管幕法顶进施工组织设计.docx

1、管幕法顶进施工组织设计哈尔滨站改造工程GK0+074.47通达街框构桥管幕法顶进施工专项施工方案 编制： 复核： 审批： 中铁二十二局集团哈尔滨铁路建设集团有限责任公司二O一六年一月1. 编制依据 1.1采用技术规范及主要技术标准市政公用工程设计文件编制深度规定（2013年版）；公路工程技术标准(JTG B01-2014)；公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）混凝土结构耐久性规范设计（GB/T B07-01-2006）1.2编制依据(1)铁三院（2015）第73号

2、关于下达哈尔滨站改造工程站区施工图（含站前、站后工程）技术作业表的通知。(2)铁路总公司工程设计鉴定中心关于哈尔滨站改造工程初步设计批复。(3)现场调查所掌握的有关资料以及现场实际情况。(4)我单位在以往铁路工程施工中获得的施工经验、积累的技术、科技成果、施工工艺方法等。1.3主要技术标准(1)设计汽车荷载：城-A级(2)路面净宽：7m(3)路面横坡：单向2%(4)净高要求：不小于4.5m(5)地震动峰值加速度：0.10g（对应基本烈度7度）(6)最大冻结深度：2.05m(7)桥梁安全等级：一级(8)桥梁设计环境类别：二级(9)主体结构设计基准期：100年2.工程概况2.1工程简介本工程设计范

3、围为客整所通站道路下穿通达街处框构结构，此框构位于哈尔滨站场内整备车库附近，为客整所通站道路下穿通达街而设。通行道路与通达街交叉里程为GK0+074.47，交叉角度为90。新建框构采用单孔设计，正交设置，跨度为1-8m。结构高度为7.5m，使用净高4.5m，顶板厚70cm，底板厚80cm，侧墙厚80cm，加腋尺寸为120*40cm。框构入口两侧采用八字墙，框构内不设置照明设备。框构范围为路线平面位于直线之上，道路纵坡0%，横坡为面向大里程侧2%单向坡。框构采用顶进法施工，顶进段前节长度为2344.4cm，后节长度为2055.6cm，施工期间采用管幕法对既有通达街路基进行防护。2.2工程数量表主

4、要工程数量表部位项目及规格单位数量箱体C40防水砼m1082.4箱体防水40mmC40细石纤维砼m16.9管棚加固299mm*10钢管t256.9细石砼m220.3300mm水平旋喷桩m3700工字钢及临时支架t341m钻孔桩m31.4钢材t2.85路基边坡防护喷射C25砼m117HRB300钢筋网片t1.82基坑防护I45工字钢t130其他结构钢筋钢筋t22.86其他结构砼混凝土m1087.1抹面砂浆砂浆m548.8其他部位钢材钢材t70.222.3工期计划工期计划安排见下表：工期计划施工部位起始时间结束时间施工天数累计天数管幕施工2016.4.152016.5.42020工作坑开挖及防护2

5、016.5.52016.5.161232滑板和导向墩施工2016.5.172016.5.22638后背桩和分配梁施工2016.5.232016.6.11048框构桥箱身预制施工2016.6.22016.6.212068框构顶进施工2016.6.222016.7.21078中继间处理2016.7.32016.7.9785八字墙及其他附属施工2016.7.102016.7.31221072.4人员安排具体人员配置如下表：人员安排表序号人员名称数量（人）备 注1管理人员122电焊工63钢筋工104砼工65电工26机械工87模板工108架子工79普工2010安全防护人员5合计862.5 机械设备我部根

6、据施工的需要，主要机械配备见下表：主要机械设备配置表序号机械设备名称规格型号数量（台）备注1砼运输车SQH2603良好2吊车K5-25T2良好3装载机ZL501良好4挖掘机PC300-71良好5挖掘机PC60-81良好6旋挖钻机ZR-220A1良好7汽车板车P60T2良好8自卸汽车HOWO8*45良好9抽水机IS100-803良好10电焊机BX-3006良好12钢筋切割机CT-6/401良好13钢筋弯曲机WT-1-6/401良好14钢筋调直机CTJ-4/141良好2.6现场结构物通达街框构桥顶进工程桥位附近现有结构物：东侧为客技库工区，西侧为客技库派出所（六 层楼）和三层办公楼，三层办公楼位置

