顶管沉井止水帷幕设计与施工

国防交通 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 与技术 � 57��� � 2008 第 1期 � � 收稿日期: 2007�11�12 � � 作者简介:陆云飞 ( 1974 � ) ,男, 工程师, 1998年毕业于北京科 技大学采矿工程专业,工学学士; 2002年毕业于北京科技大学采矿 工程专业,工学硕士 顶管沉井止水帷幕设计与施工 陆云飞 (中铁十六局集团北京轨道交通工程有限公司,北京 101100 ) 摘 � 要: 以西气东输郑州黄河顶管工程 4# 沉井止水帷幕的设计与施工为例,详细 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 了顶管沉井止水帷幕 各设计参数确定以及施工方法的选择, 并对顶管沉井止水帷幕所采用的高压旋喷技术做了较为详尽的介绍, 该工程经验 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 所得结论, 对今后类似工程的设计与施工有一定的参考和借鉴意义。 关键词: 顶管;沉井; 止水帷幕;高压旋喷 中图分类号: TU753. 64 � 文献标识码: B � 文章编号: 1672�3953( 2008) 01�0057�04 1 工程概况 郑州黄河顶管工程位于郑州黄河公路大桥上游 30 km 处黄河孤柏嘴至官庄峪河段的主河槽内, 顶 管管道全长 3 600 m ,埋深约 25 m, 顶管钢管内径 1. 8 m,壁厚 22 mm ;该工程由 4座沉井和 3个顶进 区间组成,是西气东输管道工程的咽喉工程。 根据勘察资料, 顶管穿越断面 40. 0 m 深度以 内的地层主要由第四系全新统冲积的粉土、粉砂、中 砂、粘性土、砾砂、坡积黄土状土以及第四系上更新 纪冲积黄土状土,中更新统残积粉质粘土(古土壤)、 冲积粉质粘土组成。 工程所在地地下水丰富, 属潜水类型,河床局部 地段为黄河水所覆盖,水深 0. 5~ 2. 5 m 左右, 和地 下水连通;地下水位埋深 0. 48~ 2. 97 m, 其补给来 源为黄河水。 2 沉井施工中遇到的问题 该工程的 4# 沉井坐落在黄河北侧主河道中人 工填筑的作业平台之下,地下水极其丰富。该沉井为 双向接收井,内径 8. 0 m,壁厚 1. 1 m,沉井入土深度 29. 9 m。在施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 研究时,发现了如下问题: ( 1)在作业平台以下约 27~ 29 m 段为砂砾层, 砾石较大, 如 5# 沉井取出大量最大粒径达 48 cm 的卵石;在施工中取土效率极其低下,且取土设备损 害严重,每天都需要多次维修,施工单位经济损失极 大,且无法保证工期。 ( 2) 5# 沉井下沉过程中遇到了地质资料没有揭 示的钙化粘土层。在不排水下沉的施工过程中, 先 后采用了大型空气吸泥机、两钻一吸式抽砂泵、旋挖 钻机等取土措施, 同时采用了泥浆套、配重、炮震等 辅助下沉措施,最终均由于效率过于低下而失败,后 来采用排水法施工沉井才得以下沉到位。 ( 3) 4# 沉井工作平台(河床以上约 7 m)采用中 粗砂填筑,因在水中,未经过碾压,比较松散,且有黄 河流水冲刷,必须加以保护。 ( 4)不排水下沉时,沉井下沉过程时伴随有塌方 现象。 ( 5)工期极其紧张, 3# 沉井向 4# 沉井方向的 顶管施工已经开始。 在地下水极其丰富的地层进行沉井施工,理应 采用不排水取土下沉技术,但基于以上原因以及先 期施工积累的经验, 4# 沉井必须选择排水取土下沉 技术,否则沉井难以下沉到位。但在黄河中仅采用 降水措施将无法达到井内无水的取土条件,这就要 求在井位周边设置止水帷幕,因此合理选择止水帷 幕方案是保证本工程顺利施工的关键。 3 止水帷幕参数设计 3. 1 止水帷幕厚度的确定 4# 沉井所在位置地层主要为中砂层和粉细砂 层,地下水位接近于地面,根据水土分算的原则,该地 层中侧向静止土压力可近似采用如下公式计算[ 1] : P = k0�h + �wh 式中, P为侧向静止土压力( kPa) ; k0为静止土压力 系数,根据土质情况, 取 k0 = 0. 5; h 为静止土压力 计算深度( m ) ; �为土体浮重度,根据土质情况, 取 � 实例 Analysis of Practical Examples � � � 分析 国防交通工程与技术 � 58��� � 2008 第 1期 = 16 kN/ m3 ; �w 为水的重度,取 �w = 10 kN/ m3。 根据拉麦公式, 止水帷幕加固体许用厚度 d = R [ �a ] [ �a ] - 2P - 1 式中, R为止水帷幕加固体内半径, R = 6. 6 m; [ �a ] 为止水帷幕加固体允许强度, [ �a ] = [ �a ] / k, 取安 全系数 k = 2, 设计抗压强度[ �a ] = 3 MPa(顶管机 进洞区根据顶管机的性能要求设计为 1 MPa, 计算 时也以 3 MPa 考虑) ,则 [ �a ] = 1 500 kPa。 