管涵穿越施工方案Word格式文档下载.doc

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3

4+008

4+024

16

套管长度12m

4

4+659

4+677

18

套管长度14m

5

5+145

5+161

6

5+498

5+512

7

5+879

5+8897

8

6+287

6+305

9

7+512

7+530

10

7+884

7+900

3、管涵穿越技术方案

文登路管涵穿越方案，按照设计要求，除3+474处采用人行道敷设外，其余均采用顶管方式敷设。

人行道敷设的具体做法为：

管线在管涵前部一定距离加设一个叠加弯头改变管道走向至人行道一侧，然后采用一个叠加纵上弯头，使管道从地下水道涵洞上方通过，管中心线距文登河护岸挡土墙800mm。

管线过涵后然后采用一个纵下叠加弯头和一个水平叠加弯头使管道回到原线位的方法完成管道敷设。

管道焊接完成后，在管道两侧浇筑混凝土墙，墙边线距管线两侧0.3米，墙高出涵洞上表面1米，按照设计要求修筑人行道。

顶管施工方法为，在管涵的两端各做一个沉井，沉井深度由该处管涵深度确定，沉井下沉到设计标高后,进行封底及开凿洞口,在沉井内完成顶管操作和管道焊接、防腐补口、及探伤工作。

顶管完成后，拆除顶部3.0m范围内的混凝土，回填原土。

然后按照地方公路部门要求恢复路面。

2.3m

Rs=55°

2.8m

10m

8m

Rs=43°

3.1人行道敷设管道断面示意图

3.2沉井设计

3.2.1沉井高度的确定,根据管涵的深度和地质条件，沉井底部应穿过淤泥质土进入中砂层1.0m，沉井的高度H为：

H=2.9+5.2+0.5=7.6m

因此，沉井高度统一选择为8.0m，底标高为-5.7m，因地下水位较高，第一节沉井高度选为3.0m，其余两节沉井高度均为2.5m。

3.2.2沉井平面尺寸的确定，考虑到管涵部位的特殊性，位于文登路非机动车道内，且靠近河岸一侧有电缆及光缆，所以沉井的宽度不宜过大，内部空间只需保证沉井作业和顶管作业即可，净尺寸取3.0m；

