手掘式机械顶管施工方案

概要：本工程由于顶管种类较多，本方案以单项数量较大具有代表性的D2000mmF型Ⅲ级钢筋混凝土管为例进行施工方案的编制，我方拟定为手掘式机械项管施工。3．1手掘式项管施工工艺流程 3.1.1顶力计算与后背设计本工程是将壁板加厚作为千斤顶的后背墙。 后背结构及抗力计算后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和风度，且压缩变形要均匀。所以，应进行强度和稳定性计算。本工程采用组合钢结构后背，这种后背安装方便，安装时应满足下列要求：使用千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3。顶力计算 推力的理论计算：（以Φ2000mm计算） F=F1十f2 其中F—总推力 Fl一迎面阻力 F2—顶进阻力 F1＝π/4×D2×P (D—管外径2.5m P—控制土压力) P＝Ko×γ×Ho 式中 Ko—静止土压力系数，一般取0.55 Ho—地面至掘进机中心的厚度，取最大值6m γ—土的湿重量，取1.9t/m3 www.67jzw.comP＝0.55×1.9×7＝7.31t/m2

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本工程由于顶管种类较多，本方案以单项数量较大具有代表性的D2000mmF型Ⅲ级钢筋混凝土管为例进行施工方案的编制，我方拟定为手掘式机械项管施工。
3．1手掘式项管施工工艺流程
 
 
3.1.1顶力计算与后背设计
本工程是将壁板加厚作为千斤顶的后背墙。
        后背结构及抗力计算
后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和风度，且压缩变形要均匀。
所以，应进行强度和稳定性计算。本工程采用组合钢结构后背，这种后背安装方便，安装时应满足下列要求：使用千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3。
顶力计算
   推力的理论计算：（以Φ2000mm计算）
    F=F1十f2
    其中F—总推力
        Fl一迎面阻力    F2—顶进阻力
  F1＝π/4×D2×P  (D—管外径2.5m  P—控制土压力)
    P＝Ko×γ×Ho
    式中 Ko—静止土压力系数，一般取0.55
        Ho—地面至掘进机中心的厚度，取最大值6m
        γ—土的湿重量，取1.9t/m3
   

www.67jzw.comP＝0.55×1.9×7＝7.31t/m2
    F1=3.14/4×2.5×2×8＝31.4t
  F2＝πD×f×L
    式中f一管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力，取0.8t/m2
    D—管外径2.5m
    L—顶距，取最大值100m
    F2＝3.14×2.5×0.8×100＝428t。
    因此，总推力F=31.4+428＝459.4t。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。工作井（Φ2000mm顶管）设计允许承受的最大顶力为800t，管材轴向允许推力700t，主顶油缸选用2台(或4台，根据现场实际情况定)300t(3000KN)级油缸。每只油缸顶力控制在250t以下，这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力500t。因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。
 
        后背的计算
后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形即象是正常的，顶管中，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。
后背不允许出现上下或左右的不均匀压缩。否则，千斤顶在余面后背上，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工案例，施工时应后背的强度和刚度计算
 
 
后靠背受力计算公式
 
 
式中：
R-总推力之反

www.67jzw.com力（一般大于推力的1.2－1.6）
a－系数（取1.5－2.5之间）　，此处取2
B－后座墙的宽度（M）　此处取4米
γ－土的容重（KN/M3)　
H－后座墙的高度(m)　，此处取4.5米
Kp-被动土压系数　
 
c-土的内聚力（kPa) 一般情况下取10　
h-地面到后座墙顶部土体的高度（M），此处取5米　
按上式计算，圆形工作井加护套后能承受1591.5T顶力＞实际顶力500T。完全能满足要求。
 
3.2．主要设备的选择
顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运出土设备等。
(1)   千斤顶
千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程每个工作井拟配置4台300t液压千斤顶。
千斤顶的工作坑内的布置采用四台组合式，顶力全力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，采用机械挖运土方，管上半部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4~1/5处为宜。
(2)   高压油泵
由电动机带动油泵工作，选用额定核动力为31.5Mpa液压油泵，经分配器，控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。
(3)   顶铁
顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶进压力而不变形，并且便于搬动。
根据顶铁位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。
(4)   其它设备
工作坑上设活动式工作平台，平台用30号工字钢梁，上铺15×15cm方木。工作坑井口处安装一滑动平台，作为下管及出土使用。在工作平台上设起重架，上装电动卷扬机，其起重量应大于管子重量。
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3.3垂直运输工具的选择
工作坑的垂直运输地面与工作坑的土方，管道与顶管设备的垂直运输采用简易龙门和卷扬机（电动葫芦），并搭设工字钢梁作为地面工作平台。下管采用汽车式起重机吊装。
 
3.4、顶进设备的选择
本工程根据顶力计算，并结合实际情况，采用工作顶力为300t活塞式双作用液压千斤顶。千斤顶布置采用单列式。顶进时着力点位置在管子全高的1/2～1/3之间比较合适。千斤顶与管子之间采用顶铁传送顶力。顶铁用型钢焊拼成各种结构的传力形式，根据安放位置和传力作用不同，用横铁和立铁组合。
 
3.5、管前挖土与顶进
3.5.1、管前挖土
管前挖土是控制管节顶方向和高程、减少偏差和重要作业，是保证顶质量及管上构筑物安装的关键。
3.5.2、下管
挖土之前应先下管，并做好以下几项工作：
a、检查管子
下管前应先对管子进行外观检查，主要检查管子有无破损及纵向裂缝；端面要平直；管壁无坑陷或鼓泡，管壁应光洁。检查合格后的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位。
b、检查起重设备
起重设备以检查、试吊，确认安全可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。当距导轨小于50㎝时，操作人员方可进前工作。
c、管子就位
第一节管放到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。因此，必须认真对待此项工作。

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