顶管坑支护设计及计算

明沟污水截流工程顶管工作井施工方案工作坑开挖顶管坑支护设计及计算1．顶管坑支护设计顶管坑结构尺寸（长×宽=L×B）：主干线（D1500）顶管坑8m×5m。

施工中顶管坑结构尺寸根居检查井的类型调节开坑尺寸来满足顶进需要, 开挖前，根据顶坑的管底标高，考虑导轨高度、顶管坑底板厚度等计算出顶管坑实际槽底标高（H）。

顶管坑采用C25钢筋砼厚度30cm.在工作井、接收井分别设置4口大口径降水井进行降水,深度15m, 降水时间30天,保证施工时工作面无水。

根顶管坑上部设锁口圈梁，圈梁宽800mm，高500mm，圈梁采用16Φ20为主筋，Φ8＠200箍筋，混凝土强度等级C25。

为了顶管工作坑下部钢架能与锁口圈梁连接，锁口圈梁向下预留钢筋接头，方法是在槽底向下打孔，插入800mm长φ20钢筋，间距1000mm。

预留钢筋锚入锁口长度不小于400mm。

坑壁采用格栅挂钢筋网片倒挂逆作法，分层开挖，分层锚喷混凝土进行支护，结构厚度为250mm，格栅每750mm设一道，并在坑底设一道格栅。

竖向用Φ20钢筋连接（采用搭接焊），间距为1m。

钢格栅主筋采用Φ20、每断面4根，每榀钢格栅纵筋与横筋之间采用波浪型连接。

沿钢格栅侧主筋外缘满铺Φ6100钢筋网片，并与主筋焊接成一体。

竖井施工中应沿竖井壁设置“土钉”长1.5 m 的Φ20锚杆，呈梅花状布置，间隔1.5 m，并在喷射混凝土前与网片及钢格栅焊接牢固，以满足结构整体受力的要求，注意各网片相互搭接坑底要设一道钢格栅，本工程喷射混凝土设计强度等级为C20，中粗砂、豆石（粒径在0.5～1.0cm）配比为水泥（PO32.5）:砂子:豆石=1:2:2，速凝剂掺量为水泥重量的5%，水泥、砂子豆石和速凝剂采用人工搅拌，混合料要随拌随用，不掺速凝剂的干料其存放时间不应超过45分钟，喷射作业应分层，分片分段依次进行，喷射顺序应自上向下，沿水平方向螺旋式移动，回旋直径应为300mm左右，一圈压半圈，一次喷射厚度不得大于100mm,分三层喷满，每次喷1m，不得在一处堆积，要求喷射密实不得露筋，锚喷厚度不得小于250mm厚。

喷射前必须穿雨衣，带胶皮手套，戴防护眼镜和防尘口罩，喷射前必须检查设备，材料是否齐全完好。

喷射时管道不准有死弯,非操作人员不得在附近停留,喷枪在任何情况下严禁对人。

喷射机司机必须做到开始时先送风，再开机，再供料，结束时应待料喷完后再关风。

向喷射机供料应连续均匀，机器正常运转时，料具应保持有足够的料，喷射机的工作风压满足喷头处的压力在0.1Mpa左右，喷射作业完毕或因故中断时必须把喷射机和运料管的积料清理干净。

喷射时施工操作遵守以下规定：喷射时经常保持喷头有良好的工作性能；喷头与受喷面保持垂直，保持在0.6～1.0m的距离，喷射混凝土时需控制好水灰比，保持混凝土表面平整，每次开挖喷射混凝土前，应将前次喷射混凝土的接茬部位凿毛，清除表面粘附的泥土，以保障接茬处混凝土的密实。

顶管坑设置I30a工字钢环撑一道,位置在坑口下2.5m处，八字斜撑四角满布与环撑满焊。

工作井施工完毕比后，浇筑C30钢筋砼靠背墙，高3m，埋入底板1m，厚0.75m，宽4m。

（锚喷混凝土顶管工作坑圈梁详见下图：锚喷混凝土顶管工作坑结构平剖面图、格栅配筋图）。

锚喷混凝土顶管工作井结构平剖面示意图单位：mm竖井结构剖面施工图2.顶管坑支护计算计算模型的建立对于钢筋混凝土格栅梁和工字钢环撑的验算采用1/2分担法，即每道梁或撑承担其控制围土压力的作用。

其中对钢筋混凝土格栅梁假定为两端固定，工字钢环撑梁为四支点连续梁。

1）钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸抗弯性验算：本工作坑-5.5m 至-6.5m 的位置为顶管坑后背承受压力最大的部位，因此该围的钢筋混凝土格栅是计算检验的重点。

故选取-6m 位置，格栅层高为b=0.24m 的钢筋混凝土格栅梁进行计算： -6m 位置的主动土压力为：24524522a e Htg Ctg ϕϕγ⎛⎫⎛⎫=--- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭栅格钢架展开图栅格钢架图栅格断面蹬筋蹬筋栅格钢架间距0.5m ，长度2m ；钢架之间采用波浪形连接；纵向连接筋20，间距1m 内层放置钢筋网 6，100×100，内外层放置。

