顶管施工组织设计4标.doc
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1、青草沙南汇支线C4标顶管施工组织设计青草沙水源地原水工程南汇支线工程C4标顶管施工组织设计编制人:刘伟刚审核人:厉响明上海建工桥隧筑港工程有限公司青草沙原水工程C4标项目经理部2011年8月25日目录一、 工程概况 - 31地理位置、周边环境 - 32主要工作内容概况 - 33工程地质水文概况 - 54工程相关单位 - 65编制依据 - 62、 难点以及对策 - 71、 顶管时的纠偏 - 72、 长距离顶管顶力过大、中继环较多 - 7三、施工方法 - 81工程量分布及工期安排 - 82现场平面布置和交通组织 - 83设备选用和施工工作原理 - 94顶力计算 - 125顶管出洞技术 - 146拼
2、管、焊接、防腐 - 157触变泥浆减阻措施 - 188洞口止水处理 - 229顶进测量 - 2310通风 - 2711后座 - 2812中继环顶进及闭环焊接 - 2813 用电、通讯和照明 - 3114进洞及后期收尾阶段 - 3215地表沉降控制措施 - 33四、施工进度计划- 34五、劳动力计划安排- 34六、质量保证措施 - 34七、安全保证措施 - 37八、应急措施- 38九、附图一、 工程概况1、 地理位置、周边环境本工程为青草沙南汇支线工程(QNZC4标),南汇支线工程是青草沙水源地原水工程陆域输水系统的重要组成部分,承担着向川沙水厂、航头水厂、惠南水厂输送青草沙原水的重任。南汇支线
3、工程全线共分12个标段,本工程为4标段管道、顶管井以及附属工程的总承包施工。本工程设计规模为28万m3/d,工程内容为2根DN2000钢管,全线采用顶管施工工艺,两根管道主要敷设在道路绿化带内。2、 主要工作内容概况本标段(QNZ-C4)施工主要内容可分为为:A20(唐丰路环龙路)之间管段,线路长3576.07m,顶管长度约7152.14m,工作井有5座,接收井有4座,沿线顶管井内设有单向补压塔井、阀门井以及排气排水井等附属设施。J21J20:DN2000钢管,长度为386米J21J23: DN2000钢管,长度为1050米J24J23: DN2000钢管,长度为148米J24J25: DN2
4、000钢管,长度为118米J26J25: DN2000钢管,长度为118米J27J26: DN2000钢管,长度为150米J27J28: DN2000钢管,长度为166米J29J28: DN2000钢管,长度为608米J29J30: DN2000钢管,长度为834米41/413、 工程地质水文概况(1) 、概述上海位于长江三角洲入海口东南前缘,属三角洲冲积平原,地貌形态较单一。拟建场地位于上海市浦东新区A20东侧,地貌类型属于滨海平原,拟建管道沿线一般位于已有道路绿化带内,地势平坦,且沿线有明浜及建筑物分布,沿线地势由一定起伏,勘察期间测得所经地区地面标高一般在3.8-4.9m之间。根据勘探资
5、料揭露,拟建原水管线沿线穿过淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粘质粉土夹淤泥质粉质粘土,一般呈水平层理分布。经勘察查明,在本工程范围内的地基土属第四纪全新世Q34上更新世Q23的沉积层,主要由填土、粉土、淤泥质土、粘性土等组成。根据沉积时代、成因类型及其土性可划分8个主要层次,其中、层各分为若干亚层。具体为:1层杂填土(夹建筑垃圾)、2层淤泥、1层褐黄灰黄色粉质粘土、1层灰色淤泥质粉质粘土、夹层灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土、2层灰色粘质粉土、层灰色淤泥质粘土、1-1层灰色粘土、1-2层灰色粉质粘土、2层灰色粘质粉土、3层灰色粉质粘土夹砂、层暗绿草黄色粉质粘土、1层草黄色砂质粉土、2层灰色粉砂、1层灰