考虑到管道的穿越长度，因此沉井的长度选择为6m（净尺寸）。

井壁厚度第一节拟取λ=0.6m，上部厚度拟取0.4m。

刃脚踏面宽度采用0.12m，刃脚高度为0.6m，刃角内侧倾角为

Tanβ=0.6/（0.6-0.12）=1.25β=51°

24′＞45°

3.2.3沉井混凝土强度的选择，刃脚及井壁选择C20混凝土，封底混凝土选择C15混凝土。

3.2.4沉井在施工过程中的强度验算（排水下沉和不排水下沉相结合）

1.沉降系数验算

沉井自重G=刃脚重+沉井自重=25×

[0.216×

2×

（6.6+3.6）+（6.6+3.6）×

0.6×

3+（6.4+3.4）×

0.4×

5]=2926.16KN

沉井浮力F=10×

0.4

×

5]=1170.47KN

土与井壁间的平均单位摩擦力Tm=（16×

2.5+11×

4+15×

1.5）/8=13.31KN/m2

井周围所受的摩擦力Tm=[（7.2+4.2）×

3+（6.8+3.8）×

5]×

13.31=2321.27KN

排水下沉时G/Tm=1.26＞1.25，沉井过程中，应控制下沉速度，防止突然下沉和倾斜现

象发生，适当控制基坑内的水量，保证下沉平稳进行。

2.沉井井壁竖向拉力验算

Smax=25×

5]/4=731.54KN（未考虑浮力影响）

井壁受拉面积为：

A=7.2×

4.2=30.24m2

混凝土所受的拉应力为：

ρh=Smax/A=731.54KN/30.24m2=24.20kpa＜650kpa，井壁可按构造布置竖向钢筋。

实际上，根据土质情况井壁不可能产生太大的拉力。

3.配筋计算

沉井最不利位置为沉井沉至设计标高，这是刃脚根部以上一段井壁承受的外力最大，它不仅承受本身范围内的水平力，还要承受刃脚作为悬臂传来的剪力。

考虑刃脚悬臂传来的荷载，其分配系数α=1.0。

因为地下水丰富，应考虑水压力。

单位宽度井壁上的水压力

W1=6.4×

10=64KN/m2

W2=7.4×

10=74KN/m2

W1=8×

10=80KN/m2

单位宽度井壁上的土压力

e1=16×

2.5×

tan（45°

-3）=36.02KN/m2

e2=11×

4×

-3）=39.6KN/m2

e2=15×

1.5×

-3）=20.25KN/m2

刃脚及根部以上1.1m井壁所受的外力P=（36.02+20.25×

0.6+64+80×

0.6）×

1.7=272.289KN/m2

沉井各部所受的力：

N=272.289×

2.1=571.81KN

假定钢筋和混凝土应力在用足条件下,中性轴位置为:

χ=（0.6-0.05）×

10×

9×

1000/（160×

1000+9×

1000）=0.292m。

所需受拉钢筋总截面积为Ag=[571.81×

0.8-0.5×

1000×

0.292（0.6-0.05-0.292/3）]/[160×

（0.6-0.05-0.05）×

（0.292-0.05）/（0.6-0.292-0.05）]=18×

10-4（m2）

所需受压钢筋总截面积为Ag=[571.81×

0.8-9×

（0.6×

0.292/2）×

（0.292/3-0.05）]/160×

（0.6-0.1）]=-41×

Φ10@200

Φ14@300

沉井配筋布置图

根据计算不需要设置受压钢筋，按构造布置Φ14@300即可满足要求；

受拉区采用Φ14@300，Ag=20.36×

因此该沉井的配筋如下图：

此外,在角隅处还应配置45°

纵向抗剪钢筋，设置方法为Φ12@500。

4.沉井封底

沉井沉至设计标高后，采用C15混凝土进行封底处理，封底采用干封法，先浇筑钢筋混凝土垫层，然后浇筑钢筋混凝土底板，底板配筋按照构造要求配筋即可，采用双向Φ10@200。

3.3沉井施工

3.3.1沉井施工前，首先应调查和排除地面以下3.0m以内的地下构筑物，如地下管道、树根、漂石、光缆、电缆等。

3.3.2开挖基坑制作沉井，根据沉井的平面尺寸，开挖守节沉井所需要的工作坑，工作坑只需保证沉静模板支护为原则，不得扰动动人行道内光电缆，根据本工程的特点，工作坑开挖深度应保持在1.5米以内。

模板采用钢模板，模板内应每隔1000mm设置对拉螺栓。

沉井钢筋可采用吊车垂直吊装就位，采用人工绑扎，每节沉井内的竖筋可一次绑好，水平筋分段绑扎，与前一节井壁连接处伸出的钢筋采用焊接连接方法，街头错开1/4。

3.3.3浇筑混凝土，应采用防水混凝土，抗渗等级为S8，水灰比不得超过0.65，每立方米混凝土的水泥用量采用330kg，砂用量取660kg，碎石用量为1280kg；

混凝土塌落度控制在3～5cm，底板混凝土塌落度控制在2～3cm。

振捣采用插入式振捣棒振捣。

混凝土尽量要一次浇铸成形，不能一次浇完的，需设置水平施工缝，缝间留有凸凹疯并插入短钢筋增加连接。

在浇筑新混凝土前须将表面洗刷干净，用水湿润，并铺设一层强度等级高一级的砂浆。

当第一节砼强度等级达到设计强度70%时（一般为七天时间），方可浇筑第二节。

浇筑第二节前，应将表面凿毛、吹洗等处理。

3.3.3沉井下沉

沉井下沉采用排水下成的方法，采用人工或风动工具、进行分层开挖，也可采用抓斗进行井内取土。

普通土层从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚0.4~0.5m，在刃脚处留1.0~1.5m台阶，然后沿沉井壁每1m一段，向刃脚处逐层全面、对称、均匀的开挖土层，每次挖去5~1.0cm，当土层经不住经不住刃脚的挤压而破裂，沉井便在自重作用下均匀破土下沉。

