1、1污水倒虹管施工方案一、工程概况、工程简介济南市某河综合治理工程某南路污水管线接入某北路桥西侧污水倒虹吸，该倒虹吸横穿某河向北接入某路污水干管，为双排 D1000mm 钢筋混凝土管管道，长度为 140 米。采用泥水平衡微型盾构机械顶管法施工，并于两端分别设倒虹进水井和倒虹出水井，采用沉井方法施工。2、水文及地质条件倒虹管位置及沉井底部土质为灰褐色及黄褐色亚粘土，软塑硬塑；韧性中等，干强度中等，稍有光泽；见铁锰质侵染，偶见姜石。3、现场特点及施工条件1）倒虹管沿某南路南侧于 K11+041 处向北横穿某河及南水北调暗涵（规划） 。2）由于倒虹井埋深较深、土质较差及地下水位较高等因素制约，泥水平衡
2、法顶管用工作井即倒虹井采用沉井法施工。3）本段某河现状河床位置为顶管重点及难点。、计划工期本工程计划严格按照指挥部要求，及现场施工情况合理安排施工。但最迟竣工日期不能迟于河道改流日期（5 月 20 日） 。、质量目标确保合格工程，争创优质工程。二、施工准备1、测量放线及测量点的保护核对已布置的坐标控制点和水准控制点，并对沉井施工采用的控制点进行复核，办好交接手续。用全站仪测量工作井和接收井的坐标，定出顶管轴线，用水准仪测量工作井和接收井顶管洞口标高，定出顶管高程。经监理复核后办理验2收手续。设置好每一段顶管的轴线基准点，并引出施工活动区域，并设置涂红白漆的钢筋支架预以保护，避免造成顶进误差。2
3、、施工用水、用电及夜间施工照明本顶管机为泥水平衡式，泥水处理系统的水源考虑采用降水井降水所抽地下水。施工用电。主要耗电设备有主顶液压站、纠偏液压站、注浆泵、搅拌泵、刀盘电机、送水泵、排泥泵和电焊机，设备总功率 100KW。施工时可从项目部设置的变压器接引，并接市政要求配置设有两极保护的配电箱。夜间施工照明的主照明采用固定灯架的 3KW 探照灯一盏，并配活动灯两只，配 500W 碘钨灯，以覆盖工作井内和吊车施工区域。3、顶管设备安装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。送水泵和排泥泵机座与预埋件相连。贮浆箱放置时，连
4、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。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） 。24 小时后，后背达到承载能力时方可正式顶管。油缸支架安装时，支腿或底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。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。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。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，3用螺母轻轻压紧（顶管机通过后再
5、压紧） 。4、工作坑、接收坑的设置根据顶管工艺的要求，首先要布置工作坑、接收坑，布置的依据是：A：机械顶管本身的设备性能和现场土质情况，每次机械顶管的长度可以达到 200 米，考虑现场的实际情况并留有一定的余量，每次的顶进距离不超过 140 米；B：设计的倒虹井的位置，一般要将顶管工作井及接受井设置在倒虹井处。5、工作坑、接收坑的大小工作坑的大小以满足顶管机械布置为准，并且满足人员作业要求。工作坑的长度应满足下列物体的长度之和，机头长度 3.8 米，管道长度 2 米，千斤顶长度 2 米，千斤顶后的垫板按 20 厘米考虑，考虑 50厘米的富裕量。实际操作中，由于可以先用千斤顶将刀头顶进一部分，所
