論關(guān)于污水管道頂管方案初探

　　摘  要：本工程采用泥水平衡頂進(jìn)，接入老井是需充分考慮安全因素。

　　關(guān)鍵詞：泥水平衡 頂力計(jì)算 老井接入

　　Abstract : This project uses slurry balance jacking, and accessing the old wells is the safety factors needing consider.

　　Key words: slurry balance; jacking force calculation; old wells access

　　中圖分類號(hào)：TV672+.2  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A  文章編號(hào)：2095-2104（2012）

　　本工程位于溧陽(yáng)市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，因涉及接入老井、及地下土質(zhì)較為復(fù)雜、地下水位較高等代表因素，編制此方案供各讀者共同探討。

　　1.工程概況

　　1.1某工程污水管道，總長(zhǎng)315米，共4個(gè)污水井段，現(xiàn)場(chǎng)查看確定全部改為d1200管徑的頂管，管頂埋深在4.8米；

　　1.2本次頂管施工設(shè)置頂管工作井4座，工作井采用鋼筋混凝土井。

　　主要工程量：a、頂管工作井                    2座

　　b、接受井                        2座

　　c、頂進(jìn)加強(qiáng)鋼筋砼管，管徑Φ1200  335m，長(zhǎng)度分別為65+120+75+75米。最長(zhǎng)段為W28-W29-1為120米；

　　1.3本工程周邊情況為，在管道沿線為廠區(qū)圍墻及門衛(wèi)房；

　　1.4本工程頂管線路土質(zhì)，根據(jù)地址報(bào)告顯示為埋深1米---7.1米均為淤泥質(zhì)流沙土，頂管頂進(jìn)在此層土質(zhì)中；根據(jù)CECS 246-2008《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》的頂管機(jī)頭的選擇規(guī)定，采用泥水平衡機(jī)頭頂進(jìn)。又因?yàn)榈叵滤惠^為豐富，為了使沉井能順利下沉，故采用井點(diǎn)降水工藝，并對(duì)周圍建筑做沉降觀測(cè)。

　　2.施工總平面布置

　　2.1現(xiàn)場(chǎng)布置

　　根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況合理的進(jìn)行布置，生活區(qū)、辦公區(qū)與施工場(chǎng)地分開，設(shè)施設(shè)備按現(xiàn)場(chǎng)布置圖規(guī)定位置存放，并隨施工基礎(chǔ)、下部、上部等不同階段進(jìn)行場(chǎng)地布置和調(diào)整，最大限度的減少場(chǎng)地占用。

　　2.2道路和場(chǎng)地

　　工區(qū)內(nèi)道路通暢、平坦、整潔，不亂堆亂放，無散落物；場(chǎng)地平整不積水，排水成系統(tǒng)，并暢通不堵；施工廢料集中堆放，及時(shí)處理。

　　2.3材料堆放

　　砂石分類堆放成方，砌體料歸類成垛，堆放整齊，標(biāo)識(shí)清晰。

　　2.4周轉(zhuǎn)設(shè)備存放

　　施工鋼模、機(jī)具、器材等集中堆放整齊。專用鋼模成套放置，專用鋼模及配件、腳手扣件分類分規(guī)格，集中存放。

　　2.5水泥庫(kù)

　　袋裝、散裝不混放，分清標(biāo)號(hào)、堆放整齊，目能成數(shù)。有制度、有規(guī)定，專人管理，限額發(fā)放，分類插標(biāo)掛牌，記載齊全而正確，牌物帳相符，庫(kù)容整潔。

　　2.6構(gòu)件及特殊材料

　　砼構(gòu)件分類、分型、分規(guī)格堆放整齊。空心板存放要注意地基承載處理和支墊點(diǎn)正確穩(wěn)定。鋼材分類集中堆放整齊。支座、墊板、預(yù)埋件等分門別類妥善保管。

　　2.7清除施工污染

　　土方處理，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求，按監(jiān)理工程師指定地點(diǎn)處理，防止水土流失，盡量減少對(duì)周圍綠化的影響和破壞。施工廢水、生活污水不得污染水源、耕地、農(nóng)田、灌溉渠道。工地垃圾及時(shí)運(yùn)到指定地點(diǎn)。清洗集料，機(jī)具或含有油污的操作用水，采用過濾的方法或沉淀池處理，使生態(tài)環(huán)境受損降到最底，尤其是場(chǎng)內(nèi)土方與場(chǎng)外土方的運(yùn)輸，加強(qiáng)對(duì)道路的灑水工作，以確保不致塵土飛揚(yáng)。

