頂管工程中工作井和接收井構(gòu)筑方法的探討

1、頂管工程中工作井和接收井構(gòu)筑方法的探討1引言隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)到增強(qiáng)，頂管施工以作為一種非開(kāi)挖敷設(shè)地下管 道的施工方法被得到普遍采用，由最初的手掘式頂管發(fā)展到多種口徑、不同形式的機(jī)械頂管。頂管工程由工作井（接收井）構(gòu)筑與管道頂進(jìn)兩項(xiàng)主要工序組成，施工單位和科研部門(mén)對(duì)管道頂進(jìn)的理論、工藝、機(jī)械設(shè)備、配套設(shè)施、管材等都十分重視，研究較深入。但工作井和 接收井構(gòu)筑也是一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，采用方法是否得當(dāng)將直接影響工程的造價(jià)、施工進(jìn)度和施工安全。如一段長(zhǎng)度 150m埋深711m的D1000管道工程，工作井和接收井采用沉井構(gòu) 筑需要30天成本費(fèi)用為45萬(wàn)，而頂進(jìn)作業(yè)僅9天左右成本費(fèi)用為 25萬(wàn)

2、。工作井和接收井 施工占用了 75 %的時(shí)間和36 %的費(fèi)用，故必須予以高度重視，針對(duì)不同的土質(zhì)、不同的施 工條件和不同的頂管方式，選用與之適應(yīng)的構(gòu)筑方法。2頂管工作井和接收井的構(gòu)筑要求頂進(jìn)工作井是安放所有頂進(jìn)設(shè)備的場(chǎng)所，也是頂管掘進(jìn)機(jī)或工具管的始發(fā)地，同時(shí)又 是承受主頂油缸反作用力的構(gòu)筑物。接收井則是接收頂管掘進(jìn)機(jī)或工具管的場(chǎng)所。頂進(jìn)井一般要比接收井堅(jiān)固、可靠，尺寸也較大。工作井和接收井形狀通常有矩形、圓形、多邊形等 幾種。3頂管工作井和接收井的施工方法3.1鋼板樁支護(hù)用拉森鋼板樁以企口相接密扣建成圓形或矩形的圍堰支持坑壁的工作坑。在地下水位 高和地基土為粉土或砂土的條件下采用這種工作坑時(shí)，

3、應(yīng)防止產(chǎn)生管涌。鋼板樁采用汽車(chē)吊配電動(dòng)振錘打樁機(jī)施工， 從一端向另一端逐塊打設(shè)至結(jié)束。先用吊車(chē)將鋼板樁吊至插點(diǎn)處進(jìn)行插樁，插樁時(shí)鎖口要對(duì)準(zhǔn)，每插入一塊即套上樁帽，并輕輕加以錘擊。在打樁過(guò)程中，應(yīng) 注意加強(qiáng)鋼板樁垂直度控制，利用經(jīng)緯儀在兩個(gè)方向加以控制。在拉森鋼板樁對(duì)位時(shí)， 利用人工扶持插入前一塊的鎖口后繼續(xù)下插，兩塊鋼板樁的鎖口要求緊密咬口。振錘就位卡穩(wěn)鋼板樁后，吊機(jī)松開(kāi)鋼板樁，開(kāi)動(dòng)發(fā)電機(jī)及振錘啟動(dòng)器，將鋼板樁徐徐打到土中。鋼板樁分幾次打入至設(shè)計(jì)標(biāo)高。打樁時(shí)，開(kāi)始打設(shè)的第一、二鋼板樁的打入位置和方 向要確保精度，作為樣板導(dǎo)向作用，一般控制在打入1米就測(cè)量一次。鋼板樁長(zhǎng)度為12m ,考慮防止井涌