6、以在计算工作坑纵向长度时，管道长度可以不计量，既工作坑的最小长度为 6.5 米。工作坑的宽度为在管道两侧各加 1 米。满足人员作业要求，摆放泥浆泵，水管等物件。工作坑的深度根据设计标高确定，管底以下包括导轨高度，和底板厚度。池壁厚度 50 厘米，混凝土标号不低于 C30，配筋为双层网片，主要抵抗土压力和千斤顶的顶力。底板厚度为 50 厘米，如果基础较软，则用毛石换填。接受坑的大小主要满足能将刀头吊出，由于刀头为 3.8 米,留有一定余量,一般长度定为 4.5 米，池壁厚度比工作坑相应减少。6、泥浆坑布置泥浆坑主要作用为沉淀泥浆，一般靠近工作坑布置，其大小灵活掌握，容积达到 50 立方即可，如果
7、现场条件不允许，可以用泥浆车将泥4浆运走，如现场不允许设泥浆坑，则考虑制作铁箱做沉淀坑。三、沉井施工工艺1、沉井的制作1.1 基坑的开挖沉井制作前，应根据设计图提供的坐标，放出沉井纵横两个方向的中心轴线和沉井的轮廓线，以及水准标高等，作为沉井的施工依据。基坑开挖深度，视水文地质条件和和施工机械设备以及第一节沉井的浇筑高度而定，本工程的开挖基坑深度为 3.0 米。基坑底部的平面尺寸，一般比沉井设计的平面尺寸要大一些，以便于支模、抽承垫木、和设置基坑排水明沟。本工程沉井外径尺寸 B=7.5 L=6.8 米，矩形基坑为: 沉井外径+支模操作面*2 =7.5+1.5*2=10.5 米，沉井外径+支模操
8、作面*2 =6.8+1.5*2=9.8 米。1.2 基坑降水及降水井的设置根据现场土质,地下水位为 22.1 米,水位较高。沉井底为 11.9 米，因此需要提前打设降水井。由于上层土为回填建筑垃圾，需要清除至素土标高处。然后打设降水井，根据需要再在沉井四角各打一降水井，深度均为 20 米。1.3 采用有承垫木施工和无承垫木施工和选择: 这两种方案的优缺点如下：(1) 无承垫木施工优点：可节省大量木材；工作面充裕，节省施工时间；刃脚地基均匀，可按弹性地基梁性来分析刃脚的受力，可以改善沉井井壁的受力情况。 （2）无承垫木施工的缺点：在刃脚下的砼垫层开始下沉时，容易造成下沉过快和下沉量过大的情况，从
9、而产生倾斜和沉井轴线移位等不良后果。 （3）有垫木施工的优点：由于采用垫木支承制作沉井，可加大与地基的受力面积，在沉井制作过程中不产生较大的下沉和不均匀沉降。 （4）有承垫木施工的缺点：浪费木材，工序比较麻烦，施工进度较为缓慢，沉井下沉前抽出承垫木时虽然有组织有计划，容易造成沉井倾斜、下沉不均匀，从而造成沉井开裂。5根据上述两种方案的分析和现场的实际情况，决定采无承垫木的施工方案，沉井刃脚下采用 C15 砼垫层来支承每一节沉井的重量。计算简图如下图 1：混凝土厚度计算可按下式进行计算：h=(G0/R-c)/2h-砼厚度(m)， G0-第一节沉井单位长度重量（kN/m）,c-刃脚踏面宽度， R-
10、砂垫层允许承载力，一般取 100kN/m2本工程第一节沉井制作高度为 3.7m,沉井厚度 t=500mm,则 G0=3.7*0.5*25=46.25 kN/m刃脚踏面宽度 c=0.30m,经计算砼厚度 h=(46.25/100-0.30)/2=0.08m，取砼厚度为 10cm，以保证沉井的稳定性。1.4 确定砼垫层下砂垫层的厚度：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，对于无垫层施工，其计算简图如下图 2：刃 脚 沉 井 池 壁刃 脚 砼 垫 层 厚 度 计 算 简 图