　　3.沉井施工方案

　　3.1沉井施工程序

　　清理場(chǎng)地→測(cè)量放樣→基坑開挖→鋪設(shè)磚墊層→沉井制作→沉井下沉→水下砼封底→鋼筋砼底板

　　3.2沉井制作

　　采用一次制作、一次下沉的方案

　　3.3沉井制作控制

　　3.3.1模板的對(duì)銷螺栓中部焊止水鐵片，兩頭焊小鋼筋頭作為木瓦絲的定位銷，拆模時(shí)割除外露螺栓，用環(huán)氧砂漿填塞養(yǎng)護(hù)，以防滲水。

　　3.3.2沉井井壁砼抗?jié)B要求較高，不得出現(xiàn)滲漏，采用抗?jié)Bs6混凝土。

　　3.3.3施工縫周邊留鋼板止水條，另外砼表面鑿毛處理，用水沖洗干凈，方可澆筑上層砼。

　　3.3.4預(yù)留洞口下沉?xí)r用鋼板封堵，并用角鋼加井字撐。同時(shí)對(duì)洞口用粘土和磚密實(shí)填筑。

　　3.4沉井下沉

　　下沉前準(zhǔn)備工作：

　　沉井制作完成，在保養(yǎng)、清理期間，需完成下沉前的如下工作：

　　拆模，補(bǔ)螺栓眼。井壁與封底砼，底板砼接觸處鑿毛。預(yù)留筋處理，底板與井壁預(yù)留筋上層筋向下掰，下層筋向上掰。沉井四角設(shè)立高程點(diǎn)，東西南北各中軸線用黑線在井壁彈注，便于下沉過程中及時(shí)測(cè)量高程，糾正偏差。對(duì)操作工人進(jìn)行技術(shù)交底。本沉井采用不排水下沉，待沉井刃腳砼強(qiáng)度達(dá)到100%，上部強(qiáng)度達(dá)到70%以上，即可開始下沉，采用泥水下沉,泥漿經(jīng)沉淀后集中外運(yùn)。

　　在沉井下沉過程中，由專人負(fù)責(zé)測(cè)量工作，專人檢查及時(shí)將測(cè)量結(jié)果通知現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人，指揮井內(nèi)施工人員及時(shí)調(diào)整、糾正，初沉?xí)r觀察井的四周高程和沉井的軸線對(duì)稱情況，每班不少于2次。

　　沉井下沉質(zhì)量控制

　　技術(shù)人員加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，控制下沉進(jìn)度及糾偏。

　　沉井開始下沉4m內(nèi)，保持沉井的平臺(tái)位置與垂直度的正確，防止繼續(xù)下沉。

　　保持沉井下沉的高程偏差、位移偏差滿足規(guī)范要求，以在沉井頂板施工時(shí)消除誤差。

　　針對(duì)下沉過程中出現(xiàn)偏差的不同原因，分別采取措施及時(shí)糾偏，保證沉井順利、準(zhǔn)確下沉到位。

　　距終沉2m時(shí)，加密監(jiān)測(cè)，控制下沉速度，保持沉井平衡就位，根據(jù)測(cè)試的貫性下沉量，預(yù)留一定的自沉量。

　　3.5水下砼封底、底板

　　沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)立即進(jìn)行素混凝土封底施工，要求采用水下封底，并在封底混凝土頂面預(yù)留插筋，封底混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)對(duì)稱均勻，防止對(duì)土層擾動(dòng)。在封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值前，應(yīng)保持井內(nèi)外水位相等，以免封底混凝土承受水壓，影響封底效果。當(dāng)封底強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可進(jìn)行抽水，抽干后不得有滲水現(xiàn)象，否則應(yīng)修補(bǔ)。

　　4.泥水平衡法頂管施工方案

　　4.1設(shè)備選擇

　　綜合考慮各項(xiàng)因素決定采用遙控式泥水平衡頂管系統(tǒng)設(shè)備，遙控式泥水平衡頂管系統(tǒng)它有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　4.1.1適用的地質(zhì)范圍比較廣，如遇地下水位高以及地質(zhì)范圍變化大的土質(zhì)條件，它也能適用。