7、与桥涵位置相冲突，需要对三层办公楼进行拆除方可施工。3.总体施工方案3.1 总体施工方案本工程由于节段长度长，结构自重大，故采用中继间法顶进施工。施工前先进行工作坑开挖，并按照规定进行防护，再进行管幕施工，管幕施工完毕后对基础进行承载力实验，满足要求后方可进行滑板施工，并施工隔离层；然后进行框构的预制，钢筋、模板、混凝土施工。框构强度达到100%后方可进行顶进施工。顶进施工前应与相关产权部门联系，签订安全协议，采取必要的安全措施，确保运营、施工的安全。3.2施工工艺流程施工准备工作坑开挖基坑防护管幕施工滑板及导向墩施工后背桩和分配梁施工框构箱身预制顶进施工中继间处理八字墙施工其他附属施工防护拆

8、除恢复周边地貌。4.施工方法及工艺4.1 管幕法施工4.1.1管幕法施工工艺流程施工准备测量放线设备安装有线导向钻进扩孔拉管单孔下管完成管内注细石混凝土下一根钢管施工(下一循环)，全部完成后施工管间水平旋喷桩及钢管端头连接，使管幕形成整体。4.1.2 管幕法施工要求管幕法施工即在框构的开挖线外侧，主体顶面及两侧采用299*10mm热轧无缝钢管作管棚超前支护，管距按35cm间距布置，管长为8m，4m，12m，壁厚10mm。沿平行于框构方向将299*10mm的钢管水平打设在土体里，钢管之间采用299*10mm内丝扣，丝扣管长为50cm，顶部管幕与框架净距为15cm（含框构定防水层厚度），两侧管幕距

9、离边墙为10cm，底部管幕作为框架顶进过程中的导轨与框架底接触。4.1.3 管幕法施工步骤管幕法施工时先施工框架两侧的管幕，在施工过程中不断测量管幕的偏移情况，根据管幕偏移情况调整拉管方向纠正管幕施工误差，使管幕施工误差在可控范围内。4.1.4 管幕法施工（前拉后夯）根据本工程的具体地质情况及工程特点，采用“前拉后夯”施工方法进行夯管施工，即首先利用水平导向钻机打设108的水平孔。根据水平孔的精度，分析是否进行扩孔作业，然后采用前拉后夯的方法：在前部用拉管钻机通过钻杆及连接头拉住299钢管，将299钢管拉入设计位置。在拉入过程中，如果出现回填卡钻现象时，局部用夯锤夯击通过。具体施工方法是：采用

10、108钻杆在上部中间位置打设一个导向孔，要求此类导向孔的导向精度控制在20mm以内。每间隔4孔设置导向孔，导向孔完成后，根据具体地层情况判断是否进行扩孔作业，并提高钻孔精度。扩孔作业要采用挤扩的方法，不能采用通常水循环大扩孔方法，防止引起地层扰动，导致地面沉降。扩孔完成后采用前拉后夯法将299钢管拉入，在拉入时可能会遇到回填及不均匀的硬地层引起卡钻现象，局部用夯锤法，在钢管后部施以夯力使钢管顺利通过，钢管拉出后进行管内灌注细石混凝土。然后进行第二根施工，全部钢管铺设完成后进行水平旋喷桩施工及钢管端头连接，使管幕形成整体。4.1.5 土体加固在管幕上侧及两边的既有路基边坡上，采用10cm挂网喷锚

