顶管工作坑设计与支护施工

浅谈顶管工作坑设计与支护施工

【摘要】顶管施工是一种对环境无公害的地下管线非开挖施工技术，是利用岩土钻掘手段，在地表不开挖的情况下，能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道，铺设或更换地下管线。顶进工作坑是安放所有顶进设备的场所，也是顶管施工的始发地，同时又是承受主顶油缸反作用力的构筑物，所以施工前需先进行工作坑、接收坑的设计与支护施工。

【关键词】顶管；工作坑；接收坑；设计；支护

1 前言

大兴新城万亩滨河森林公园总面积8074亩，其中，现状已有绿地面积2495亩，本次工程拟建面积5579亩。建设工程涉及新城范围内的小龙河绿地、北区公园、南区公园（埝坛公园），其中河道总长5.9km。顶管工程是大兴新城滨河森林公园项目之一，顶管范围为黄村再生水厂至大兴新城滨河森林公园项目区上段（黄村再生水厂～刘王路，桩号0+000～2+960）的引水管线，本工程共设置工作坑22座，接收坑15座。

2 工作坑、接收坑设计

2.1 工作坑、接收坑尺寸设计

（1）工作坑、接收坑的设置

1）设置在管线拐点或ip点；

2）管道附属构筑物处、管道井室；

3）便于排水、排泥、出土和运输；

4）尽量避开房屋、地下管线、池塘、架空电线等不利于施工的场所；

5）顶管单向顶进时宜设在下游一侧。

（2）工作坑尺寸设计：（见图1）

1.混凝土管

2.垫铁

3.支撑

4.横支撑

5.千斤顶

6.横支撑

7.

立支撑 8.方木 9.枕木 10.轨道

1）底板尺寸：

b=d1+s

式中：b-矩形工作坑的底部宽度，m；

d1-管道外径，m；

s-操作宽度，可取2.4～3.2m；

2）底板长度：

l=l1+l2+l3+l4+l5

式中： l-矩形工作坑的底部长度，m；

l1-为稳管时，已顶进管节留在导轨上的最小长度，取0.3～0.6m；l2-管节长度，m；

l3-输土工作间长度，可取1.2～2.0m；

l4-千斤顶长度，m；

l5-后背墙的厚度（根据后背墙设计厚度）。

3）工作坑深度：

h1=h1+h2+h3

式中：h1-工作坑深度，m；

h1-地面至管道底部外缘的深度，取4.3m；

h2-管道外缘底部至导轨底面的高度，取0.02m；

h3-基础厚度，取0.3m；

（3）接收坑尺寸设计：

1）底板尺寸：长×宽（符合《顶管施工技术及验收规范》接收坑的形状和最小尺寸要求）

2）接收坑深度：

h2=h1+h3+h4+t

式中：h1-地面至管道底部外缘的深度，m；

h3-基础厚度，m；

h4-顶管机进入接收坑后支撑垫板的厚度，m；

t-管壁厚度，m。

2.2 工作坑、接收坑支护结构设计

根据工作坑、接收坑尺寸，确定并优化支护结构材料规格、型号，并验算各道盘撑、内部斜撑、挡土板受力是否满足要求（图2、图3是大兴新城滨河森林公园工程工作坑支护结构设计简图）。

3 支护结构施工

（1）测量放线

1）测设中心线：工作坑中心线与顶进管道中心线一致，是顶进施工全过程的标准线。设置方法：在工作坑两侧设置基桩，桩距槽边不小于1.5m，以防止塌土丢桩。

2）设置水准点：在工作坑附近设置临时水准点，坑内设备安装

完毕后，在坑内两端设2个临时水准点。

3）根据工作坑、接收坑尺寸设计，施放出边线。

（2）工作坑、接收坑侧壁支护

工艺流程：坑定位→立撑定位→长螺旋钻机钻立撑孔→安装立撑→回填立撑孔→基坑开挖→焊接第一道盘撑、斜撑→挡土板安装→土方开挖→焊接第二（三）道盘撑、斜撑→人工清底

1）侧壁支护采用钢木混合结构。

2）根据工作坑支护平面图，定位出立撑的位置。长度方向立撑间距2300mm，每侧4根；顶进面立撑间距2200mm，共2根；后背共设置2根立撑，间距3500mm，避免和后背墙立撑交叉。

3）采用长螺旋钻机（或人工使用洛阳铲）成孔直径约300mm立撑孔至设计深度（每个孔根据现场实际高程确定，且立撑必须插入设计坑底土层下1000mm）。钻机就位时底座必须保持平稳，不发生倾斜移位，定位误差不大于20mm。垂直度采用钻机自身的垂直检测装置控制，并辅以人工量测倾斜量。孔垂直度≤1%孔深。

4）成孔后，孔内安装25#工字钢立撑，孔内回填原状土，并用木方捣实。

5）孔内立撑全部安装完成后，进行土方开挖。开挖至立撑自顶部600mm用30#工字钢焊接第一道盘撑，盘撑下部用30#工字钢切成三角形作为支架与立撑焊接，盘撑与立撑、支架均需满焊。四角用30#工字钢焊45°斜撑。

6）焊接完成后，盘撑背后用50mm厚木板作为挡土板对侧壁进行

支护，并插入已开挖土层下300-500mm。

7）采用机械开挖，随开挖深度向下降板，直到设计深度，其后若有空隙用砂砾料填实。降板时，必须保证挡土板插入土层下300-500mm。

8）开挖至深度2340m后，焊接第二道盘撑、斜撑、腰梁。

9）开挖至距设计坑底500mm，焊接第三道盘撑、斜撑。

10）开挖至设计坑底后，人工修整坑底。

（3）工作坑、接收坑侧壁支护拆除

1）管道安装完成后，将坑内施工用设备全部清理至坑外侧2000mm。

2）第一步回填土至坑底500mm，拆除最下一道斜撑、盘撑，并将立撑上提500mm，挡土板不上提。待再次回填500mm，立撑、挡土板均上提500mm，如此循环。必须保证挡土板埋入土层500mm，逐步上提，避免侧壁产生塌土。

3）回填至第二道、第一道盘撑位置，将盘撑、斜撑拆除。

4）按管道回填土要求，逐步回填，每回填500mm，立撑、挡土板向上提500mm，至基坑回填完成。

（4）管道顶进面支护

工作坑管道顶进面，立柱利用侧壁25#工字钢立撑，管顶部横铁利用第二道盘撑；距管道底部外边0.15m设置一道底边框，框采用30#工字钢。工字钢交叉处采用焊接，焊接点均需满焊。

4 结束语