污水管网工程管道施工方法.doc
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1、- 1 -污水管网工程管道施工方法污水管网工程管道施工方法5.5.15.5.1、管道设计、管道设计管线根据具体位置、走向、坡度、埋深等以设计图纸作为依据,结合物探资料和现场实际情况,对管线的平面位置进行调整。调整后的管线图,报业主、监理批准后实施。由于本工程的地下管线有沿碚青路纵向供水、弱电及燃气管道和沿青东路电力、给水、弱电、燃气及已建排污管线。管线根据具体位置、走向、坡度、埋深等以设计图纸作为依据,结合探沟、探坑等物探资料和现场实际情况,对管线的平面位置进行合理化调整。调整后的管线图经报请业主、监理及设计单位审查批准后实施。该段顶管作业计划采用的管道为 DN900mm,壁厚 =90mm,单
2、根管段长度 L-2m,管节端口采用双插口 F 型连接。5.5.25.5.2、顶管方案的选择、顶管方案的选择本工程共设置 2 座工作井(W-87 号及 W-89 号双向顶管工作井) ,采用 2 个工作井同时单向顶进的施工方案(W-87 顶向 W-86,W-89顶向 W-88,该部分顶管施工完成后,调向从 W-87 顶向 W-88 及从W-89 顶向 W-91) ,顶管完成后进行检查井施作。顶管顶进断面多为强风化原状页岩或泥岩,埋深 5.3456.915m 之间,土石结构短时间内较稳定,拟采用敞开、手掘式开挖配合液压千斤顶机械顶管。对机头前岩石拟采用风镐破碎(局部采用水钻) ,辅以人工凿石的方法施
3、工,然后人工装土石到小车上,安装运渣轨道,用双筒慢速- 2 -卷扬机牵引至井内,再用门吊吊出装车外运。具体施工顶进顺序如下图 5-1 所示。W-86 接收井W-87 工作井W-88 接收井W-91 接收井W-89 工作井112225-15-1 顶管顶进施工顺序图顶管顶进施工顺序图施工操作者须密切注意土层变化,取土速度与千斤顶的顶进速度相匹配,避免土体超挖太多,造成地面沉降太大。前方取土与后方顶进密切配合,以保持开挖面的稳定。顶管机内设置纠偏油缸控制顶进方向,前三节管设置千斤顶孔用于曲线开缝用。前几节管根据需要用拉杆连接起来。每段顶进开始后则顶进施工做到连续工作,当进行设备保养维修而暂停顶管施工
4、时,必须采取措施确保开挖面的稳定,停顶时要求机头土体自然平衡。顶进时管道内采用低压(36V)照明和管道风机通风,配备沼气监测仪对管道内空气进行检查,并保持管道W-90 检查井- 3 -内的清洁。5.5.35.5.3、顶管计算、顶管计算推力的理论计算:(以 900mm 计算)F=F1 十 f2其中 F总推力Fl 一机头阻力 F2顶进周边阻力1) 、机头正面阻力F1=D外/4P 式中:D管外径 0.99,取 1.0mP控制土压力P=K0H0式中:K0静止土压力系数,tg2(45+/2) ,一般取0.55土的湿容重,取 1.9t/m3H0地面至管中心距离(取大值) ,6.365m,按 7m 计算P=
5、0.551.97=7.31t/m2,按 8t/m2计算。F1=3.141/48=6.28t,按 7t 计算2) 、顶管管道周边阻力 F2F2=D外Lf式中:L取 W-89W-91 段长度为 140mf管外表面平均(根据顶进距离平均淤泥土)综合- 4 -摩阻力,取 0.8t/m2。F2=3.1411400.8=351.7t,按 360t 计算F=F1+F2=7+360=367t,按 400t 参照选取相应推力3) 、顶管施工段均需采用中继站L=(F-F1)/D外f=(357.48-6.28)/3.1410.8=57.6m根据上示计算公式及施工经验常数计算,结合实际情况,本案将第一个中继站,一般布
