專利名稱：一種市政排水管線泥水平衡頂管施工方法
技術領域：
本發明涉及一種市政排水管線泥水平衡頂管施工方法，該施工方法宜在城市道路改造工程中應用，特別在流砂及淤泥地區無法采用常規施工方法時采用。
背景技術：
在城市道路拓寬改造項目中地質比較復雜，施工時既要考慮施工工期，又要考慮封閉交通問題，如果按常規施工方法施工(開槽放坡、開槽支護)不能保證周圍建筑物的安全，同時施工成本提高，無法保證工期。還有在常規施工方法中，采用開槽施工需要采取一定的溝槽支護措施，一但施工環境發生變化，施工條件復雜，施工工期較長，周圍管線無法保證安全，施工成本提高。因此必須研究新施工方法才能使工程順利展開。發明內容
為克服現有技術的不足，本發明提供了一種對鄰近建筑物和各種管線的影響比較小，可在常規施工方法無法實施的流砂及淤泥地區采用的市政排水管線泥水平衡頂管施工方法。
本發明是采用以下技術方案實現的: 一種市政排水管線泥水平衡頂管施工方法，其特征在于:在市政排水施工的線路上將管線每80-120米作為一施工段，每一施工段采用工作坑及接受坑做為頂管沉井，將沉井沉至設計沉井高程后，采用泥水平衡機械進行頂管施工；沉井在溝槽開挖時采用鋼板樁及止水帷幕支護進行溝槽開挖，下沉過程中采用機械進行挖土方，以沉井鋼筋砼自身重力或外力使其下沉到預定深度，然后采用泥水平衡頂管機械進行管線頂管施工；其工藝流程為:開挖基坑及場地排水一鋪砂墊層及磚模一鋪刃腳墊木一綁扎鋼筋一立側墻模板一安外支撐架一灌注砼一拆支撐及模板一挖淤泥下沉一基底毛石墊層鋪設一安裝頂管設備一開水泥水平衡頂管一回填到路床。
所述沉井施工過程中采用鋼板樁及止水帷幕進行支護施工頂管沉井，以基坑邊線確定支護體系平面位置，同時確定支護體系周邊止水帷幕平面布置，止水帷幕設置在鋼板樁以外I 2米處，沿鋼板樁四周布置。
施工的線路上的所有每一施工段可以同時施工，可以縮短工期。
常規施工方法多采用開槽施工并采取一定的溝槽支護措施，一但施工環境發生變化，施工條件復雜，施工工期較長，周圍管線無法保證安全，施工成本提高，泥水平衡頂管中施工，即能保證工期，也保證了兩側土方沒有塌方，線桿、給水、熱力等管線沒有移位，確保周圍管線安全，同時降低施工成本。該工藝比其它工藝比較，施工費用低且工程拆遷量小，具有良好的社會效益和經濟效益。在市政工程建設中有推廣價值。
本發明的有益效果是: 該項施工技術是利用沉井的兩側作側墻，所以它具有相當高的剛度，可以用來作為土方的支撐，然后利用邊挖邊下沉，下沉到位后再利用沉井做為工作坑進行頂管施工，提高了工程施工的安全性，對鄰近建筑物、各種管線的影響比較小，地表產生很小的沉降和移位，與傳統的明挖法相比解決了需開挖范圍寬、對周圍管線道路的破壞影響大等技術難題。特別適合狹窄場地等復雜環境條件的施工。而本發明的施工方法，即能保證工期，也保證了兩側土方不會塌方，同時降低施工成本；且施工現場不會出現明溝對周圍行人和車輛造成傷害，沒有渣土的堆積造成占道而影響周邊交通，因此與其它施工方法比較，施工費用低且工程拆遷量小，具有良好的社會效益和經濟效益，在市政工程建設中有推廣價值。
具體實施例方式參照具體實施方式
對本發明的方法作以下詳細的說明。關鍵技術:本發明的施工方法關鍵要做好沉井開挖過程中采用鋼板樁加止水帷幕的辦法進行施工。技術指標:沉井內滲水量達到規范要求，對周圍管線無擾動、無水平位移、無沉降，保證周圍管線安全。已應用和推廣的情況:此施工方法在濟南市小清河北路污水頂管工程中成功應用，降低成本、保證了工期、保證了專業管線的安全，為工程順利完成提供了保障，獲得業主的好評，對類似工程很有借鑒作用。本發明的工藝流程為:開挖基坑及場地排水一鋪砂墊層及磚模一鋪刃腳墊木一綁扎鋼筋一立側墻模板一安外支撐架一灌注砼一拆支撐及模板一挖淤泥下沉一基底毛石墊層鋪設一安裝頂管設備一泥水平衡頂管一回填到路床。其具體施工步驟如下:
1、施工準備
1)詳細了解現場工程地質、水文、工作地段的地下管線情況和房屋影響情況；
2)對鋼筋混凝土排水管線所需的沉井位置進行精確放線和測量。2、基坑開挖及場地排水
由于管線位置是慢車道內，必須對原有路面結構拆除，采用I臺巖石破碎機進行破碎，反鏟挖掘機進行挖除，挖出的土渣由于空間有限，用裝載機運輸200m集中堆放，晚間及時運到20KM外的棄土場地棄置。沉井預制采用在基坑中預制，以減少吊運作業和下沉深度，降低施工作業面，基坑每邊比沉井寬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緣開挖排水溝及集水坑，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、雨水流入預制場地內，減小土壤的含水量。3、鋪砂墊層及磚模
砂墊層厚度主要是解決基坑內土質較差與第一節沉井砼重量較大之間的矛盾，防止第一節砼澆筑后產生地量的沉降，影響沉井砼的質量。砂墊層的厚度與沉井的重量和地基土的承載力有關.磚模用于刃腳砼澆筑時當做模板使用，方便，高效。4、鋪刃腳墊木:依據圖紙支設刃腳磚內模和箱涵鋼內模，然后綁扎鋼筋、支立外側鋼模，澆注砼后形成鋼筋砼刃腳。5、綁扎鋼筋:鋼筋在加工場地機械成型，鋼筋表面應潔凈，不得有銹皮、油潰、油漆等污垢，調直后的鋼筋表面傷痕及銹蝕不應使截面減小，彎曲成形的鋼筋，表面不得有裂紋、鱗落或斷裂。鋼筋工人根據技術交底現場人工綁扎，墻壁豎筋和水平筋及頂板鋼筋一次綁成型，底板鋼筋在箱涵沉到位后，剔除鋼筋砼底梁上部砼后綁扎鋼筋網，澆注成整體，綁扎成型時，鐵絲必須扎緊，不得有滑動、折斷、移位等情況；綁扎成型的網片或骨架必須穩定、牢固，在安裝及澆注時不得有松動或變形。為保證鋼筋位置正確，垂直鋼筋間距可采用開出槽口的木卡尺控制，水平筋間距，選用一批豎鋼筋按間距焊上短鋼筋頭控制。
6、立側墻模板:本發明的工程模板采用定型鋼模板支設，根據標準要求，模板支立必須牢固，在施工荷載作用下不得有松動、跑模、下沉等現象；模板拼縫必須嚴密，不得漏漿，模內必須潔凈，施工現場采鋼管支撐，考慮澆筑速度快，對模板產生很大的側壓力，沉井內采用支撐頂牢和外側雙排腳手架固定模板并結合螺栓拉結，防止模板側向變形，確保整體模板的剛度、穩定性和不變形；在澆注前對橫內清掃，有細微拼縫用的地方用油氈貼補；使砼的幾何尺寸，外觀有絕對的保證。
7、安外支撐架:支撐采用鋼管支撐，搭設滿堂腳手架，在沉井東西側搭設砼輸送道。
8、灌注砼:箱涵采用C25商品砼，在對鋼筋模板進行驗收合格后，進行澆筑砼，由于現場工作面寬度小于5米，用斗容0.6m3挖掘機配合向模內倒運砼。澆筑刃腳、井壁砼要分層澆筑，每層30cm，將沉井沿周長設多個振搗組，同時澆筑。保證對稱均勻下料，防止一側受壓而使模板產生位移、變形，每層必須在2h之內澆筑完畢，振搗時振動器移動間距不大于50Cm。振搗器應避免碰撞鋼筋、模板。振搗器插入下層輪內不小于5CM,要快插慢拔,每一振點的振搗時間應使砼表面呈現浮漿和不再下沉，減少蜂窩和麻面。在砼澆筑過程中，應經常觀察模板、支架，當發現問題及時采取措施處理。
9、拆支撐及模板 挖淤泥下沉:下沉施工前，必須保證刃腳處砼達到設計強度的100%，上部砼達到75%，才能開始拆除所有模板，挖土的方法應在井內呈鍋底型，即四邊高、中央底。在沉井下沉施工之前，應先將沉井內外的垃圾、碎砼塊等清除干凈，并將沉井刃腳斜面支撐和模板依次拆除，一般應對稱地由中間向兩邊進行。同時備好回填用的砂、石料及工具。