顶管机进洞时,对止水洞口周围加固体的要求 较高,在考虑满足施工要求的同时,本着节约投资的 原则,本工程的止水帷幕加固体设计成变截面形式, 即洞口以上 7 m 上部即沉井口以下 15 m 段为一种 截面,沉井口 15 m 以下段为另一种截面。 ( 1) 0~ 15 m 段止水帷幕厚度计算: 取 h = 15 m,则 P = 270 kPa, 求得 d = 1. 65 m,考虑到工作平 台上部约 7 m 为水中人工填筑而成,没有经碾压夯 实,极其松散,止水帷幕需适当加厚,取 d = 3 m。 ( 2) 15~ 31 m 段止水帷幕厚度计算: 取 h = 31 m,则 P = 558 kPa,求得 d = 3. 91 m,取 d = 4 m。 3. 2 止水帷幕深度的确定 止水帷幕深度是按沉井开挖过程中不产生基坑 管涌的条件计算确定。由于本工程井底以上为透水 性良好的砂层, 地下水流经此地层的水头损失很小, 可忽略不计,此时不产生管涌的条件为[ 2] : D = KH �w / ( 2�) 式中, D 为止水帷幕入土深度( m) ; K 为安全系数, K = 1. 5; H 为地下水位至坑底的距离( m) ;本工程 中 H = 30 m。求得 D 14 m, 即设计止水帷幕深 度应不小于 44 m。高压旋喷法适合的桩长不大于 40 m,综合考虑施工技术难度及止水的要求, 确定 止水帷幕深度取 D = 38 m,同时对止水帷幕进行封 底,封底厚度 6 m,封底深度 32~ 38 m。 3. 3 止水帷幕参数确定 根据工程所在位置的地质情况以及一定旋喷压 力下地层浆液的扩散半径, 同时考虑节约工程投资 的要求,确定止水帷幕与沉井外壁的间距为 1. 5 m。 综合以上分析及顶管施工的需要, 止水帷幕设 计参数如下: ! 深度 0~ 15 m 段, 外径 19. 2 m,厚度 3 m ,抗压强度 3 MPa; ∀ 深度 15~ 22. 2 m 段,外径 20. 2 m, 厚度 4 m, 抗压强度 3 MPa; #深度 22. 2~ 26. 2 m 段, 外径 20. 2 m,宽度 4 m,设计抗压强度 1 MPa; ∃深度 26. 2~ 38 m 段, 外径 20. 2 m, 宽度 4 m, 设计抗压强度 3 MPa。止水帷幕设计参数详细 见图 1。 图 1� 止水帷幕加固体范围剖面示意图(单位: m) 4 止水帷幕施工方法的选择 目前, 止水帷幕常用的施工技术主要有冷冻技 术、高压旋喷技术、注浆技术、自粘墙技术等,各种施 工技术的优缺点如下[ 3] : ( 1)冷冻技术:适应地层好; 止水效果较好; 工期 最长,顶管进洞工期没有保证, 且无法抢工期;造价 最高(沉井分段制作及下沉过程中必须维持冷冻,加 上第一次开始下沉前的冷冻周期也较长)。施工过 程中,沉井内部及刃脚部位的土体会不可避免地被 冻结,给沉井取土带来困难,尤其是沉井刃脚部位的 土体开挖时,还可能造成沉井突沉, 带来施工危险; 但有利于顶管进洞, 不需要另外对顶管进洞处进行 加固。综合经济效益较高。 ( 2)高压旋喷技术:适应地层好; 止水效果较好; 工期短,可以上多台设备, 有利于顶管进洞;造价较 高。施工过程中, 不需要另外对顶管进洞处进行加 固。综合经济效益最高。 ( 3)注浆技术:适应地层好; 止水效果最差, 注浆 效果不可控;工期短,可以上多台设备, 但顶管进洞 工期没有保证;造价最低。施工过程中,由于注浆范 围不可控,难保证无水取土, 风险很大; 需要另外对 顶管进洞处进行加固。综合经济效益最差。 ( 4)自粘墙技术:适应地层好;止水效果一般;工 期较长,由于设备较大且昂贵, 不能上太多设备, 且 顶管进洞工期没有保证;造价一般。施工过程中,止 水效果不好,给取土带来一定困难;顶管机掘进到自 粘墙时,将破坏自粘墙, 使自粘墙失去其作用,需要 %实例分析% � � � � � � � � � 顶管沉井止水帷幕设计与施工 � 陆云飞 � � � � � � � � � � � � � 国防交通工程与技术 � 59��� � 2008 第 1期 另外对顶管进洞处进行加固。综合经济效益一般。 考虑各种因素后,最终选择了高压旋喷法止水 帷幕方案,即采用高压旋喷桩止水帷幕实现抽水干 挖,促其沉井下沉到位, 该方案的主要优势如下: 施 工可控性较好, 止水效果好,施工风险低; 不影响下 一步沉井继续下沉; 有利于顶管机出洞,顶管机进洞 时不需要对进洞处另外进行加固; 工期短,顶管机进 洞工期要求有保证; 综合经济效益相对好。 5 高压旋喷桩施工方案及参数设计 5. 1 止水帷幕施工方案 根据工程地质资料并参考类似工程的施工经 验,三重管注浆法在此种地质中桩体的直径可达 1. 4 m。防渗堵漏设计时,孔距为 1. 73R(其中R为旋喷设 计半径)、排距为 1. 5R 时最为经济。旋喷桩孔距: L = 1.73R = 1. 