CN103195158A - 一种市政排水管线泥水平衡顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种市政排水管线泥水平衡顶管施工方法，在市政排水施工的线路上将管线每80-120米作为一施工段，每一施工段采用工作坑及接受坑做为顶管沉井，将沉井沉至设计沉井高程后，采用泥水平衡机械进行顶管施工；沉井在沟槽开挖时采用钢板桩及止水帷幕支护进行沟槽开挖，下沉过程中采用机械进行挖土方，以沉井钢筋砼自身重力或外力使其下沉到预定深度，然后采用泥水平衡顶管机械进行管线顶管施工。本发明具有安全性强，对邻近建筑物和管线的影响比较小，地表产生很小的沉降和移位，工期快、造价省、占地少等显著优点，解决了需先行支护降水、开挖范围宽、对周围管线道路的破坏影响大等技术难题，特别适合狭窄场地等复杂环境条件的施工。

Description

一种市政排水管线泥水平衡顶管施工方法

技术领域

本发明涉及一种市政排水管线泥水平衡顶管施工方法，该施工方法宜在城市道路改造工程中应用，特别在流砂及淤泥地区无法采用常规施工方法时采用。

背景技术

在城市道路拓宽改造项目中地质比较复杂，施工时既要考虑施工工期，又要考虑封闭交通问题，如果按常规施工方法施工（开槽放坡、开槽支护）不能保证周围建筑物的安全，同时施工成本提高，无法保证工期。还有在常规施工方法中，采用开槽施工需要采取一定的沟槽支护措施，一但施工环境发生变化，施工条件复杂，施工工期较长，周围管线无法保证安全，施工成本提高。因此必须研究新施工方法才能使工程顺利展开。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种对邻近建筑物和各种管线的影响比较小，可在常规施工方法无法实施的流砂及淤泥地区采用的市政排水管线泥水平衡顶管施工方法。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种市政排水管线泥水平衡顶管施工方法，其特征在于：在市政排水施工的线路上将管线每80-120米作为一施工段，每一施工段采用工作坑及接受坑做为顶管沉井，将沉井沉至设计沉井高程后，采用泥水平衡机械进行顶管施工；沉井在沟槽开挖时采用钢板桩及止水帷幕支护进行沟槽开挖，下沉过程中采用机械进行挖土方，以沉井钢筋砼自身重力或外力使其下沉到预定深度，然后采用泥水平衡顶管机械进行管线顶管施工；其工艺流程为：开挖基坑及场地排水→铺砂垫层及砖模→铺刃脚垫木→绑扎钢筋→立侧墙模板→安外支撑架→灌注砼→拆支撑及模板→挖淤泥下沉→基底毛石垫层铺设→安装顶管设备→开水泥水平衡顶管→回填到路床。 

所述沉井施工过程中采用钢板桩及止水帷幕进行支护施工顶管沉井，以基坑边线确定支护体系平面位置，同时确定支护体系周边止水帷幕平面布置，止水帷幕设置在钢板桩以外1～2米处，沿钢板桩四周布置。

施工的线路上的所有每一施工段可以同时施工，可以缩短工期。

常规施工方法多采用开槽施工并采取一定的沟槽支护措施，一但施工环境发生变化，施工条件复杂，施工工期较长，周围管线无法保证安全，施工成本提高，泥水平衡顶管中施工，即能保证工期，也保证了两侧土方没有塌方，线杆、给水、热力等管线没有移位，确保周围管线安全，同时降低施工成本。该工艺比其它工艺比较，施工费用低且工程拆迁量小，具有良好的社会效益和经济效益。在市政工程建设中有推广价值。

本发明的有益效果是：

该项施工技术是利用沉井的两侧作侧墙，所以它具有相当高的刚度，可以用来作为土方的支撑，然后利用边挖边下沉，下沉到位后再利用沉井做为工作坑进行顶管施工，提高了工程施工的安全性，对邻近建筑物、各种管线的影响比较小，地表产生很小的沉降和移位，与传统的明挖法相比解决了需开挖范围宽、对周围管线道路的破坏影响大等技术难题。特别适合狭窄场地等复杂环境条件的施工。而本发明的施工方法，即能保证工期，也保证了两侧土方不会塌方，同时降低施工成本；且施工现场不会出现明沟对周围行人和车辆造成伤害，没有渣土的堆积造成占道而影响周边交通，因此与其它施工方法比较，施工费用低且工程拆迁量小，具有良好的社会效益和经济效益，在市政工程建设中有推广价值。

