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1、广州天然气利用工程迎宾路车道下管段顶混凝土套管方案一、工程概况:埋设在番禺区迎宾大道快车道及路口的管段,由于路权单位(番禺区交通 投资建设有限公司)及管理部门(番禺区交通局路政管理所)要求采用非开挖 施工方法施工;考虑到日后便于高压管道更换及维修,根据现场特点,采用顶 钢筋砼套管,在套管内安装燃气管道的施工方法。具体位置(桩号):4+7005+435 7+981.04 8+151.87。二、现场施工条件分析:1.4+7005+435段:该段包括两个路口及快车道, 4+700位置是绿化带, 图纸显示没有地下管线等障碍,可定为工作坑位置(1#坑); 5+358 处为塘西酒家停车场,且地下管线非常密
2、集,不适宜做工作坑,因此,该段管线应延长 至 5+435处,该处为空地,障碍少,可做工作坑( 5#坑);4+915.38 处为平面 转点,在该处做工作坑( 2#坑:由于该处为转点,故该坑只能做一个方向顶 进,最后做 3#坑的接受坑) ; 3#坑及 4#坑在桩号 5+000 和 5+171.19 处,该两 个地方均没有地下障碍,同时可利用一半人行道,减少快车道占用面积。接受 井在工作坑之间按现场实际布置,单向顶进最大长度 130米。3、7+981.048+151.87 段: 7+981.04 为绿化带,地下管线较少 (只有一 条电力电缆 , 可采取保护措施 ), 可做顶管工作坑; 8+121 处
3、地下管线较多,不 宜做工作坑,应将顶管段延长至 8+151.87 没有地下管线 ,且场地较好,很适合 做工作坑。接受坑在 8+058.60 处(绿化地上)。三、顶管工艺确定:1. 顶进施工方法选用:采用中短距离直线法顶管,人工挖土的施工方法。2. 管径及管材:建议采用 DN1500MI二级钢筋砼离心式 F型顶管,橡胶圈 垫板石棉水泥接口。3. 管内底用C15砼填充做安管平台。4. 最大顶力计算及设备选型:按最大单向顶进长度130M管顶埋深5M计(1).顶力计算:对于顶力的计算,管径、埋深、顶进长度、土质、是否采用减阻碍措施, 挖土工艺等都对顶力具有一定的影响,顶管的总顶力主要分为两个部分:正面
4、 阻力和四周的摩擦力,即总顶力 F=F1+F2。Fi工具管的正面阻力(KN),由于该工程采用挤压式工具管,故2Fi= n/4D (1-e ) X RD 工具管外径(M) ; 1.5+0.3=1.8M。e 开口率 e二S/S2=1.3273 - 2.545=0.5215。2S 1工具管开口面积;(取直径 1.2M, 0.7854 X 1.3 X1.3=1.3273M )S 2工具管横截面积(管道外径);0.7854 X 1.8 X 1.8=2.545M2。R挤压阻力(KN/M),取 R=400KN/M故:F1=3.14 - (4 X 1.8 X 1.8) X( 1-0.5215 ) X 400=
5、0.186 (KN。F2管道摩擦阻力(KN :公式:F2=f2.L。L 管道总长度(130M ;f 2单位长度管道摩擦阻力(KN/M)。管道的摩擦阻力是指管壁与土之间的摩擦阻力,由于该工程采用触变泥浆减阻措施,故f2=n .D.f ;D管道外径(M)(顶管所用管道壁厚一般为管内径为十分之一);f管壁与土的平均阻力(取 4.5KN/M2 );故:F2= n D - f L=3.14 X1.8X5X130=3673.8( KN 。总顶力 F=F1+F2=0.186+3673.8=3673.99(KN。(2) .顶管设备选型:从上面的计算结果可知,本工程的最大顶力为 3673.99KN。为保证管道顶