当沉井下沉很少或不下沉时，可在采取重复挖法，是沉井平稳下沉。

下沉过程中如遇漂石或树根等应清除，然后进行挖土下沉。

3.3.3沉井下沉过程中危险分析、预防措施、及处理方法

3.3.3.1下沉过快，现象表现为：

沉井下沉速度超过挖土速度，出现异常情况，施工难以控制。

原因分析

（1）遇软弱土层，土的承载力很低，使下沉速度超过挖土速度。

（2）长期抽水或因砂的流动，使井壁与土的摩阻力下降。

（3）沉井外部土体出现液化。

预防措施 

（1）发现下沉过快，可重新调整挖土，在刃脚下不挖或部分不挖土。

（2）将排水法改为不排水法下沉，增加浮力。

（3）在沉井外壁间填粗糙材料，或将井筒外的土夯实，增大摩阻力。

治理方法

（1）可用木垛在定位垫架处给以支承，以减缓下沉速度。

（2）如沉井外部土液化出现虚坑时，可填碎石处理。

3.3.3.2下沉过慢，现象表现为：

沉井下沉速度很慢，甚至出现不下沉的现象。

原因分析

（1）沉井自重不够，不能克服四周井壁与土的摩阻力和刃脚下土的正面阻力。

（2）井壁制作表面粗糙，高洼不平，与土的摩阻力加大。

（3）向刃脚方向削土深度不够，正面阻力过大。

（4）遇孤石或大块石等障碍物，沉井局部被搁住，或刃脚被砂砾挤实。

（5）遇摩阻力大的土层，未采取减阻措施，或减阻措施遭到破坏，侧面摩阻力增大。

（6）在软粘性土层中下沉，因故中途停沉过久，侧压力增大而使下沉过慢或停沉。

预防措施

（1）沉井制作应严格按设计要求和工艺标准施工，保持尺寸准确，表面平整光滑。

（2）使沉井有足够的下沉自重，下沉前进行分阶段下沉系数X的计算（X值应控制不小于1．10～1．25），或加大刃脚上部空隙。

（3）在软粘性土层中，对下沉系数不大的沉井，采取连续挖土，连续下沉，中间停歇时间不要过长。

（4）在井壁上预埋射水管，遇下沉缓慢或停沉时，进行射水以减少井壁与土层之间的摩阻力。

（5）在井壁周围空隙中充填触变泥浆（膨润土20％、火碱5％、水75％）或黄泥浆，以降低摩阻力，并加强管理，防止泥浆流失。

（1）如因沉井侧面摩阻力过大造成，一般可在沉井外侧用0．2～0．4MPa压力水流动水针（或胶皮水管）沿沉井外壁空隙射水冲刷助沉。

下沉后，射水孔用砂子填满。

（2）在沉井上部加荷载，或继续浇筑上一节井壁混凝土，增加沉井自重使之下沉。

（3）将刃脚下的土分段均匀挖除，减少正面阻力；

或继续进行第二层（深40～50cm）碗形破土，促使刃脚下土失稳下沉。

（4）对于不排水下沉，则可以进行部分抽水，以减少浮力，借以加重沉井。

（5）遇小孤石或块石搁住，可将四周土挖空后取出；

对较大孤石或块石，可用炸药或静态破碎剂进行破碎，然后清除。

如果采用不排水下沉，则应由潜水员进行水下清理。

（6）遇硬质胶结土层时，可用重型抓斗或加大水枪的射水压力和水中爆破联合作业；

也可用钢轨冲击破坏后，再用抓斗抓出。

（7）如因沉井四壁减阻措施被破坏，应设法恢复。

（8）采用振动装置（振动锤或振动器）振动井壁，以减低摩阻力，但仅限于小型沉井使用。

3.3.3.3瞬间突沉，现象表现为：

沉井在瞬时间内失去控制，下沉量很大，或很快，出现突沉或急剧下沉，严重时往往使沉井产生较大的倾斜或使周围地面塌陷。

（1）在软粘土层中，沉井侧面摩阻力很小，当沉井内挖土较深，或刃脚下土层掏空过多，使沉井失去支撑，常导致突然大量下沉，或急剧下沉。

（2）当粘土层中挖土超过刃脚太深，形成较深锅底，或粘土层只局部挖除，其下部存在的砂层被水力吸泥机吸空时，刃脚下的粘土一旦被水浸泡而造成失稳，会引起突然塌陷，使沉井突沉。