21 m;旋喷桩排距: D = 1.5R = 1. 05 m。 设计旋喷桩桩径� 1. 4 m, 以沉井中心为圆心, 采用圆环方式布置旋喷桩,排间距为 1. 0 m,行内孔 间距弧长 1. 0 m。 围井部分: 布孔 4 排, 钻孔 216 个, 钻孔长 40 m,桩底标高+ 65. 2 m。自外向内第 1排桩顶标高 + 88. 2 m, 桩长 23 m; 其余 3排桩顶标高+ 103. 2 m,桩长 38 m。底部粉土段复喷8 m,钻孔总长8 640 m,旋喷桩总长 8 991 m。采用三重管高压旋喷技术 成桩。 井底部分: 布孔 7 排, 钻孔 137 个, 钻孔长 40 m,桩底标高+ 65. 2 m ,桩顶标高+ 71. 2 m, 桩长 6 m,钻孔总长 5 480 m, 旋喷桩总长 822 m。采用双 高压旋喷技术成桩。 5. 2 止水帷幕施工技术参数 三重管高压旋喷和双高压旋喷均采用风压 0. 50 ~ 0. 70 MPa,流量 3~ 6 m3 / m in;水压 32~ 38 MPa, 流量 75 L/ m in;旋转速度 10 r/ min; 浆液比重 1 & 1 或 0. 8& 1;喷嘴个数 2个;喷嘴� 2. 0~ 2. 2 cm。双 高压旋喷:浆压 15~ 25MPa, 流量 60~ 90 L/ min; 提 升速度 10~ 12 m/ min。三重管高压旋喷: 浆压< 2 MPa, 流量 60~ 90 L/ m in。提升速度0~ 20 m, 12~ 15 cm/ min; 20~ 31 m , 10~ 12 cm/ min; 31~ 37 m , 8 ~ 10 cm/ min。在三重管高压旋喷过程中, 对抗压 强度 1 MPa 区域采取降低浆液流量, 改变浆液配 比、成分的措施,具体参数根据现场试验。 5. 3 高压旋喷施工注意事项 ( 1)旋喷施工要重视对工程地质和水文地质的 研究,在不同深度,针对不同的地质情况, 选用合适 的旋喷参数, 才能获得较均匀密实的长桩。一般情 况对深层、粘土等硬土,应增加压力和流量或降低旋 转和提升速度;在有流动水的地层中不适合使用旋 喷注浆法施作止水帷幕。 ( 2)在喷射注浆过程中, 重视观察冒浆情况, 以 及时了解土层情况、喷射注浆的大致效果和喷射参 数是否合理;若有不冒浆现象,及时分析造成不冒浆 现象的原因,可以在浆液中掺加适量的速凝剂或增 大注浆量。 ( 3)在喷射注浆过程中,无论何种原因引起机械 停喷,当再次开喷时,要下放注浆管, 保证搭接长度, 避免造成断桩现象。 6 结论与体会 通过西气东输郑州黄河顶管工程实践, 说明顶 管沉井止水帷幕设计不同于一般止水帷幕的设计, 不仅要考虑止水的效果, 而且要考虑沉井取土与下 沉过程中对止水帷幕强度的要求;另外,以往的旋喷 工程对旋喷体的超厚和超强没有限制, 而顶管沉井 止水帷幕工程要为后期沉井和顶管施工创造条件, 需控制其旋喷体的内径厚度和顶管穿越区的强度要 求。该工程实践证明, 本文采用顶管沉井止水帷幕 设计思路是正确的, 选择的高压旋喷法止水帷幕施 工方案是可行的, 对今后类似工程的设计与施工有 一定的参考和借鉴意义。 参考文献 [ 1]余彬泉,陈传灿. 顶管施工技术[ M ] . 北京: 人民交通出版 社 , 1998: 23�25 [ 2]张少全,向伟明,徐伟年. 地铁基坑止水帷幕摆喷桩施工技 术[ J] .广州大学学报: 自然科学版 , 2003, 2( 4) : 377�380 [ 3]李杰,郎勇. 高压喷射注浆止水帷幕的施工方法与应用 [ J] . 沈阳大学学报, 2003, ( 4) : 28�30 Design and Construction of the Open Caisson Stagnant Water Curtain in Jacking Tubes (下转第 63页) %实例分析% � � � � � � � � � 顶管沉井止水帷幕设计与施工 � 陆云飞 � � � � � � � � � � � � � 国防交通工程与技术 � 63��� � 2008 第 1期 成巨大的安全事故。钢板桩围堰拆除采取边回填边 拆除的方案,即先用土回填到内支撑位置后, 切割内 支撑,使内支撑与腰梁脱离后,拆除腰梁, 再进行回 填,直到基坑顶面后, 采用振动打桩机振动拔桩, 拆 除钢板桩。 4 施工监测及监控 深基坑施工,特别在不断向下开挖过程中,应加 强施工观测,发现事故苗头后,及时采取措施进行处 理,防止事故的发生。在施工过程中,主要采取位移 观测、沉降观测、地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 沉陷观测、地下水位观测和应 力应变观测 [ 4] ,对施工过程加强监控,发现事故苗头 和隐患,及时采取措施处理。 5 结语 通过降低超深基坑外围土方, 将超深基坑的有 效深度减小,降低了超深基坑的开挖深度,同时在继 续开挖的过程中, 采用钢板桩围堰加设内支撑结构 体系的有力支护措施, 较好地解决了超深基坑开挖 支护问题,同时钢板桩围堰可以将超深基坑的地下 水汇集到积水井强排, 有效解决了地下水对超深基 坑的影响。