6、置在距工具管 40m 左右处。施工中,为合理分配和均匀分压,主顶千斤顶及中继间千斤顶,均采用 4 套顶进千斤顶施加推力。每套主顶千斤顶额定顶推力选用200t,中继间千斤顶额定顶推力选用 75t。5.5.45.5.4、顶管设备安装、顶管设备安装顶管设备主要由后靠背、油缸支架、主顶油缸、主顶泵站、导轨、穿墙止水法兰、泥浆搅拌及压注系统组成1) 、导轨安装导轨用型钢和 P38 钢轨制作,钢轨焊于型钢上,型钢用螺栓紧固于钢横梁上,便于装拆。钢横梁置于工作井底板上,并与底板上的预埋铁板焊接,使整个导轨系统牢固。如下图 5-2 所示。- 5 -5-25-2 导轨及千斤顶支架系统结构简图导轨及千斤顶支架系统
7、结构简图导轨安装至关重要,其安装精度甚至决定管道顶进质量,故导轨安装必须达到如下要求: 、两导轨应顺直、平行、等高,其纵坡应与管道设计坡度一致。 、导轨轴线偏差3mm;顶面高差 0+3mm;两轨间距2mm。2) 、油缸支架油缸支架是用来支撑并固定主顶油缸的构件,用14 槽钢加工而成。3) 、千斤顶安装主顶站选用 4 台 200t 千斤顶,油缸行程 0.5m,固定在型钢制作的千斤顶支架上,支架焊在井底的横梁上,千斤顶着力点在与水平直径成 45角顶管圆周上,且与管道中心的垂线对称,如图 4-3所示。每个千斤顶的纵线坡度与管道设计坡度一致。4) 、主顶泵站- 6 -主顶泵站是给主顶油缸供油以及主顶油
8、缸回油的设备,该泵站安装在工作井旁,可远程控制。5) 、后背墙安装本工程工作井 W-87,W-89 均为双向顶进。施工时,从 W-87 工作井顶向 W-86 接收井,W-89 工作井顶向 W-88 工作井时,按工作井设计图示制安后背墙,外附着 4cm 钢板,顶进时,便于墙面整体受力。在 W-87 工作井顶向 W-86 接收井及 W-89 工作井顶向 W-88 接收井顶管完成后,调整方向,由 W-87 工作井顶向 W-88 井,由 W-89工作井顶向 W-91 终端接收井时,选用周转使用的装配式后靠背。后靠背用 I20 号工字钢焊成一堵墙,为顶管的反力提供一个垂直的受力面,正面焊一块 4cm 厚
9、钢板,使各工字钢受力更均匀。后靠背的孔隙中灌满自密混凝土,形成一道由钢板、工字钢和混凝土组成的复合后靠背,承受千斤顶传来的顶进反力。后靠背安装无误后,在后靠背与井壁间浇筑混凝土,并在混凝土与井壁之间垫一层150mm 厚的木板,调整混凝土与井壁之间的应力分布,以使井壁受力均匀。6) 、穿墙止水穿墙止水法兰式安装在管节外壁与井壁之间的构件,其主要作用是在顶进过程中防止工作井外的泥、水沿管壁流入井内。7)泥浆搅拌及压注系统泥浆搅拌及压注系统是将膨润土搅拌成泥浆并充分膨化后输送到管壁与土体之间的设施的总称,本工程地质基本上为回填土及粉- 7 -质粘土,部分未强风化泥岩或 V 级砂岩,岩体凿除开挖后稳定
10、性较差。在泥岩或页岩段直线顶管中采用一次注浆加固并润滑,浆体配合比采用水:泥浆:膨润土为(0.44:0.50:0.06。 ) ,该系统安放在主顶油缸旁边和机头后方位置,对土体与管道外壁进行填充及润滑。注浆压力在 0.040.57MPa 并根据管顶外部围岩情况合理确定。局部穿越填土段,因回填土,孔隙率大,计划在长距离直线顶管中采用双层注浆(第一层注体配合比为水:泥浆:膨润土:水泥为(0.41:0.46:0.06:0.07) ;第二层注浆各项参数采用穿越岩体段注浆参数。8) 、中继站中继站的结构主要由壳体、油缸、密封件等主要部件组成。油缸的供油是在中继站附近安装一台中继站油泵供给,每个中继站由专人
11、管理,统一听从总站指挥。中继站结构参见下图 5-3 所示:5-35-3 中继站示意图中继站示意图中继站在安放时,第一只中继站应放在比较前面一些。因为掘进机在推进过程中推力的变化因土质条件的变化而有较大的变化。所以,当总推力达到中继站总推力 30%时,就应安放第一只中继站,- 8 -以后每当达到中继站总推力的 50%时,安放一只中继站。而当主顶油缸达到中继站总推力的 60%时,就必须启用中继站。- 9 -5.5.55.5.5、顶管流程、顶管流程顶管施工工艺流程(详见 5-4 顶管施工工艺流程图)测量控制网吊机进场顶进设备进场导轨拼装后座顶板安装后座千斤顶安装井内其它设备安装机头调试拆除洞口砖墙后
