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北京四环路非开挖顶管施工实例

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北京四环路非开挖顶管施工实例

发布日期:2017-03-28 作者: 点击:

人工顶管是一种古老而实用的管道非开挖铺设施工方法,是人工与机械相结合,造价比较低的一种半机械化施工方法,是具有中国特色的非开挖施工方法。
   
  1工程概况
   
  1.1工程简介
   
  本工程是北京北四环学院路立交排水工程8#合同段北侧雨污水顶管工程的一部分,其中雨水西起东24#,东至东28#,管径为D-1550mm砼管,顶进长169m,污水西起东36#,东至东39#包括东36#北支线,管径为D=1050mm砼管,顶进长182m,东西两侧分别与其他施工单位连接,其中,现浇钢筋砼检查井5座(详见图1)。
  

雨污水管线平面示意图  
图1 雨污水管线平面示意图

   
  1.2施工难点
   
     (1)施工地段现况南北方向公用管线众多,其位置与设计雨污水管线形成平面交叉,顶管坑、接头坑露出的现况地下管线需进行必要的悬吊加固或拆除导改,还有一些情况不详的管线,这给顶管施工带来不便。
  (2)现况地面下4.5m为人工填土层,3.0m以下为地下水位标高,其类型为潜水层,雨污水管线设计高程均在地下水位以下,降水是顶管顺利施工的重要一步。
   
  (3)污水管线的高程位于现况地面下9.5m,顶管坑、接头坑四周支撑护壁的安全难度大。
   
  (4)本段顶管施工,雨污水在东25#,东26#,东37#,东38#井位均设计有转折点,是四环路顶管施工中难度最大的一段。
   
  2施工方案设计
   
  业主要求施工不影响交通的正常运行,不破坏正常运行的管线。设计要求不产生路面沉降,铺设管道要直,达到规定流水坡度,以便排水。在此采用人工顶管施工方案。
   
  2.1施工前准备
   
  熟悉看懂施工图纸,领会设计意图,学习监理程序,参加各种设计交底会,交叉管线配合会,在现场调研的基础上,编制切实可行的施工方案,制定出完善可操作的各种技术措施,深入现场进行实际勘察,掌握各种地下交叉管线及障碍物的埋深及走向,结合拟建设计管线的中心,进行比较分析。做好测量交桩工作,对所交初始桩给予妥善保护,并及时引出到可靠地方,尤其是对于本段东西两头交接界面的高程、中心,双方须共同复核落实。同时组织材料、机械和人力进场。
   
  2.2降水
   
  顶管工作坑、接头坑及顶进段的降水,全部采用管井降水方法,每座顶管坑及接头坑根据开挖后的地下水情况拟采用2—4座管井布置,管线地段采用双排管井降水,管井间距为16m,管井直径不小于600mm,井深不小于18m。
   
  2.3顶管坑布置与施工
   
     (1)雨水管线顶管工作坑布置在东25#,东27#均为双向顶进,在考虑排降水运输方便和折点的前提下,东25#顶管坑结构尺寸拟定为B×L=6×7m,东27#顶管坑结构尺寸拟定为B×L=5×7m。因污水管设计高程较深,东36#带有北支线,故污水管线的顶管坑布置在东36#,东38#,其中东36#结构尺寸为B×L=7×7m,东38#结构尺寸B×L=7×7m。雨污水管线接头坑均采用B×L=5×5m的结构尺寸。
   
  (2)顶管坑采用随挖随插大木板围护,工字钢盘撑支护方案。
   
  2.4顶力计算及后背设计核算
   
     按顶力经验公式计算,最大顶力段为东36#~东37#的污水管线,管径为D=1050mm。顶距为60m.
     顶力计算公式:
  P=n×G×L
  式中
     P—全部管子总顶力(kN);
     G—管子单位长度管体自重(kN/m);
     n—土层系数取n=2;
     L—顶进管子总长度(m)。
     通过计算最大顶力为280t。
  经计算利用坑壁原状土做后背不能满足顶进施工要求,本段顶管施工后背全部采用钢木后背,结构尺寸不小于5.5×4.5m2。
   
  2.5常规顶管施工
   
  (1)顶力计算完毕后,对原土作后背墙的允许应力进行核算,施做后背时土壁铲修平整,使壁面与管道顶进方向垂直,后背选用15cm×15cm方木横排,方木前竖放立铁,立铁前横向放置75cm×45cm横铁,方木应卧到工作坑底l~5m深处。   -
   
  (2)下管前对管子进行外观检查。
   
  (3)第一节管子下到导轨上,测量管中心及前后端的管底高程,确认安装合格后方可顶进。
   
  (4)一般地段可超越管端挖30-50cm,管顶超挖不得超过1.5cm,但下面135o范围内不得超挖,随挖随顶。在土层松散的地段顶管,必须在首节管前端安装钢刃脚,以防土层坍落伤人。
   