4、及隆起發(fā)生，板樁要深入井底23m，故支護(hù)深度為 910m并按計(jì)算在井內(nèi)四周設(shè)置臨時(shí)支撐?；油谕敛捎萌藱C(jī)結(jié)合的辦法，即表層34m可以挖土機(jī)開(kāi)挖，人工配合削邊及整平，以下土層受挖土機(jī)臂長(zhǎng)不足及對(duì)基坑產(chǎn)生側(cè)壓力的影響，只能采取人工挖土至基底澆灌底板砼。鋼板樁支護(hù)優(yōu)點(diǎn)是施工速度快、工藝簡(jiǎn)單施工簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是當(dāng)土質(zhì)為流沙與淤泥層， 打拔鋼板樁的過(guò)程中會(huì)擾動(dòng)土層、造成路面開(kāi)裂下陷，路面恢復(fù)范圍加大。有石塊、巖層障礙物或者管線(xiàn)較多時(shí)無(wú)法施打。由于剛度小變形大適合手掘式頂管井和機(jī)械頂管的接收井。3.2人工護(hù)壁成孔人工護(hù)壁成孔多用于建筑工程的樁基礎(chǔ)，或應(yīng)用于其他大型的連續(xù)擋土基坑支護(hù)樁的 施工。根據(jù)它的原理同樣

5、可依據(jù)地質(zhì)條件適用于頂進(jìn)工作井和接收井的井坑，這種工藝要求土的自立性較好且地下水少的地域，富水地區(qū)和高承壓水地區(qū)不宜采用，井壁鋼筋按重力式擋土墻進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸放出井邊線(xiàn)，人工結(jié)合挖掘機(jī)從地面往下分層開(kāi)挖，井上架設(shè)簡(jiǎn)易門(mén)架吊運(yùn)土方，接著幫扎壁鋼筋和支頂模板并澆筑豎井井壁砼，豎井的基坑分層開(kāi)挖深度為1.0m。第一節(jié)豎井護(hù)壁成型達(dá)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即可進(jìn)行第二節(jié)豎井的開(kāi)挖施工，為防止整體開(kāi)挖時(shí)第一節(jié)井體下滑的現(xiàn)象，可采用先挖豎井對(duì)稱(chēng)的兩條邊的基坑，保留另外兩邊的土體暫不破壞。挖到設(shè)計(jì)深度后即可按第一節(jié)的施工方法完成這兩邊的砼澆筑，待砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再開(kāi)挖剩余的兩側(cè)。需注意：在進(jìn)行第二節(jié)井壁制作時(shí)需

6、對(duì)第一節(jié)井壁底部駁接預(yù)留鋼筋成 為整體，以下各節(jié)依次類(lèi)推。 最底節(jié)井壁施工具體方法與上同，但需埋設(shè)進(jìn)洞口或出洞口的止水裝置，按設(shè)計(jì)的進(jìn)洞口具體尺寸預(yù)留孔洞，孔洞用M7.5水泥砂漿砌磚墻封堵。干封底的方法如下：人工整平基底向井內(nèi)拋填塊石和碎石1020cm厚，井格中央設(shè)置一集水井抽水，其上綁扎底板鋼筋完畢后澆灌底板砼。人工護(hù)壁成孔優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)于打鋼板樁不用使用大型的施工機(jī)械、僅需少量設(shè)備和勞動(dòng) 力便可完成，成本低廉。同時(shí)對(duì)井坑周?chē)h(huán)境影響小，有石塊、巖層障礙物或者管線(xiàn)較多無(wú)法施打鋼板樁時(shí)，人工護(hù)壁可以解決此類(lèi)難題； 缺點(diǎn)是護(hù)壁施工進(jìn)度一般為每天一節(jié)一米長(zhǎng)， 對(duì)于井坑較深或者地質(zhì)條件不好（流砂與淤泥穩(wěn)

