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来龙灌区东民便河穿二干渠地涵顶管工程设计

来龙灌区东民便河穿二干渠地涵顶管工程设计 摘 要 顶管技术通常用于市政工程的非开挖掘进式管道铺设施工技术, 由于 具有不需要开挖地面、不需要破坏地面建筑、不影响交通、施工噪音小、对环境 破坏小、施工受天气影响小等诸多优点,近年来在水利工程中也经常运用。本文 结合工程实例介绍顶管的设计要点及施工注意事项, 希望能为类似工程提供参 考和建议。 关键词 方案比选;顶力计算;施工技术要点 1 工程概述 江苏省宿迁市来龙灌区为国家大型灌区, 东民便河穿二干渠地涵工程为该灌 区 2011 年度节水改造工程,该地涵顶部为宿沭公路交通繁忙,底部横穿二干渠, 全长约 160m。由于该涵洞建于上世纪六、七十年代,建设标准低,随着工情、 水情、农情的不断变化,目前已不满足现状排涝要求。根据新的灌区规划该片区 总的排涝流量为 Q=44m3/s,而老涵洞经复核实际过流仅为 Q=24m3/s,因此需要 增加 Q=20m3/s 排水通道与老涵洞共同承担该区域排涝任务。 经技术与经济比选后确定, 新建地涵设计流量为 20m3/s, 选用 2 孔直径 3.0m 的钢筋砼管,长 160m,采用顶管法施工。主体工程由工作井、接收井、顶管、 上下游连接段等部分组成。 工作井和接收井均为钢筋混凝土结构,采用沉井法施 工。工作井平面尺寸为 15.3m× 12.0m,接收井平面尺寸为 14.3m× 8.30m;工作井 和接收井顶部高程均为 18.70m,刃脚底高程为 2.8m。工程选用的管材标准为国 家建材行业标准 GB/T11836-2009 中Ⅲ级管的标准,荷载等级为裂缝荷载为 273kN/m,破坏荷载为 410kN/m。 2 工程地质 钻探深度范围内的土层可分为 2 个工程地质层,详见以下描述: 1 层:填土(Q4ml) 。灰褐色或灰黄色,主要以粉质壤土或壤土为主,含腐 植物。 层厚 1.0m~3.1m。 2 层:粉质粘土或粘土,根据其强度及岩土性状分为两个亚层。 2-1 层:粉质粘土或粘土(Q4al) 。灰色、灰黄色,可塑状(J44 与 J45 孔该 层顶部软塑状) ,有光泽,无摇震反应,干强度及韧性高,局部含腐植物。层厚 0.9m~4.9m。 2-2 层:粉质粘土或粘土(Q3al) 。黄色、暗黄色,硬塑状,有光泽,无摇震 反应,干强度及韧性高,顶部混较多礓结石。最大孔深 20m 未揭穿该层。 东民便河穿二干渠地涵底板置于 2-2 层粉质粘土(或粘土)上,该土层呈硬 塑状,能满足天然地基条件,适宜采用顶管法施工。 3 工程设计要点 3.1 方案比选 根据地涵处的地形、地质、水流、环境等条件,结合交叉河道的排涝、泄洪、 供水等要求,进行合理布置,做到有利施工、运行安全、管理方便、少占耕地、 美观协调、投资较省,经比选确定选择移址扩建方案。本次建设方案为加固原地 涵洞身,并在老地涵东侧新建地涵,新建地涵设计流量为 20 m3/s,上游水位 16.0m,下游水位 15.7m。 新地涵设计两个方案进行比选,分别为两孔 3.0m(宽)× 2.5m(高)钢筋砼 箱涵、两孔直径 3.0m 顶管,将从总平面布置图,结合地质、地形、水文条件、 施工组织和实施难点、工程质量、工期和工程投资等方面的优缺点进行比较。 两种方案各方面综合比较见下表。 实施难点 临时工程较多, 且土方开挖和施工围堰占用工期多。大开挖施工 干扰大,拆迁赔偿多,工期安排紧,组织在各个时间段的工作安排都必须是深思 熟虑、统筹兼顾,并且要根据实际灵活调整,见机行事。 不需要开挖面层, 能够穿越公路、地面建筑物以及地下管线等,对周围环境影响小,且能深入地下 作业,临时工程较少,且属非关键线路上的节点,不占用工期。施工组织重点是 对沉井下沉和顶管顶进的控制。前提是要选择具有较高专业技术水平的施工队 伍。 东民便河穿二干渠地涵工程方案比选表 经综合比较,顶管方案投资稍高;但具备总体布置较顺畅,临时工程较少, 不影响交通,施工干扰小,受工期制约小等优点,最终选择顶管方案。 3.2 顶管顶力计算 本工程顶管顶进的方式设计为泥水平衡式,顶管机刀头需具有破碎功能。考 虑到减阻泥浆的减阻作用,顶管顶进力的计算考虑采用“何莲法”。管道外径 D= (3+0.3*2)m,单根顶进长度 L=160m。管道在粉质粘土层中顶进。顶管施工中 顶力的计算包括工具管迎面阻力和管道摩阻力两部分。具体计算公式表示为: 计算得,[Fr]=26555kN,大于顶管主站设备的最大顶力,故混凝土管道的抗 压强度能够满足要求。 根据计算本工程当管道顶进 80m 左右需设置一个中继间,这样可以保证管 道的顺利顶进及管材不受损伤。 1.中继间前管;2.中继间后管;3.千斤顶;4.中继间外套;5.密封环。 4 顶管施工技术要点 4.1 顶进设备的安装和使用 1)导轨安装时,应复核管道的中心位置,二根导轨必须互相平行、等高, 导轨面的中心标高应按设计管底标高适当抬高, 确保顶进设备中心与设计管道中 心一致; 2) 本工程采用钢筋砼沉井井壁作后座墙,且墙面应与管道顶进轴线相垂直; 3)千斤顶宜固定在支架上,并与管道中心线的垂线对称,其合力的作用点 应在管道中心线的垂线上。若数台千斤顶共同作用,则其规格应一致,同步行程 应统一,千斤顶高度应与环形顶铁受力位置相适应; 4)选用千斤顶的最大顶伸长度应比油缸行程少 10 厘米; 5)油泵必须有限压闸、滤油器、溢流阀和压力表等保护装置,安装完毕后 必须进行试车,检验设备的完好情况,用二台以上油泵时,每台油泵的最大工作 压力应接近,并应并联在油路上;

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