大直徑雨水管頂管及曲線頂管施工技術(shù)

1、第1期施工技術(shù)論文集-市政橋梁總師辦大直徑雨水管頂管及曲線頂管施工技術(shù)摘要：介紹了上海浦東新區(qū)張江集鎮(zhèn) 1# 2# （合建）泵站的雨水進(jìn)水管，管徑 DN2700和DN3000的大 直徑頂管以及管徑DN1800的曲線頂管在復(fù)雜環(huán)境下的施工技術(shù)， 由于施工措施合理，使頂管精度達(dá)到規(guī)范要求，順利貫通，為類似工程施工積累經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：排水工程；大直徑頂管；曲線頂管；施工技術(shù)；施工措施；上海市浦東新區(qū)摘自：城市道橋與防洪.2005.第6期1工程概況某雨水泵站工程包括雨水泵站和雨水 管道兩部分。雨水管道有高科路東端工作井 到泵站的DN2700頂管，西北方向高斯路的1#接收井到2#工作井的DN1800曲線頂

2、管、西 南2#接收井到2#工作井的DN2400頂管，2# 工作井到1#工作井的DN3000頂管和1#工作 井到泵站轉(zhuǎn)折井的 DN3000頂管（詳見(jiàn)圖1）1#工作井DN3000-1 34頂管2#工作井高科路11千mDN1800-13.33直線頂管DN1800-20.78直線頂管工作井泵站轉(zhuǎn)折井2#接收井曲）、 當(dāng)飛雨水 泵站管1#接收井（原井改造）圖1泵站雨水管道平面圖2工作井施工2.1 施工順序該工程按照設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際 情況決定各工作井施工順序?yàn)橄饶孀鞣ㄊ?工1#工作井，再逆作法施工2#工作井，最后 逆作法施工2#接收井，1#接收井屬原井改造， 泵站轉(zhuǎn)折井隨泵站施工完成。頂管施工順序

3、為：從1#工作井先頂進(jìn) DN3000管，穿越馬家浜進(jìn)入 2#工作井，再?gòu)?#工作井頂進(jìn)DN1800曲線段，再?gòu)?2#工作井頂進(jìn) DN2400 管進(jìn)入2#接收井，最后從1#工作井頂進(jìn)DN3000管，進(jìn)入泵站的轉(zhuǎn)折井。2.2 工作井基坑SMWW：法樁圍護(hù)施工技術(shù)工作井為圓形井，基坑內(nèi)徑 10.6m, 開(kāi)挖深度13.62m, SMWW：法樁（1200雙頭 水泥攪拌樁一隔一跳插 HN500X 200型鋼）圍護(hù)。0.5m。攪拌樁比H型鋼深2nl樁頂圈1200mm地面標(biāo)高5.12m,卸載3m深至2.12m, x 600mm圈梁面標(biāo)高 2.12m。（見(jiàn)圖2）卸載寬6nl卸載后基坑開(kāi)挖深度 10.62m。H2

4、.2.1型鋼長(zhǎng)18.50m,頂標(biāo)高2.62m,伸出圈梁面內(nèi)襯結(jié)構(gòu)阿鋼HN500*20。l/ 2.120mA-A圖2工作井基坑圍護(hù) AU6U1On5009攪拌樁施工工藝流程水泥攪拌樁二次噴漿三次攪拌為宜，施 工流程如下:用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀校正漿液配置測(cè)量放樣*溝槽開(kāi)挖立攪拌樁機(jī)就位噴漿攪拌提升復(fù)攪下沉噴漿攪拌提升樁機(jī)移位 *下一樁位施工 2.2.2 HN500 X 200 型鋼插入把H型鋼焊接至18m長(zhǎng)樁架就位用水準(zhǔn)儀及經(jīng)緯儀定位 H型鋼 H型鋼打入或振動(dòng)壓入制作鋼筋混凝土圈梁600mrtK1200mm2.3 工作井內(nèi)襯結(jié)構(gòu)墻逆作施工技術(shù)結(jié)構(gòu)全高10.62m,分四段施工。圈梁和第一段，標(biāo)高 2.1

5、2m0.00m,挖土，澆筑內(nèi)襯墻和圈梁；第二段，標(biāo)高0.00m-3.90m ,挖土，澆筑內(nèi)襯墻；第三段，標(biāo)Wj -3.90m -6.50m ,挖土，澆筑內(nèi)襯墻；第四段， 標(biāo)高-6.50m-8.50m , 挖土，先澆墊層和底板，再回筑第四段內(nèi)襯 墻。每節(jié)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)段的施工，土方挖到分 段標(biāo)高后，沿基坑周邊往下挖 0.8m寬1m深 的溝槽，焊接內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)鋼筋，其豎向鋼筋 下端分別伸入溝槽 0.3m和1m然后對(duì)溝槽 分層回填黃沙夯實(shí)，再 50mm厚C10碎墊層 鋪平到開(kāi)挖面，接著安裝節(jié)段模板， 澆注節(jié) 段碎。節(jié)段施工縫的止水，是在節(jié)段底部碎 墊層面，靠?jī)?nèi)排鋼筋安設(shè)一圈 150mm< 150mm