当采用不排水下沉，施工中途采取排水迫沉时，突沉情况尤为严重。

（3）沉井下遇有粉砂层，由于动水压力的作用，向井筒内大量涌砂，产生流砂现象，而造成急剧下沉。

（1）在软土地层下沉的沉井可增大刃脚踏面宽度，或增设底梁以提高正面支承力；

挖土时，在刃脚部位宜保留约50cm宽的土堤，控制均匀削土，使沉井挤土缓慢下沉。

（2）在粘土层中严格控制挖土深度（一般为40cm）不能太多，不使挖土超过刃脚，可避免出现深的锅底将刃脚掏空。

粘土层下有砂层时，防止把砂层吸空。

（3）控制排水高差和深度，减小动水压力，使其不能产生流砂或隆起现象；

或采取不排水下沉的方法施工。

（1）加强操作控制，严格按次序均匀挖土，避免在刃脚部位过多掏空，或挖土过深，或排水迫沉水头差过大。

（2）在沉井外壁空隙填粗糙材料增加摩阻力；

或用枕木在定位垫架处给以支撑，重新调整挖土。

（3）发现沉井有涌砂或软粘土因土压不平衡产生流塑情况时，为防止突然急剧下沉和意外事故发生，可向井内灌水，把排水下沉改为不排水下沉。

3.3.3.4下沉搁置，现象表现为：

沉井被地下障碍物搁住或卡住，出现不能下沉或下沉困难的现象。

原因分析 

（1）沉井下沉局部遇孤石、大块卵石、矿渣块、砖石、混凝土基础、管线、钢筋、树根等被搁置、卡住，造成沉井难以下沉。

（2）下沉中遇局部软硬不均地基或倾斜岩层。

（1）施工前做好地基勘察工作，对沉井壁下部3m以内的各种地下障碍物，下沉前挖井取出。

（2）对局部软硬不均地基或倾斜岩层，采取先破碎开挖较硬土层或倾斜岩层，再挖较弱土层，使其均匀下沉。

（1）遇较小孤石，可将四周土掏空后取出；

较大孤石或大块石、地下沟道等，可用风动工具或用松动爆破方法破碎成小块取出。

炮孔距刃脚不小于50cm，其方向须与刃脚斜面平行，药量不得超过200g，并设钢板、草垫防护，不得用裸露爆破。

（2）钢管、钢筋、树根等可用氧气烧断后取出。

（3）不排水下沉，爆破孤石，除打眼爆破外，也可用射水管在孤石下面掏洞，装药破碎吊出。

3.3.3.5沉井悬挂，现象表现为：

沉井下沉过程中，刃脚下部土体已经掏空，而沉井的自重仍不能克服摩阻力下沉，产生悬挂现象，有时将井壁拉裂。

（1）井壁与土壁间的摩阻力过大，沉井自重不够，下沉系数过小。

（2）沉井平面尺寸过小，下沉深度较大，遇较密实的土层，其上部有可能被土体夹住，使其下部悬空，有时将井壁拉裂。

（1）使沉井有足够的下沉自重；

下沉前应验算沉井的下沉系数，应不小于1．1～1．25。

（2）加大刃脚上部空隙，使井壁与土体问有一定空间，以避免被土体夹住。

（1）用0．2～O．4MPa的压力流动水针沿沉井外壁缝隙冲水，以减少井壁和土体间的摩阻力。

（2）在井筒顶部加荷载；

或继续浇筑上节筒身混凝土增加自重和对刃口下土体的压力，但应在悬空部分下沉后进行，以免突然下沉破坏模板和混凝土结构。