　　4.1.2保持挖掘面的穩(wěn)定，對(duì)周圍土層的影響比較小，施工后，地面沉降也較小。

　　4.1.3其他類型頂管相比，泥水式頂管的推力比較小，適宜長(zhǎng)距離頂管。

　　4.1.4作井內(nèi)作業(yè)環(huán)境比較好，作業(yè)比較安全，如挖掘面穩(wěn)定，不碎地造成地面沉降而影響交通及各種公用管線的安全。由于采取泥水輸送棄土，沒有吊土、搬運(yùn)土方等客觀比較容易發(fā)生危險(xiǎn)的作業(yè)。可以在大氣常壓下工作，不會(huì)有因采用氣壓頂管帶來的各種問題以及影響作業(yè)人員的健康等。

　　4.1.5可以連續(xù)出土，因此作業(yè)速度快。

　　4.2進(jìn)出洞口措施：

　　頂管順利進(jìn)出洞是頂管成功的基礎(chǔ)，我們考慮到土質(zhì)條件較差，提出以下進(jìn)出洞口措施：

　　4.2.1進(jìn)出如造成洞口周圍地基塌隱，應(yīng)進(jìn)行回填粘土壓密加固，必要時(shí)加以井點(diǎn)降水疏干土體水分，另外在頂留洞外側(cè)安裝槽鋼封門，以便在頂進(jìn)之前能順利拆除預(yù)留孔磚墻，拔起鋼封門后立即將掘進(jìn)機(jī)推出洞口。

　　4.2.2使出洞口在施工中不發(fā)生泥水流失，洞口止水裝置必須良好，必須做到：止水膠圈安裝平整牢固，水密性良好；止水膠圈安裝位置必須與管道在同一軸線。

　　4.2.3確保工具管安全進(jìn)出洞，盡量避免泥水流失，造成地面塌陷，在必要時(shí)，我們可以對(duì)洞口外的土體采取壓密注漿進(jìn)行加固。

　　4.3管道外圍壓注觸變泥漿減摩

　　為了減小管道外壁的摩阻力，必須在管道外圍壓注觸變泥漿。

　　觸變泥漿壓注力和耗量：觸變泥漿的壓注力應(yīng)與注入土層的土體壓基本相當(dāng)或略大，而觸變泥漿的耗量亦應(yīng)略大于或等于地層土體的損失量。

　　觸變泥漿的配比及拌制：

　　4.3.1多次試驗(yàn)，采取成品膨潤(rùn)土的配合比如下：

　　膨潤(rùn)土:水:堿=100:614:2.0（重量比）

　　4.3.2漿的拌制要均勻。首先將定量的水放入拌和桶內(nèi)，開動(dòng)拌和機(jī)徐徐投入膨潤(rùn)土，拌和2-3分鐘，繼續(xù)攪拌7-8分鐘，即成泥漿。制成的泥漿排放入貯漿池內(nèi)貯存12小時(shí)，使膨潤(rùn)土、水、堿發(fā)生置換作用，形成穩(wěn)定性良好，且有一定粘度的泥漿，使用時(shí)用泵壓至管道外圍。

　　4.3.3漿的壓注方法：

　　采用在頂管機(jī)壓漿、中繼環(huán)補(bǔ)漿的方法，對(duì)掘進(jìn)機(jī)壓漿要與頂進(jìn)同步，以迅速在管道外圍空隙形成粘度高、穩(wěn)定性好的膨潤(rùn)土泥漿層。

　　4.3.4泥漿的置換

　　每段管道頂進(jìn)完成后，立即用2:1水泥漿將泥漿置換出來，以確保管道外圍土體有足夠的支撐和減少滲漏水。

　　4.4頂管推進(jìn)

　　最大允許推頂力

　　頂管中推頂力不僅受設(shè)備的制約，而且受工作井后靠土體穩(wěn)定的允許反力和管材軸向承壓力的限制，因此在頂管施工中允許推頂力應(yīng)受諸多因素中的最小允許承載力來決定。

　　4.5管材和接口

　　我們選用符合建設(shè)單位要求的成套管材，進(jìn)場(chǎng)時(shí)按規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)收，不合格品予以清退，并附相應(yīng)合格檢測(cè)報(bào)告。

