顶管井点降水施工方案.doc

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顶管井点降水施工方案

1、工程概括

本次顶管工程分为两段xxxxxxxxxxx地下水丰富具承压性，易形成流沙。

工作井、接收井施工过程中，采取井点降水，以降低地下水位。

因管道处于流砂层位置,所以顶管施工采用土压平衡施工工艺。

其中顶管工作井为钢板井沉井，接收井为钢板桩井（坑）。

2、沉井施工

顶管工作井下部4米深为钢板井沉井，尺寸为5.5m×3.0m（长×宽）上部采用砖砌护壁墙体。

2.1施工工艺流程

　　2.2沉井主要施工方法

　　2.2.1基坑开挖

　　为保证沉井制作均匀下沉，先将井区范围的障碍物与表层土挖出。

根据设计要求，考虑沉井整体的安全性，基坑开挖深度暂设定为2.0米～2.5米。

基坑的开挖范围比沉井外壁尺寸大1.6米左右，边坡取值1:

0.67,在基坑四周挖设排水沟，在对角基坑四周设置集水坑并配备水泵，以便及时排除坑内积水和周围来水。

　　2.2.1.1开挖施工方法

　　1）分段开挖，合理确定开挖顺序和分层开挖深度，当接近地下水时，先开挖最低处土方，以便在最低处排水，并在基坑内设置一临时集水坑，配泵排水；

　　2）开挖人员每3×1米2范围布置一个，在开挖过程中应注意保证开挖面完整；

　　3）每阶段不得超挖，基坑底遇有不易清除的大块石，则将其凿除；

　　4）开挖遇有不明构筑物或古迹，应严加保护，并及时与业主和有关单位联系，共同处理。

　　2.2.1.2开挖施工注意事项

　　1）开工之前，考虑有效地排除施工场地雨水地方案；

　　2） 作好临时防雨设施地储备；

　　3）排水用泵地工作状态良好，排水系统畅通；

　　4）检查加固临时电路，电线距地面高度在3米以上；

　　5）开挖土应尽快运出场外，除特殊情况外，一般不在基坑边堆放弃土；

　　2.3井点降水

　　根据本工程实际地质情况，在河道附近采用井点法降低地下水位。

　　2.3.1井点埋设深度

　　H——井点埋设深度（m）；

　　h1——沉设井点施工的地面高程（m）；

　　h2——基坑底面高程（m）；

　　Δh——设计地下水降至基坑底面以下深（m），取0.5m；

　　l——滤管长度（m）;

　　b——井点到基坑的水力坡降（m），一般取水平距离的0.1。

　　2.3.2井点打孔深度

　　孔深一般距滤管底1m左右。

　　2.3.3抽水影响半径

　　R——抽水影响半径（m）；

　　K——渗透系数（m/d）；

　　S——井点中心降水深度（m）；

　　H0——含水层厚度（m）。

　　2.3.4井点涌水量

　　Q——涌水量（m3/d）；

　　K——渗透系数（m/d）；

　　H——含水层有效带深度（m）；

　　S——降水深度（m）;

　　R——井点抽水影响半径（m），

　　r——井点滤管半径（m）

　　2.3.5井点出水量

　　q——井点出水量（m3/s）；

　　r——滤管半径（m）；

　　l——滤管长度（m）；

　　v——地下水流入井点管的速度（m/s）。

　　2.3.6井点埋设数量

　　根据计算及施工经验得出，工作井共需布置井点33个，接收井则需布置32个。

井点布置间距为1.0米。

　　2.3.7井点降水施工方法

　　2.3.7.1安装真空泵系统

　　真空泵系统设置的位置，应尽量缩短集水总管最远点与真空泵的距离，集水罐进水管高度不得高于集水总管高度。

为防止真空泵排、降水系统的故障而中断降水，应用机械设备，并设专人保养维修。

　　2.3.7.2安装集水总管

　　集水总管布置在井点立管外侧，敷设高度与井点立管顶高相同，必须顺直，坡度为1‰左右，其最高点为真空泵、射流泵集水罐进口处。

　　2.3.7.3组装井点管

　　将井点实管与井点滤管组装成一个整体。

井点滤管孔眼总面积不得小于立管的截面面积，骨架、滤网等均应仔细检查完好，并加保护。

　　2.3.7.4沉设井点立管

　　根据设计要求放出井点沉设位置。

采用冲孔法施工。

用多级离心泵将水加压至0.7MPa，经高压管送到水枪，水枪与套管相对固定，冲孔时用卷扬机吊住水枪及管的上端，对准点位，垂直插入预先挖好的井点定位坑，并不断反复提升、下落。