（3）继续第二层碗形挖土，或挖空刃脚土，必要时向刃脚外掏深100mm。

（4）在岩石中下沉，可在悬挂部位进行补充钻孔和爆破。

3.3.3.5筒体倾斜，现象表现为：

沉井下沉过程中或下沉后，简体发生倾斜，使筒体中心线与刃脚中心线不重合，沉井垂直度出现歪斜，超过允许限度。

（1）沉井制作时，就出现歪斜，详见“井筒歪斜”的原因分析

（1）一（4）。

（2）土层软硬不均，或挖土不均匀，使井内土面高低悬殊；

或局部超挖过深，使下沉不均；

或刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉，易导致沉井倾斜。

（3）不排水下沉沉井，未保持井内水位高于井外，造成向井内涌砂，引起沉井歪斜。

（4）刃脚局部被石块或埋设物搁住，未及时处理；

或排水下沉，井内一侧出现流砂。

（5）沉井壁上留有较大孔洞，使重心偏移，未填配重使井壁各部达到平衡就下沉。

（6）井外临时弃土或堆重对沉井产生偏心土压；

或在井壁上施加施工荷载，对沉井一侧产生偏压。

（7）在下沉过程中，未及时采取防偏、纠偏措施。

（8）在软土中下沉封底时，未分格、逐段对称进行，造成沉井不均匀下沉而引起倾斜G

（1）沉井制作时出现歪斜详见“11．1．3井筒歪斜”的预防措施

（1）～（4）。

（2）根据不同土质情况，采用不同的挖1j顺序，分层开挖，使挖土对称均匀，刃脚均匀受力，沉井均匀、竖直平稳下沉。

对松软土质，可先挖沉井中部土层（每层约深40～50cm），沿沉井刃脚周围保留土堤，使沉井挤土下沉；

对中等密实的土，如刃脚土堤挖出后仍很少下沉，可再从中部向刃脚分层均匀削薄土堤，使沉井平稳下沉；

对土质软硬不均的土层，应先挖硬的一侧，后挖软的一侧；

对流砂层只挖中间不挖四周；

对坚硬土层，可按撤除垫木州顷序分段掏空刃脚，并随即回填砂砾，待最后几段（即定位承垫木处）掏空并回填后，再分层逐步挖去回填填料，使均匀下沉。

沉井倾斜如受地下水方向影响时，先挖背水方面的土，后挖迎水方向的土。

（3）不排水下沉应常向井内注水，保持井内水位高于井外1～2m，以防向井内涌砂。

排水下沉井内侧出现流砂，应采取措施减小或平衡动水压力，或改用不排水下沉，或用井点降水。

（4）刃脚遇到小块姜石、孤石搁住，可将四周土挖空后立即橇去；

较大姜石或孤石，用风动工具破碎，或钻孔爆破成小块取出，炮孔应与刃脚斜面平行，药量控制在200g以内。

（5）井壁孔洞应封闭，内用填配重（块石、铁块等）办法，保持井壁各段重量均衡，以达到平衡下沉。

（6）井外卸土、堆重，井上施工荷载，务使均匀、对称。

（7）下沉井过程中加强测量观测，在沉井外设置控制网，沉井顶部设十字控制线和基准点，在井筒内壁按四或八等分划垂线，设置标板，吊锤球（图11-2），以控制平面和垂直度。

