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，根据顶坑的管内底标高，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。沿钢格栅内侧主筋外缘满铺Φ6@100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，料具内应保持有足够的料，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内的积料清理干净。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范围内土压力的作用。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，因此该范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：

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

钢筋混凝土格栅梁所受均布载荷为：

钢筋混凝土格栅梁实际承受最大弯距为：

l——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）：

式中：

2

/

6.9mm

N

f

cm

=

混凝土强度设计值c20；（按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2000））

2

'/

300mm

N

f

f

y

y

=

=

钢筋抗拉（压）强度设计值；（按《混凝土结构设计规范》（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；

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： 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：

式中：

25/100.2mm N E s ⨯= 钢筋弹性模量