具体实施方式

参照具体实施方式对本发明的方法作以下详细的说明。

关键技术：本发明的施工方法关键要做好沉井开挖过程中采用钢板桩加止水帷幕的办法进行施工。

技术指标：沉井内渗水量达到规范要求，对周围管线无扰动、无水平位移、无沉降，保证周围管线安全。

已应用和推广的情况：此施工方法在济南市小清河北路污水顶管工程中成功应用，降低成本、保证了工期、保证了专业管线的安全，为工程顺利完成提供了保障，获得业主的好评，对类似工程很有借鉴作用。

本发明的工艺流程为：开挖基坑及场地排水→铺砂垫层及砖模→铺刃脚垫木→绑扎钢筋→立侧墙模板→安外支撑架→灌注砼→拆支撑及模板→挖淤泥下沉→基底毛石垫层铺设→安装顶管设备→泥水平衡顶管→回填到路床。其具体施工步骤如下：

1、施工准备

1）详细了解现场工程地质、水文、工作地段的地下管线情况和房屋影响情况；

2）对钢筋混凝土排水管线所需的沉井位置进行精确放线和测量 。

2、基坑开挖及场地排水

由于管线位置是慢车道内，必须对原有路面结构拆除，采用1台岩石破碎机进行破碎，反铲挖掘机进行挖除，挖出的土渣由于空间有限，用装载机运输200m集中堆放，晚间及时运到20KM外的弃土场地弃置。沉井预制采用在基坑中预制，以减少吊运作业和下沉深度，降低施工作业面，基坑每边比沉井宽0.5m，人工配合修坡及平整坑底，修整好的坑底向四周形成排水坡度，并在基坑四周及基坑上外缘开挖排水沟及集水坑，收水四周地下水和雨水，使地下水位降至比基坑底面低0.5m，以防地下水、地面水、雨水流入预制场地内，减小土壤的含水量。 

3、铺砂垫层及砖模

砂垫层厚度主要是解决基坑内土质较差与第一节沉井砼重量较大之间的矛盾，防止第一节砼浇筑后产生地量的沉降，影响沉井砼的质量。砂垫层的厚度与沉井的重量和地基土的承载力有关.砖模用于刃脚砼浇筑时当做模板使用，方便，高效。

4、铺刃脚垫木：依据图纸支设刃脚砖内模和箱涵钢内模，然后绑扎钢筋、支立外侧钢模，浇注砼后形成钢筋砼刃脚。

5、绑扎钢筋：钢筋在加工场地机械成型，钢筋表面应洁净，不得有锈皮、油渍、油漆等污垢，调直后的钢筋表面伤痕及锈蚀不应使截面减小，弯曲成形的钢筋，表面不得有裂纹、鳞落或断裂。钢筋工人根据技术交底现场人工绑扎，墙壁竖筋和水平筋及顶板钢筋一次绑成型，底板钢筋在箱涵沉到位后，剔除钢筋砼底梁上部砼后绑扎钢筋网，浇注成整体，绑扎成型时，铁丝必须扎紧，不得有滑动、折断、移位等情况；绑扎成型的网片或骨架必须稳定、牢固，在安装及浇注时不得有松动或变形。为保证钢筋位置正确，垂直钢筋间距可采用开出槽口的木卡尺控制，水平筋间距，选用一批竖钢筋按间距焊上短钢筋头控制。

6、立侧墙模板：本发明的工程模板采用定型钢模板支设，根据标准要求，模板支立必须牢固，在施工荷载作用下不得有松动、跑模、下沉等现象；模板拼缝必须严密，不得漏浆，模内必须洁净，施工现场采钢管支撑，考虑浇筑速度快，对模板产生很大的侧压力，沉井内采用支撑顶牢和外侧双排脚手架固定模板并结合螺栓拉结，防止模板侧向变形，确保整体模板的刚度、稳定性和不变形；在浇注前对横内清扫，有细微拼缝用的地方用油毡贴补；使砼的几何尺寸，外观有绝对的保证。