6、色粉质粘土。具体土层分布情况详见勘察报告中的地层特性表。(2)、水文地质场地浅部土层主要为粘性土,在埋深5m左右有一层粉性土分布,地段地表水与地下水水力联系不密切,但在雨天有瞬间汇流。对本工程基础设计及施工有直接影响的主要为浅部土层的潜水,其补给来源主要为大气降水、江水渗流与地表径流,排泄方式以蒸发消耗为主。潜水位埋深随季节、气候、潮汛等因素而有所变化。勘察期间测得钻孔中地下水稳定水位埋深约0.402.60m,相应水位为1.905.10m。潜水对本工程基坑开挖影响较大,开挖时应做好降排水工作。拟建场地浅部有夹层粘质粉土夹淤泥质粉质粘土、2层粘质粉土及2层粘质粉土微承压水分布,深部有1、2粉(砂
7、)土承压水分布,1、2属于同一水文地质层,夹、2层连通,系同一水文地质层,2层为古河道沉积区微承压水含水层。根据上海市长期观测资料,承压水水头高度一般均低于潜水位,水头埋深一般为3.011.0m,随季节呈周期性变化。(3) 、不良地质工程评价A沿线场地填土厚度一般为0.22.0m,局部较厚达5.6m,夹碎砖、石子等建筑垃圾以及植物根茎等,土性不均,结构性差,为本工程的不良地基土,会给基坑开挖造成一定障碍,施工时应注意防止坍塌。B拟建场地属软弱场地土,场地类别为IV类,属对建筑抗震不利地段,勘察资料表明,在20m深度范围内无成层饱和砂质粉土和砂土,故本场地在抗震设防烈度为7度时,可不考虑地基土地
8、震液化影响。4、 与本工程相关的主要单位建设单位:上海青草沙投资建设发展有限公司设计单位:上海市政工程设计研究总院监理单位:上海上咨建设工程咨询有限公司施工单位:上海建工桥隧筑港工程有限公司5、 编制依据给水排水工程顶管技术规程(CECS.246:2008)地基处理技术规范(DBJ08-40-94)市政地下工程施工质量验收规范(DGJ08-236-2006)给排水管道工程施工及验收规范(GB-502682008)现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范(GB50236-98)钢制管道对接环焊缝超声波探伤方法和检验结果的分级(GB/T15830-1995)钢融化焊对接接头射线照相和质量分级(GB
9、/T33232005)工业金属管道工程施工及验收规范(GB5023597)涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级(GB892388)熔融结合环氧粉末涂料的防腐蚀涂装(GB/T18593-2001)二、 难点以及对策1、顶管时的纠偏顶管时,承插式管能顺着洞穴前进,但钢管的前进方向不一定与洞穴方向完全一致,这就是钢管纠偏困难的原因。要使钢管改变方向和实现纠偏,首先要在顶管机纠偏段形成足够的纠偏土压力,对钢管形成纠偏弯矩,迫使钢管弯曲。2、 长距离顶管顶力过大,中继环使用多,对保证质量、进度造成很大的困难长距离顶管顶力过大,中继环使用多,对质量、进度造成很大的影响,对此,我们的对策:(1) 、管道顶进要顺
10、直(2) 、强化补浆,减少管壁摩擦力如CECS-246:2008(指挥部发的给水排水工程顶管技术规程)指出,我们目前顶管减阻的基本措施是扩孔,工具头刀盘扩孔半径增加0.5cm左右,工具管尾端注浆环扩孔半径增加到3cm,工具管后预留注浆孔,具体如下:J21J20:386米,计44节,第110节,每节置孔,第1130节,每2节置孔,第3144节,每3节置孔。J21J23:1050米,计120节,第110节,每节置孔,第1130节,每2节置孔,第3180节,每3节置孔,第81120节,每4节置孔。J24J23:148米,计17节,第110节,每节置孔,第1117节,每2节置孔。J24J25:118米