栅格配筋图22/756.132404513.182********m KN tg tg =⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯=钢筋混凝土格栅梁所受均布载荷为：mKN h e q a /3.30124.0756.13=⨯=⨯=钢筋混凝土格栅梁实际承受最大弯距为：m KN ql M ⋅=⨯⨯==676.126.9301.324124122maxl ——格栅（顶管工作坑）的长度=9.6m钢筋混凝土格栅最大计算弯距为（正截面受弯承载力计算模型）：[]()()m kN a h A f x h bx f M s s y cm ⋅=-+-=94.692/'0''0式中：2/6.9mm N f cm = 混凝土强度设计值c20；（按《混凝土结构设计规》（GB50010-2000））2'/300mm N f f y y == 钢筋抗拉（压）强度设计值；（按《混凝土结构设计规》（GB50010-2000））'s a ——受压格栅主筋至锚喷墙表距离；h ——格栅截面有效高度（格栅受拉筋至土层距离）；b ——格栅截面的宽度（格栅纵筋竖直间距+20mm ）；As ——受拉区钢筋截面面积（2根）； X ——混凝土受压区高度；mma mm h mmb s 351025;2351025200;24020220'0=+==++==+=22'6281014.32mm A A s s =⨯⨯==mma x s 702'==[]M M <max钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸符合抗弯要求。

2）钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸变形验算：钢筋混凝土格栅梁所受最大变形（受弯构件挠度验算模型）为：[]250960101.01095.63846.910301.33846434ll l m B ql f s =<==⨯⨯⨯⨯==钢筋混凝土格栅梁配筋及结构尺寸符合变形要求。

其中：钢筋混凝土格栅梁（受弯构件）短期刚度：fE s s s a h A E B γρψ5.3162.015.120+++=74.05.31011.01.762.058.015.123562810225⨯+⨯⨯++⨯⨯⨯⨯=Mpa 95.6=式中：25/100.2mm N E s ⨯= 钢筋弹性模量裂缝间纵向钢筋应变不均匀系数58.04.172013.078.165.01.165.01.1=⨯⨯-=-=skte tkf σρψ钢筋与混凝土的弹性模量的比值1.7108.210245=⨯⨯=E a纵向受拉钢筋配筋率：011.023********=⨯==mm mm mm bh A s ρ受拉翼缘面积与腹板有效面积的比值：74.0270200'==fγ 有效受拉混凝土截面面积的纵向受拉钢筋配筋率：013.0240200628=⨯=te ρ 按载荷短期效应组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力的等效应力：Mpa mm mm m kN A h M s k sk 4.17262823587.013.2287.020=⨯⨯⋅==σ3）工字钢环撑梁计算工字钢环撑梁为四支点连续梁，梁长9m 。

-2.5m 位置土压力为：⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-=24522452ϕϕγ Ctg Htg e a 22/4.12404518.132240455.220m KN tg tg =⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯=工字钢环撑梁所受最大均布载荷为： 2.5m 位置：m KN h e q a /42.03.04.1=⨯=⨯= 工字钢环撑梁所受最大弯距为：-2.5m 位置：m KN ql M ⋅=⨯⨯== 4.7690.4214.014.0221max Ⅰ30工字钢的抗弯截面系数：33.472cm W z = 校核工字钢环撑梁的正应力强度： -4m 位置：[]Mpa Mpa W M z16084.26maxmax =≤==σσ 满足正应力强度条件。

二、安全技术措施施工前应制定安全技术防护措施，并对顶管工程的作业人员进行安全技术操作培训学习后，方可进行施工。

要有详细的安全交底单，一式三份，施工员、安全员、施工队三方签字有效。

一）工作坑1）开挖工作坑土方前应按安全技术交底要求了解地下管线、人防等构筑物的情况，按要求坑探，掌握管线、构筑物的具体位置。

作业中应避开管线和构筑物。

2）开挖工作坑土方作业前必须检查工作坑周围场地，场地应符合排管、运管、吊运、出土、排水、防汛的安全要求。

3）分层开挖并及时分层支撑。

支撑前必须检查坑壁土体的稳定性，确认安全。

4）工作坑必须按安全技术交底要求安装支撑。

安装工作坑支撑时必须设专人指挥。

工作坑四壁支撑框架必须牢固，支撑结构必须符合安全技术交底的要求。

前方管口可拆卸支撑板必须使用整板。

5）顶管工作坑支撑时，钢梁下料长度应准确，水平撑的四脚不得有空隙，如因钢梁的长度不够时，接缝要双面焊，必须焊加强板，严禁搭接。

圈梁和立梁接触时，立梁上必须有托。

横撑和八字的外角必须焊防滑角铁。

三、冬季防护措施由于采用的是泥水平衡施工工艺，故在此季节施工时，在泥水输送管道外侧包裹上棉毡用来防冻，并且将泥浆池抬高，保证泥水输送管道有上倾角度，以免管道存水，冻胀。

在顶管多处设置碘钨灯，用来照明和提高管道温度。

在泥浆池处需用土工布搭设保温棚。

工人宿舍需设置取暖设备等。

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