11、防护，钢筋网采用10*10cm网距，C20喷射混凝土，厚度为8cm，封闭路基边坡，防护范围为钢管顶部至路基边坡，两边侧不小于2m。4. 2 工作坑4.2.1 工作坑开挖新建框构采用顶进法施工，考虑到设备进场及现场地形，工作坑位于通达街南侧。工作坑地形变化较大，基坑平均深度约为3m左右，基坑开挖采用放坡形式开挖，1：1.5放坡开挖后，工作坑重点地段采用工字钢支护。由于地下水位低于工作坑底，工作坑不设止水结构，可适当设置集水井，对坑内降水采用水泵或人工清除，同时施工期间应做好防洪排水工作。4.2.2 钢板桩防护因工作坑占用既有铁路车挡部分位置，宜尽量待附近既有铁路停运后进行，并结合整体工期，局部对

12、基坑西南角铁路路基侧采用钢板桩防护，基坑东侧为既有场内道路路基，基坑开挖时注意避免对既有路基产生过大影响，局部对基坑东北角距离较近侧采用钢板桩进行防护。基坑开挖时应加强支护措施，注意水位变化，加强基坑防、降、排水。施工时应加强防护措施，注意对既有线行车安全及既有建筑物的保护。4.2.3 基坑承载力由实验室检测基坑承载力是否满足框构桥顶进施工所需要的承载能力，如满足要求即可进行滑板施工，若承载能力不满足要求需要对基础进行级配碎石换填，或其它技术手段，满足要求后方可进行滑板施工。工作坑须分层、分块、对称、均衡地开挖，并及时施工滑板。基坑开挖过程中对既有路基进行观测，如有路基开裂、沉降、滑塌等异常情

13、况，应及时通知相关部门，同时应立即对既有路基进行加固。基坑承载力计算：框架总重量为2840.62吨，滑板重量为470吨，碎石垫层及砂浆重量约为350吨，土质上部总重量约为3700吨。P=F/S=G/S=m*g/s=(3700*1000*10)/(11.2*46)*103=71.82Kpa粉质粘土承载力为120-160Kpa，粉砂承载力为90-110Kpa，细砂承载力为210Kpa。基坑部分对土体总压强为71.82Kpa，远小于土层的基本承载能力，即基坑承载力满足要求。4.3 施工后背桩和管棚门架桩基础4.3.1 后背桩后背桩桩径为1.25米，间距为1.5米，桩长为12米，共计8根。桩顶设置冠梁

14、，冠梁长度*宽度*高度为：12米*1米*1.5米，砼为C25混凝土。4.3.2 管棚门架桩基础桩基础桩径为1米，桩长为10米，共计4根，砼为C30混凝土。4.4 分配梁4.4.1分配梁制作(1)基坑开挖完成后，制作分配梁，分配梁施工采用钢筋混凝土浇筑，分配梁与顶进段一侧面层表面平整，保证顶进过程中的直线。(2)本工程分配梁为1.0米*1.5米*12.0米，其轴线与桥体轴线同地道中心里程一致，以垫层面为准，分配梁底部高程与滑板底部高程一致，砼为C25钢筋混凝土，以保证在顶进时分配梁混凝土满足强度要求。4.4.2分配梁控制点(1)分配梁混凝土强度为C25，浇筑过程中混凝土振捣必须到位，阻止发生质量

15、通病的几率，影响混凝土强度从而影响桥体顶进的质量。(2)分配梁钢筋绑扎时在靠近顶进段一侧设置加强筋，增加与顶镐接触面的强度。4.4.3分配梁强度验算通过计算千斤顶顶力计算知最大顶力为1885.67t，分配梁长度为12米，即P=1885.67/12=157.14t/m。根据朗金理论土压力计算分配梁后每延米的被动土压力为：Ep=1/2*H2*tg2（45+）=288.14t式中：为土的容重，根据土质取1.8t/m H为后背桩的长度，取13米 为土的内摩擦角，根据土质取18每延米的被动土288.14t/m最大顶力157.14t/m即分配梁强度满足要求。4.5 滑板4.5.1滑板制作(1)滑板位于垫层