11、,计14节,第110节,每节置孔,第1114节,每2节置孔。J26J25:118米,计14节,第110节,每节置孔,第1114节,每2节置孔。J27J26:150米,计17节,第110节,每节置孔,第1137节,每2节置孔。J27J28:166米,计19节,第110节,每节置孔,第1119节,每2节置孔。J29J28:608米,计70节,第110节,每节置孔,第1130节,每2节置孔,第3170节,每3节置孔。J29J30:834米,计95节,第110节,每节置孔,第1130节,每2节置孔,第3180节,每3节置孔,第8195节,每4节置孔。三、 施工方法1、工程量分布及工期安排本工程顶管施工
12、可分为两部分:一号管顶管施工和二号管顶管施工。顶管的功效确保焊4根/天。2、现场平面布置及交通组织 在顶管工作井内进行顶管顶进施工过程中既要考虑确保路面的通行又要顾及对周围环境的影响。施工现场周围按文明施工的要求采用彩钢板隔离施工区域,并在彩板上标出醒目记号以提醒过往车辆,在一侧留出施工车辆进出口。在每座工作井施工现场考虑布置12只办公集装箱供施工人员使用。本工程共有4座工作井和5座接收井,每座工作井均考虑存有6-8根8.5米长的2000钢管备用堆场。3、设备选用和施工工作原理根据本工程土质,多为粘性土,具有渗透系数很小的特点。顶管直径为2米,鉴于工期安排较紧张,所以采用泥水平衡机头顶进。该设
13、备都是现在国内使用比较广泛的设备,工作原理合理,性能良好,型号为TPN1650泥水平衡顶管机:顶管机外径2060,刀盘最大扭矩71KN.m,刀盘最大转速2.3rpm,最大纠偏角度2.70,装机容量90kw,具有多边形破碎清障能力。 TPN泥水平衡顶管机的基本工作原理是利用泥水压力来平衡地下水压力,同时也平衡顶管机所处土层的土压力.泥浆不但和地下水达成平衡状态,同时还可以在切削面上形成泥膜,防止泥水仓内的泥水向地下渗透,同时也阻隔了地下水向泥水仓内的渗透,而泥水仓内的压力同时也平衡了土压力,从而保持了切削面的土体稳定.由于泥水平衡顶管机采用的是泥水作为出土介质,流体的性质决定顶进的连续性,能保证
14、顶管的进度。本次顶管所采用的顶管机采用大刀盘切削土体,切削土体厚度约25cm,搅拌深度80cm左右,土体切碎后经过3-6cm的环隙,进入混合仓。被高压水冲成泥浆和泥团,真空泵吸入出泥管,成为比重约1.35的泥浆,进入沉淀池。后座千斤顶顶进速度控制在每分钟6cm8cm左右,出土量为管道体积的90%-95%左右。顶管轨道采用工字钢箱体和重型轨道组成,轨道间距离为顶管钢管的半径,即1.020米,后座千斤顶选用200T,顶进长度为3.5米,4只组成,千斤顶合力为顶管中心偏下10cm。为保护2000钢管的外防腐不受磨损,钢管和轨道之间安放5对可滑动的垫块,每块垫块由12mm橡皮和3mm厚的钢板组成,顶管
15、轨道要与工作井钢筋砼底板预埋件牢固连接,沿轴线向与后背砼,洞口下部墙底固定,轴线垂直向要对底板有斜撑固定。确保轨道在顶管顶进过程中的纠偏,拼管过程中不变形、不位移。在顶管工具管刚开始出洞,和随后几节顶管过程中,由于本工程是大口径顶管,正面土压力较大,往往会出现头部的反作用力。此时除了减慢顶进速度,多出些土,使头部土压检测表读数降到1/2h,还需要靠轨道上焊接临时限位牛腿,克服反弹。顶管顶进施工工艺示意图4、顶力计算本标段工井井后靠背的设计允许顶力为4500KN,最大顶力控制在允许顶力的90以内。(1)DN2000顶管(以J21J23顶管段1050m计算)顶管长度为1050m,顶管中心埋深约10
16、m,刀头外径约2050mm。土体容重为=18kg/m31)工具管正面阻力NF(查表 给水排水工程顶管技术规程CECS.246:2008中表12.4.2得)NF=(/4)Dg2 sHs=(/4)2.0521810=594KN;2)管道摩阻力F0 (在触变泥浆作用下,查CECS.246:2008表12.6.4得,摩阻力由25KN/M2减小到4KN/M2):F0=DfL=3.142.054.01050=27035KN3)顶管总顶力F(工作井最大顶力取4500KN)F= NF +F0=594+27035=27629kN4500KN结论:需要设置中继环。4)第1个中继环安装位置L1L1=PK1/Df=4