6、的木條。木條于下一節(jié)段土方開(kāi)挖時(shí)扣出， 形成節(jié)段間高低差止水縫。（見(jiàn)圖3）地面卸載標(biāo)高2.12m樁頂圈梁內(nèi)襯墻150*150木條首層開(kāi)挖面標(biāo)高0.0050厚硅墊層SMWZ法樁砂溝1200800圖3內(nèi)襯墻第一節(jié)段施工3大直徑（DN300。直線頂管主要施工技術(shù) 3.1頂管掘土機(jī)型式選用頂管掘進(jìn)機(jī)的選型，針對(duì)該工程覆土層 厚（23）D,D為頂管內(nèi)徑，“F”型鋼筋混凝 土承插管，沿線地面建筑物雖不多，但在頂進(jìn)過(guò)程中，要穿越馬家浜河，河中覆土厚度 約h=22.5m ,過(guò)河之后要在張江路下穿 過(guò)，進(jìn)人2#工作井，張江路兩側(cè)各種管線較 多，需要保護(hù)，根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，選用多刀（四 個(gè)小刀盤(pán)）土壓平衡掘進(jìn)機(jī)。此種

7、掘進(jìn)機(jī)糾 偏靈活，方向容易控制，對(duì)土體擾動(dòng)小，地 面變形小，排除障礙物能力強(qiáng)。3.2工具管的出洞技術(shù)3.2.1 工具管進(jìn)出洞地基加固措施頂管施工中的進(jìn)出洞是一項(xiàng)很重要的 工作，由于頂管所處的地層含水量大，擾動(dòng) 后易塑流的特點(diǎn)，為防止機(jī)頭進(jìn)出洞時(shí)地下 泥水的涌入，確保機(jī)頭進(jìn)出洞時(shí)的安全性和 可靠性，我們采用壓密注漿技術(shù)對(duì)進(jìn)出洞口 周圍的土體進(jìn)行“窗”式加固措施，加固范 圍為上下左右超出洞口邊 2.Om、軸線方向 伸出攪拌樁3.Om。加固后，使這一部分土 體在工具管進(jìn)出洞開(kāi)洞時(shí)，不發(fā)生土體塌方 現(xiàn)象。3.2.2 工具管出洞技術(shù)措施工具管全部安裝調(diào)試完畢后，準(zhǔn)備頂進(jìn) 前，采取如下技術(shù)措施：(1) 管

8、頂進(jìn)至離洞口 0.51.0m處 停止。(2)按照原設(shè)計(jì)要求，在出洞前將H 型鋼全部拔除。為確保安全，增大后靠背承 受的頂力，后靠背位置處型鋼待頂進(jìn)完成， 再將其拔除?？紤]到 DN3000頂管預(yù)留洞口 直徑為4.0m ,該范圍內(nèi)共計(jì)有 45根H 型鋼，如果全部拔除型鋼后，該范圍內(nèi)的攪 拌樁將被破壞，從而人工進(jìn)行開(kāi)洞的時(shí)候， 帶來(lái)一定的安全隱患(如攪拌樁土體塌落 等)，故決定兩個(gè)洞口處各留2根H型鋼，暫不拔除，待開(kāi)洞鑿除攪拌土后再將其拔 除。(3)在確保安全的情況下，用空壓機(jī) 鑿除井壁洞口，將鑿除物清理完畢。(4)為防止工具管出洞時(shí)產(chǎn)生叩頭現(xiàn) 象，采用延伸導(dǎo)軌，并將前3節(jié)鋼筋混凝土 管與機(jī)頭做成可

9、調(diào)節(jié)的剛性連接。(5)推進(jìn)工具管，直到洞口止水圈能 止水為止，靜候 34h,測(cè)出靜止土壓力， 結(jié)合理論數(shù)據(jù)定出推進(jìn)土壓力控制值。(6)繼續(xù)前推工具管，在安裝第一節(jié) 管前，應(yīng)將工具管與導(dǎo)軌之間進(jìn)行限位焊 接，以免在管頂縮回后，由于正面土壓力的作用，將工具管彈回。3.3 工具管的進(jìn)洞技術(shù)方案(1) 當(dāng)工具管推進(jìn)至距接收井壁3050cm時(shí)，停止推進(jìn)。(2)在確保安全的前提下，拔除洞口 H型鋼，用空壓機(jī)鑿開(kāi)壁洞口，速將工具管推進(jìn)接收井。(3)繼續(xù)推進(jìn)，直至推進(jìn)至設(shè)計(jì)要求 位置為止，將工具管與最后一節(jié)頂管脫離。(4)將工具管吊起，將井內(nèi)雜物清理 完畢，然后將頂管外壁與預(yù)留孔間間隙堵 住，并安插女?內(nèi)徑為

