專利名稱：頂管垂直取水方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種河道取水方法，尤其是一種長江中頂管垂直取水方法。
背景技術：
取水工程位于江蘇鎮(zhèn)江市大港開發(fā)區(qū)，位于江心鎮(zhèn)外長江北岔口。施工范圍為水上及水下作業(yè)。工程主要內(nèi)容為
Φ 900鋼管定位樁8根，沉管長度57m，鋼管壁厚18mm ； 130 m2水上施工平臺1座； DN3000鋼管沉管1根，長度55. 5m,壁厚20mm ； DN1600豎管連接管一根，長度29. 45m,壁厚20mm ； 永久取水頭1只。西線1#頂管設計取水頭位置，該處河床標高為-25. Om,河床西高東低。從河床至巖層各主要工程地質(zhì)特征地層詳述如下
1.2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層灰色，流塑，搖振反應無，稍有光滑，干強度及韌性中等，土質(zhì)不均勻，夾薄層粉砂，含腐殖物碎片，該層場區(qū)鉆孔大部分揭露。層厚1. 50 -細。2. 2層粉質(zhì)粘土灰色，流塑，搖振反應無，稍有光滑，干強度及韌性中等，土質(zhì)不均勻，夾薄層粉砂、粉土，該層場區(qū)鉆孔大部分揭露。頂板埋深2. 55 — 32. OOm (平均 12. 87m)。3. 3層粉砂灰色，飽和，中密，分選性較好，含云母碎片，局部夾粉砂粘土、粉土薄片，該層場區(qū)主要在水域鉆孔揭露。頂板埋深0. 00 - 32. 40m(平均14. 22m)，頂板標高一 49. 12——20. 88m (平均一 37. 71m)，層厚 0. 31 — 13. 40m (平均 7. 30m)。4.層強風化花崗巖灰白色夾灰綠色，花崗斑狀結構，塊狀結構，礦物成分以石英、長石為主，斑晶徑1 一 5mm，手掰破碎，含中等風化花崗巖碎塊，該層場區(qū)鉆孔大部分揭露，為揭穿。頂板標高一 52. 00。5.姊管目前所處區(qū)域為長江之濱，長江該段每日漲落潮各兩次，漲落潮平均延時 3小時25分；根據(jù)鎮(zhèn)江站多年潮位觀測資料表明，歷年最高潮位為6. 75m，一般出現(xiàn)在汛期 (6、月間);歷年最低潮位為-0. 6m，最低潮位一般出現(xiàn)在枯水季的廣2月間；多年平均潮位 2. 52m，多年平均潮差年內(nèi)潮位變幅較大，最大漲潮潮差2. 32m，最大落潮潮差2. 2m，漲潮歷時平均約3小時，落潮平均約9小時。預計施工期潮位為+2. 5nT4. 5m。6.場地地處北亞熱帶南部季風氣候區(qū)，溫和濕潤，四季分明。五月至九月份雨量充沛，占全年的60%，日最大降雨量234. 5mm。主導風向東南偏南。施工現(xiàn)場的特點可知現(xiàn)場將停泊較多施工船只。分析可知
a、人員上岸及進入施工區(qū)域皆要通過長江主航道；
b、整個工程施工從時間節(jié)點及空間分布上都非常緊湊，要求在施工過程中合理安排施工工藝，確保施工質(zhì)量及生產(chǎn)成本。
從施工成本考慮，臨時取水位置已沒有其他路由可走，該臨時取水工程還具有重要性非常高、工期要求非常高、質(zhì)量要求非常高的特點。除此以外，根據(jù)現(xiàn)場探查管臨時取水工程將面臨如下難點
1、測量定位
DN1600連接管能夠順利安裝的前提就是DN3000鋼套管經(jīng)歷30m深的長江水及24. 25m 覆土，能夠準確的“騎”在DN1800頂管之上。取水頭安裝位置距離南岸達16^m，這對測量定位及傾斜控制來說，無法滿足工藝精度要求。2、DN3000鋼套管沉管
沉管經(jīng)歷主要土層為粉質(zhì)粘土及粉砂，該層摩阻力較強，分別為40kpa及50kpa。最不利情況，最高側(cè)壁摩阻力將達7393KN，此外④3粉砂層承載力很高，沉管較為困難。以此同時，DN3000鋼套管沉管必須滿足小進尺的要求，以防止其沉管過程中對頂管鋼管施加過高壓力引起破壞。3、超高水壓