11、 16砂垫层厚度 H 的推导过程如下：G0=(2h+c+2*H*tan) f 地式中：f 地为地基的承载力，本工程地质较软，根据地勘报告，取70 kN/m2；h 为砼垫层厚，根据 4.1.3 的计算，其值为 0.1m；c 为刃脚踏面宽，本处为 0.30m 为砂的内摩擦角,取巧 22.5；对上式运算可得：H=( G0/ f 地 -2h-c)/(2* tan)H=(46.25/70-2*0.1-0.30)/(2*tan22.5)=0.194 m,取 0.25 米。1.5 井壁砼的制作：沉井井壁钢筋制作绑扎，沉井钢筋根据分段浇筑长度在加工场加工，其加工精度符合技术规范要求，在各成型钢筋上挂牌标识，钢
12、筋运输过程中要轻移轻放，钢筋现场绑扎成型。进场的钢筋应按规定分批验收，进行力学性能试验合格后方能使用，对焊接的钢筋除焊工应有合格等级证书外，还应按规定进行力学试验合格后方可进行绑扎钢筋。钢筋施工刃 脚 沉 井 池 壁刃 脚 砂 垫 层 厚 度 计 算 简 图 2 7人员应严格按照设计图进行翻样，并按翻样图进行弯配钢筋，确保每根钢筋的尺寸及位置准确。钢筋锚固长度：HPB335 级钢筋（）35d，HRB235 级钢筋（）30d;搭接长度:HPB335 级钢筋（）40d，HRB235 级钢筋（）35d。钢筋搭接接头应相互错开，同一截面内钢筋搭接接头数量不应大于总数量的 25%（焊接接头为 50%）
13、。模板制安，砼浇筑与普通钢筋砼施工工艺相差无几，主要差别是模板的拉杆必须用止水拉杆或在普通拉杆中间加焊止水板。由于是在软基上施工，所以要均匀对称施工，以防止不均匀沉降。沉井混凝土采用商品料，并用砼输送泵，送至沉井浇筑部位，沿井壁均匀对称浇筑。浇筑采用分层平铺法，每层厚 30cm，将沉井沿周长分成若干段同时浇筑，保持对称均匀下料，以避免一侧浇筑，使沉井倾斜。两节混凝土的接缝处设凸型水平施工缝，上节混凝土须待下节混凝土强度达到 70%后浇筑，接缝处经凿毛及冲洗处理，并浇 10cm 厚减半石子混凝土。1.6 沉井接高:本工程沉井下沉时采用分节制作分节下沉的施工工艺，沉井接高应注意以下事项；(1) 沉
14、井接高时，必须确保沉井的下沉系数小于 1.0，以保证接高时沉井不下沉。为此，常在井内灌水或填黄砂等临时措施，用以提高地基承载力，避免产生突沉或过大的变形。(2) 当沉井底节在偏斜状态时，为保证施工质量和避免下沉困难，严禁竖直向上接高。应将底节沉井纠偏正位后，再行接高。(3) 接高沉井前，应先将底节沉井壁顶结合面清理干净，并将混凝土浮浆和松动的混凝土凿除，用清水冲洗干净后，再行接高。(4) 立接高沉井模板时，其支承不宜直接支承在地面上，以避免沉井因自重增加而有微量下沉时，将使新浇筑的混凝土井壁产生拉力而发8生裂缝。2、沉井的下沉2.1 第一次下降下沉前先凿除刃脚下的素砼垫层。凿除砼垫层时应先内后
15、外，并应分区域对称地按顺序凿除素砼垫层。凿断线应与刃脚底边平齐，凿断的砼板应立即清除，及时运出井外堆放。凿除素砼的刃脚空穴处立即用砂或砂夹石回填。对素砼的定位支点应最后凿除，但不得漏凿。2.2 下沉方案的选择：由于本工程地基土的渗透系数小，土层透水性很低，因此采用井外降水法下沉，人工配合抓铲挖土机的挖土施工方案。在挖土下沉过程中要注意以下事项：(1)采用明挖法下沉过程中，应尽可能地将井内的积水（通过设置临时集水井、排水沟）抽干；(2)由于沉井施工范围是在软土层上，挖土时应先用抓铲挖土机清除沉井锅底中间部分，沿沉井四周保留一定宽度的土堤且不小于 50cm，然后再用人工对称分层逐步削平井壁四周的土
