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1、顶管施工工作井与接收井的设计与施工一、工作井的基本概念顶管施工方法不需要开挖地面槽口，但必须在所敷设地下管道的两端开挖若干个工作井。工作井又可分为顶进工作井和接收井。顶进工作井是安放所有顶进设备的场所，也是顶管掘进机或工具管的始发地，还是承受主顶油缸反作用力的构筑物。接收井则是接收顶管掘进机或工具管的场所。顶进工作井一般要比接收井坚固、可靠，尺寸也较大。二、工作井的形状与选形工作并形状一般有矩形、圆形、椭圆形、多边形等几种，其中矩形和圆形工作井最为常见。在直线顶管或两段交角接近180。的折线顶管施工中，常采用矩形工作井。矩形工作井的短边与长边之比通常为2:3。这种工作井的优点是后座墙布置方便，
2、井内空间能充分利用，覆土深浅也可利用。如果在两段管道交角较小或是在一个工作井中需要向几个不同方向顶进时，则往往采用圆形工作井。另外，较深的工作井也往往采用圆形，且常采用沉井法施工。这种圆形工作井的优点是占地面积小，受力较合理，但需适当加强后座墙。沉井材料采用钢筋混凝土，工程竣工后沉井则成为管道的附属构筑物。椭圆形工作井的两端各为半圆形状，而其两个长边则均为直线。这种工作井多用成品的钢板构筑成，而且大多用于小口径顶管中。多边形工作井的使用基本上和圆形工作井相似。接收并大致也有上述几种形式，不过由于它的功能只限于接收掘进机和工具管，通常选用矩形或圆形较为方便。三、工作井的分类工作并按其结构不同，可
3、分为钢筋混凝土井、钢板桩井、瓦楞钢板井等。在土质条件好、顶管口径较小和顶进距离不长的情况下，工作井可采用放坡开挖式，只不过在顶进井中需浇筑一堵后座墙作为顶推后盾，必须坚固。按顶管施工使用性质可将工作井分成如下三类：(1)顶进井：是顶进的起点，也是顶管的操作基地。无论是垂直运输、设备安装、水电供应以及工作人员出入，都要通过此井。其结构较复杂，修建工程量也较大。一般所说的工作井多指此类构筑物。(2)接收井：是顶进管道的终点。顶管掘进机或者工具管由此井出土，标志顶进工作结束，将由此井内将工具管或掘进机及有关设备运出。(3)中间工作井：在调头顶进中，它既是此段的终点，又是新顶管段的起点，兼起上述两种工
4、作井的作用。当顶进过程中遇到障碍，或发现误差过大不能再继续顶进时，需在顶进中间地点开挖新工作井开始重新顶进，这种工作井也叫中间工作井。四、顶管施工顶进形式从实际需要和降低施工成本等方面考虑，顶管和微型隧道施工的顶进形式可以分为很多种。通常，顶管施工的顶进形式有如下两种划分方法。(1)按施工中的顶进方向划分，顶进形式可分为如下四种：1)单向顶进：施工中只朝一个方向顶进管道。这种顶进形式的工作井利用率低，只适用于穿越障碍物的短距离顶进施工。2)双向对接顶进：分别从两个工作井出发，从两个相对方向向中间相汇点顶进，先顶一头，再顶另一头，在地下实现对口相接。这种顶进形式适用于顶进距离长，或一端顶进出现过
5、大误差时使用。该工作井利用率最低，一般情况下不宜采用。3)调头顶进:在一个方向管道顶进完成以后，调过头来利用顶入管道作为后座墙再顶进相对另一方向的管道。这种顶进形式的工作井利用率较高，适用于长距离直线顶进。4)多向顶进在一个工作井内向23个或更多个方向顶进。这种顶进形式的工作井利用率高，适用于管道拐弯处或分支管线连接处的管道顶进，在大型地下管网中常用。(2)按施工中顶进管道的排数划分，顶进形式可分为如下三种：1）单排顶进：在同一施工方向只顶一排管道。这是一般管道的顶进形式。2）双排顶进：在同一施工方向顶进两排管道。这种顶进形式多用于过水涵洞、引水管道和双排管道。3）多排顶进：在同一施工方向顶进