下沉过程中，每班观测不少于2次，发现倾斜（锤球偏离5cm）应及时纠正。

（1）在初沉阶段，一般可采取在刃脚较高部位的一侧加强挖土，在较低的一侧少挖土或回填砂石来纠正。

如系不排水下沉，一般可靠近刃脚较高的一侧加强抓土。

（2）在终沉阶段，一般可利用设在井外侧的射水管冲刷土体或采取井外射水来纠正倾斜。

（3）在刃脚底的一侧加垫木楔，刃脚高的一侧多挖土。

（4）在井口上端加偏心压载纠正，务使在沉井封底以前纠正达到合格。

3.3.3.6偏移或扭位，现象表现为：

沉井下沉过程中或下沉后，筒体轴线位置发生一个方向偏移（称为位移），或两个方向的偏移（称为扭位）。

（1）位移大多由于倾斜引起，当沉井倾斜一侧土质较松软，在纠正倾斜时，井身往往向倾斜一侧下部产生一个较大的压力，因而伴随向倾斜方向产生一定位移。

位移大小随土质情况及向一边倾斜的次数而定。

当倾斜方向不平行轴线时，纠正后则产生扭位，多次不同方向的倾斜，纠正倾斜后拌随产生位移的综合复合作用，也常导致产生偏离轴线方向的扭位。

（2）沉井倾斜未纠正就继续下沉，常会使沉井向倾斜相反方向产生一定位移。

。

（3）测量偏差未及时纠正。

（1）加强测量控制和检测，在沉井外和井壁上设控制线，内壁上设垂度观测标志，以控制平面位置和垂直度，每班观测不少于2次，发现位移或扭位应及时纠正。

（2）及时纠正倾斜，避免在倾斜情况下继续下沉，造成位移或扭位。

（3）控制沉井不再向偏移方向倾斜。

（4）加强测量的检查和复核工作。

位移纠正方法一般是控制沉并不再向位移方向倾斜，同时有意识地使沉井向位移相反方向倾斜，纠正倾斜后，使其伴随向位移相反方向产生一定位移纠正。

如位移较大，也可有意使沉井偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直到刃脚处中心线与设计中心线位置吻合或接近时，再纠正倾斜，位移相应得到纠正。

扭位可按纠正位移方法纠正，使倾斜方向对准沉井中心，然后纠正倾斜，扭位随之得到纠正。

亦可先纠正一个方向的倾斜、位移。

3.3.37下沉遇流砂，现象表现为：

沉井采取井内排水时，井外的土、粉砂产生流动状态，随地下水一起涌入井内，边挖、边冒，无法挖深；

常造成沉井出现突沉、偏斜、下沉过慢或不下沉等情况。

（1）井内锅底开挖过深；

井外松散土涌入井内。

（2）井内表面排水后，井外地下水动水压力把土压入井内。

（3）爆破处理障碍物时，井外土受振进入井内。

（4）挖土深超过地下水位0．5m以上。

（1）采用排水法下沉，水头宜控制在1．5～2．0m。

（2）挖土避免在刃脚下掏挖，以防流砂大量涌入，中间挖土也不宜挖成锅底形。

（3）穿过流砂层应快速，最好加荷，使沉井刃脚切入土层。

处理方法

（1）当出现流砂现象，可在刃脚堆石子压住水头，削弱水压力，或周围堆砂袋围住土体，或抛大块石，增加土的压重。

（2）改用深井或喷射点井降低地下水位，防止井内流淤。

深井宜安设在沉井外，点井则可设置在井外或井内。

（3）改用不排水法下沉沉井，保持井内水位高于井外水位，以避免流砂涌人。

3.3.3.8下沉裂缝，现象表现为：

沉井下沉过程中，在沉井竖壁上出现纵向或水平方向裂缝，有的集中在隔墙上，或预留孔洞口两侧。

（1）沉井卜沉时被大孤石、漂石或其他障碍物搁住，使井壁产生过大拉应力而造成裂缝。

（2）