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        運城市干河綜合治理工程穿越居民小區(qū)頂管施工方案

        2023-03-16 00:50:42
        山西水利 2023年3期

        王 博

        (運城市北趙引黃二期工程建管局,山西 運城 044000)

        1 工程概況

        運城市干河屬于《運城市中心城區(qū)水系規(guī)劃》“兩橫三縱”中的第一縱,主要承擔著大運高速路以南、南同蒲鐵路以北干河兩側流域范圍內(nèi)的防洪排澇任務,2020 年被運城市委、市政府列入“1311”重大工程項目。干河東側排污干管主要解決干河以東的污水排放,管線起點位于涑水街北側,終點位于站北調(diào)節(jié)池入口,總長4 250 m。

        干河東側排污干管施工至樁號0+100—樁號0+850 段時,需從建筑物密集的涑水苑小區(qū)穿越,該小區(qū)為運城市北郊大型小區(qū),人員密集、流動量大、管線毗鄰建筑物較多,原設計方案為放坡開挖,局部挖深超過5.0 m,屬于超過一定規(guī)模危險性較大分部分項工程。為保證施工安全及居民出行不受影響,經(jīng)參建單位研究后決定該段采用頂管施工方案。

        根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ8-2016)、《建筑基坑工程技術規(guī)范》(DBJ04/T 306-2014)、《運城市干河綜合治理工程地質(zhì)勘察報告》,結合本工程設計,基坑安全等級為:二級基坑。

        2 工程地質(zhì)

        根據(jù)補充地質(zhì)鉆探、井探成果報告,穿越段地質(zhì)主要由以下3 層組成:第①層雜填土(Q4ml):色雜,包含磚塊等建筑垃圾及生活垃圾,該層厚1~2.3 m。

        第②層粉土(Q4al):淺黃色,淺紅色,稍濕-濕,中密-密實,搖震反應中等,干密度低,韌性低,含少量鈣質(zhì)結核,夾較多鐵銹黃條紋,該層厚3~9.4 m。天然含水量16.7%~24%,天然孔隙比0.512~0.922,干重度14.0~17.8 kN/m3,內(nèi)摩擦角18.3°~18.5°,粘聚力17.0~20.0 kPa,粘粒含量11.0%~18.0%,壓縮系數(shù)0.08~0.56 MPa-1,壓縮模量2.97~18.9 MPa,承載力特征值120 kPa。

        第③層粉土(Q3al):淺黃色,淺紅色,濕,密實,搖震反應中等,干強度低,韌性低,低~中壓縮性,含少量鈣結核,夾較多鐵銹黃條紋,已揭露最大厚度7.4 m。天然含水量18.0%~23.5%,天然孔隙比0.497~0.659,干重度16.3~18.0 kN/m3,壓縮系數(shù)0.07~0.25 MPa-1,壓縮模量6.53~22.31 MPa。承載力特征值180 kPa。

        3 施工方案

        頂管管材采用DN 1200 Ⅲ級F 型接口鋼筋混凝土管,每節(jié)長度2 m,工作井采用拉森鋼板樁支護。

        3.1 鋼板樁支護主要施工工藝

        鋼板樁支護工藝:施工準備、測量放線、管井降水、基坑第一段開挖、鋼板樁護壁施工、基坑第二段開挖、井底砂石墊層施工、混凝土墊層澆筑。

        3.1.1 施工準備

        在施工前查明并標出地下管線埋設位置,如與井位有沖突,報建設、監(jiān)理、設計部門,經(jīng)同意后將井進行移位,避開管線和障礙物,施工現(xiàn)場采用封閉式圍擋。

        3.1.2 管井降水

        施工現(xiàn)場地下水埋藏較淺,施工單位采用管井法降水,降水井設在距管軸線3 m 處,單側布井(避開工作井與接收井位置),井間距20 m,井深12 m,下放DN 300 混凝土套管,每個井安裝潛水泵(流量20 m3/h,揚程20 m)抽排地下水。基坑開挖前1 周開始抽水,保證地下水位降至工作井、接收井基礎底板以下≥0.5 m。從井內(nèi)抽出的水排放到附近市政雨水管。

