顶管工作井“圆形模板支撑体系”支护施工工法

顶管工作井“圆形模板支撑体系”支护施工工法1.前言随着城市综合管网的不断建设，城市地下管网错综复杂，地下管线埋设较深时，施工难以采用大开挖形式进行施工，所以在城市施工较深管网时，通常采用顶管法进行施工。目前，顶管工作井多为圆形工作井，圆形工作井的护壁模板加固稳定性难以保证，传统支护方法一般采用钢管或木方作为简单的支撑结构，该支护方法稳定性差、模板体系整体性差、装拆繁杂、施工难度大、费时费力、且施工时容易发生涨模现象，进而影响顶管工作井的成型质量。为解决上述圆形工作井中护壁模板支撑结构中存在的技术问题，降低施工难度，提高顶管工作井的成型质量，在大运会主会场周边基础设施建设项目和富顺县西禅寺隧道人防工程及连接线项目顶管工作井施工过程中，使用“圆形模板支撑体系”进行护壁模板加固，成功摸索出了顶管工作井“圆形模板支撑体系”支护施工方法，进而形成本工法。该法施工方便快捷，且“圆形模板支撑体系”可周转使用，成本较低，是一种发展前景较好的施工方法。并且通过对该工法的应用及总结，成功申请了一项国家实用新型专利“一种圆形工作坑模板支撑结构”。2.工法特点2.1“圆形模板支撑体系”包括定位构件、钢管和多条丝杆组件；多条丝杆组件通过钢管沿水平方向均匀分布于定位构件的周向上，并能够沿水平方向伸缩；定位构件设置于圆形模板的圆心位置，丝杆组件的一端连接于定位构件上，丝杆组件的另一端能够抵接于圆形模板的内壁上。2.2“圆形模板支撑体系”安拆便捷，工艺简单，可周转使用，成本低。2.3对比原有护壁模板支撑结构，使用“圆形模板支撑体系”进行护壁模板加固，施工质量能得到有效的保证，结构安全可靠，护壁垂直度有保障，工作井成型质量显著提高。3.适用范围本工法适用于城镇排水管网顶管圆形工作井、接收井施工。适用于无水或少水地质，必要时增加辅助降水措施。对周边环境影响小，占用场地少，施工快速便捷，结构安全可靠。4.工艺原理通过对拟施工工作井的受力进行分析，综合考虑施工现场环境，使用“圆形模板支撑体系”进行护壁模板支护。该支撑体系将丝杆组件与钢管组成的整体进行固定，保证了支撑体系的一体性，丝杆组件与钢管组成的整体绕顶管工作井圆形模板均匀分布且对称设置，各根钢管内侧端部穿过定位结构连接在一起相互支撑，使得整个支撑体系达到受力平衡状态，可以达到极佳的支护效果。护壁施工完成后以结构自身作为挡土结构。整个工作井按竖向分段，自上而下逐节开挖施工。图4-1“圆形模板支撑体系”示意图5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.2操作要点5.2.1施工准备1、熟悉设计文件，理解设计意图，调查顶管工作井周边环境，调查既有管线种类、位置，仔细核对污水管长度、交角、位置、标高、地形、地质情况与设计是否相符。规划好施工运输便道，根据开挖土方选择弃渣场，规划运输路线。办理好相关施工许可证。2、编制施工安全专项方案并组织专家论证，根据施工方案选择专业施工队伍，并选定符合施工方案要求的施工机械，特种作业人员持证上岗，特种机械需持有行业主管部门颁发的检定合格证书方可进场，专家论证通过后组织技术交底。5.2.2测量放样在开挖前，由测量工根据图纸尺寸进行位置测放，经校核无误后，用石灰放出开挖边线，并用醒目的标记在基坑中间标出十字线。5.2.3开挖至第一层护壁深度1、采用人工配合机械从上至下逐层挖土至图纸设计深度（每层开挖深度为50cm），挖土顺序为先中间后周边。其尺寸允许偏差不超过100mm。按标出的十字线吊线检查井中心位置和井的尺寸。2、井内的土方采用电动卷扬机提升到地面，从井下挖出来的土方利用手推车运送到基坑边临时堆土区，及时外运或视土质情况用于填方，以方便后面工序施工。