17、5000.6/3.142.054.0=104.86m 取L1=105m5)中继环间距L0(后座顶力取0.8的许用顶力,中继环顶力6000KN,取4500KN)即:L0= Pk2/Df =45000.8/3.142.054.0=139.82m 取L0=140m6)主站顶进长度Lm(主顶进长度后座顶力取0.9)即:Lm= Pk3/Df =45000.9/3.142.054.0=157.29m 取Lm=157m7)中继间数量nN1=D1fk(L+50)/(0.7f0)-1=2.054.0(1050+50)/(0.7*4500)-1=7.99 n=N1 =88个中继环布置,以上为理论计算,根据本单位施
18、工经验和土质,具体布量;头部以后12节管子,即5米+128.5=107米加第一只中继环,随后计划140米左右加一只中继环,第一只中继环除克服头部正面土压力外,主要作用是纠偏时可适当释放钢管内应力。5、顶管出洞技术措施(1)、700水泥土搅拌桩加固 本工程为直径2000顶管,在顶管机出洞前,对围护结构的钻孔桩在洞口部位的钢筋砼要进行凿除,为了防止洞口砼处理时的泥水涌进,我们在洞口外采用700500二轴水泥土搅拌桩进行洞口加固,水泥采用42.5普硅水泥,浆液水灰比1.52.0,水泥掺入量13%,加固体无侧限抗压强度0.8Mpa,渗透系数110-6cm/s,水泥土搅拌桩与钻孔桩之间采用压密注浆加固。
19、凿除门洞砼顺序:在工具管安装到位后,采用100切割钻机,切割钻孔桩的钢筋砼,分割几块,用吊车吊出工作井,此时由井外的砼搅拌桩挡住洞外水土,防止坍方,然后在内衬穿墙管外侧和钻孔桩被割除的部位,用砂、瓜子片、水泥浆填平。作为轨道延伸的作用,防止工具头叩头。(2)、凿除钻孔桩程序和顶管轨道延伸。工具管吊运至轨道 后座钢结构检查、200t千斤顶试顶,送工具管距穿墙管80cm左右 钻孔切割门洞 布设延伸辅助轨道 砂石水泥修补洞口 工具管顶进穿墙管 顶进至钻孔桩外边位置 上、下、左、右固定工具管位置 继续顶进至可安装下一节钢管。工具管出洞时,轨道上的防腐垫块,前部要比后部的垫块高10mm。让工具头微翘。6
20、、拼管、焊管、防腐拼管及电焊施工本工程2000厚20mm钢管顶管,接管工艺采用单面坡口形式,如图 分1、2、3、4区域,3、4区域为两种坡口的交界,用认真焊接清根的方法保证焊缝质量,与工具管相接的一头钢管是坡口与顶铁接触的一头钢管为平口,吊管和对管时均采用厚6.8cm厚的卡子,配2寸钢丝绳,如下图:这种吊钩十分安全,吊件不会滑钩,且对管子的防腐没有损伤,因为吊点处的钢管是在焊接后再防腐的。在吊管前应先看好井下钢管的焊缝在何处,俗称(几点钟),因本工程制管时钢板都是定尺的,钢板长度都是2000的固长长度,每节钢管只有一条顺向焊缝,所以只要焊缝顺时针转三小时(90度)即可。管子吊到顶管轨道,应与前
21、面钢管有10cm左右空隙,卸钩后,先找两管平直处加码,然后用千斤顶徐徐将钢管推到与前面一根钢管相接,可留1-2mm间隙,由平直处开始,用钢码和契铁块,把两根钢管的两个断面全部密贴,因周长相等,所以密贴是做得到的,这里的关键是钢码要调整均匀,可由后座千斤顶配合,对管结束后,开始电焊,电焊时先要在圆周上下左右四个部位焊牢,保持对管的成果,不能单边电焊,避免焊接变形,钢管固定后,开始正式电焊。按照焊接工艺,分为4层焊接,清根面加焊一层,即单面坡口先焊两层,用1.2mm焊丝焊接在管底仰焊处,设置长100cm,宽70cm,高70cm 的焊接操作坑。因此,在管底的底板上设置深20cm的凹槽,并在两根管道中
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