6、 进时顶力有一定的富余系数,在选用顶管设备时,每坑采用 2个400T的千斤 顶。单向顶进长度超过90M时,加设中继间。四、顶管施工方案:1. 工作坑施工:由于现场施工场地较狭窄,采用沉井施工方法,尽量减少 工作面。2. 接受坑施工:与工作坑同样方法施工,在管道顶进到位时开始开挖,减 少占用场地的时间。3. 管道顶进:采用两组 YDT4000型主油缸配对顶进,每个油缸的工作推力 为4000KN油缸长度2657MM 土方采用人工挖掘的方法施工。4. 减阻措施:a.在管外壁均匀的涂上一层白蜡,减少管壁与土层的摩擦力;b.采用触变泥浆减阻:膨润土运到现场后分批测得膨润土的胶质值,按下 表配制泥浆:膨润
7、土胶质值膨润土水碳酸钠60 701005242370 801005241.5 280 901006142390 1001006141.5 2注:.泥浆要充分拌和并停滞12小时以上方可使用.注浆泵采用BW250/50型注浆泵,压力为3050Kg/cm,排量为:150250升/分,在注浆时压力控制在 0.10.2Mpa左右。.注浆孔位于管道两侧,每节管 2个注浆孔,顶管完成后要用水泥 砂浆置换触变泥浆,并将泥浆孔封堵。5. 地下水排除措施:由于本工程地下水位较高,对安全施工构成威胁,故 考虑采用:a.当地下水不多时,在工作坑底板设置一集水坑,用抽水机直接排 除;b.如遇地下水太大时,采用深井降水法
8、降水。6. 遇淤泥流沙层措施:地质资料显示,沿线有淤泥流沙层,对管道顶进质 量及安全施工极为不利,宜采用分层注浆加固管道内及周围土体的方法,具体 为:采用管道内“超前小导管注浆法”,即在管道内按一定间距( 0.5 米为 宜)插注浆导管,外圈导管斜插角度为 15 度;注浆材料为水玻璃水泥浆。五、工作坑结构设计:(一). 尺寸计算:1. 长度: 按正常状态顶进时计算 :L b1+b2+b3+L1+L2+L3+L4其中:L工作坑的最小长度;bl 后座或后背墙厚度,设后座时取b仁40 60cm设后背墙,无后座时取b1=50- 160cm由于本工程顶力较大,故取 b仁100cmb2刚性顶铁厚度,取b2=
9、30cmb3环形顶铁厚度,取b3=15cmL1下井管段长度,本工程管径 DN1500取L仁800cmL2主油缸长度:YDT4000型工作推力为4000KN,长度1657。L3 接管时留在坑内管道的最小长度,取L3=50cngL4安装富余量,由于本工程地方狭窄,故不作安装富余量考虑,取 L4=80CM。故 L b1+b2+b3+L1+L2+L3+L4=1.0+0.3+0.15+8+1.657+0.5+0.8=12.4M取 L=12.4M2. 宽度 : 工作坑的宽度与管道外径有关,另外还与坑的深度有关。因为较 浅的坑,能放在地面的设备不再下坑,如油泵车、变电箱、电焊机和顶铁等。 较深的坑一般是井,
10、为了提高施工效率,上述设备都要放在井下。所以前者工 作坑较窄,后者较宽。浅工作坑: B=D+(2.02.4)深工作井: B=2D+(2.02.4)式中:B工作坑(井)的宽度(M ;D 管道的外径(M ;由于本工程工作坑深度在6M以上,故其宽度按深工作井计算,即取:B=1.5D+(2.0 2.4 ) =1.5 X 1.8+2=4.7M,取 B=4.7M3. 深度:自地面至基坑(井)底板面的深度称为工作坑(井)的深 度,可按下式计算:H=H1+D+h式中:H1管顶覆土厚度(M);管道外径(M ;取h=0.8M,故工作坑的深度为操作空间高度(MH二H1+D+h=5+1.5+0.8=7.3M ;地面(