     (5)顶时施工注意安全防毒、防燃、防水淹等措施。当顶进长度超过50m时,应设置通风设施以防缺氧窒息。穿越现况道路时,为保证行车安全,道路上应辅设2cm的过街钢板。
   
  (6)顶进中的测量与校正。顶第一节管时及在校正偏差的过程中,测量间距不得超过30cm,管道进入土层后的正常顶进,测量间距不得超过100cm;中线采用经纬仪测设,施工中用中心桩挂线进行测量,两中心桩间距尽可能拉大,用水平尺测量管前端的中心偏差;高程测量用水准仪及特制的高程尺。根据工作坑内设置的两个以上稳固水准点的标高,测头一节管前端及后端的管底高程,以掌握头一节管子的走向。
   
  全段顶进完毕后,在每个管节接口处测量中心位置和高程。
  顶进过程中发生偏差,当偏差在1—2cm时,采用超挖纠编法,即在管子偏向一方不挖,而在另一侧超挖,使管子向阻力少的一侧偏转,偏差得以纠正。当偏差大于2cm时采用方木校正法纠偏。
   
  在有折点的顶管工作坑必须保证顶进方向与原背垂直关系,故带有折点的工作坑应做二次后背。
   
  根据现浇检查井的结构尺寸,及两井段之间的距离,顶进前算准排好管子数量,尽量避免凿管。
   
   
  2.6工作坑回填及水泥浆填充
   
  项进中需在管外壁进行必要超挖,顶进过程中,设专人对沉降、坍陷进行监视,随时对地面进行量测。顶管到位后,对穿越房屋的井段立即从管内向管外壁超挖部分进行水泥浆压力充填工作,注浆压力为0.3MPa,按倒孔法操作。以保证注浆饱满充实。
   
  检查井浇筑完毕后,顶管工作坑,接头坑要进行回填土,检查井的周边填土保证密实度的要求,回填土密实度不低于95%。
   
   
  2.7检查井浇筑
   
     本段工程共有5座钢筋砼检查井,现浇砼结构施工包括钢筋,模板和砼三道主要工序。
  2.8水泥管的管口处理
   
  顶完后,管道接口采用石棉水泥接口。填塞石棉水泥时注意管缝要充分湿润与养护。
   
  2.9管道闭水
   
  将试验段两端管口用水泥砂浆砌砖封堵。闭水试验在管道充满水24小时以后进行。闭水试验水位为上游管内顶以上2m。
   
  2.10施工要点
   
     如遇下列情况时就应立即停止作业,查明原因后方可继续施工。
     (1)管子前方发生坍塌或遇不明的障碍物;
     (2)后背倾斜或严重变形;
     (3)顶力突然增大,超过管口的承受能力;
  (4)管子线位偏差大,校正已无效。
   
  3问题及对策
   
  3.1雨水东27#顶坑施工中遇现况电力电缆
     
  3.1.1现况电力电缆与拟建雨水管线关系
  27#顶坑开挖至1.5米时,遇3万伏现况高压电缆一根,距拟建雨水管线中心仅有0.1米,且顶坑西北侧有现况高压电线杆一根距顶坑西北角0.5米,东北侧有电线杆拉索一根距顶坑1.5米,高压电线杆的正东边0.3米处有一直径为300mm的废降水孔(见图2)。
  

现况电力电缆与拟建雨水管线关系图  
图2现况电力电缆与拟建雨水管线关系图
  
  3.1.2对周边环境分析和方案的选择
   
     (1)此顶坑南边1.0米处有一深9.5米的污水顶坑,为了高压电线杆的安全,而把此顶坑往南移1米多,将严重威胁污水顶坑的安全,显然不行。
   
  (2)此坑的位置正好是检查井的位置,若把检查井往东或往西移l0米,确保高压电线杆的安全,就势必造成有一边没法完成顶进。因为此坑往东西方向顶进距离分别为47.8米,47.3米,在现行设备和管材,要往一边顶进50多米,是难于完成的。
   
  (3)更改拟建管线的位置,这与周围的现场环境和业主要求铺设管道要直,要有流水坡度,以便排水相矛盾,且等待这一设计的更改,至少需要一个月,显然工期不允许。
   
  (4)对高压电缆进行拆迁,势必影响高压电缆的正常输电,且供电局不同意。
   
   
  3.1.3解决办法
   
     为保证雨水东27#顶管工作坑内电力电缆的安全和雨水顶管施工的正常进行,顶坑进行施做偏坑处理。
   
     (1)先在现拉索往东3米处挖一个拉索坑(0.8m×1.2m×2.5m),将高压线杆的拉索向东移3米,并把高压线杆前0.1米处的降水井用混凝土灌满,从而保证高压线杆的安全,并把现挖的雨水东27#顶坑向东平移1米;
   
  (2)向东移后的顶坑再向北平移l米,使新雨水东27#顶坑按偏坑处理,移后工作坑中心距现况电缆1.1米;
   
