某防洪工程位于黄土高原腹地的延安市,随着区内经济的快速发展,工程区规划开发建设为具有滨水商业中心、住宅区、研发创新中心、商贸服务区、文旅小镇、养生休闲区、产业区等多功能综合区域,对区域发展起着非常重要的作用。工程区内降水具有年际变化大、年内分配不均的特点,降雨集中于夏季且多阵雨、暴雨,易形成洪水。
工程区沟谷呈“U”型,谷底宽500~1000m,沟河谷两岸树枝状“V”型冲沟发育,谷坡冲蚀强烈,黄土崩塌、滑坡多见。工程区地层按岩性可划分为3层,自上而下分布:压实填土、黄土状壤土、砂岩夹泥页岩。
根据工程平面布置,排洪干管需穿越1号、2号道路,这2条道路为该区域内的主干道,无法中断交通采用开槽法施工,因此选择顶管法穿越。根据地面及地下建(构)筑物情况、水力条件、地质条件,经过比较选定顶管段全长211.09 m,设置工作井1处、接收井1处,比降约3.5%。
根据地勘资料,顶管从工作井至接收井依次穿越砂岩夹泥页岩、黄土状壤土、压实填土,可进行顶管施工。
根据水力计算结果,顶管管径为3.5 m,顶管法施工常用的管道有钢管、钢筋混凝土管、剥离钢夹砂管、钢筒混凝土管(JCCP)及钢筒混凝土管(PCCP),通过技术经济比较,最终选定管材为钢筒混凝土管(JCCP)。
顶管管道需满足顶力、覆土压力及其他使用工况下的强度要求。顶管顶力应取管材传力面允许最大顶力、工作井后背土体的允许顶力二者的小值。
根据CECS 246-2008《给水排水工程顶管技术规程》计算,管道总顶力标准值为 49.85×103 kN,考虑该工程顶管通过多为砂岩夹泥页岩,总顶力设计值采用标准值扩大15%安全富裕进行设计,总顶力设计值为 57.33×103kN。
经计算,混凝土管道允许顶力设计值为25.88×103 kN,管道允许顶力小于总顶力设计值,为防止顶力过大对管道及工作井造成破坏,需通过设置中间井或中继间来减小管道所受最大顶力。
当工作井主顶实际推力达到最大设计值的50%时设置第1个中继间,实际推力达到最大设计值的60%时启用。第2个及以后的中继间应当在工作井主顶实际推力达到最大设计值的70%时安装,实际推力达到最大设计值的80%时启用。
中继间设置数量需要根据施工情况进行确定,长度超过40m的大直径顶管,减阻措施至关重要,良好的减阻措施可极大地减小管道阻力,节省中继间数量,提高顶管效率。
工作井结构形式有沉井、钢板桩、地下连续墙、灌注桩和SMW工法。工作井按井底至地面的高差分为浅工作井和深工作井,高差超过10.00m均为深工作井。根据纵断面布置,该工程工作井深度为21.75m,为深工作井,深工作井宜使用沉井法施工。
在保证工作面和使用功能的前提下,本着节约造价、简化施工、减小工作量的原则,将工作井尺寸由11.00m×15.00m 的方井调整为内径11.00m的圆井,并将其调整为永久跌水井,以解决上游埋管坡度大、流速大的难题,减小上游埋管的埋深和土方开挖工程量,降低工程整体造价、优化工期。同时,工作井的施工由沉井优化为逆作法施工。
沉井法施工适用于埋深较深的顶管永久井和周边较空旷的地区。沉井一定范围内有管线或建(构)筑物的,不适用沉井法施工。当沉井下沉时,会带动井周围土体一起下沉,引起周边建筑物倾斜或沉降,同时对周围土体有一定不利影响。当场地受限时,既不适用沉井也无法进行开挖施工,工作井逆作法施工就成了最好的选择。沉井逆作法施工具有对周边建(构)筑物影响较小、土方量小、安全性高、加快施工进度、减小施工难度的优点。
根据目前国内、外施工技术现状,顶管纵断面设计一般采用两端竖井与水平顶管结合的方式,其中,水平顶管坡度多控制在0.5%~1.0%。大坡度顶管给顶管后座、导轨的排布,顶管动力系统的设置,以及顶管轴线控制测量方法等有更高的要求。
为了提高施工过程中地控制精度,同时保证管道排水通畅,满足最大过流的前提下,顶管坡度适当减小。结合实际情况,顶管纵坡由4.75%调整为3.0%,经过计算满足下游流速大于上游流速,避免因流速变小引起的淤积。
顶管法施工技术在防洪工程中的应用,避免了对地面交通、周围建(构)筑物的干扰,减小了环境污染及水土流失,当管道埋置较深时,其造价明显低于明挖施工,可节约工程造价。返回搜狐,查看更多
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