高压水通过水枪喷嘴将土冲切成孔，孔径约30cm。

当冲孔达到设计滤管底以下50cm以上时，冲管停沉加冲片刻，使底部泥浆随水流去，然后停止冲进，抽出水枪，按高度放下井点立管和滤管，井点立管应放在土孔中央。

而后向套管内立管外灌注砂石滤料，边灌边插捣，灌至距地面约1m左右处停止，然后拔出套管，并用土封填上部土孔。

　　每个真空泵系统抽吸的井点立管及集水总管位一组，每组中各个井点立管和滤管的长度应相等，且沉设深度应在一个平面上。

沉设井点立管后，向孔内填充滤料时，土孔中的水应从井点立管内冒出，否则该点为死点，应拔出重新沉设。

　　2.4沉井下沉

　　井内人工挖土,外壁压载,沉井下沉。

　　2.4.1下沉注意事项

　　1）沉井下沉时，井内除土应先从中间开始，均匀、对称地逐步向四边处分层取土，使沉井均匀下沉，防止偏斜，特别是下沉初期，沉井入土较浅，上层对沉井的平衡稳定作用差，容易产生偏斜，尤应注意。

在挖土下沉过程中，不应偏除土，避免沉井发生偏斜。

　　为防止沉井下沉时产生较大的偏斜，根据土质情况、入土深度等，控制井内除土深度。

此时应注意，沉井过程中应严格控制每次挖土下沉的深度，以保证沉井平稳、均匀下沉。

　　2）下沉中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，控制其除土部位及除土量，使沉井平衡地下沉。

　　3）下沉过程中，应做好标高、下沉量、倾斜和位移的测量工作、随时注意纠正沉井的偏斜。

　　4）沉井下沉至设计标高以上2m前，控制井内除土量，注意调平沉井，防止因挖土量过大及挖土不均，而使沉井突然大量下沉并产生较大的偏斜，增加准确下沉至设计标高的困难。

　　5）在工作井沉井开始下沉前，在其周围构筑物及地面设置一定数量的沉降、位移观察点，随时观测沉井周围地面的塌陷、开裂情况和构筑物沉陷、位移的情况，以便迅速采取措施，确保附近设施的安全。

　　2.4.2施工偏差的处理

　　在沉井下沉过程中一定要加强控制，确保沉井准确下沉到位，并且要制定尽可能详细的处理措施，为施工过程中可能出现的问题做好准备工作。

　　2.4.3倾斜处理

　　沉井下沉过程中倾斜率要控制在1/150～1/200，超过1/200时就要进行纠偏，纠偏方法是在倾斜的相反一侧井壁底偏除土，在并壁外侧射水冲刷，井顶加大水平荷载予以纠偏。