  (3)挪移后,对坑内电力电缆进行悬吊加固处理,即在坑口平台架设28#工字钢,将现况电力电缆进行加固木箱悬吊,悬吊采用双股8#铅丝,间距不大于0.5米。
   
     (4)要在2.7米(高压电缆距轨道面的高度)高的位置让一根重7吨多的雨水管往南移至轨道上(架子中心距拟建管线中心1米),光靠人推是无法确保人的安全和轨道高程、两轨间距的。为此,我们采用人工配合机具推管至南侧导轨中心就位。
   
  (5)往坑下施放中心线,铺设导轨时,由于高压电缆造成的不明视,没法直接施放到位,而中线要求误差不得大于0.1L(L是与此中线相关的顶进长度)。为此,我们采用平行移动的方法。
   
  (6)由于受高压电线杆的拉索影响,下管时一定要有专人指挥。对所有在该处施工的人员进行安全教育,整个施工过程中严禁蹬踏和碰撞电力线,坑内垂直,平移作业需有专人指挥进行,操作者应精力集中,严禁违章作业,野蛮施工。
   
  (7)回填时,在高压电缆下0.5米,砌砖墙,高压电缆上0.5米内不得用机械夯实。
   
  3.2污水东36#顶坑施工中遇煤气管道
   
  3.2.1现况煤气管道与拟建管线的关系
   
     污水东36#工作坑处在立交桥挡墙和天燃气管道之间,为确保工作坑不干扰挡墙的土体,要求将工作坑的开挖中心线北移1.5米,移后的开挖北边线正好处在天然气管道正上方。
   
  3.2.2解决办法
   
  把原先设计的7m×7m的工作坑改为8m×8m,并对煤气管道进行加固。回填时,在煤气管道下0.5m,砌砖管座,煤气管道上0.5m内不得用机械夯实。
   
  3.3污水东38#向东39#顶进中遇现况污水管
   
  3.3.1现况污水管线与拟建污水管线关系
   
  38#顶坑在向东顶进7.72m时,遇南北走向的现况污水管线一根,距现况地面高8.0m,跟拟建污水管线正好垂直交叉,交叉面有40cm.
   
  3.3.2解决办法
   
  为保证现况污水管线畅通和拟建污水管线施工的进一步进行,采取如下措施:
   
     (1)通过凿管,使污水东38#井具备做井的条件,并开始做井。
   
  (2)在遇现况污水管线的地方,补增一座三通井,取名为东38#´井。
   
  (3)把污水东39#接头坑(5m×5m×9.5m)改为污水东39#顶进坑(6m×7m×9.5m)。向西顶进时,可直接用污水东40#向污水东39#顶进的管子作后背。
   
  (4)在剩下的顶进中,由于没法凑整管,因而在东38#´井中采取凿管处理。
   
     (5)先做完污水东38#´井,等污水全线验收通水后,再凿现况污水管线,然后对现况管线南端进行封堵,用电锤安装踏步。这给钢筋加工,内、外模的安装增加不少困难。
   
  (6)凿现况污水管时,一定要注意通风。
   
  3.4雨水东27#坑向东28#顶进时遇不明障碍物的对策措施
   
     在往东28#顶进不到一根管时,遇一根200公分粗的,外加保护层的,不明真相障碍物,经调查发现障碍物北边8米处有一化粪池,去掉保护层后确认是锚杆,但考虑到,一个不足80平方的化粪池,没必要那么大、那么好的锚杆,若真的是,也应该间隔有。凿开后发现此锚杆共有三根φ35mm的钢筋,推断此锚杆是做实验用的,最后割除处理。后来遇到另一根不同尺寸的锚杆,证明分析是对的。
   
  3.5雨水管线两次遭水淹
   
  拟建雨水管线在东27#井室未砌完,雨水管接头未扎口和雨水管线未注浆时,连遭上游两次突发而来的大水淹没,由于此施工段下游还未导通,水到东28#井室就给挡住了,虽经10小时的紧急抢险,把水位降低到可控线,但这已严重威胁靠近东27#井坑且正在施工的污水东39#坑的安全;由于将近1整天流水,致使东39#深坑四周坍塌严重,给施工带来重大安全隐患。
   
  措施是先阻止水流,再对东39#坑作出重点加固,采用内撑,尽可能减少此坑的工作空间和工作时间,经过技术人员和工人6个昼夜的共同努力奋战下,终于使东39#坑能正常施工了。
   
   
  4结束语
   
     本工程最终按期完工,质量优良,为四环路的建设赢得了时间,得到了业主的一致好评。人工顶管施工表面上看起来十分简单,实际上是一项技术含量较高的工法,有很多值得探讨的地方,并非随地找个民工队就能干的。在施工中遇到问题时,必须经过认真分析,依据现场具体的施工环境加以判断研究,才能既确保了工程质量和安全,又赢得了工期。否则,会浪费大量人力和财力,还达不到预定的结果。
 


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