根據(jù)現(xiàn)場條件可知，取水頭豎管連接管與頂管連接位置水頭壓力較大，達到了 0. 52Mpa，潛水員在高壓力下進行切割作業(yè)受限非常大。該部分為最薄弱安全、質(zhì)量受控環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)為方案能夠順利實施的重要前提。目前，還沒有一種方法能實現(xiàn)上述取水工程。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要提供一種頂管垂直取水方法，該方法能防止其沉管過程中對頂管鋼管施加過高壓力引起破壞，能經(jīng)受取水頭豎管連接管與頂管連接位置水頭壓力，保護潛水員在鋼管內(nèi)水下作業(yè)的安全，提高水下割除作業(yè)的質(zhì)量。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是；一種頂管垂直取水方法，具體步驟是；
(1)施打定位鋼管樁
在取水管工具頭后部頂管鋼管的兩側(cè)施打八根Φ 900定位鋼管樁沉入基巖50cm，并安裝支撐圍檁，在樁端搭設水上平臺，其標高+5. 00m，并在-5m位置安裝DN3000鋼套管限位導向架；
(2)施打套管樁
沿著DN3000鋼套管限位導向架施打一根DN3000套管樁至管頂標高；使DN3000鋼套管下部開U型口下沉騎在頂管鋼管上；并用水泥高壓旋噴樁通過引孔鉆機引孔后對DN3000鋼管內(nèi)外進行加固；
(3)連通DN1600豎管
頂管鋼管與DN3000鋼管之間將加工好的DN1600鋼管吊放入DN3000鋼管，通過潛水員配合空氣吸泥沉落在頂管鋼管上，清空DN3000及DN1600鋼管間砂土后澆筑水下混凝土 ；
(4)安裝取水頭
從豎向DN1600管道內(nèi)，采用水下切割工藝，在頂管鋼管上部開孔，并安裝取水頭，完成取水管取水任務。施打Φ900定位鋼管樁過程中，采用測量定位在河岸選設置三個坐標控制點，及一個高程控制點，坐標控制點與岸基控制點相互通視并拉開一定距離，通過交會測量法控制沉樁樁位，使用全站儀施測。DN3000鋼套管下面U型口加固環(huán)焊接20mm厚鋼板，距離U型口上方^ii處再焊接一圈20mm厚鋼板，使得DN3000鋼套管在穿越粉質(zhì)粘土及粉砂層時進一步降低側(cè)壁摩阻力。本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明的施工方法能使鋼管樁平面位置偏差小于 5cm ；DN3000鋼管樁傾斜度控制在0. 5%以內(nèi)；Φ 900鋼管定位樁傾斜度控制在1%以內(nèi)；能經(jīng)受取水頭豎管連接管與頂管連接位置水頭壓力，保護潛水員在鋼管內(nèi)水下作業(yè)的安全， 提高水下割除作業(yè)的質(zhì)量。
圖1是本發(fā)明的施工工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，本發(fā)明的頂管垂直取水方法
在取水管工具頭后部鋼管設備段的兩側(cè)施打沉入8根Φ 900鋼管樁(沉入基巖50cm)， 并安裝支撐圍檁，在樁端搭設水上平臺(標高+5. 00m), _5m位置安裝DN3000鋼套管限位導向架，從中施打1根DN3000套管樁(至管頂標高)；DN3000鋼套管下部開U型口，最終下沉 “騎”在頂管鋼管上；水泥高壓旋噴樁通過引孔鉆機引孔后對DN3000鋼管內(nèi)外進行加固；將加工好的DN1600鋼管吊放入DN3000鋼管，通過潛水員配合空氣吸泥沉落在頂管鋼管上；清空DN3000及DN1600鋼管間砂土后澆筑水下混凝土 ；從豎向DN1600管道內(nèi)，采用水下切割工藝，在頂管鋼管上部開孔；最后安裝取水頭，完成取水管取水任務。為保證本發(fā)明的施工過程所采用的解決方法 1、測量定位