10、 2cm引水管。(5) 洞口止水圈裝置。3.4 頂力的理論計(jì)算1 #頂管工作井2#頂管接收井段的頂 力。F=F+ F2=2980+1180=4160kN式中：F1正面阻力F2一頂管周邊摩擦力頂管實(shí)際最大頂力為 3750kN,理論值 偏大11%工作井內(nèi)布置 4只頂力千斤頂，每只 千斤頂頂力2O00kN)3.5 中繼間設(shè)置根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的資料，工作井所能承 受的最大頂力為480t (小于管材縱軸最大允 許軸力)，由于泥漿剪力取小值，為安全起 見(jiàn)當(dāng)總推力達(dá)到中繼間總推力的70%寸，開(kāi)始安置中繼間，在長(zhǎng)距離大口徑的頂管中、： 中繼間的安放相當(dāng)關(guān)鍵，在該工程中，頂管的長(zhǎng)度為134m ,由于泥漿套性能良好

11、，在 頂進(jìn)了 6Om之后，頂力增加很小，雖然在中 間設(shè)置了中繼間，但一直沒(méi)有啟用，直至頂進(jìn)2#工作井。3.6 頂管穿越馬家浜頂管穿越馬家洪河道時(shí)，考慮到最大覆 土為3m,屬于淺覆土。在穿越河道時(shí)，采取 以下二種措施：（1）當(dāng)頂近至河道邊時(shí)，放 慢頂進(jìn)速度，一般頂進(jìn)速度為每分鐘33.5cm ,由于在穿越河道時(shí)考慮到覆土層較 淺，頂進(jìn)過(guò)快會(huì)使河道底土體開(kāi)裂，故采取放慢頂進(jìn)速度，控制在每分鐘12cm； （2）減小同步注漿壓力，一般注漿壓力為 0.1 MPa ,過(guò)河道時(shí)注漿壓力控制在0.050.07MPa并隨時(shí)觀測(cè)頂管工具管內(nèi)壓力表的變 化及工具管和管節(jié)接口是否滲水。一旦發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象，立即停止頂進(jìn)。

12、4 DN1800鋼筋混凝土曲線頂管施工技術(shù) 4.1工程概況該曲線頂管工程位于張江路2#工作井至高斯路1#接收井，全長(zhǎng)215.5m,其中進(jìn)出 洞口為兩段直線段，長(zhǎng)度分別為21m 13m；曲線段長(zhǎng)181.5m,曲線半徑為 450ml頂管 覆土層平均厚為 H =6.8m,管徑DN1800mm 管材選用“ F”型鋼筋混凝土承插管。頂管兩側(cè)為一排居民樓，相距10m左右， 由于相距較遠(yuǎn)，在頂管施工時(shí)對(duì)居民樓影響 較小，并且在頂管施工前，做了詳細(xì)的勘察 工作，對(duì)年代久遠(yuǎn)的地下管線進(jìn)行保護(hù)，工具管選型同DN3000頂管。4.2 曲線頂進(jìn)推力的理論計(jì)算全程頂進(jìn)阻力F =Fq+ F1+ F2= 312+463+2

13、708=3483 kN式中：F 0工具管頂面阻力F1直線段管壁綜合摩阻力F2曲線段管壁綜合摩擦力 4.3中繼間設(shè)置根據(jù)總推力及工作井后靠背所能承受的最大頂力以及管軸向允許推力， 取工作井 所能承受的最大頂力為 3700kN （管材大于 此值），而頂進(jìn)總頂力為3483 kN,基本相近。 故在曲線中間設(shè)置一個(gè)中繼間， 完成了該段 曲線頂進(jìn)。4.4 管接口接縫張開(kāi)計(jì)算管外接縫最大（S）S=（LX D）/（R r。）二（2.0 X 2.16）/（450 1.08） =9.62mm管內(nèi)接縫最大張開(kāi)計(jì)算（S2）S=LX（D t）/（R r。）=2.OX （2.16 -0.18）/（450 -1.08） =