16、与主体桥底板之间，本工程中滑板厚度为300mm，采用钢筋混凝土制作，在滑板的底部横向设置锚梁，与滑板连成整体防止滑板在顶进过程中随主体桥移动。(2)滑板不设置横坡和纵坡。4.5.2滑板施工控制点(1)滑板混凝土与锚梁混凝土同时进行浇筑，地锚梁厚度为500mm厚，每个地锚纵向中心间距为3米，混凝土强度为C25，形成井字型结构。(2)为防止滑板随主体滑动，滑板钢筋应伸入分配量内。4.6 导向墩4.6.1导线墩选材导向墩用钢筋混凝土制作，导向墩距离框构外侧为10cm，其间用垫木隔开。每个导向墩纵向中心间距为5米，导向块形状为凸型，如下图：导向墩在滑板上的截面为400*400mm，滑板下的截面为700

17、*700mm，于底板制作前用C25混凝土浇筑完成。导向墩也与滑板及垫层混凝土连接在一起，形成整体，共同承担桥体的压力与顶进过程启动产生的摩擦力。4.6.2导向墩布置(1)导向墩为控制顶桥过程中桥体位置的附件，起着举足轻重的作用。导向墩的个数依据桥体的自身重量与滑板跟桥体之间的摩擦力进行设计，在施工滑板的同时放出导向墩的具体位置线，预留导向墩位置，导向墩的钢筋不与滑板钢筋相连，独立成整体。(2)导向墩平行桥体两侧对称布置，个数相等，位置相同。导向墩的质量是控制的关键，如何控制导向墩的质量，在导向墩浇筑混凝土前严格验收导向墩模板尺寸，检查导向墩配筋，是否符合规范要求，通过钢筋、混凝土来控制导向墩的

18、质量，防止桥体在顶进过程中发生偏移。4.7 隔离层4.7.1隔离层的制作(1)滑板制作完成后，在其上面做砂浆隔离层。隔离层厚度不大于2cm，用M10砂浆抹平，平整度力求最佳。(2)隔离层完成后，涂刷3mm厚的机油、滑石粉，要求表面平滑，然后在框构底板浇筑前铺一层塑料布，将混凝土面隔离以减少顶进摩擦力。4.7.2隔离层控制点(1)控制隔离层的厚度，在已经完成的滑板面上，技术员对滑板进行抄平看滑板是否符合设计及施工要求，根据滑板面积确定隔离层的控制点个数。(2)在滑板上技术员找若干点放出控制点的标高，然后在标高点位置钉以钢钉确定隔离层的厚度。(3)检查润滑层的做法，是否按交底施工，润滑材料是否能满

19、足顶进启动要求。4.8 钢刃角钢刃角为框架桥前端刃土部分，为方便桥体顶进减小顶进阻力及防止扎头现象而设计。钢刃角为压型钢板，与框构预埋钢板通过焊接连接在一起，框架桥顶进完成后进行拆除。4.8.1钢刃角制作本工程选用的刃角为钢刃角，与主体框构桥连接成整体，保证钢刃角与主体的整体性，保证在顶进过程中刃角不会发生断裂现象。4.8.2钢刃角控制点(1)钢刃角须在工厂精确加工后运输至现场，加工时必须保证钢板的水平度和垂直度，确保钢刃角切土平整。钢刃角施工时轮廓与混凝土箱体外轮廓平整顺滑，顶进切土平整。(2)顶板和腹板钢刃角须向外切角开刃，底板钢刃角向内开刃，其余与土体接触的钢板双开刃。(3)混凝土箱体预

20、制完成后必须将外轮廓打磨平滑，将混凝土箱体外表面及钢刃角外表面涂石蜡，使整体顶进部分顺滑。4.9 箱身预制准确测量定位，使滑板中心线、预制框架中心线重合。框架箱体顶进部分在滑板润滑隔离层上预制，顶部设40mm厚纤维混凝土保护层，外表进行润滑处理，以减少顶进阻力。钢刃脚主要起导向和对施工人员起安全保护作用，安装时必须严格要求，不能出现向上或向下的倾角，防止顶进时出现高程偏差。箱身制作施工程序见下图:安放箱身底板侧模和端头模板绑扎侧墙及顶板钢筋养护安外模绑扎底板钢筋拆模施工箱身防水层及润滑设施灌注侧墙及顶板钢筋混凝土安内模养护灌注底板混凝土施工准备箱身制作施工程序流程图4.10 测量放线4.10.