在江心鎮(zhèn)沿河岸選取合適的地點，設置3個坐標控制點，及一個高程控制點。坐標控制點應與岸基控制點應相互通視并拉開適當距離，通過交會測量法控制沉樁樁位，使用全站儀施測。2、為保障DN3000鋼套管U型口卡在頂管鋼管上過程中的安全，鋼套管沉管須遵從高頻、低振幅的沉管要求。ICE的V360液壓振動錘比較吻合本工程的施工特點。根據(jù)地質(zhì)勘察報告樁基參數(shù)，永久取水頭處施打DN3000鋼管所受摩阻力較大，最不利情況下(極限側(cè)摩阻力恢復)側(cè)壁摩阻力將達到7393KN，遠遠超過振動錘的最大激振力 3212KN。為此必須做好如下技術準備
a、U型口加固環(huán)焊接20mm厚鋼板，距離U型口上方處再焊接一圈20mm厚鋼板，使得鋼套管在穿越粉質(zhì)粘土及粉砂層時進一步降低側(cè)壁摩阻力。b、沉樁前做好各類準備，鋼套管必須一次性連續(xù)沉管到位，若必須停止沉管，則將鋼套管拔出，選擇平潮為再次沉管。3、為保護潛水員在DN1600鋼管內(nèi)水下作業(yè)的安全，提高水下割除作業(yè)的質(zhì)量，在 DN3000鋼套管外圍及與DN1600鋼管之間施打水泥高壓旋噴樁，旋噴樁水泥漿液中參入早強劑；頂管鋼管以上部分在DN3000鋼管與DN1600鋼管之間澆筑水下混凝土，使得DN1600 鋼管與頂管鋼管的接縫完全保護起來，降低滲透系數(shù)，防止外圍粉砂涌入管內(nèi)。土體加固及
5水下砼完成并養(yǎng)護7天后，降低DN3000鋼管內(nèi)水位至標高_5m以下，從而大幅降低潛水員的潛水深
4.取水頭位置選擇
為提高DN3000鋼套管沉管的準確度，降低沉管的摩阻力，應選擇土層變化均勻，平緩的，粉砂層或粉質(zhì)粘土層高度較小的地段。根據(jù)本工程《巖土勘察報告》2007. 4月版，設計永久取水頭位置河床及土層變化較大，相對來說ZK3處更適合沉管施工。該處有4. 8m厚的淤泥，利于DN3000鋼套管在重力下垂直進入土層，并起到一定的約束作用。永久取水頭設置在頂管設備段中心，已知ZK3距離工作井穿墻孔1600m，故頂管頂進至1613m結束頂進。5.鋼管定位樁、鋼套管及豎管 (1)定位樁鋼管樁
鋼管樁采用Φ900，δ 14螺旋管樁，考慮基巖面起伏，單根樁長為57m。由于鋼管定位樁樁頂要搭設水上平臺，共需沉入鋼管樁8根。Φ 900鋼管樁由鋼管加工廠加工制作。該樁較長，且在長江上施工，同時為減小沉樁對頂管鋼管的影響，采用液壓振動錘擊法進行沉管作業(yè)。(2)鋼套管
DN3000鋼套管，下部開“U”型口，沉至管底標高以下25cm，參照10月份長江最高水位 +4m左右，DN3000鋼套管需高出河面2m，頂管管底標高-49. 25m。則DN3000鋼套管總長為 4+2+0. 25+49. 25=55. 5m。因而DN3000沉管加工長度為55. 5m,內(nèi)徑為3m，管壁厚δ 20mm,考慮到打樁的需要，在樁頂端增1道60cm長的環(huán)箍，在樁的底部增加1道30cm寬的δ 16mm 環(huán)箍與鋼管焊接。(3) DNl6OO 豎管
DN1600豎管為臨時取水口及頂管與埋管的連通管。根據(jù)設計要求，取水頭標高為-15. 37m,頂管管頂標高為-47. 41m,故需加工長度為29. 45m。鋼管采用壁厚14mm的 Q235B鋼板制作加工。根據(jù)現(xiàn)場實際條件，Φ 900、DN3000及DN1600鋼套管選擇在現(xiàn)場長江邊拼焊，為滿足拼焊要求，在江提修筑一道寬約6m，長約60m，厚約30cm的塊石道路；同時用編織袋修筑拼管平臺，平臺間距3m，長約3m，底部寬2m，上部寬Im，高lm。沉管拼接結束后，測量人員在管兩端管口邊測量布置垂直中心控制點，并用白色油漆畫一條直線將管端兩頭控制點相互連接?，F(xiàn)場配備1臺50T履吊進行拼管對接，沉管拼焊完成后，將沉管兩端管口采用δ IOmm鋼悶板封堵(封于鋼管內(nèi)部)，現(xiàn)場用2臺150Τ汽車吊進行雙機聯(lián)合作業(yè)，將管節(jié)吊至長江水域，再由拖輪、錨艇配合浮運拖至施工現(xiàn)場。6.沉樁施工