6、多于两排的管道。这种顶进形式常用于多排管道、过水涵管等短距离的穿越式顶进施To五、工作井的布置要求当选择工作井施工地点时，需注意地面和地下两方面的环境情况。在地面上，应尽量避开高压线、电话线、动力线等电线和各种地面建筑物，宜选择在作业条件较好的空旷位置。如果在交通较为繁忙的道路上选择了工作井，则应设置好隔离装置和醒目标志，尤其是夜间，则应有良好的照明和明显的识别标志。如条件许可，尽可能离机动车道远些。在地下，则应尽量远离地下管线和地下构筑物，尤其是要远离各种上下水管，防止工作井位移造成各种水管爆裂给顶管带来麻烦。还要防止地面明水对工作井周围土体的冲刷所造成的水土流失现象。工作井还应远离河道、池
7、塘以及低洼地，尤其是作为承受主顶油缸反力的后座墙一端，上述地形会严重影响工作井的后坐力。如实在无法避免，则应对工作井后座墙背土体进行必要加固。如在上述地形条件下，工作井同时作为向两个方向顶进的起始点时，应先向一方向顶后再调头向另一个方向顶。这时，先顶进管道可承受一部分后座力。工作井的布置分为地面布置和坑内布置两大部分。地面布置可分为起吊设备的布置、供电、供水、供浆、供油等设备的布置，监控点以及地面轴线的布置等。坑内布置首先是工作井尺寸的确定、基坑导轨、洞口止水、后座、主顶油缸以及顶进用设备的布置等。(1)起吊设备的布置起吊设备可采用行车或吊车。采用行车时多采用龙门行车，其地面轨道与工作井纵向轴
8、线平行，埋设在工作井的两侧。在其后座地面上可堆准备顶进管道，此布置可减小顶进过程中地面荷载，从而减小顶进阻力。顶管中采用行车比较好。若采用吊车一般需配两台，一台是起吊管道用，另一台是吊土用。吊管起重吨位大，吊土起重吨位小，配合使用方便、经济。大多布置在工作井两侧。(2)供电设备供电设备除了提供所有动力电源以外，还需提供工作井内外场地照明。如顶进周期长，用电量又大，可以专设配电间；如顶进周期短，用电量小，则在工作井边上安装一只配电箱或用发电机供电。无论采用何种形式，都需设有触电、漏电保护装置。进入管内电缆必须装防水接头，并需将它悬挂在管内一侧，不要与油管、注浆及水管挂在同一侧。管内照明应采用12
9、V或24V的低压行灯。动力电源一般是以三相380V直接接到掘进机的电气操纵台上。如遇到长距离大口径顶管时，为了避免产生太大的电压降，也可采用高压供电，供电电压一般在IkV左右。这时，在掘进机后的三到四节管子内的一侧，安装有一台干式变压器，再把IkV的电压转变成380V供掘进机用。高压供电的好处是所用的供电电缆的截面可小些。但高压供电对电缆接头、电缆、变压器等的绝缘要求很高，否则容易发生事故，甚至造成人员伤亡，必须非常注意安全用电，要有可靠的触电和漏电保护措施及严格的操作规程。(3)供水设备在手掘式和土压式的顶管施工中，供水量小，一般只需接两个直径为12.525mm的自来水龙头即可。如在泥水平衡