21、1轴线测量(1)顶进施工开始前，利用全站仪或经纬仪根据设计给定的轴线点复测顶进段中心桩位置。根据中心桩将中心点引到框构顶，用红油漆做好标记，控制顶进过程中桥体的偏移量。 (2)根据设计图纸，在顶进段桥体上用红漆画出顶进就位控制线，顶桥过程中，经纬仪或全站仪架全程观测。若发生偏移，利用顶镐及时调整方向。4.10.2高程测量(1)顶桥前一天，用设计给定的高程点将高程引测到顶进段框构四角，设置沉降观测点，用红漆做好标记。观测一次标高，由顶桥负责人记录数据，建立测量档案。顶进过程中全程观测沉降点的沉降量，控制顶桥质量。如有扎头现象发生，现场及时处理。(2)顶桥完成后，继续观测桥体的沉降量，直到桥体沉降

22、稳定为止后两星期。4.11 框构桥顶进4.11.1通达街路面防护顶进施工期间，应保证通达街上方交通不中断，施工前在既有路面上临时铺设钢板，避免路基沉降对行车安全产生影响。框构顶进作业期间，应对通达街上方车辆采用限重和限速措施，并设置引导标志，以保证交通安全和顶进作业的顺利进行。4.11.2顶进施工工艺顶进施工工艺流程图：4.11.3千斤顶推力分配及计算 顶推力计算 在工作坑开挖并夯实后铺设滑板再进行顶进，箱涵两侧、顶部及前端均无土压力及土阻力，故计算顶进箱涵的最大顶力：结构自重为：N=2.4T/m3*(1082.4+16.9)+202.3T（钢筋自重) =2.4T/m3*1099.3+202.

23、3 =2840.62tN前节=2840.62*23.444/44=1513.5tN后节=2840.62*20.556/44=1327.1t桥涵两侧土压力：E=1/2*K*H*L=1/2*1.8*0.45*7.5*53=155.62t最大顶力计算：P前节max=K*N1*f1+(N1+ N前节) *f2+2*E*f3+R*A)=1.2*（0+1513.5*0.8+2*155.62*0.8+60*1.86）=1885.67tP后节max=K*N1*f1+(N1+ N后节) *f2+2*E*f3+R*A)=1.2*（0+1327.1*0.8+2*155.62*0.8+60*1.86）=1706.73

24、t则：最大顶力P前节max =1885.67t 最大顶力P后节max =1706.73t 以上各式中： Pmax-最大顶力；K-修正系数，一般采用1.2；N-结构自重； N1-桥涵顶部荷载（管幕法施工N1取0）E-桥涵两侧土压力（KN） f1-桥涵顶板与顶部荷载摩擦系数f2-底板与基地土摩擦系数，根据土质情况取值为0.8f3-桥涵两侧土摩擦系数，根据土质情况取值为0.8-土的容重，取1.8t/mH-桥涵高度L-桥涵长度R-钢刃角正面阻力，根据图纸情况，取60t/A-钢刃角切土正面面积4.11.4千斤顶的配置根据计算最大顶力、千斤顶的活塞面积及工作压力配备千斤顶，千斤顶宜采用活塞面积大、工作压力

25、小、顶程不宜小50cm的卧式千斤顶，并考虑25%的储备量。根据施工情况，需配置千斤顶。则：T=Pmax/（Nn） T-千斤顶有效顶力； N-配置千斤顶个数 n-千斤顶效力系数，一般n=0.7； 则N前节=1885.67*（1+0.25）/（0.7320）=10.5=12个 N后节=1706.73*（1+0.25）/（0.7320）=9.5=10个 根据以上计算，前节、后节共22台320T油压千斤顶，实际配置26台320T油压千斤顶，其中4台备用。4.11.5传力结构设计传力采用八三杆件拼装为传力结构4.11.6千斤顶的安装应符合下列规定(1)千斤顶宜固定在支架上，并与传力柱中心的垂线对称，其合