11、二).坑壁及坑底结构设计:C 14 200C 16 200预留孔洞C 14 2001000mm20mm厚钢板C30钢筋混凝土碎石基层5005500(三).顶进后背墙设计:1. 选用尺寸:3500mX 3500mrX 1000mm2. 做法:正面(与千斤顶接触面)及侧面用20mm厚钢板焊接成型,与剪 力墙预埋件焊接,中间填充 C30钢筋砼。六、顶管工艺流程的质量控制:顶管工作能否顺利,导轨的安装非常关键,本工程导轨采用轨道钢,在安 装时应顺直、平行、等高,纵坡与管道设计纵坡一致,安装误差为:轴线: 3MM;顶面高程:0 +3MM两轨内距: 2MM; 安装轨道时应与底板预埋铁牢固焊接,不能在使用中
12、跑位。 在顶管开始入土前,再仔细检查一遍油泵,千斤顶的安装及运作状态,注 意设备的状态,后背及轨道的安装精度,准确无误后,方可放下工具管开始顶 进工作。手工掘进顶管法前10M非常关键,允许偏差必须控制在以下范围内,轴线 3MM高程0+3MM超过此范围应及时纠正。在挖土时,要严格按下列要求挖掘,先中间,后四周,不超挖,勤收边, 四周的超挖量不大于 1.5CM。在顶进过程中要时刻观察,并做好以下记录:油泵油压表读数;注浆泵压力读数,过行管头高程、轴线偏差; 导轨及后背铁的稳定程度;土质变化。如以上内容正常,则继续顶进;如发现异常,要仔细分析原因,并采取相 应措施。七、顶管施工测量 :先准确定出工作
13、坑及接收坑的位置,坑底及走轨的标高;施工过程中重点控制轴线位置及高程;一般每顶进 0.5 米应对高程及轴线 复核一次。八、顶管纠偏:纠偏是指工具管偏离设计轴线后,利用工具管的纠偏机构或其它措施,改 变管端的方向,减少轴线偏差的方法。当测量结果超出允许偏差范围外,就要进行纠偏,纠偏主要靠工具管进 行。纠偏时应做到以下几点:1. 纠偏应在顶进过程中纠偏,边顶进边纠偏;2. 纠偏应用小角度来逐渐进行,不能急拐或突升突降;3. 纠偏时应注意轴线校正后顶管头的复位;4. 每次纠偏均要仔细记录其过程及纠偏值。九、顶管常见通病的分析与防治:顶管允许偏差控制:DN1500轴线位置50管道内底咼程+30、一40
14、相邻管间错口20(一).管道轴线偏差过大:1. 现象:管道轴线与设计轴线偏差过大,使管道发生弯曲,甚至造成管节损坏,接 口渗漏。2. 原因分析:(1) . 地层正面阻力不均匀,使工具管受力不均匀,形成导向偏差,造成管 道轴线偏差。(2) . 顶管后背发生位移或不平整,使顶力合力线偏移,造成管道轴线偏 差。(3) . 千斤顶不同步,或千斤顶间顶力相差较大,或安装精度不够,造成顶 力合力线偏差,使管道轴线发生偏差。3. 预防措施:(1) . 顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查,设置测力装置, 指导纠偏。纠偏应按照勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法进行。(2) . 采用同种规格的千斤顶,使其
15、顶力、行程、顶速相一致,保持顶力合 力线与管道中心线相重合。(3) . 加强顶管后背施工质量的控制,确保后背不发生位移,并应使后背平 整,以保证顶进设备的安装精度。(4) . 顶进过程中应随时绘制顶进曲线,以利指导顶进纠偏工作。4. 治理方法:(1) . 重新调整千斤顶行程、顶力、顶速,或重新调千斤顶的安装精度。(2) . 对顶管后背进行加固,防止位移继续发展,并确保后背平整。(3) . 纠偏前应认真分析顶进曲线的发展趋势,采取适当的纠偏量,循序渐 进,切不可操之过急,适得其反。( 二 ). 地面沉降与隆起:1. 现象: 顶管施工过程中或施工后,在管道轴线两侧一定范围内发生地面沉降或隆 起,使管道周围建筑物和道路交通及管道等公用设施受到影响,甚至危及到正 常使用和安全。2. 原因分析:(1) . 开挖端面的取土