周君波,黃 超
(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 都江堰,611830)
遂寧市西寧片區(qū)城市生活污水處理廠配套管網(wǎng)改造工程,根據(jù)施工圖設(shè)計(jì),2號(hào)路(南廣路)部分管段因埋深較深,而管側(cè)道路有通行要求且因有高壓線路無法遷改,不能放坡明挖,因此,采用頂管法施工,管道材料為Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土鋼承插管(F型)。
W37-W36-W35段管徑為DN1000,管頂埋深8.7m~9.6m。W36設(shè)置為工作井,井深10.01m,內(nèi)徑6m;W35和W37設(shè)置為接收井,井深分別為9.96m和10.81m,內(nèi)徑4m;W36分別向W35和W37頂進(jìn),頂進(jìn)長度均為28m。平面布置和縱剖面見圖1和圖2。
圖1 管段平面布置
圖2 管段縱剖面
場(chǎng)地2號(hào)路管線區(qū)域距W35接收井約15m處存在一處溪流,流向總體呈西南-北東向,溝寬約20m,枯水期水深0.3m~0.4m,溝底可見卵石,沖刷深度一般0.5m~1.5m,平時(shí)水量一般較小,雨季時(shí)有所增大;其余地段未見常流水地表徑流發(fā)育,場(chǎng)地一般不會(huì)受洪水淹沒。
圖3 頂管段地質(zhì)剖面
施工工藝流程如圖4所示。
圖4 頂管施工工藝流程
頂進(jìn)阻力計(jì)算:Fp=πD0Lfk+NF
式中:Fp——頂進(jìn)阻力(kN);
NF——頂管機(jī)的迎面阻力(kN),工程實(shí)際為人工挖掘式,NF=π(Dg-t)tR;
D0——管道的外徑(m),D0=1.2m;
L——設(shè)計(jì)頂管長度(m),取最大頂進(jìn)長度28m;
fk——管道外壁與土的單位面積平均摩阻力(kN/m2),取最大值6.5kN/m2;
Dg——頂管機(jī)外徑(mm),取1.2m;
t——刃口厚度(m),取0.01m;
R——擠壓阻力(kN/m2),根據(jù)《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》[1]選取500kN/m2。
則頂進(jìn)阻力為:Fp=πD0Lfk+NF=3.14×1.2×28×6.5+3.14×(1.2-0.01)×0.01×500=704.37kN
(1)鋼筋混凝土鋼承插單節(jié)管長2m、公稱內(nèi)徑1000mm。
(2)液壓油泵:壓力30MPa,電機(jī)功率18kW。
(3)提升系統(tǒng)提升能力:2t。
鋼筋混凝土管、頂進(jìn)設(shè)備、渣土和其他材料均采用門架提升系統(tǒng)起吊,小反挖采用8t汽車吊吊放。門架提升系統(tǒng)由門架、電動(dòng)葫蘆及吊斗組成。門架采用工字鋼焊接制作,其上安置單軌鏈?zhǔn)诫妱?dòng)葫蘆,起重20kN,起重高度根據(jù)井深選擇。鉸鏈處設(shè)置防墜器,鋼絲繩破壞拉力大于50kN。門架長約9m、寬約6m,經(jīng)計(jì)算采用I20工字鋼制作,布置見圖5。
圖5 平面和吊裝系統(tǒng)布置示意
布置見圖6。
工作井壁平面
井口段上部4m分層采用反挖裝自卸汽車,以下采用小反挖裝吊斗出渣,井壁預(yù)留保護(hù)層人工開挖。每層深度約0.5m~1m,開挖完成施工護(hù)壁。
井壁采用鋼筋混凝土護(hù)壁支護(hù),首節(jié)(包括井圈)處高1m,其他土層中每節(jié)開挖和護(hù)壁高度由土質(zhì)穩(wěn)定性決定。護(hù)壁厚500mm,C35混凝土內(nèi)配φ16HRB400鋼筋。工作井護(hù)壁布置見圖7。井底基礎(chǔ)采用60cm厚素混凝土。