12、座顶进工具头进行试运转安装出渣轨道穿墙止水安装测量压浆出渣供电混凝土管套接管段顶进中继千斤顶安装接收井封墙拆除接收简易导轨铺设竣工测量顶管准备机械就位顶管掘进机推进管节下井顶管掘进机穿墙加入中继间管道导入接收井吊出掘进机管内设备转移轴线高程控制网拌浆出渣轨道配电间混凝土管验收中继泵站安装临时止水清理接收井- 10 -图图 5-45-4 顶管施工工艺流程图顶管施工工艺流程图115.5.65.5.6、工作井内设备布置、工作井内设备布置图图 5-55-5 工作井布置示意图工作井布置示意图1-顶铁;2、油缸架;3-油缸;4-环形顶铁;5-后背;6-导轨;7-穿墙止水;8-管道;9-工具管主顶站与中继站
13、的顶力要留有充分的富余量,本工程主顶站千斤顶为 800t,中继站设计顶力为 300t。第一套中继站按主千斤顶总顶力的 30%布置,其余中继站按主千斤顶总顶力 50%布置,用压力表控制顶力值。DN900 顶管机(机头)主顶站油缸额定油压:31.5MPa额定顶力:200t行程:500mm12主顶站液压泵站中继站千斤顶额定油压:48MPa行程:140500mm额定顶力:75t外型尺寸:170800mm中继站油泵功率:22KW额定压力:48MPa流量:24L、min膨润土注浆泵公路:12KW额定压力:20MPa5.5.75.5.7、顶管施工顺序、顶管施工顺序顶管施工时本工程的重点和难点工作项目,其主要
14、的工序为:顶管机下井顶管出洞顶管进洞双层注浆减阻中继站的应用管道出土管道封闭处理等。1) 、顶管机下井井下设备安装完后,将调试好的顶管机吊到工作井里,置于涂有润滑油的导轨上准确定位。井下设备和顶管机安装完毕后,启动油泵,伸缩千斤顶,检查千斤顶与后背墙的吻合情况,查看分压环、顶管机及13出口器间的间隙等。然后进行调试直至满足顶进要求。2) 、顶管出洞顶管出洞是指顶管机和第一节罐子从工作井中穿过封门洞口进入土中,开始正常顶管前的过程,是顶管的关键工序。顶管出洞前必须采取措施防止地下水渗入井内。为此在洞口内壁安装出口器(进口器) ,出口器(进口器)由内径约小于管外径的橡胶密封圈(密封圈厚 15,宽
15、400)和内径约大于管节外径的钢法兰组成。出口器由 12 的钢板和20 槽钢组成挡土板,固定在 12 的钢环上,钢环与井壁用 12、长 360、200 锚固钢筋连接。结构如图 4-7 所示。顶管机头在井内轨道就位,调试完毕做好出洞前的一切准备工作后,便可用气割割除洞口内的钢封门开始顶进,将机头穿进橡胶密封圈顶入土中,同时在机头与洞口的缝隙中注满膨润土泥浆,以润滑管道外壁,支护土体。为防止管线出现偏斜,应采取以下几点措施:、工具管要严格调零,将工具管调整成一条直线,此时仪表反映的角度应该为零,调零后将纠偏油缸锁住。、防止工具管出洞后下跌,工具管下的井壁加上设支撑,同时将工具管与前几节管之间连接,
16、加强整体性。、注意测量与纠偏。工具管出洞后,发现下跌时立即14采取主顶油缸进行纠偏。、工具管出洞前,可预先设定一个初始角(不大于+5) ,以弥补工具管下跌。图图 5-65-6 顶管出洞口结构简图顶管出洞口结构简图顶管出洞对操作者要求也很高,这是因为出洞时顶管机未被土体包裹,处于自由状态,因此,操作哪怕出现少量顶力不均匀或土质不均匀,都会使千斤顶的行程不等,也足以使机头和第一节管子偏离设计轴线。此时的图体难以对机头产生较大反力(接触面太小) ,难以对机头起到导向约束作用,故此时产生的偏差很难纠正。因此,出洞顶进时要十分小心,用激光经纬仪随时测量监控,保证顶头和第一节管子位置正确。采用上述洞口结构
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