　　按管前再次檢查管子接口的槽口尺寸，橡膠圈和襯板的外觀和質(zhì)地。確認(rèn)合格后方可使用。接管時(shí)可在接口外均勻涂抹上溥層硅油等橡膠無腐蝕性的潤(rùn)滑材料以減小摩阻力，承插接管時(shí)加力要均勻，應(yīng)保證橡膠圈不移位，不反轉(zhuǎn)，不露出管外，頂管結(jié)束后要按設(shè)計(jì)要求對(duì)管接口進(jìn)行處理，對(duì)管道進(jìn)行防腐。

　　4.6頂管施工

　　頂管施工質(zhì)量的好壞與設(shè)備安裝的精確度有直接的關(guān)系。安裝前，應(yīng)根據(jù)已知的控制點(diǎn)、標(biāo)高，準(zhǔn)確無誤地測(cè)放出進(jìn)出洞口的標(biāo)高和頂管的軸線，并依此測(cè)放設(shè)備和安裝位置。導(dǎo)軌、千斤頂支架、靠背等設(shè)備必須安放準(zhǔn)確牢固，以保證頂管的順利進(jìn)行。

　　4.6.1推力的理論計(jì)算：（Φ1200計(jì)算）

　　F=∏*D*L*f+N

　　其中F-頂進(jìn)阻力

　　(D-管外徑1.4米  p-控制土壓力)

　　P＝Ko*γ*Ho

　　式中 Ko-靜止土壓力系數(shù)，一般取0.55

　　Ho-地面至掘進(jìn)機(jī)中心的厚度，取最大值6m

　　γ-土的濕重量，取1.9t/m3

　　P＝0.55*1.9*6＝6.27t/m2=62.7KN/m

　　式中f一管外表面平均摩阻力，取4.0KN/m2

　　D-管外徑1.4m

　　L-頂距（最大頂距為120米）

　　N=3.1496.47KN/m2

　　F=∏*D*L*f+N=3.14+96.47=2206.55 KN

　　=220.66T

　　通過理論計(jì)算得總站選用2臺(tái)125T千斤頂，設(shè)計(jì)頂力為250T。

　　4.6.2后背的計(jì)算

　　后背在頂力作用下，產(chǎn)生壓縮，壓縮方向與頂力作用方向一致。當(dāng)停止頂進(jìn)，頂力消失，壓縮變形隨之消失。這種彈性變形即象是正常的，頂管中，后背不應(yīng)當(dāng)破壞，產(chǎn)生不允許的壓縮變形。

　　后背不允許出現(xiàn)上下或左右的不均勻壓縮。否則，千斤頂在余面后背上，造成頂進(jìn)偏差。為了保證頂進(jìn)質(zhì)量和施工案例，施工時(shí)應(yīng)后背的強(qiáng)度和剛度計(jì)算

　　為滿足本工程頂管的要求，后背設(shè)計(jì)為長(zhǎng)2500mm,高2000m,厚500mm的砼C25鋼筋長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。

　　后靠背受力計(jì)算公式

　　式中：

　　R-總推力之反力（一般大于推力的1.2－1.6）

　　a－系數(shù)（取1.5－2.5之間）　，此處取2

　　B－后座墻的寬度（M）　此處取2.5米

　　γ－土的容重（KN/M3)　（取19KN/m3）

　　H－后座墻的高度(m)　，此處取2米

　　Kp-被動(dòng)土壓系數(shù)

　　c-土的內(nèi)聚力（kPa) 一般情況下取10

　　h-地面到后座墻頂部土體的高度（M），此處取5米

　　按上式計(jì)算，圓形工作井加護(hù)套后能承受1030T頂力＞實(shí)際頂力250T。完全能滿足要求。

　　4.7在頂進(jìn)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　4.7.1隨時(shí)注意主泵壓力的變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓力突然上升(有障礙物)或下降(遇軟弱土層)時(shí)，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，查明原因，以防發(fā)生意外。

　　4.7.2千斤頂?shù)纳扉L(zhǎng)值，不得超過臨界沖程。

　　4.7.3應(yīng)連續(xù)頂進(jìn)，不得長(zhǎng)時(shí)間停歇。

　　4.7.4根據(jù)土質(zhì)進(jìn)行頂進(jìn)壓力控制，頂進(jìn)時(shí)及時(shí)補(bǔ)漿，并注意注漿壓力及注漿量的控制。

　　4.7.5加強(qiáng)對(duì)頂進(jìn)速度的控制，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)控制，糾正偏差。