5.2.4护壁钢筋安装采用预先下料、井下绑扎的施工方法。预先按照设计图纸在钢筋加工场进行钢筋下料加工，具备钢筋绑扎条件后，将加工好的钢筋运送至井下进行安装。护壁高度严格按照图纸施工，竖向钢筋下料加长200mm，便于搭接。钢筋安装好后，经建设单位和监理验收合格后，方可进行下道工序施工。5.2.5护壁模板支设1、“圆形模板支撑体系”预制1）根据圆形工作坑的直径，选择合适尺寸的钢管：钢管的直径为48.3mm，钢管的长度比工作坑半径短10cm。2）根据圆形模板的高度，制作定位构件：定位构件位于圆形工作坑圆心处，整体呈圆柱状结构，为直径16mm的HRB400钢筋焊接而成，定位构件包含水平圆形定位筋、水平直形定位筋以及竖向插打入土体的直形定位筋；水平圆形定位筋包括两层，两层水平圆形定位筋沿竖直方向间隔8cm分布于圆柱状支撑结构内；每层水平圆形定位筋上分布有4根水平直形定位筋，每根水平直形定位筋超出平圆形定位筋5cm；竖向插打入土体的竖向直形定位筋共12根，绕水平圆形定位筋均匀布置，竖向直形定位筋沿竖直方向插装在土体内20cm，竖向直形定位筋整体长度比模板高度的1/2长出30cm，竖向直形定位筋的顶部高出上层水平圆形定位筋5cm，这样能够最大程度适应不同尺寸的圆形工作坑。3）采购合适的丝杆组件和调节螺母：丝杠的长度为20cm。2、模板支设护壁模板采用定型钢模板，按井径分块拼装，安装之前涂刷脱模剂，安装时定型钢模板采用U型扣件及对拉螺栓连接及固定。同时在工作井内部，拼装支撑体加固护壁模板：先将定位构件插打入土体；再将钢管内侧端部通过定位构件固定；最后连接丝杆组件和钢管，通过调节螺母调节丝杠外露长度，使得支撑体与井壁圆形模板整体达到受力平衡状态。5.2.6混凝土浇筑护壁混凝土按设计要求采用相应强度的商品混凝土，混凝土利用吊桶下送，浇筑时应对称浇筑，防止模板侧移，混凝土采用插入式振动器振捣，各插点的间距不宜超过振动棒长度且均匀布置，并正确掌握振捣时间，振至泛浆不再冒泡为止，振捣要均匀密实，尽量避免碰撞钢筋、模板等，每次分层厚度为200mm，振捣上层混凝土时，振动棒应插入下层尚未初凝的混凝土层至少50mm，保证上、下两层混凝土结合良好，注意防止漏振。5.2.7拆模、养护混凝土浇筑完终凝12小时后，应及时浇水养护。护壁强度达到设计强度60%以上时才能拆模，拆模先由外到内拆除圆形支撑体系，再拆除模板。拆模后覆盖薄膜浇水养护，浇水次数以混凝土表面保持湿润为准，养护时间不少于14天。5.2.8表层护衬施工按照设计图纸要求采用预制、砖砌或者现浇等工艺施工表层护衬，护衬要与首节护壁连接严密，以发挥挡水及挡土的作用。5.2.9底板施工1、最后一节护壁完成并拆除模板后，即可进行素混凝土垫层铺设，按设计要求浇筑素混凝土垫层。垫层初凝后，在垫层上弹出各种钢筋安装定位线，底板钢筋将根据弹出的定位线进行安装。2、钢筋采用预先下料、井下绑扎的施工方法，预先按照设计图纸在钢筋加工场进行钢筋下料加工，具备钢筋绑扎条件后，将加工好的钢筋运送至井下进行安装。在底板底筋下面放好垫块，保证底筋有足够的保护层；底、面筋之间采用Φ14马凳架起，间距1500mm，架立筋需与钢筋焊接牢固，保证其稳定性。3、钢筋网的绑扎：按图纸设计要求布置钢筋网、设置垫块保证保护层厚度、提前绑扎安装内衬结构插筋。4、底板混凝土的浇筑：按设计要求采用相应强度的商品混凝土，混凝土浇筑前24小时内对垫层进行洒水湿润。混凝土浇注要连续，不留任何施工冷缝。振捣密实后用刮尺修平，初凝后为了防止板面出现收缩裂缝，再用灰匙压抹表面。