16、堤，一般是在挖除土堤过程中，边挖边沉，直到沉井下沉到位为止。(3)沉井下沉过程中，若出现沉井偏斜、突沉、底部产行严重的翻浆、冒泥和流砂等现象，应立即停工挖土下沉并找出原因，提出处理方案并处理后方可继续施工。下沉过程主要分三个阶段控制：A 初沉阶段下沉前的基本情况为：沉井重心偏高，下沉系数高，刃脚下回填砂层一经挖除，沉井立即下沉。因此掏挖刃脚下的砂土若不均匀，将会造成沉井倾斜。人工掏挖，沉井突沉时，刃脚下底板予留筋容易造成人身安全事故，因此本方案在考虑利用沉井自重大的条件，初沉阶段先开挖中间土形成锅底状，促使沉井积压下沉。9首先前后左右对称向外抽出枕木，同时利用砂石将枕木的空隙填塞，同时保护刃脚
17、下的砂堤不过多扰动，以防止倾斜下沉。用人工在井底内抓成锅底状每次抓除深度为 2030cm，当沉井自重形成挤压下沉的条件时，砂堤被挤往锅底。此时根据下沉观测数据及偏斜数据，调整锅底深度和予留砂堤宽度，循序渐进，充分利用沉井自重大下沉系数大的条件，采用宽堤浅挖的挤土下沉方法，直至沉井刃脚插入土层。 当刃脚插入土层后。此时第一段沉井井周摩擦阻力增大，沉井重心降低，根据下沉观测数据仍可采用砂垫层挖除方法下沉，但刃脚下土堤宽度调整到 500800 时，为防沉井偏斜下沉，此时应终止挤土下沉法，采用继续挖掘锅底，辅以人工掏挖刃脚土堤，使沉井逐层下沉。在初沉阶段，沉井入土较浅，土层对沉井的平衡作用差，下沉速度
18、大，易产生偏差，应增加测量次数，控制其不发生大的偏差，形成良好下沉趋势，从进度上不求快，务求准。B 下沉阶段沉井已入土一定深度，井外土壤对井壁形成一定压力、摩擦力，下沉速度降低。此时可适当加大一次开挖深度，加快下沉速度，但要随时观测、纠偏。10C 终沉阶段当沉井下沉至设计标高 0.5M 时，应控制下沉速度，注意调平沉井，防止因出土量过大及出土不均，使沉井突然大量下沉及产生较大偏差，增加准确下沉至设计标高的困难。下沉过程中，应注意随时掌握土层变化情况，分析和检验土壤阻力与沉井重量的关系，控制开挖速度，使沉井均匀、平稳下沉；在下沉过程中，应经常做好下沉量、倾斜度及位移的测量工作。3、沉井封底本工程
19、采用排水下沉干封底的施工方案。3.1 沉井封底的条件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。3.2 排水干封底设施排水工作是沉井干封底的关键，由于新浇筑的封底素砼在未达到设计强度之前，是不能承受地下水道压力的，因此在素砼封底和浇筑钢筋砼底板过程中，都应重视沉井的降水工作。3.3 沉井底板砼的选择 为保证工程质量和工程进度，决定采用商品砼浇筑底板，采用抗渗等级为 S8 具有早强性能的 C30 商品砼。4、特殊情况的处理及预防4.1 井壁摩阻力过大一般情况下，考虑依靠沉井的自重在井内不停挖土，沉井就能顺利下沉到位。但对较深的沉井，随着下沉深度的增加，土层与井壁的摩擦力增大等原因，沉井可能出现沉不下去的现象。此时可用增加沉井重量或降低井壁与土层的摩阻力来解决。例如在沉井上部加压重块；或在沉井外壁抹光或涂油涂腊；水力机械施工用高压水冲射刃脚下的土层；不排水下沉时在井内排水减小浮力等措施。对于超深沉井，在沉井方案设计中甚至可采泥浆护壁套的施工方案。