　　4.7.6停止頂進(jìn)，一定要使挖掘面保持一定的壓力，防止漏水及土層中泥水流失，尤其是出洞時(shí)，更應(yīng)注意這個(gè)問題。

　　4.7.7另外，在管道在頂進(jìn)過程中可能會(huì)碰到土層中夾有小石塊，這些土層會(huì)對(duì)管道頂進(jìn)很不利，在這一部分管道施工前我們首先要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更進(jìn)一步的踏勘，與有關(guān)部門聯(lián)系，進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，掌握確鑿的資料，以便制定切實(shí)可行的施工方案。

　　4.8頂進(jìn)監(jiān)控

　　4.8.1前期測(cè)量：

　　頂管前，應(yīng)在工作井處設(shè)置管道軸線控制樁和臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)、工作井護(hù)樁，以便復(fù)核頂管軸線和工作井位置是否移動(dòng)。開始頂進(jìn)前，準(zhǔn)確測(cè)量掘進(jìn)機(jī)中心的軸線標(biāo)高偏差，并作好原始記錄。

　　4.8.2頂進(jìn)測(cè)量：

　　測(cè)量?jī)x器固定安放在工作井的后部千斤頂架子中心，并在工作井內(nèi)建立臨時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。管道頂進(jìn)過程中必須按要求測(cè)量和控制管道標(biāo)高及中心偏差，并作好記錄。每頂進(jìn)50cm必須測(cè)量一次，

　　4.8.3竣工測(cè)量：

　　一段管面完后，應(yīng)立即在每節(jié)管道上選點(diǎn)，測(cè)量其中心位置和管底標(biāo)高。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，繪制竣工曲線，以便進(jìn)行管道質(zhì)量評(píng)定。測(cè)量地段的沉降。并作好記錄以確定頂管施工對(duì)周圍環(huán)境的影響情況。

　　5.接入老井

　　因?yàn)榻尤肜暇斐傻陌踩鹿蕰r(shí)有發(fā)生，針對(duì)本工程接入老井的施工部分，做了如下考慮：

　　5.1頂管工程中，為使管子能順利從工作井內(nèi)出洞，一般采取工作井預(yù)留洞口比管節(jié)外徑略大些（一般為100mm）的方式，頂進(jìn)時(shí)此間隙需采取有效措施進(jìn)行封閉，否則地下水和泥砂就會(huì)從該間隙流到工作井內(nèi)，會(huì)造成洞口上部地表的塌陷，甚至?xí)斐墒鹿剩昙爸車慕ㄖ锖偷叵鹿芫€的安全。因此，頂管過程中洞口止水是一個(gè)不容忽視的環(huán)節(jié)，必須認(rèn)真、仔細(xì)地做好此項(xiàng)工作。

　　5.2我們采用的洞口止水方法是在工作井制作時(shí)，需在出洞口處做一弓形的止水墻，以便將洞口止水裝置安裝在平面上。止水墻的混凝土標(biāo)號(hào)同工作井混凝土標(biāo)號(hào)，預(yù)先在洞口預(yù)埋一個(gè)10mm厚鋼法蘭，在鋼法蘭上焊接螺栓，安裝16mm厚橡膠法蘭，用10mm厚鋼壓板壓緊。

　　5.3接入老井時(shí)應(yīng)首先抽干老井的水，并設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)保持管道內(nèi)通風(fēng)，并采用有害氣體探測(cè)儀進(jìn)行探測(cè)，確保有害氣體濃度低于危險(xiǎn)值時(shí)，方可下井作業(yè)，所有下井接通人員必須佩帶防毒面具，身上配備安全繩索，地面需由執(zhí)勤人員，并需要有懂急救常識(shí)的人值班，并配備急救藥物箱。下井人員必須配備對(duì)講機(jī)，地面人員應(yīng)每隔5秒與井下人員對(duì)講一次，確保井下人員安全，如有緊急情況立即拉動(dòng)繩索，將井下施工人員救出。

　　通過以上的方案，我們可以看出，在現(xiàn)階段的頂管施工中，重點(diǎn)任然是做好地下土質(zhì)的分析，確定機(jī)頭的選型，并確定頂力計(jì)算。另外值得關(guān)注的是近期時(shí)常出現(xiàn)安全事故的老井接入問題，也需充分考慮各種安全因素，確保施工人員安全。

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