        3.1.3 鋼板樁施工

        鋼板樁施工前,按支護圖紙對鋼板樁位置定位,用液壓振動錘打入基底以下設計標高。打樁前,對鋼板樁的外觀質(zhì)量進行逐根檢查,變形嚴重的不得使用,并在每根樁鎖口內(nèi)涂抹潤滑材料,便于打入、拔除。在插打過程中加強監(jiān)控量測,每根樁的傾斜度不超過1%。在距樁頂150 cm 處,用400 mm 寬H 型鋼設一道連續(xù)圍檁。

        3.1.4 封底

        土方開挖至基底并經(jīng)驗收合格后,設置1 處集水井,井深1.5 m,內(nèi)置DN300 mm 混凝土管,并采用水泵排水?;拥撞繌南碌缴弦来螢?0 cm 厚砂礫石墊層,10 cm 厚C15 墊層。

        3.1.5 鋼板樁拔除

        管道施工完成后,采用拔樁機對鋼板樁進行拔除,盡量減少振動,拔除后采用黃砂將空隙回填密實。

        3.2 頂管主要施工工藝

        頂管工程在支護完成后進行,頂管施工工藝流程為:施工準備、測量放線、工作坑基礎、后背施工、頂進設備安裝、泥漿制備、下管和頂進、拆除頂進設備、管道內(nèi)接口處理。

        3.2.1 頂管力學計算

        (1)頂力計算

        推力的理論計算公式:

        式中:F——總推力,t;

        F1——迎面阻力,t;

        F2——頂進阻力,t;

        D——管外徑取1.44 m;

        P——控制土壓力,t/m2;

        K0——靜止土壓力系數(shù),一般取0.55;

        H0——地面至管中心的厚度,取最大值4.08 m;

        γ——土的濕重量,取1.9 t/m3。

        f——管外表面平均綜合摩阻力,取0.8 t/m2

        L——頂距,取最大值65 m。

        經(jīng)計算,P=4.26 t/m2;F1=6.93 t;F2=235.1 t。因此,總推力F=242.0 t。

        (2)后背受力計算

        后背受力計算公式:

        式中:R——總推力之反力,kN;

        a——系數(shù)(取1.5-2.5 之間),此處取2;

        B——后座墻的寬度,5 m;

        H——后座墻的高度,2 m;

        Kp——被動土壓力系數(shù),取內(nèi)摩擦角(固結塊22°),經(jīng)計算取2.2;

        c——土的內(nèi)聚力,10 kN;

        h——地面到后座墻頂部土體的高度。

        經(jīng)計算,R=4 606 kN=460.6 t。后背可承受460.6 t頂力,為實際頂力的1.9 倍,完全能滿足要求。

        3.2.2 頂進設備選擇及安裝

        根據(jù)頂管力學計算結果,施工單位采用工作頂力為FQ 320-Y 型千斤頂,千斤頂布置采用單列式,頂進著力點設在管徑1/4 范圍內(nèi)。

        軌道采用60 kg 重軌,安裝前檢查外觀質(zhì)量符合要求后方可使用,導軌安放在混凝土墊層上,安裝必須穩(wěn)定、牢固,在頂進過程中承受各種荷載而不發(fā)生變形。導軌安裝標高根據(jù)頂管管內(nèi)底標高設置,本工程根據(jù)現(xiàn)場實際情況,將導軌高程適當提高了2~3 cm,避免頂進過程中管頭下沉。所有頂進設備在安裝完成后應進行調(diào)試,調(diào)試合格后方可投入使用。

