咬合大管棚施工工法

1、咬合大管棚自動(dòng)取土頂進(jìn)工法中鐵隧道集團(tuán)有限公司 馬鎖柱 陳浩 韓建坤一、前言采用暗挖法修建的大斷面地下工程不僅結(jié)構(gòu)形式、施工工藝多種多樣，施工的輔助措施也不盡相同?！耙Ш洗蠊芘镒詣?dòng)取土頂進(jìn)工法”是中鐵隧道集團(tuán)在北京地鐵五號(hào)線崇文門車站近距離大跨下穿北京地鐵既有環(huán)線區(qū)間隧道創(chuàng)造性應(yīng)用一種新穎的施工方法。該工法控制地層變形效果顯著，施工工藝先進(jìn)，地層適應(yīng)性強(qiáng)，具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。二、工法特點(diǎn)1、咬合大管棚施工采用液壓頂進(jìn)系統(tǒng)，螺旋鉆管內(nèi)出土，根據(jù)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)和地層情況，可以調(diào)整鉆頭與鋼管的相對(duì)位置，做到超前成孔或滯后出土，鉆頭超前時(shí)可以通過(guò)擴(kuò)孔刀片進(jìn)行擴(kuò)孔操作。2、采用干取土作業(yè)方式，避免帶

2、水成孔施工方法自身操作對(duì)地層的嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，可以更可靠、更有效地控制地層變形。3、咬合大管棚施工通過(guò)大管棚之間的咬合作用，能夠防止管棚上方土體的流失變形，同時(shí)增強(qiáng)管棚的整體剛度和定位的準(zhǔn)確性。4、可以附帶注漿管同時(shí)安裝就位，隨時(shí)進(jìn)行定位注漿作業(yè)，確保對(duì)地層的影響更小，從而達(dá)到更高的控制標(biāo)準(zhǔn)。三、適用范圍本工法適用于非飽和含水的軟巖地層中鋼管管道或管幕施工，在卵石地層或含有建筑垃圾的回填土地層中施工時(shí)，卵石或塊狀垃圾粒徑以不大于鉆桿外壁和鋼管內(nèi)壁之間的空間為限。四、工法原理及關(guān)鍵技術(shù)1、水平液壓頂進(jìn)螺旋鉆出土施工大管棚施工系統(tǒng)由支架、液壓頂進(jìn)系統(tǒng)和液壓螺旋鉆系統(tǒng)三部分組成，在施工過(guò)程中管棚和螺旋鉆系

3、統(tǒng)由同一套頂進(jìn)系統(tǒng)同步頂進(jìn)，位置相對(duì)穩(wěn)定。通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)頭框架可以調(diào)節(jié)螺旋鉆頭與管棚的相對(duì)位置，鉆頭的超前、超前距離、超前是否擴(kuò)孔以及鉆頭滯后對(duì)地層的擾動(dòng)變形和施工進(jìn)度影響很大，在施工中根據(jù)需要進(jìn)行控制和調(diào)整。施工原理示意圖見(jiàn)圖1。圖1 水平液壓頂進(jìn)螺旋出土頂管施工原理示意圖2、大管棚的咬合工藝大管棚咬合設(shè)置根據(jù)施工工藝和施工需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，在施工中采用槽鋼和工字鋼作為咬合體系，可以使大管棚在施工和布設(shè)形式上有一定的調(diào)節(jié)空間，增強(qiáng)了大管棚施工的適應(yīng)性。大管棚的咬合體系見(jiàn)圖2。圖2 大管棚咬合體系示意圖3、大管棚跟蹤注漿施工在大管棚的頂進(jìn)過(guò)程中，為了避免相臨管棚施工或大管棚全部到位后引起地層擾動(dòng)范圍的

4、擴(kuò)大而引起地層的較大沉降，在管棚施工過(guò)程中適時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿，補(bǔ)償?shù)貙拥乃缮⒆冃?，能夠更加有效的控制地層的擾動(dòng)變形。跟蹤注漿采用袖閥式注漿管，硬PVC材質(zhì)，每30cm一組溢漿孔，每節(jié)管長(zhǎng)2m，管與管之間采用套扣連接。注漿管通過(guò)鋼箍焊接固定在管棚鋼管上，管頭伸入焊接固定在鋼管上的一段封閉鋼套箍?jī)?nèi)，與管棚鋼管同步到位。跟蹤注漿管布置及固定見(jiàn)圖3。圖3 跟蹤注漿管布置及固定示意圖4、施工監(jiān)控量測(cè)與分析在大管棚施工過(guò)程中，進(jìn)行管棚中線、標(biāo)高和頂推力的監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化情況及時(shí)分析和反饋信息，指導(dǎo)施工生產(chǎn)。五、工藝流程及施工要點(diǎn)1、施工工藝流程施工準(zhǔn)備 測(cè)量放線 設(shè)備就位 鋼管就位 頂進(jìn)施工 跟蹤注