7、安外支撑架：支撑采用钢管支撑，搭设满堂脚手架，在沉井东西侧搭设砼输送道。

8、灌注砼：箱涵采用C25商品砼，在对钢筋模板进行验收合格后，进行浇筑砼，由于现场工作面宽度小于5米，用斗容0.6m³挖掘机配合向模内倒运砼。浇筑刃脚、井壁砼要分层浇筑，每层30cm，将沉井沿周长设多个振捣组，同时浇筑。保证对称均匀下料，防止一侧受压而使模板产生位移、变形，每层必须在2h 之内浇筑完毕，振捣时振动器移动间距不大于50Cm。振捣器应避免碰撞钢筋、模板。振捣器插入下层砼内不小于5CM，要快插慢拔，每一振点的振捣时间应使砼表面呈现浮浆和不再下沉，减少蜂窝和麻面。在砼浇筑过程中，应经常观察模板、支架，当发现问题及时采取措施处理。

9、拆支撑及模板

挖淤泥下沉：下沉施工前，必须保证刃脚处砼达到设计强度的100%，上部砼达到75%，才能开始拆除所有模板，挖土的方法应在井内呈锅底型，即四边高、中央底。在沉井下沉施工之前， 应先将沉井内外的垃圾、碎砼块等清除干净， 并将沉井刃脚斜面支撑和模板依次拆除，一般应对称地由中间向两边进行。同时备好回填用的砂、石料及工具。

下沉施工监测要点：沉井下沉过程的控制主要包括三个方面：

1）刃脚高差控制：下沉时，由于是挖淤泥下沉作业，故刃脚高差的形成和移动都不大直观，测量时可用水准仪测量沉井四角高差来有效地控制井底漏底的大小、深浅和平面位置，以此来达到对刃脚高差的控制。

2）沉井下沉速度控制：下沉速度控制也是一个重要方面，一般来讲对下沉速度没有严格的限制，需根据经验和箱涵下沉的具体情况而定，本工程中主要按以下原则进行：① 箱涵下沉速度要均匀；                                                

箱涵下沉每次不超过15-30cm。

3）平面位移控制：对平面位移的控制主要是通过控制沉井刃脚高差来实现，如果刃脚高差不大，则沉井平面位移较易得到控制，它们之间的关系并无定量计算，但有一些联系：①哪个角下沉得快(即刃脚较低)，则就会向哪个方向移位；②刃脚高差大时，沉井位移量大；③始终在同一个方向的刃脚高差下下沉时，箱涵位移量较大。过程中需要具体情况具体分析，决定采取相应的方法和措施。

10、基底毛石垫层铺设

当沉井下沉至设计标高的要求范围内，经沉降观测，其沉降率（待8小时内沉井自沉累计不大于10mm）在允许范围内，即可井行封底。封底视情况采用毛石垫层，毛石厚度根据现场情况确定，厚度一般在30-50厘米左右。

11、安装顶管设备

1）井内轨道安装按照规范要求，保证高程和基准线精度。轨道下排架固定时，除与井底板相连外，顶进后背采用砼后背梁和钢轨后背桩。

2）送水泵和排泥泵机座与预埋件相连。

3）贮浆箱放置时，连接送水泵的贮浆箱应低于连接排泥泵的贮浆箱，保证稀泥浆能及时循环。

4）后背箱就位后应根据顶进轴线找正，并保证竖直精度。然后才能在后背箱和井壁之间打砼后背梁（加早强剂）。待后背达到承载能力时方可正式顶管。

5）油缸支架安装时，支腿或地板须与井内预埋件相连，并按顶进轴线找正。油缸就位后，应空载伸出，检查平行度，保证顶力合力与顶进轴线平行。

6）激光经纬仪测量架固定，不能与其它设备相连，必须与井单独连接，以保证其它设备因顶力反作用而位移时不影响到测量精度。

7）在井底较低处,用竹筐及砂网做集水坑，保证泥浆泵正常工作。

8）在预留洞口打膨胀螺栓，环向均布，套上止水橡胶圈，压上钢压板，用螺母轻轻压紧（顶管机通过后再压紧）。

12、泥水平衡顶管

当掘进机正常工作时，进排泥阀均打开，而机内旁通阀则关闭。泥水从进泥管经过进排泥阀门而进入掘进机的泥水仓里。而泥水仓里的泥水则通过由排泥管道排出，只要调节好进、排泥水的流量，就可以使掘进机的泥水仓中建立一定的压力。操作者应注意观察控制台上压力表变动情况，合理地调整好推进速度和刀盘前部压力表变动之间的关系，使之处于良好的平衡状态，切忌盲目的快速推进。当管道顶进时，千斤顶顶完一个行程，将千斤顶缩回，然后加一块垫铁，继续顶进，顶完第二个行程时，将千斤顶缩回，加第二块顶铁，加上千斤顶的行程，大于管道长度。这时，将顶铁用吊车吊出，然后用吊车将管道吊入工作坑，接上泥浆泵管道和电源，开始顶进第二节管道。