        3.2.3 地表及周圍建筑物沉降觀測

        頂管施工過程中由于存在超挖、糾偏、頂進速度控制不當、泥漿壓力過大等原因,容易造成地表及周圍建筑物隆起或沉降??紤]到該段頂管施工距離居民樓較近,施工單位在變形影響范圍外埋設水準基點(≥3 個),沿頂管中線每隔10 m 設一個地表沉降觀測點,在居民樓四角及沉降縫的兩側埋設沉降標,埋設時保證沉降標與居民樓內(nèi)部連接牢固,并在周圍用紅色自噴漆編號并標記。采用二等水準測量標準進行量測,每4 h 量測1 次并做好記錄,發(fā)現(xiàn)地表及周圍建筑物變形超過允許值時,應立即停止頂進。

        3.2.4 減阻潤滑泥漿

        頂管段局部需穿越老舊房屋基礎,為減少頂進頂力,提高頂進速度,施工單位在現(xiàn)場設置泥漿池,制備膨潤土泥漿,頂進時在管外壁與周圍土體之間注入泥漿,可起到潤滑、護壁、觸變等作用。

        3.2.5 下管、頂進、出土

        現(xiàn)場采用25 t 吊車進行管道吊裝作業(yè),下管前應檢查每根管子的外觀質(zhì)量,檢查管子是否有破口、掉渣、孔隙通道、裂縫等問題,端面要平直,管壁要平整光潔,外觀質(zhì)量檢查合格后方可下管。第一根管道安放在導軌上,要測量管道前、后端管內(nèi)底高程,確認無誤后方可頂進。正式頂進前應進行試頂進,邊頂進邊用人工在管前端挖土,用斗車、25 t 吊車、8 t 自卸汽車作為出土設備運至指定棄土地點。由于管徑較小,每天三班施工,每班3 人,1 人在管道前端挖土,1 人在工作井內(nèi)提供配合,1 人在現(xiàn)場負責監(jiān)控測量,挖土自上而下,分層開挖,每次開挖10 cm 即向前頂進,管前超挖量視土質(zhì)情況確定,當土質(zhì)良好,挖土可超挖30~40 cm。臨時停止頂進時,將管端全部切入土層中。當?shù)孛嬗兄匾ㄖ飼r,一律不得超挖,開挖后要及時頂進、及時測量,使頂力限制在最小范圍內(nèi)。

        3.2.6 拆除頂管設備

        頂管貫通后,管道前后兩端露出工作井中的長度≥0.5 m,且不得有接口,經(jīng)驗收合格后方可停止作業(yè),現(xiàn)場拆除導軌、千斤頂、后背等設施。

        3.2.7 頂管質(zhì)量要求

        應根據(jù)施工現(xiàn)場土質(zhì)條件、周圍環(huán)境復雜程度、工程進度要求來控制頂進參數(shù)、頂進方法;頂進過程中應加強量測監(jiān)控,確保地面及周圍建筑物的變形穩(wěn)定;開始頂進階段,應嚴格控制頂進的速度和方向,在接近接收井前應提前進行位置和姿態(tài)測量,出現(xiàn)偏差提前調(diào)整;管子頂進中心線偏差不應超過管長度的3‰,管子頂進中心線偏差應≤5 cm,頂進過程中始終保持膠圈位置正確。

        3.2.8 頂管偏差校正

        在頂進過程中偏差是逐漸積累起來的,因而在頂進過程中應勤測量、勤校測、勤糾偏、微糾偏,發(fā)現(xiàn)偏差及時校正。糾偏基本要領是及時糾偏、小角度糾偏、適度糾偏,在出現(xiàn)偏差的另一側管端反方向適度超挖糾偏,超挖量應以不引起地面和周圍建筑物變形為宜,同時還可以采用調(diào)整頂進合力方向來糾偏。

        4 結語

        經(jīng)過上述方案對工作井支護及頂管施工后,干河東側排污干管樁號0+100—樁號0+850 段已順利穿越涑水苑小區(qū)。結果表明,采用頂管施工方法能有效解決河道穿越居民小區(qū)等建筑物和人員密集場所的難題,頂管施工具有對周圍建筑物影響小、施工安全高效、經(jīng)濟性好的優(yōu)點,發(fā)展前景廣闊。

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