　　2.4.4井壁外障碍物的处理

　　沉井下沉发现障碍物，应立即停止下沉，根据障碍物的性质、大小、位置等情况决定处理办法。

井壁下如遇较小的孤石，可将四周土掏空后取出；较大孤石，可用风动工具破成小块后取出。

　　2.5沉井封底

　　沉井下沉至设计标高后进行封底。

　　1）基底面应尽量整平；

　　2）清除浮泥，防止封底砼和基底间渗入杂土；

　　3）井壁与封底砼接触面处的泥污应予清除；

　　4）用块石回填锅底超挖部分；

　　5）用碎石、粗砂找平。

　　2.5.1底板砼浇筑

　　封底垫层砼达到设计强度后，方可抽排沉井内积水，以防封底砼承受下部水压而遭受破坏。

井内水抽干后即可进行底板砼浇筑。

钢筋绑扎按设计图纸进行，砼浇入后，用插入式振捣器振捣密实，再用平板振捣器提浆初平，最后人工找平，收面。

　　2.6砖砌护壁施工

　　沉井底板砼达到强度后,拆除外围井点降水管,上部砌筑砖护壁至地面标高,而后对井壁四周进行土方回填。

　　2.7接收井施工

　　接收井采用钢板桩围护.在顶管机头临近接收坑位置时,开挖土方打设钢板桩,同时进行井点降水,机头从接收坑中取出后进行检查窨井的砌筑。

　　3、顶管施工

　　3.1顶管工艺选择

　　根据地质报告及设计图纸,管道所处位置为流砂层,因为整个管线埋深较深,平均埋深达到7米左右,且地下水位较高,承压水易形成流砂,现行的简易顶管施工工艺（俗称土顶法）,无法在流砂层中施工,且施工质量得不到保障,我单位从工期和经济双方面作以比较,决定采用土压平衡施工工艺进行施工。

　　1）构造：

工具管是顶管的关键机具，其主要作用为：

掘进、防坍、出泥、导向。

根据工程的特点和地质情况，本工程选用挤压式工具管。

工具管分前后两段，前后段之间安装纠偏油缸。

工具管最前端是压力舱，承受水压力、土压力；压力舱后部为操作舱。

工具管的后段与跟进管段连结。

　　2）原理：

随着工具管的顶进，开挖面切削下来的泥土进入压力舱，由于土体挤进工具管内，工具管内锥体喇叭入口，对土体有约束作用，保持可控面土体的稳定，地层损失小。

　　3）安装：

顶管出洞前，将工具管吊入工作井内，安放在导轨上，后端放入分压环，启动主顶油缸、慢慢向前推动，工具管前方进入橡胶密封圈，接触到钢封门为止。

　　4）设备使用：

正常顶管时，顶管机及管道内的操作由管内操作者完成。

每段顶进开始后则应连续工作，当进行设备保养维修而暂停顶管施工时，必须采取措施确保开挖面的稳定。

顶进时管道内采用低压照明和管道风机通风，并保持管道内的清洁。

　　3.2顶管设备选型

　　3.2.1机头正面阻力

　　式中N——机头正面阻力；

　　γ——土的比重；

　　H——管顶土层厚；

　　φ——内摩擦角；

　　D外——顶管掘进机外径；

　　N=3.14×1.22/4×2.71×（6.8+2×1.2/3）×tg52.50

　　=42.11KN

　　3.2.2顶管管道周边阻力

　　式中F2——采用注浆工艺时管壁与土层间的摩阻力；

　　D——管节外径；

　　L——顶进长度；

　　f2——采用注浆工艺时管壁与土层的摩擦系数，取7KN/m2；

　　F2=3.14×1.2×130×7=3428.88KN

　　3.2.3顶进阻力

　　F=F1+F2

　　=3470.99KN

　　3.2.4选型原则:

　　设备质量优良可靠,操作放便,工作效率高。

　　设备的能力要留有充分富余，即使用时的保险系数要大。

　　3.3管节

　　顶管施工采用由专业厂家生产的“F”顶管专用管节。

　　3.4顶管设备安装

　　井下设备安装包括出洞口安装、导轨安装、千斤顶安装、后背墙安装及顶管机井下就位等，其中出洞口安装在“顶管出洞”作介绍。

　　3.4.1导轨安装

　　导轨用型钢和P38以上钢轨制作，钢轨焊于型钢上，型钢用螺栓紧固于钢横梁上，以便装拆。

钢横梁置于工作井底板上，并与底板上的预埋铁板焊接，使整个导轨系统成为在使用中不会产生位移的、牢固的整体。

　　导轨安装在顶管中至关重要，其安装精度甚至决定管道是否可顶好，故须达到如下要求：

　　1）两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致

　　2）导轨轴线偏差≤3mm；顶面高差0～＋3mm；两轨间距±2mm。

　　3.4.2千斤顶安装

　　主顶站千斤顶选用2台，固定在型钢制作的千斤顶支架上，支架焊在井底的横梁上，千斤顶着力点应在与均布顶管圆周上，即与管道中心的垂线对称，其合力的作用点在管道圆心上。

每个千斤顶的纵线坡度应与管道设计坡度一致。

　　3.4.3后背墙安装

　　后背墙用20号工字钢焊成一堵墙，为顶管的反力提供一个垂直的受力面，正面