下沉施工監測要點:沉井下沉過程的控制主要包括三個方面: I)刃腳高差控制:下沉時，由于是挖淤泥下沉作業，故刃腳高差的形成和移動都不大直觀，測量時可用水準儀測量沉井四角高差來有效地控制井底漏底的大小、深淺和平面位置，以此來達到對刃腳高差的控制。
2)沉井下沉速度控制:下沉速度控制也是一個重要方面，一般來講對下沉速度沒有嚴格的限制，需根據經驗和箱涵下沉的具體情況而定，本工程中主要按以下原則進行:①箱涵下沉速度要均勻；f箱涵下沉每次不超過15-30cm。
3)平面位移控制:對平面位移的控制主要是通過控制沉井刃腳高差來實現，如果刃腳高差不大，則沉井平面位移較易得到控制，它們之間的關系并無定量計算，但有一些聯系:①哪個角下沉得快(即刃腳較低)，則就會向哪個方向移位刃腳高差大時，沉井位移量大；③始終在同一個方向的刃腳高差下下沉時，箱涵位移量較大。過程中需要具體情況具體分析，決定采取相應的方法和措施。
10、基底毛石墊層鋪設 當沉井下沉至設計標高的要求范圍內，經沉降觀測，其沉降率(待8小時內沉井自沉累計不大于IOmm)在允許范圍內，即可井行封底。封底視情況采用毛石墊層，毛石厚度根據現場情況確定，厚度一般在30-50厘米左右。11、安裝頂管設備
I)井內軌道安裝按照規范要求，保證高程和基準線精度。軌道下排架固定時，除與井底板相連外，頂進后背采用砼后背梁和鋼軌后背樁。2)送水泵和排泥泵機座與預埋件相連。3)貯漿箱放置時，連接送水泵的貯漿箱應低于連接排泥泵的貯漿箱，保證稀泥漿能及時循環。4)后背箱就位后應根據頂進軸線找正，并保證豎直精度。然后才能在后背箱和井壁之間打砼后背梁(加早強劑)。待后背達到承載能力時方可正式頂管。5)油缸支架安裝時，支腿或地板須與井內預埋件相連，并按頂進軸線找正。油缸就位后，應空載伸出，檢查平行度，保證頂力合力與頂進軸線平行。6)激光經緯儀測量架固定，不能與其它設備相連，必須與井單獨連接，以保證其它設備因頂力反作用而位移時不影響到測量精度。7)在井底較低處，用竹筐及砂網做集水坑，保證泥漿泵正常工作。8)在預留洞口打膨脹螺栓，環向均布，套上止水橡膠圈，壓上鋼壓板，用螺母輕輕壓緊(頂管機通過后再壓緊)。12、泥水平衡頂管
當掘進機正常工作時，進排泥閥均打開，而機內旁通閥則關閉。泥水從進泥管經過進排泥閥門而進入掘進機的泥水倉里。而泥水倉里的泥水則通過由排泥管道排出，只要調節好進、排泥水的流量，就可以使掘進機的泥水倉中建立一定的壓力。操作者應注意觀察控制臺上壓力表變動情況，合理地調整好推進速度和刀盤前部壓力表變動之間的關系，使之處于良好的平衡狀態，切忌盲目的快速推進。當管道頂進時，千斤頂頂完一個行程，將千斤頂縮回，然后加一塊墊鐵，繼續頂進，頂完第二個行程時，將千斤頂縮回，加第二塊頂鐵，加上千斤頂的行程，大于管道長度。這時，將頂鐵用吊車吊出，然后用吊車將管道吊入工作坑，接上泥漿泵管道和電源，開始頂進第二節管道。為避免在頂進過程中損壞管道，在管與管之間，加木襯墊，木襯墊用三合板現場加工制作。為保護管道，與千斤頂緊鄰的管道采用在混凝土管壁加鋼護套的辦法。管道頂進的速度約5 10厘米/分鐘，但在實際操作過程中，每次接泥漿泵管，吊管、墊鐵、安裝鋼套環等各種因素的影響，使得每天實際頂進距離約30 40米。13、回填到路床
封底和回填:沉井到位后，設置一集水坑，使井底的水都匯集到集水坑中，用潛水泵抽出，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，然后在井下鋪35cm毛石封底。石屑回填:污水管線在慢車道上，根據設計要求，位于慢車道下用5%的水泥石屑回填到沉井頂20cm,位于慢車道的用5%的水泥石屑回填到沉井頂30cm,回填每層20cm,用蛙夯夯實，待檢驗符合市政排水管渠工程質量檢驗評定標準(CJJ3-90)要求后，方可進行下一步回填。在施工過程中的各項監控工作:在下沉前，將每個沉井各個角點處的高程及沉井軸線放樣并做好標記，記錄測量原始數據，繪制測量監控平面圖，計算下沉具體高度。下沉分三個階段，即首沉，中沉，最后下沉。