10、顶管施工中，由于其用水量大，需在工作井附近设置一个或多个泥浆池，或将泥浆池分隔成三到四个小池。最初排泥排到第一个小池中，泥水经过一个一个小池的溢流，较大的颗粒都沉淀了下来。对微小的黏粒混合成的泥浆被供水泵吸入并参与下一次的泥水循环。有时，为了节省场地和便于搬运，一个个小池也可采用钢板制成，小池之间用软管连接。此外，还需考虑设置对泥浆池加水的水源，可采用自来水也可采用河水或地下水。同时，还要考虑浓泥浆的外运外排方法，决不能排入下水道及污染路面等。(4)供浆设备供浆设备主要由拌浆桶和盛浆桶组成，盛浆桶与注浆泵连通。因为现在多用膨润土系列的润滑浆，故要有足够时间浸泡及搅拌，才能使膨润土颗粒充分吸水、
11、膨胀。此外，供浆设备一般应安放在雨棚下，防止雨水对浆液稀释。另外，干膨润土也需堆放在架子上以防在地面上受潮，上面还需搭个雨棚。总之，需保持膨润土干燥。(5)液压设备液压设备是指为主顶油缸及中继站油缸提供压力油的油泵。油泵可以置于地上，也可把油泵放在工作井内后座墙上方台子上。一般不宜把油泵放在工作井内。因油泵工作的噪声会影响各种指令的传达；又因油泵放在工作井内会使工作井显得过于拥挤，或必须加大工作井而变得不经济。(6)气压设备当采用气压顶管时，空压机和储气罐及附件必须放置在地面上，且空压机应远离井边较好，因为大多数空压机工作时发出的噪声都较大。(7)工作井内布置对于后座墙的布置，过去顶管施工中，
12、有些人喜欢把后座墙用木方横竖交错叠起来做，这既不科学，又不合理。木方在受到主顶油缸反作用力压迫时，会产生较大弹性变形。而这种弹性变形在主顶油缸回缩时又会随着油缸的回缩而恢复原样。这样，往往在主顶油缸行程推出L5m后回缩时所留出的间距只有1.2m或更小，并且随主顶油缸推力的增大具有效间距则随之减小，浪费了主顶油缸所做的功，降低了机械效率和劳动生产率。因此，上述做法是不可取的。工作井内布置在施工时有序实施，其正确做法是： 如由钢板桩等构筑成的工作井内，后座墙应采用钢筋混凝土整体浇筑，而且其下部最好能插入到工作井底板以下0.5-lm,宽度与工作井内净尺寸相等，还需注意后座墙平面一定要与顶进轴线垂直。
13、 安装洞口止水圈。洞口止水圈多种多样，但其中心需与所顶管道中心轴线一致。安放基坑导轨。在安放基坑导轨时，其前端应尽量靠近洞口。左右两边可以用槽钢支撑。如在底板上预埋好钢板，则导轨应和预埋钢板焊接在一起，尤其是管径较大时，更需这样做。导轨的水平状态可与所设计的管道坡度相一致，也可把导轨按水平状态安装。在土质较好时常采用前一种方法安装；当土质较软时，往往采用后一种方法安装，同时还需将导轨比设计高程再提高30mm左右。安放后靠背。后靠背大多由钢结构件做成，其厚度约30Omm左右。有人用普通的厚钢板作后靠背，它没有用钢结构的好，尤其当管径较大时就更不合适了。安装主顶油缸。主顶油缸通常都安装在主顶油缸架
14、上。在管径较大的情况下，主顶油缸的合力中心应比管中心低5%的管内径左右。安装测量仪器。如果是泥水式顶管，则应先安装好基坑旁通、排泥泵及其管路以后再安装仪器。在工作井内布置的同时，地面上也应进行拌浆、安装混凝土管的接口止水圈等各种顶进准备工作。工作并操作面布置要注意以下几点：工作井的底层应先平整，浇C20混凝土30cm厚。加铺槽钢二层，校正水平面。按照预定的顶进轴线设置导轨一组。控制轨距为06-0.7D（管径）。导轨应预先焊接在底板上并用特制螺栓紧固，以防顶进时移动。油缸应安装在升降调节架上，一般对称设置二只或四只，其中心距为30cmo顶进工作井前端，当顶进管道为钢管时，应预留人工焊接的作业高度