通过本工程实践,给超深基坑施工提供 了一个较好的思路和方法,为今后类似工程的施工 积累了宝贵的经验。 参考文献 [ 1]顾尉慈.挡土墙土压力计算手册 [ M ] . 北京: 中国建材工 业出版社, 2005: 76�88 [ 2]江正荣.建筑施工计算手册[ M ] . 北京: 中国建筑工业出 版社, 2001: 115�155 [ 3]中国钢结构协会. 建筑钢材手册 [ M ] . 北京: 人民交通出 版社, 2005: 42�45 [ 4]唐孟雄, 陈如桂, 陈伟. 深基坑工程变形控制[ M ] . 北京: 中国建筑工业出版社, 2006: 145�166 The Excavation Technique for Extra�deep Foundation Pits XIA Ming ( T he F irst Co. L td. of the 11th Bureau Group o f the Railway Building Co rpor ation o f China, X iangfan 441004, China ) Abstract: With the Wuhan Piv otal Jiangan M ega Bridge of the He�Wu Railw ay as a pract ical ex ample, the technique of expanded open cut t ing in combinat ion w ith steel plate cof ferdam for ex t ra�deep foundation pits is presented in the paper, w ith the design of the steel plate inclosing st ructur e theoretically analy zed to en� sur e the const ruct ion safety of the excavat ion of ext ra�deep foundat ion pits. It may serve as a useful r efer� ence for other similar pr ojects. Key words: ext ra�deep foundation pit ; expanded open cut ting; steel plate pile cof ferdam (上接第 59页) LU Yun�fei ( Beijing Ra il T ransit Eng ineering L td. Co . , the 16th Engineer ing Bureau G roup, the Railw ay Building Corpo ration of China, Beijing 101100, China) Abstract: With the design and const ruct ion o f the No . 4 open caisson stagnant w ater curtain fo r the project of t ransport ing natural gas fr om the w est to the east at Zheng zhou as an example, the determinat ion of the various parameters for the open caisson stagnant w ater curtain in jacking tubes in the project o f t ranspo r� t ing natur al gas f rom the west to the east , and the right choice of const ruct ion methods are dealt w ith in the paper, w ith the technique of high pressure jet grout ing for open caisson stagnant w ater curtain int ro� duced in detail. The conclusion o f this pr oject may serv e as a useful r efer ence for other similar projects in the future. Key words: jacking o f tubes; open caisson; the cur tain of stagnant w ater; high pressure jet g rout ing %实例分析% � � � � � � � � � � 超深基坑开挖施工技术 � 夏铭 � � � � � � � � � � � � � � � �