14、8.82mm管內(nèi)接縫最小張開(kāi)計(jì)算（S3）S=LXt/（R r。）=2.0X 0.18/（450 -1.08） =0.8mm4.5 曲線頂管管縫控制曲線頂管的管縫控制非常重要，如果管縫張不開(kāi)就形不成曲線，張開(kāi)過(guò)大，將造成頂管縱向失穩(wěn)，特別在粉質(zhì)粘土中頂管，在管縫形成后，如果糾偏控制得不好，其偏離趨勢(shì)會(huì)越來(lái)越大，雖然可以通過(guò)糾偏千斤頂 糾偏，但這種偏差不是一下子能糾回來(lái)的， 這樣頂管的線形往往形成蛇行，而且最大偏差值往往超過(guò)規(guī)范允許范圍，如果管縫張開(kāi) 過(guò)大，會(huì)給工程帶來(lái)危險(xiǎn)，故在該工程中管 外最大開(kāi)口間隙控制在20mm值，以避免頂管接口張縫過(guò)大造成滲漏。該DN1800頂管最小曲率半徑：Rmin=

15、（LD+ S1r。）/ S 1=217m4.6 曲線頂管的測(cè)量曲線頂管工程的測(cè)量是整個(gè)頂管工程 質(zhì)量的關(guān)鍵，它的實(shí)施好壞影響到管線線形 的圓順，甚至影響到頂管的順利貫通。因此 要精心實(shí)施確保無(wú)誤。該工程曲線測(cè)量包括高程測(cè)量和左右 偏差測(cè)量?jī)刹糠郑?1)高程測(cè)量較簡(jiǎn)單，在地面上把永 久性水準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)至井邊，通過(guò)垂直吊鋼尺引 測(cè)至井下，設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。再在管道內(nèi)架設(shè) 水準(zhǔn)儀測(cè)至機(jī)關(guān)內(nèi)標(biāo)靶，即可知道工具管高 程偏差。此水準(zhǔn)還可從工具管測(cè)出來(lái)，閉合 差按二級(jí)水準(zhǔn)控制。(2)左右偏差測(cè)量較復(fù)雜，在直線頂 管中，我們可以在后座設(shè)一激光經(jīng)緯儀，在滿足通視的條件下，直接看工具管內(nèi)標(biāo)靶就 可知道左右偏差，而曲線頂管

16、卻做不到，因?yàn)楣芫€線形是圓弧形的， 后座內(nèi)激光經(jīng)緯儀 不能一鏡子看到底。因此需在管道內(nèi)布置移 動(dòng)測(cè)站。(3)我們?cè)诰畠?nèi)后座處設(shè)置一個(gè)固定儀器墩，上架測(cè)距儀(測(cè)角精度2 ",測(cè)距精度3+5pp):在管道內(nèi)布設(shè)移動(dòng)測(cè)站，采用 弧形鋼板固定在管壁上； 在井邊設(shè)置固定腳 架，上架棱鏡，這樣管道內(nèi)就布設(shè)成了延伸 導(dǎo)線，按導(dǎo)線法進(jìn)行測(cè)量。方法是從井內(nèi)測(cè) 井邊固定棱鏡，作為起始導(dǎo)線邊，然后從井 內(nèi)測(cè)管道內(nèi)第一臺(tái)全站儀，通過(guò)導(dǎo)線法傳 遞，一直測(cè)到工具管內(nèi)棱鏡，通過(guò)測(cè)量專用程序算出管中心坐標(biāo)，與設(shè)計(jì)坐標(biāo)比較，得出工具管的實(shí)際偏差。(4)井邊棱鏡的坐標(biāo)和井內(nèi)對(duì)中儀器 墩中心坐標(biāo)通過(guò)地面上已知的控制點(diǎn)放設(shè)

17、， 方法是三角測(cè)量，其誤差控制在允許范圍 內(nèi)。此兩個(gè)坐標(biāo)是工程曲線管測(cè)量的關(guān)鍵， 需定期復(fù)核，一般每 50m復(fù)核一次，進(jìn)洞前 加密測(cè)量。根據(jù)復(fù)核的結(jié)果修正起始點(diǎn)坐 標(biāo)。(5)接收井預(yù)留洞間隙：考慮到施工 存在誤差，機(jī)頭操作也存在誤差，我們把管 內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量誤差控制在1 = ± 25mm頂進(jìn)誤差2=±50mm , =1十 2= ± 75mm ,因 此預(yù)留貫通洞，每邊富裕量定為75100mm是合適的。4.7減阻泥漿的運(yùn)用頂進(jìn)施工中，減阻泥漿的運(yùn)用是減少頂 進(jìn)阻力的主要措施， 頂進(jìn)時(shí)通過(guò)管節(jié)上壓漿 孔，向管道外壁注入一定量的減阻泥漿，在管道外圍形成一個(gè)泥漿套，頂管頂進(jìn)時(shí)在泥 漿中形成一組剪切面， 從而減少頂進(jìn)時(shí)的頂 力，泥漿套性能的好壞，