁后背墙的承载能力,导致管线施工安全系数降低,管线应变与位移增大,无法规避污水管线施工风险。针对上述问题,笔者采用泥水平衡顶管机掘进技术进行城市污水调配工程管线施工,计算了护壁后背墙的承载能力,以确保城市污水调配工程管线施工安全。根据城市污水调配工程管线施工结果,制定城市污水调配工程管线保护方案。1 工程概况所研究项目是江南新城污水调配工程二标段(清源至大源),文中所有数据均来源于江南新城污水调配工程数据库。污水泵站现规模按远期3.5万m3/d设计,泵站位于清源污水厂南侧地块(规
16、划泵站用地),占地面积约2 0 0 0m2,泵站内建筑包括泵池、配水池、阀门井、计量井及管理用房等。其中泵池和配水池采用沉井施工,配水池结构内尺寸7.5m,泵池结构内尺寸6m,进水管从市政道路污水管引入。采用重力流,管径D1 2 0 0,污水经泵站提升后,通过新建D N 8 0 0污水压力管道输送至大源污水处理厂进水井,压力管沿永济渠架设,其中K 0+4 1K 0+5 6 7、K 1+9 3 0 K 2+2 1 3段D8 0 0压力管布设于永济渠内(靠南侧挡墙);K 0+5 6 7K 1+9 3 0段设置于渠道西侧挡墙上部(放置前需拆除原D8 0 0热力管),遇桥部分采用下穿方式沿着河床布设;
17、K 2+2 1 3K 2+7 0 1段采用埋地的方式,管顶覆土 1m。1.1 施工设备与材料城市污水调配工程管线施工过程中,需要用到的施工设备与材料如表1与表2所示。表1 污水管线施工设备计划表T a b l e 1 S e w a g e P i p e l i n e C o n s t r u c t i o n E q u i p m e n t P l a n设备名称型号数量/台备注千斤顶5 0 0 T2护壁后背墙泥水平衡顶管机T Y-L D 5 0 0-6 5 01顶管吊车2 5 T1潜水泵5.5k W2污水泵5.5k W2全站仪拓普康1水准仪拓普康1表2 污水管线施工材料计划表T
18、 a b l e 2 M a t e r i a l P l a n f o r S e w a g e P i p e l i n e C o n s t r u c t i o n材料名称规格数量备注HR B型钢筋1 6mm,1 8mm,2 0mm,2 5mm5 0 0k g护壁后背墙混凝土C 3 03 0 0m3工作井封底、背墙、导轨基础等钢筋混凝土管16 0 0mm1 6 0m顶管施工环形顶铁4块顶管施工U型顶铁8块顶管施工型钢2 t顶管施工模板竹胶板5 0 0m3工作井施工所采用的泥水平衡顶管机的技术参数如表3所示。表3 泥水平衡顶管机的技术参数T a b l e 3 T e c h
19、 n i c a l p a r a m e t e r s o f m u d w a t e r b a l a n c e p i p e j a c k i n g m a c h i n e参数名称参数值顶管混凝土管内径/外径11 8 0mm/16 8 0mm顶管机外径长度17 5 0mm50 0 0mm电机功率/k W7 5最大扭矩/(k Nm)2 2 0滚刀数量/个1 2刮刀数量/个2 0机头总功率/k W7 8.3顶进速度/(mmm i n-1)5 08 0掘进转速/(rm i n-1)2 51.2 城市污水调配工程管线施工流程城市污水调配工程管线施工前的设计部署:工程接入 配
20、 水 池 的D12 0 0进 水 管 及 接 入 泵 池 的66北京石油化工学院学报2 0 2 4年第3 2卷D12 0 0进水管,采用泥水平衡顶管机掘进技术的施工工艺,顶管施工总长度为6 7m,采用钢筋混凝土管(F型接口),设计允许顶力1 00 0 0k N9-1 1。本工程设置顶进井1座,接收井2座,均采用钢筋混凝土圆形结构,内径7.5m,壁厚5 0 0mm。工作井及接收井底标高2.5m,D12 0 0进水管管内底标高3m,地面标高9.1 5m,井顶板标高9.3 5m。城市污水调配工程管线施工部署:本工程分为工作井、接收井施工作业和顶管顶进施工作业两大施工工序1 2。(1)工作井和接收井的
21、制作流程如下:工作井和接收井采用圆形混凝土结构,直径为7.5m,壁厚为5 0 0mm,最大高度为9.6 5m。整体结构分2次制作,每次制作的高度不超过6m1 3。首先进行第1次制作,制作井的高度不超过6m。第1次制作完成后,将已制作好的部分下沉到位。然后进行第2次制作,制作剩余的高度不超过6m。第2次制作完成后,整个工作井或接收井的结构完整地形成。(2)顶管施工分为3个阶段进行:第1阶段:从工作井开始,向拼接井顶进施工,顶管的管径为D12 0 0mm,顶进距离为5 8m,并与原有污水管线密封连接。第2阶段:从工作井开始,向配水池泵房顶进井顶进施工,顶管的管径为D12 0 0mm,顶进距离为5m
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