7、定性差）要把護(hù)壁縮小為0.5m，顯得時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。若發(fā)生流砂掏空井壁后方的土層造成塌方安全隱患大。同時(shí)每層護(hù)壁所需砼數(shù)量較少，一般直接現(xiàn)場(chǎng)攪拌砼，人為因素影響質(zhì)量較大。適合手掘式頂管井和機(jī)械頂管的接收井、短距離機(jī)械頂管的工作井。3.3沉井在地下水位以下修建井坑時(shí)，如缺乏鋼板樁等設(shè)備，或者工作坑較深土質(zhì)較差采用鋼 板樁不能解決問(wèn)題時(shí)， 可采用沉井法修建工作坑。 較淺的沉井可取先降水后再沉的干式沉井 施工，而較深的沉井則應(yīng)采用不排水的濕式沉井施工，最終在水中封底以后再排干井中的水。施工流程：沉井基坑開(kāi)挖 t基坑平整鋪筑墊層 t第一節(jié)井體結(jié)構(gòu)施工和養(yǎng)護(hù) t第一節(jié) 沉井下沉T第二節(jié)井體結(jié)構(gòu)施工和養(yǎng)護(hù) T第

8、一節(jié)沉井下沉 T沉井下沉到位 T澆注封底 砼T澆注鋼筋砼底板采用沉井法施工工作坑的構(gòu)筑順序是先挖一個(gè)1.0m深的比工作井外周尺寸大0.5m的坑，坑底要平整。然后再在井體的刃腳下先墊一層砂和素混凝土墊塊，墊塊的寬度與井壁大致相同，接下來(lái)是立模、扎筋、澆搗。井體中應(yīng)預(yù)留有掘進(jìn)機(jī)出洞洞口，直徑比掘進(jìn)機(jī)頭大 0.150.20m，接收井的洞口直徑比頂進(jìn)井中的洞口要大0.1m左右。下沉前把素混凝土墊塊打碎，沉井的刃口就切入土中。如果是干沉，還需在沉井的外周加一圈降水井點(diǎn)以降低井內(nèi)地下水位。挖去井內(nèi)的土，沉井就會(huì)慢慢下沉，當(dāng)沉到位時(shí)再進(jìn)行第二節(jié)井體結(jié)構(gòu)和下沉施工，以此類(lèi)推直至下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)立即用水下混凝土

9、進(jìn)行圭寸底。沉井下沉過(guò)程中可能發(fā)生的傾斜、偏移、下沉過(guò)快超沉、遇到障礙物極慢等不正常狀 態(tài)，要采取相應(yīng)的糾偏和處理措施。沉井的影響范圍為深度的1.5倍，周邊3m內(nèi)有明顯的沉降，對(duì)周邊環(huán)境有較大影響。3.4 SMW工法SMW工法是指水泥土深層攪拌樁墻體中，按一定型式插入H型鋼，成為一種勁性復(fù) 合圍護(hù)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)抗?jié)B性好、剛度大、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便、工期短，由于型鋼可回收 重復(fù)使用、成本較低，施工中無(wú)泥漿排放對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。工藝流程：平整場(chǎng)地 t開(kāi)挖導(dǎo)墻t攪拌樁機(jī)就位、攪拌、噴漿形成樁體 t型鋼插入 T制作鋼筋砼壓頂圈梁T基坑分層挖土、臨時(shí)支撐 T鋼筋砼封底。當(dāng)基坑底以下為透水性較大的砂性土

10、層時(shí)，需要驗(yàn)算入土深度，水泥攪拌樁必須深入 到不透水層，防止管涌發(fā)生。H鋼插入攪拌樁深度由基坑抗隆起穩(wěn)定及擋墻內(nèi)力變形來(lái)確定， 同時(shí)以型鋼拔出為主要條件。H型鋼水泥土攪拌樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工關(guān)鍵在于攪拌樁制作，以及H型鋼的制作和打拔。同常規(guī)攪拌樁比較，要特別注重樁的間距和垂直度。施工中垂直度應(yīng)小于1%，以保證型鋼插打起拔順利，保證墻體的防滲性能。注漿配比除滿(mǎn)足抗?jié)B和強(qiáng)度要求外，尚應(yīng)滿(mǎn)足型鋼插入順利等要求。型鋼施工中采用工字鋼，對(duì)接采用內(nèi)菱形接樁法。為保證型鋼表面平整光滑，其表面平整度控制1%0以?xún)?nèi)，并應(yīng)在菱形四角留 10小孔。為方便型鋼拔出型鋼表面應(yīng)進(jìn)行除銹并 涂抹黃油等減摩劑，在搬運(yùn)使用應(yīng)防止碰