首沉階段，必須每30分鐘觀測一次并記錄數據，匯總到監控小組，及時計算偏差情況，并由總指揮統一指揮確定挖沉部位及下沉速度等；中沉階段，進入正常下沉，正常下沉時，可每2h測量一次；最后下沉階段必須增加觀測頻率，一般為30分鐘左右觀測一次。
通過對各階段觀測數據的分析，必須使箱涵的對角高差不超過15cm，并觀察箱涵周圍土質變化情況，將地下水位、涌土、沉降、沉速隨時記入歷時曲線表。終沉階段要減小開挖深度，防止突沉及超沉事故發生，控制開挖深度及速度，以下沉為輔，糾偏為主。當沉速8h不超過Icm即認為沉井已趨穩定。
施工過程中對高壓線桿、自來水管線、熱力管線隨時觀測，一但發現有移位或下沉立即停止施工，采取加固措施； 質量控制標準:根據有關規范的要求，沉井制作與下沉時的質量控制標準如下: (1)平面尺寸偏差:長度、寬度為±0.5%;兩對角線差異為1%對角線長； (2)壁厚偏差:±1.5cm; (3)下沉后刃腳高程與設計高程的偏差不得超過10cm ； (4)四角中任何兩個角的刃腳高差不得超過該兩個角間水平距離的0.5%，且不得超過15cm ;水平距離小于IOm時,其高差可為IOcm ； (5)頂面中心的水平位移不得超過下沉總深度的1%。
權利要求
1.一種市政排水管線泥水平衡頂管施工方法，其特征在于:在市政排水施工的線路上將管線每80-120米作為一施工段，每一施工段采用工作坑及接受坑做為頂管沉井，將沉井沉至設計沉井高程后，采用泥水平衡機械進行頂管施工；沉井在溝槽開挖時采用鋼板樁及止水帷幕支護進行溝槽開挖，下沉過程中采用機械進行挖土方，以沉井鋼筋砼自身重力或外力使其下沉到預定深度，然后采用泥水平衡頂管機械進行管線頂管施工；其工藝流程為:開挖基坑及場地排水一鋪砂墊層及磚模一鋪刃腳墊木一綁扎鋼筋一立側墻模板一安外支撐架一灌注砼一拆支撐及模板一挖淤泥下沉一基底毛石墊層鋪設一安裝頂管設備一開水泥水平衡頂管一回填到路床。
2.根據權利要求1所述的市政排水管線泥水平衡頂管施工方法，其特征在于:沉井施工過程中采用鋼板樁及止水帷幕進行支護施工頂管沉井，以基坑邊線確定支護體系平面位置，同時確定支護體系周邊止水帷幕平面布置，止水帷幕設置在鋼板樁以外I 2米處，沿鋼板樁四周布置。
3.根據權利要求1所述的市政排水管線泥水平衡頂管施工方法，其特征在于:施工的線路上的所有每一施工段可以同時施工，可以縮短工期。
全文摘要
本發明提供一種市政排水管線泥水平衡頂管施工方法，在市政排水施工的線路上將管線每80-120米作為一施工段，每一施工段采用工作坑及接受坑做為頂管沉井，將沉井沉至設計沉井高程后，采用泥水平衡機械進行頂管施工；沉井在溝槽開挖時采用鋼板樁及止水帷幕支護進行溝槽開挖，下沉過程中采用機械進行挖土方，以沉井鋼筋砼自身重力或外力使其下沉到預定深度，然后采用泥水平衡頂管機械進行管線頂管施工。本發明具有安全性強，對鄰近建筑物和管線的影響比較小，地表產生很小的沉降和移位，工期快、造價省、占地少等顯著優點，解決了需先行支護降水、開挖范圍寬、對周圍管線道路的破壞影響大等技術難題，特別適合狹窄場地等復雜環境條件的施工。
文檔編號E03F3/06GK103195158SQ201310114808
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月3日 優先權日2013年4月3日
發明者張慶學, 劉新慶, 孫義波, 張永亮, 程偉 申請人:濟南城建集團有限公司