5.2.10基坑监测根据设计和规范要求、基坑监测的基本原则及本工程实际情况，工作井施工期间按以下要求进行监测（顶进期间按顶管专项施工方案中的相关要求进行监测）：1、监测内容表5.2.10-1监测内容一览表序号监测项目监测位置（对象）监测精度监测仪器监测点数（在四周均匀设置）1工作井顶部水平位移工作井顶部2″全站仪102工作井边土体沉降工作井边土体2″水准仪202、监测频率表5.2.10-2监测频率一览表施工工况工作井开挖至底板浇筑完成后3天（H为工作井深度）监测频率土方开挖至0-H/3时：1次/3天土方开挖至H/3-2H/3时：1次/2天土方开挖至2H/3-H时：1次/天5.3劳动力组织（见表5.3）表5.3劳动力组织情况表序号单项工程所需人数备注1管理人员42技术人员43土方开挖、转运64钢筋工程125混凝土工程126杂工5合计43人6.材料与设备6.1材料本工法采用的主要材料见表6.1。表6.1主要材料表序号材料名称规格单位用途1定型钢模板按工作井设计尺寸㎡护壁2钢管按工作井直径cm支撑体系3丝杆200*48mm支撑体系4调节螺母10*2cm支撑体系5钢筋HRB400t护壁、支撑体系6混凝土按设计强度m³护壁6.2设备本工法采用的主要设备见表6.2。表6.2主要设备表序号设备名称规格技术指标用途1挖掘机CY250C/DY100台开挖出土2装载机ZLM50E-2台土方转运3装载机ZLM30E-1台土方转运4电动卷扬机Y132M-4台出土、垂直运送各类材料及构件5深井泵2.2KW台抽水、降水6自卸汽车20T台弃土转运7洒水车东风15t台环保降尘8全站仪索佳250X台施工测量9焊机BX6-200台焊接小型构件7.质量控制7.1应遵循的质量标准7.1.1《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-20127.1.2《给水排水构筑物工程施工及验收规范》GB50141-20087.1.3《给水排水工程顶管技术规程(附条文说明)》CECS246-20087.1.4《混凝土结构规范》GB50010-20107.1.5《城镇给水排水技术规范》GB50788-20127.1.6《工程测量规范》GB50026-20077.1.7《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-20127.2质量控制要求7.2.1主控项目1、工程原材料、成品、半成品的产品质量应符合国家相关标准规定和设计要求。检查方法：检查产品质量合格证、出厂检验报告和进场复验报告。2、支撑体系刚度和尺寸应满足设计及相关规范要求，结构安装完毕后要与模板整体达到受力平衡状态。检查方法：观察，按规范规定逐个进行检查，检查施工记录。3、工作井结构的强度、刚度和尺寸应满足设计要求，结构无滴漏和线流现象。检查方法：观察，按规范规定逐座进行检查，检查施工记录。4、混凝土结构的抗压强度等级、抗渗等级符合设计要求。检查数量：沉井及其他现浇结构的同一配合比混凝土，每工作班且每浇筑100m，为一个验收批，抗压强度试块留置不应少于1组；每浇筑500m³混凝土抗渗试块留置不应少于1组。检查方法：检查混凝土浇筑记录，检查试块的抗压强度、抗渗试验报告。7.2.2一般项目1、结构无明显渗水和水珠现象。检查方法：按相关规范规定逐座观察。2、顶管顶进工作井的后背墙应坚实、平整，后座与井壁后背墙联系紧密。检査方法：逐个观察；检查相关施工记录。8.应用实例大运会主会场周边基础设施建设项目一怡岭路（环湖南路以南段）、桃源路、董郎路富顺县西禅寺隧道人防工程及连接线项目8.1工程概况本工法成功应用于大运会主会场周边基础设施建设项目一怡岭路（环湖南路以南段）、桃源路、董郎路和富顺县西禅寺隧道人防工程及连接线项目。大运会主会场周边基础设施建设项目一怡岭路（环湖南路以南段）、桃源路、董郎路部分排水工程采用非开挖机