11、撞，且攪拌樁頂制作圍檁前，事先用牛皮紙將型鋼 包裹好進(jìn)行隔離，以利拔樁。型鋼應(yīng)在水泥土初凝前插入。插入前應(yīng)校正位置，設(shè)立導(dǎo)向裝置以保證垂直度小于1%。插入過(guò)程中必須吊直型鋼，盡量靠樁錘自重壓沉。若壓沉無(wú)法到位，再開(kāi)啟振動(dòng)下沉至標(biāo)高。型鋼回收采用起拔器夾持型鋼頂升使其松動(dòng)，然后采用振動(dòng)錘利用振動(dòng)方式將H型鋼拔出， 同時(shí)采用注漿充填空隙。井坑挖土、封底與鋼板樁相同。采用SMW工法作工作井（接收井），可以貼近建筑或管線(xiàn)施工， 而不會(huì)引起明顯的沉降 破壞，有效保護(hù)原有建筑或道路的安全。3.5地下連續(xù)墻連續(xù)墻式工作坑就是先鉆深孔成槽，用泥漿護(hù)壁，然后放入鋼筋網(wǎng)，澆注混凝土?xí)r將 泥漿擠出來(lái)形成連續(xù)墻體，待

12、混凝土強(qiáng)度足夠后，自上而下一邊挖出其中的土并封底而形成 的工作坑。在同樣條件下，與沉井相比工期較短， 即使離房屋或其他建筑物近也比較安全。此方法施工的頂管洞口不預(yù)留而在后來(lái)開(kāi)鑿而成。圓井在開(kāi)鑿好進(jìn)出洞口以后還要分 別澆一堵前止水墻和后座墻。采用此方法施工時(shí)，如果一邊距建筑物近，各先按井的尺寸留出內(nèi)襯以后做一排鉆孔灌注樁。然后在鉆孔 灌注樁外側(cè)兩樁交接處采用高壓旋噴樁或注漿把其縫隙封住。最后在井內(nèi)一邊往下挖一邊澆筑內(nèi)襯，直做到基礎(chǔ)底以下再封底。3.6噴錨網(wǎng)組合型支護(hù)相對(duì)于以上其它支護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)講，噴錨網(wǎng)組合型結(jié)構(gòu)施工成本適中，施工無(wú)噪音，它吸 取了懸臂支護(hù)結(jié)構(gòu)直立擋土的優(yōu)點(diǎn)，利用了梁、錨桿或錨管、噴

13、錨網(wǎng)與土的共同作用， 提高了邊坡土體的抗變形及抗沉降的強(qiáng)度。存在缺點(diǎn)是：在進(jìn)行鋼筋混凝土噴錨逆作法施工前， 必須采取有效的降水措施，保證干槽作業(yè)，才能確保噴錨混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求及施工質(zhì)量。降水措施一般采取設(shè)置降水井降水或者在井坑外圍先密扣攪拌樁止水。帽梁和環(huán)梁的鋼筋構(gòu)件提前加工，先進(jìn)行帽梁的施工，待其砼具有一定強(qiáng)度后方可進(jìn) 行后續(xù)其他工序的施工。每道環(huán)梁安裝應(yīng)和錨桿同時(shí)進(jìn)行，錨桿應(yīng)和環(huán)梁鋼筋焊在一起，然后進(jìn)行鋼網(wǎng)片的安裝。 混凝土應(yīng)分層噴射， 表面混凝土噴射后應(yīng)由人工將表面修理平整，并使棱角清晰。因噴射混凝土用量高，每次噴層又薄，要加強(qiáng)對(duì)混凝土的噴水養(yǎng)護(hù)工作。4各種構(gòu)筑方法的選擇在土質(zhì)比較軟，