26、力的作用点应在传力柱中心的垂直线上；(2)千斤顶的油路应并联，每台千斤顶有进油、退油的控制系统。4.11.7顶进中的安全注意事项、防护措施(1)千斤顶固定在支架上，并与传力柱中心的垂线对称，其合力的作用点应在传力柱中心的垂直线上；(2)当千斤顶多于一台时，采用偶数，且其规格宜相同；当规格不同时，其行程应同步，并应将同规格的千斤顶对称布置；(3)千斤顶的油路应并联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统。(4)油泵设置在千斤顶附近，油管应顺直、转角少；(5)油泵与千斤顶相匹配，并应有备用油泵；油泵安装完毕，应进行试运转；(6)顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进；(7)顶

27、进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进；(8)千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。(9)传力柱应有足够的刚度；若发现有弯曲情况必须进行更换。(10)顶进时，工作人员不得在钢管柱上方及侧面停留，并应随时观察其有无异常迹象。(11)顶进时必须时刻观察靠背及滑板情况，出现异常应立即停止施工寻找原因进行处理。4.12 触变泥浆减阻顶进施工中，触变泥浆的应用是减少顶进阻力的重要措施。顶进时，通过顶管机铰接处及管节上预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道四周外围形成一个泥浆套，减少管节外壁压入一定量的减阻泥浆，从而减少顶进时的顶力。泥浆套形成的好坏，

28、直接关系到减阻的效果。4.13 中继间的处理为了防止顶进过程中相邻各节箱体在垂直方向上产生严重错牙，增加中继间的抗剪能力，在前后节箱体间设置剪力楔，即在前节箱体边墙端面内埋入钢板制的空盒，并涂上润滑机油，在后节箱体正面预埋钢轨楔（采用50kg/m旧钢轨），楔子插入空盒中，箱体在顶进时楔子在盒内滑动，楔子埋设要平顺，竖直要留有15mm的空隙。为防止顶进过程中土壤挤进涵身，需在箱体外的顶、侧三面设置钢护板，即沿前节箱体接缝处预埋20mm厚的钢护板，钢护板长度延伸至后节箱体18cm（在千斤顶最大行程时），为了防止顶进过程中巨大的摩擦使钢护套脱落，采用在混凝土中预埋钢筋穿孔与钢板焊接形成一个整体。中继

29、间处千斤顶的放置采用如下方法：根据千斤顶的高度，在中继间后节箱体底板端部预留镐窝。然后将千斤顶放在镐窝内进行顶进，顶完后沿底板骨架边缘凿除混凝土，焊接底板骨架钢筋，灌注混凝土，设置止水措施，恢复箱体原貌。通过计算框架桥的钢筋、混凝土重量来确定顶镐的布置数量。本工程中框构总重量为2840.62吨，顶进采用320T液压千斤顶，决定用22台油压千斤顶进行桥体顶进施工。将顶镐放置在主体框架桥底板施工预留的镐窝中，顶镐对称布置。在后背梁侧面及顶镐前端的混凝土面层上加垫钢垫板，保证与顶镐接触的面不会产生混凝土疏松。4.14 挖土与运土顶进速度主要取决于洞内的挖、运土速度，故应尽可能为提高挖、运土的速度创造条件，如工作面宽广，尽量采用机械挖、运土，人工开挖底边刃角。挖土时，每次掘进深度应视土质情况及有关要求而定，一般每次进深约为2050cm，挖土坡度不得小于75度，保持刃角切入土层内10cm以上，边顶边挖，严禁超挖，挖土应与测量工作紧密配合，根据框架偏差情况及时改变挖土方法。严禁超挖，不得提前挖除空顶。4.15 顶进作业过程监测4.15.1路面观测在顶进过程中要对路面裂缝进行观测，采用人工观测和裂缝仪相结合的观测