井圈配筋圖 上部護(hù)壁配筋圖 井底護(hù)壁配筋圖
頂管進(jìn)、出洞口預(yù)留洞口并加固,采用放射筋HRB400φ8@150,環(huán)筋2φ14,每側(cè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋面積不小于洞口截?cái)噤摻畹?5%,布置見圖8。
圖8 預(yù)留洞口加固
4.3.1 施工方案
頂管工程采用液壓千斤頂頂進(jìn),人工掘土結(jié)合水鉆取芯鉆進(jìn),洞內(nèi)人工出土,井內(nèi)提升架吊渣到井口平臺(tái)裝車外棄。
4.3.2 施工測(cè)量
采用經(jīng)緯儀或全站儀,測(cè)量從點(diǎn)到工作井底,在工作井頂進(jìn)后背墻上安裝紅外線指向儀放樣定位掘進(jìn)高程和中線。每班或碰撞指向儀后對(duì)指向儀進(jìn)行校正,確保其指向正確。
4.3.3 后背墻施工
頂管液壓系統(tǒng)支撐后背墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),反力墻嵌固在工作坑底,結(jié)構(gòu)尺寸200cm×200cm×50cm,后背與護(hù)壁面貼緊。同時(shí)其平面與頂進(jìn)軸線垂直。
4.3.4 工作坑導(dǎo)軌
工作坑導(dǎo)軌采用38kg/m重型鋼軌。
4.3.5 下管就位
首節(jié)頂管吊裝到工作井導(dǎo)軌上,測(cè)量高程、水平軸線,符合設(shè)計(jì)要求方可頂進(jìn)。進(jìn)、出工作井進(jìn)入土層增加測(cè)量頻率,每頂進(jìn)30cm測(cè)量管道水平軸線和高程一次;正常頂進(jìn)時(shí)每50cm測(cè)量一次[2]。在頂管鋼承口端部設(shè)置環(huán)形頂鐵,均勻傳遞頂力。
4.3.6 頂進(jìn)
頂鐵安裝和開挖土洞完成開始頂進(jìn),每次掘進(jìn)長度根據(jù)實(shí)際土質(zhì)調(diào)整,當(dāng)為泥巖時(shí)每掘進(jìn)50cm頂進(jìn)一次,當(dāng)為粉質(zhì)黏土?xí)r每掘進(jìn)20cm頂進(jìn)一次。頂管施工過程堅(jiān)持“勤測(cè)量、勤糾偏、微糾偏”的原則,注意控制頂進(jìn)施工方向和頂進(jìn)速度,做好頂進(jìn)施工記錄和測(cè)量記錄。
啟動(dòng)油泵,液壓千斤頂將管節(jié)沿導(dǎo)軌前挖好的土洞內(nèi)頂進(jìn)。全段頂進(jìn)完成,測(cè)量員在每個(gè)管節(jié)接口處使用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀或激光水平儀測(cè)量其水平軸線和管內(nèi)底高程,相鄰管端錯(cuò)口符合規(guī)范[3]。
4.3.7 開挖
采用人工挖土施工方法。在穩(wěn)定圍巖中正常頂進(jìn),管頂以上可以有不超過15的間隙,以減小頂進(jìn)阻力,不得超挖管下部135°范圍內(nèi)的土層。
當(dāng)土質(zhì)為中風(fēng)化泥巖時(shí)用G10風(fēng)鎬掘進(jìn),并及時(shí)外運(yùn)管前挖出的土;當(dāng)土質(zhì)出現(xiàn)強(qiáng)度較高巖石層則采用水鉆施工法,用QJ-200型金剛石鉆孔機(jī)在巖石面鉆孔,形成直徑1.2m的成形洞,再使用風(fēng)鎬或鐵楔將成型洞范圍內(nèi)的巖石楔碎轉(zhuǎn)運(yùn)。
4.3.8 出土
采用帶輪轂的斗車,由人工裝車牽引/推送到工作井內(nèi),提升門架提升到井口平臺(tái)。斗車進(jìn)出時(shí)由人控制方向,避免損害施工供風(fēng)、供水、供電管線。
4.3.9 管道接口