頂管直徑為1. 8m，管中心標高為-47. 33m,江底河床標高約為_25m，管頂土層厚約 21. !左右。根據(jù)地質(zhì)資料反映該區(qū)域土質(zhì)為砂質(zhì)粘性土和粉砂土。根據(jù)上述條件及鋼套管的長度、重量，選擇ICE公司的V360型振動錘及配套的十字型四爪夾樁器夾管。由于DN3000鋼管為岸邊一次加工成型，樁身長且樁位位于水上平臺內(nèi)，為滿足施工起吊高度及跨度的需要，選擇秦航工66號起重船，另配備拖輪和拋錨艇。秦航工66號起重船技術參數(shù)如下表
權利要求
1.一種頂管垂直取水方法，其特征在于具體步驟是；(1)施打定位鋼管樁在取水管工具頭后部頂管鋼管的兩側(cè)施打八根Φ 900定位鋼管樁沉入基巖50cm，并安裝支撐圍檁，在樁端搭設水上平臺，其標高+5. 00m，并在-5m位置安裝DN3000鋼套管限位導向架；(2)施打套管樁沿著DN3000鋼套管限位導向架施打一根DN3000套管樁至管頂標高；使DN3000鋼套管下部開U型口下沉騎在頂管鋼管上；并用水泥高壓旋噴樁通過引孔鉆機引孔后對DN3000鋼管內(nèi)外進行加固；(3)連通DN1600豎管頂管鋼管與DN3000鋼管之間將加工好的DN1600鋼管吊放入DN3000鋼管，通過潛水員配合空氣吸泥沉落在頂管鋼管上，清空DN3000及DN1600鋼管間砂土后澆筑水下混凝土 ；(4)安裝取水頭從豎向DN1600管道內(nèi)，采用水下切割工藝，在頂管鋼管上部開孔，并安裝取水頭，完成取水管取水任務。
2.根據(jù)權利要求1所述的頂管垂直取水方法，其特征在于所述施打Φ900定位鋼管樁過程中，采用測量定位在河岸選設置三個坐標控制點，及一個高程控制點，坐標控制點與岸基控制點相互通視并拉開一定距離，通過交會測量法控制沉樁樁位，使用全站儀施測。
3.根據(jù)權利要求1所述的頂管垂直取水方法，其特征在于所述DN3000鋼套管下面U 型口加固環(huán)焊接20mm厚鋼板，距離U型口上方處再焊接一圈20mm厚鋼板，使得DN3000 鋼套管在穿越粉質(zhì)粘土及粉砂層時進一步降低側(cè)壁摩阻力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種頂管垂直取水方法，在取水管的兩側(cè)施打沉入8根φ900鋼管樁，并安裝支撐圍檁，在樁端搭設水上平臺，安裝DN3000鋼套管限位導向架，從中施打1根DN3000套管樁；水泥高壓旋噴樁通過引孔鉆機引孔后對DN3000鋼管內(nèi)外進行加固；將加工好的DN1600鋼管吊放入DN3000鋼管，通過潛水員配合空氣吸泥沉落在頂管鋼管上；清空DN3000及DN1600鋼管間砂土后澆筑水下混凝土；從豎向DN1600管道內(nèi)，采用水下切割工藝，在頂管鋼管上部開孔；最后安裝取水頭，完成取水管取水任務。該方法能使鋼管樁平面位置偏差小于5cm；DN3000鋼管樁傾斜度控制在0.5%以內(nèi)；φ900鋼管定位樁傾斜度控制在1%以內(nèi)。
文檔編號E03B3/04GK102561454SQ20101061518
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者嚴國仙, 劉松華, 奚士俊, 張海鋒, 徐玉夏, 施雨, 李耀良, 陳永飛 申請人:上海市基礎工程有限公司