15、，并设置集水井。六、工作井的基本尺度要求工作井的尺度是指工作井的平面尺寸和深度，取决于施工管道直径的大小、管节的长度、覆土厚度、顶进形式和施工方法等因素，并受土层的性质、地下水位等条件影响；在确定工作井尺寸时，还需考虑各种设备的布置、操作空间、工期长短和挖掘泥土的运输方式和设备等因素。根据规范GB50286-97第6.2节规定，矩形工作井底部尺寸应采用下列公式计算：B=D1+S1.=L1+L2+L3+L4+L5式中B矩形工作井的底部宽度（m）;Dl一顶进管道外径（m）;S操作宽度，可取2.4-3.2m;1.矩形工作井的底部长度（m）;1.l工具管长度（m）;当采用管道第一节管作为工具管时，应不
16、小于工具管长；1.2管节长度（m）;1.3一输土工作间长度（m）;1.4千斤顶长度（m）;1.5后座墙的厚度（m）o工作并深度应符合下列公式要求：Hl=hl+h2+h3H2=hl+h3式中Hl顶进井地面至坑底的深度（m）;H2接收井地面至坑底的深度（m）;hl地面至管道底部外缘的深度（m）;h2管道外缘底部至导轨底面的高度（m）;h3基础及其垫层的厚度（不应小于该处井室的基础及垫层厚度）（m）o七.工作并设计原则根据规范GB50286T7第6.2节的规定,应按照下列条件选择顶管工作井的位置：(1)管道井室的位置；(2)可利用坑壁土体作后座墙；(3)便于排水、出土和运输；(4)对地上和地下的建筑
17、物、构筑物易于采取保护及安全施工措施；(5)距电源和水源较近，交通方便；(6)单向顶进时宜设在下游一侧。除了上述工作井选址原则以外，还应注意如下几个问题：(1)尽可能减少工作井的数量。顶进过程中要力求长距离顶进，少挖工作井。直线顶管工作井最好设在管道附属构筑物处，竣工后在工作井地点修建永久性管道附属构筑物。长距离顶进直线管道时，在检查井处设工作井，在工作井内可以掉头顶进。在管道拐弯处或转向检查井处，应尽量双向顶进，提高工作井的利用率。多排顶进或多向顶进时，应尽可能利用一个工作井。(2)地下水位以下顶进时，工作并要设在管线下游，逆管道坡度方向顶进，这样有利于管道排水。(3)工作井的选址应尽量避开
18、房屋、地下管线、池塘、架空电线等不利于顶管施工的场所。尤其是顶进工作井，井内布置有大量设备，地面上又要堆放管道、注浆材料和泥浆分离及渣土的运输设备等，如工作井、接收井太靠近房屋或地下管线，可能会给施工带来麻烦。为确保房屋或地下管线安全，采用保护措施后则会增加施工成本，延误工期。工作井设在河塘边，会给施工造成威胁，使顶管施工的难度增大，并且会增加中继站的数量，使顶管施工成本上升。在架空线尤其是在高压架空线下作业时，常常会发生触电事故或停电事故,不可取。(4)在覆土层较薄时，工作井后座墙的被动土抗力也较小，一次顶进长度受到限制；不然，后座墙就有可能遭破坏。在设计顶距时，需全面考虑好有利及不利因素。(5)在土质较软，且地下水又较丰富的条件下，应优先选用沉井法施工工作井。在渗透系数约为0-6ms的砂性土中，可选择沉井法施工工作井，也可以选钢板桩井作为工作井。在选用钢板桩工作井时，应有井点降水的辅助措施加以配合。在土质条件较好，地下水少的条件下，应选用钢板桩工作井。在覆土较厚的条件下，可采用多次浇筑和多次下沉的沉井工作井或地下连续墙工作井。(6)在一些特殊条件下，如离房屋很近，则应采用特殊方法施工工作井。