全段頂完后,測(cè)量員在每個(gè)管節(jié)接口處測(cè)量其水平軸線和高程,檢查合格后進(jìn)行管道接口處理。管道接口處理是施工質(zhì)量控制重點(diǎn),鋼承口處安裝橡膠密封圈,與管節(jié)粘附牢固、避免平順;管道接口安裝膨脹止水帶,后期用聚合物防水砂漿處理。
4.3.10 管道注漿
由于頂進(jìn)鋼筋混凝土管壁四周土層有松動(dòng),管壁與土層間有空隙,確保頂進(jìn)管道上方不沉陷,管節(jié)不滲水,在管道全線頂進(jìn)后由管內(nèi)開孔對(duì)已經(jīng)頂進(jìn)施工完成的管道進(jìn)行管背分段注漿。注漿孔直徑為3.5cm,間距1m,每組2個(gè)注漿孔夾角120°,每6m~10m一排。
注漿材料選用普通水泥漿,水灰比0.5,注漿壓力0.4MPa~0.8MPa,控制壓漿量及壓漿壓力,待下一壓漿孔中出現(xiàn)壓漿液并且壓漿壓力不小于0.6MPa時(shí),每孔穩(wěn)壓時(shí)間不得小于2min,及時(shí)關(guān)閉壓漿孔上控制閥,進(jìn)行下一個(gè)孔壓漿。
壓漿孔上均設(shè)管螺紋、管箍及絲堵,注漿結(jié)束用配套絲堵封閉注漿孔,并用砂漿修補(bǔ)平整將制作好的壓漿管頭預(yù)先擰緊插入管道上[4]。
(1)收集施工區(qū)相關(guān)資料并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,清理地下管線位置和走向,避免施工時(shí)破壞。
(2)對(duì)工作井和接收井的場(chǎng)地進(jìn)行硬化,外側(cè)設(shè)置混凝土臨時(shí)排水溝,將井口周圍地表水引排至既有排水系統(tǒng)。
(3)頂管施工建立地面和地下測(cè)量控制網(wǎng),頂管施工測(cè)量前應(yīng)復(fù)核工作井內(nèi)的基準(zhǔn)點(diǎn),發(fā)生偏差時(shí)及時(shí)糾正。
(4)施工人員進(jìn)行詳細(xì)安全培訓(xùn)和安全技術(shù)交底。
(1)根據(jù)管道的設(shè)計(jì)軸線、高程、坡度和夾角鋪設(shè)導(dǎo)軌,兩軌道平行。
(2)導(dǎo)軌軌面光滑,減少管節(jié)前進(jìn)時(shí)的阻力。
(3)井內(nèi)導(dǎo)軌安裝頂面高程、水平軸線、兩軌間距允許偏差符合規(guī)范要求,安裝穩(wěn)固。
(4)兩導(dǎo)軌強(qiáng)度和剛度能夠承受管節(jié)自重和其他附加荷載,滿足施工要求。
(1)主站油泵應(yīng)與千斤頂性能相匹配,布置在頂進(jìn)工作井壁2m外,油管順直、轉(zhuǎn)角少。
(2)千斤頂數(shù)量為偶數(shù),在管道兩側(cè)左右對(duì)稱設(shè)置,宜固定在反力架上,并與管道軸線平行,其合力中心應(yīng)低于管道中心。
(3)頂鐵與混凝土頂管之間應(yīng)加木墊圈,受壓面平整,相互平行,均勻傳遞頂力。
(4)頂進(jìn)時(shí),工作人員持續(xù)觀測(cè)頂進(jìn)設(shè)備有無異常現(xiàn)象,做好設(shè)備巡檢記錄。
(1)使用前組織進(jìn)行起重設(shè)備的門架、電氣連接、鋼絲繩、吊鉤、限位器等項(xiàng)目檢查,經(jīng)試運(yùn)轉(zhuǎn)和安全檢查,合格后方可作業(yè)。
(2)現(xiàn)場(chǎng)人員遵守起重工作安全操作規(guī)程,禁止超負(fù)荷運(yùn)行。
(3)起吊時(shí)嚴(yán)禁下方有人,當(dāng)管節(jié)下井距導(dǎo)軌小于50cm時(shí),操作人員才能近前穩(wěn)管頂進(jìn)施工。
(4)作業(yè)時(shí),工作井上、下保持通訊,專人監(jiān)護(hù)。