为避免在顶进过程中损坏管道，在管与管之间，加木衬垫，木衬垫用三合板现场加工制作。为保护管道，与千斤顶紧邻的管道采用在混凝土管壁加钢护套的办法。管道顶进的速度约5～10厘米/分钟，但在实际操作过程中，每次接泥浆泵管，吊管、垫铁、安装钢套环等各种因素的影响，使得每天实际顶进距离约30～40米。

13、回填到路床

封底和回填：沉井到位后，设置一集水坑，使井底的水都汇集到集水坑中，用潜水泵抽出，沉淀后排入雨水管道，使地下水位保持低于井底板底面50cm以下，然后在井下铺35cm毛石封底。石屑回填：污水管线在慢车道上,根据设计要求,位于慢车道下用5%的水泥石屑回填到沉井顶20cm,位于慢车道的用5%的水泥石屑回填到沉井顶30cm,回填每层20cm,用蛙夯夯实,待检验符合市政排水管渠工程质量检验评定标准（CJJ3-90）要求后，方可进行下一步回填。

在施工过程中的各项监控工作：在下沉前，将每个沉井各个角点处的高程及沉井轴线放样并做好标记，记录测量原始数据，绘制测量监控平面图，计算下沉具体高度。下沉分三个阶段，即首沉，中沉，最后下沉。

首沉阶段，必须每30分钟观测一次并记录数据，汇总到监控小组，及时计算偏差情况，并由总指挥统一指挥确定挖沉部位及下沉速度等；中沉阶段，进入正常下沉，正常下沉时，可每2h测量一次；最后下沉阶段必须增加观测频率，一般为30分钟左右观测一次。

通过对各阶段观测数据的分析，必须使箱涵的对角高差不超过15cm，并观察箱涵周围土质变化情况，将地下水位、涌土、沉降、沉速随时记入历时曲线表。终沉阶段要减小开挖深度，防止突沉及超沉事故发生，控制开挖深度及速度，以下沉为辅，纠偏为主。当沉速8h不超过1cm即认为沉井已趋稳定。

施工过程中对高压线杆、自来水管线、热力管线随时观测，一但发现有移位或下沉立即停止施工，采取加固措施；

质量控制标准：根据有关规范的要求，沉井制作与下沉时的质量控制标准如下：

（1）平面尺寸偏差：长度、宽度为±0.5%；两对角线差异为1%对角线长；　　

（2）壁厚偏差：±1.5 cm；

（3）下沉后刃脚高程与设计高程的偏差不得超过10 cm；

（4）四角中任何两个角的刃脚高差不得超过该两个角间水平距离的0.5%，且不得超过15cm；水平距离小于10m时，其高差可为10cm；

（5）顶面中心的水平位移不得超过下沉总深度的1%。

Claims (3)

1.一种市政排水管线泥水平衡顶管施工方法，其特征在于：在市政排水施工的线路上将管线每80-120米作为一施工段，每一施工段采用工作坑及接受坑做为顶管沉井，将沉井沉至设计沉井高程后，采用泥水平衡机械进行顶管施工；沉井在沟槽开挖时采用钢板桩及止水帷幕支护进行沟槽开挖，下沉过程中采用机械进行挖土方，以沉井钢筋砼自身重力或外力使其下沉到预定深度，然后采用泥水平衡顶管机械进行管线顶管施工；其工艺流程为：开挖基坑及场地排水→铺砂垫层及砖模→铺刃脚垫木→绑扎钢筋→立侧墙模板→安外支撑架→灌注砼→拆支撑及模板→挖淤泥下沉→基底毛石垫层铺设→安装顶管设备→开水泥水平衡顶管→回填到路床。

2.根据权利要求1所述的市政排水管线泥水平衡顶管施工方法，其特征在于：沉井施工过程中采用钢板桩及止水帷幕进行支护施工顶管沉井，以基坑边线确定支护体系平面位置，同时确定支护体系周边止水帷幕平面布置，止水帷幕设置在钢板桩以外1～2米处，沿钢板桩四周布置。

3.根据权利要求1所述的市政排水管线泥水平衡顶管施工方法，其特征在于：施工的线路上的所有每一施工段可以同时施工，可以缩短工期。