14、且地下水又比較豐富的條件下，首先應(yīng)選用沉井法施工。在滲透系數(shù) 為10-6m/s上下的砂性土中，可以選擇沉井法和鋼板樁坑作為工作坑。在選用鋼板樁工作 坑時(shí)，應(yīng)有井點(diǎn)降水的輔助措施加以配合。在土質(zhì)條件比較好，地下水少的條件下，應(yīng)選用 人工護(hù)壁成孔和鋼板樁工作坑。在覆土比較深的條件下，可采用沉井工作坑或地下連續(xù)墻工 作坑，管徑又比較大，沉井施工相當(dāng)困難或者無(wú)法施工時(shí)，只能采用地下連續(xù)墻施工方法。 如果場(chǎng)地條件允許，則SMW工法、噴錨網(wǎng)組合型的成本和工期較為適中。頂管井坑各種構(gòu)筑方式分析表構(gòu)筑方式安全、經(jīng)濟(jì)性、工期以及適用范圍對(duì)比1、鋼板樁支護(hù)1、施工速度快、工藝簡(jiǎn)單和施工簡(jiǎn)便，成本低2、 剛度小變形

15、大、易滲水，安全性一般，支護(hù)深度9m內(nèi)。3、有石塊、巖層障礙物或者管線(xiàn)較多時(shí)無(wú)法施打4、需要大型機(jī)械，產(chǎn)生噪音。5、適合人工頂管井和機(jī)械頂管的接收井。2、人工護(hù)壁成孔1、施工速度較快、工藝簡(jiǎn)單和施工簡(jiǎn)便，成本低。對(duì)井坑周?chē)h(huán)境 影響小。2、要求土的自立性較好且地下水少的地域。遇有流砂施工時(shí)造成塌方安全隱患大3、 剛度一般變形較小，支護(hù)深度9m內(nèi)。4、適合人工頂管井和機(jī)械頂管的接收井、短距離機(jī)頂?shù)墓ぷ骶?、沉井1、土質(zhì)比較軟，有流砂且地下水又比較豐富時(shí)，首選用沉井法。2、剛度和強(qiáng)度大，開(kāi)挖深度大，安全可靠。3、需要大型設(shè)備，造價(jià)高，工期長(zhǎng)，周?chē)孛娴挠谐两怠?、適合機(jī)械頂管的各種井坑。4、SM

16、W工法1、抗?jié)B性好、剛度較大、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工簡(jiǎn)便、環(huán)境影響小2、成本比鋼板樁、人工護(hù)壁成孔高，比沉井低，造價(jià)適中。3、 與沉井比較工期可以縮短1/3，比人工護(hù)壁成孔長(zhǎng)。4、需要大型設(shè)備，占用場(chǎng)地。5、適合人工頂管井和機(jī)械頂管的接收井、短距離機(jī)頂?shù)墓ぷ骶?、地下連續(xù)墻1、剛度和強(qiáng)度大，開(kāi)挖深度最大，變形小安全可靠。2、周?chē)孛娴某两敌≥^少影響鄰近的建筑物3、需要專(zhuān)用施工機(jī)具和專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍，造價(jià)高。4、適合沉井困難或者無(wú)法施工時(shí)的機(jī)械頂管各種井坑。6、噴錨網(wǎng)組合型1、強(qiáng)度較大，開(kāi)挖深度較大，變形小安全性好。2、周?chē)孛娴某两敌?，?duì)井坑周?chē)h(huán)境影響小。3、需要專(zhuān)用施工機(jī)具和專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍，造價(jià)適中。4、必須采取有效的降水措施，保證干槽作業(yè)。5、適合人工頂管井和機(jī)械頂管的接收井、短距離機(jī)頂?shù)墓ぷ骶?結(jié)語(yǔ)頂管井坑實(shí)質(zhì)上是一個(gè)方形或圓形的小基坑，其支護(hù)類(lèi)型同普通基坑一樣多種多樣， 與一般基坑不同的是因其平面尺寸較小。因受深度、場(chǎng)地環(huán)境條件、地質(zhì)條件、頂管