(5)禁止斜吊,并且盡量避免滿負(fù)荷運(yùn)行,構(gòu)件擺動(dòng)大,存在超負(fù)荷使用的安全事故隱患。
(6)施工設(shè)備、主要輔助設(shè)備應(yīng)定期檢查維修保養(yǎng),對(duì)損壞部位做出鑒定,鋼絲繩綁扎方法應(yīng)規(guī)范牢靠。
(7)設(shè)置起重吊裝警戒區(qū)域,無關(guān)人員禁止入內(nèi)。
(1)下管前,對(duì)進(jìn)場(chǎng)管節(jié)進(jìn)行外觀質(zhì)量、尺寸偏差和混凝土強(qiáng)度檢查驗(yàn)收。管端面平直、表面光潔、無縱向裂縫,檢驗(yàn)合格后方可使用。
(2)下管前,現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人組織檢查起重設(shè)備的安全性能。下管工序配備專人指揮,嚴(yán)禁用手扶鋼絲繩。
(3)下管中工作井內(nèi)嚴(yán)禁站人,當(dāng)管節(jié)接近作業(yè)面時(shí),作業(yè)人員才能近前穩(wěn)管就位。管節(jié)落到導(dǎo)軌上,管節(jié)與導(dǎo)軌面密切接觸、滑動(dòng)平穩(wěn)。
(4)管節(jié)吊裝前,進(jìn)行安全防護(hù)設(shè)施的逐項(xiàng)檢查驗(yàn)收,合格后方可進(jìn)行吊裝。
(1)施工過程中持續(xù)向頂管管道內(nèi)輸送新鮮空氣,并定時(shí)檢測(cè)管內(nèi)工作面空氣,做好氣體檢測(cè)記錄。
(2)挖土機(jī)具采用氣鎬,空氣壓縮機(jī)設(shè)置在工作井壁2m外,管線順直、穩(wěn)固。
(3)作業(yè)面照明采用12V低壓安全行燈或頭戴礦燈,燈具采用防水防爆燈具,并且?guī)Х雷o(hù)網(wǎng)罩。
(1)頂鐵在導(dǎo)軌上滑動(dòng)平穩(wěn),與管道軸線平行對(duì)稱,保證傳力均勻和受力穩(wěn)定。
(2)在頂進(jìn)作業(yè)時(shí),安排專人監(jiān)護(hù),若發(fā)現(xiàn)異?,F(xiàn)象,立即停止施工,檢查維修合格后才能再次作業(yè)。搬運(yùn)材料、工具要穩(wěn)拿輕放,禁止高空拋物。注意主站油泵的壓力表指針的變化,防止發(fā)生意外[5]。
(3)挖土、出土、頂進(jìn)的作業(yè)過程中嚴(yán)格監(jiān)控測(cè)量,信息化施工,保證開挖工作面的土體穩(wěn)定,不可超量出土,減少土體擾動(dòng)和地層變形。
(4)根據(jù)不同水文、地質(zhì)情況,遵循隨挖土隨頂進(jìn),連續(xù)作業(yè)原則,以免塌方。
(5)管道接口橡膠密封圈安裝位置正確,無位移、扭曲,接口端部無頂裂、破損現(xiàn)象,保證接口處無滴漏水。
(1)頂進(jìn)施工遵循“勤測(cè)量、勤糾偏、微糾偏”原則,嚴(yán)格控制頂進(jìn)速度和方向,做好測(cè)量記錄。進(jìn)、出工作井進(jìn)入土層增加測(cè)量,每頂進(jìn)30cm測(cè)量管道水平軸線和高程一次;正常頂進(jìn)時(shí)每50cm測(cè)量一次。
(2)頂管產(chǎn)生偏差后,應(yīng)及時(shí)糾偏,根據(jù)偏差情況可采用挖土校正法、襯墊法、支撐法、支托法、千斤頂校正法進(jìn)行處理。
在不具備明挖條件的管網(wǎng)工程中采用非開挖管道施工技術(shù),手掘式頂管施工優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯,通過施工過程中測(cè)量控制、管道變形監(jiān)測(cè)、地面沉降監(jiān)測(cè)等手段,能夠確保管道工程質(zhì)量和進(jìn)度,可以為類似工程提供參考。