5、漿 下根鋼管施工（下一循環(huán)）2、施工要點(diǎn)施工準(zhǔn)備大管棚施工準(zhǔn)備工作主要包括頂管工作室的施工、頂管后背支撐墻的施工兩項(xiàng)內(nèi)容。頂管工作室要綜合考慮施工設(shè)備、吊裝運(yùn)輸、施工精度控制和施工現(xiàn)場(chǎng)條件等各種因素，工作室長(zhǎng)度不易過(guò)短，至少要滿足不小于一個(gè)頂進(jìn)管節(jié)長(zhǎng)度+設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)長(zhǎng)度+1m操作空間之和，高度根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，滿足施工需要即可。頂管后背支撐墻根據(jù)頂管所需頂推力進(jìn)行設(shè)計(jì)，要滿足頂推力需要并有一定的安全儲(chǔ)備，同時(shí)要有足夠的剛度。測(cè)量放線在大管棚施工掌子面和后背支撐墻按照設(shè)計(jì)位置測(cè)設(shè)出每根鋼管的中心位置和標(biāo)高，用來(lái)控制設(shè)備和鋼管的就位以及施工過(guò)程中的檢查和調(diào)整，保證鋼管的施工精度。設(shè)備就位根

6、據(jù)預(yù)備施工管棚鋼管的中線和標(biāo)高進(jìn)行設(shè)備就位和調(diào)整，調(diào)整過(guò)程中根據(jù)地層情況使設(shè)備頂推中線有一個(gè)上仰角，用來(lái)消減由于管頭下垂造成的鋼管在重力方向的偏差。設(shè)備標(biāo)高和中線調(diào)整到位后進(jìn)行固定。鋼管就位設(shè)備就位完成后進(jìn)行鋼管的吊裝就位和螺旋鉆的安裝，鋼管安裝在頂管設(shè)備支架的滑動(dòng)托架上。鋼管到位后進(jìn)行中線和標(biāo)高的調(diào)整，調(diào)整到位后固定在滑動(dòng)托架上，螺旋鉆調(diào)配好鉆桿和鉆頭位置后和螺旋鉆動(dòng)力頭連接牢固。頂進(jìn)施工準(zhǔn)備就緒后進(jìn)行大管棚的頂進(jìn)施工，在頂進(jìn)施工時(shí)要特別注意以下內(nèi)容：控制開(kāi)始幾米的施工精度，防止鋼管的上浮，若發(fā)生超出允許標(biāo)準(zhǔn)的上浮時(shí)需要拉出鋼管重新進(jìn)行頂進(jìn)。頂進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)檢查鋼管和設(shè)備的中線和標(biāo)高，隨時(shí)進(jìn)行

7、調(diào)整和修正。在一節(jié)鋼管頂進(jìn)完成進(jìn)行下一節(jié)焊接時(shí)，要根據(jù)前節(jié)鋼管的中線進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，不允許接口處出現(xiàn)錯(cuò)口和中線折角。頂進(jìn)過(guò)程中通過(guò)控制螺旋鉆的出土速度和鉆頭的位置決定頂進(jìn)的速度，防止管頭前方的土體坍落。盡量縮短鋼管焊接的時(shí)間，避免由于停止頂進(jìn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)出現(xiàn)“抱管”現(xiàn)象，造成再次啟動(dòng)頂進(jìn)時(shí)的頂推力過(guò)大。在頂進(jìn)過(guò)程中如果頂推力過(guò)大，可以通過(guò)注漿管在管壁注入膨潤(rùn)土類潤(rùn)滑劑來(lái)減小摩擦力。在相臨鋼管施工過(guò)程中，咬合系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位十分關(guān)鍵，一般需要在咬合位置焊接定位銷鍵，防止管棚施工偏差造成咬合系統(tǒng)與鋼管貼死而增加頂推力，甚至無(wú)法頂進(jìn)。如果頂進(jìn)前方遇到較大卵石等障礙物，可以通過(guò)調(diào)整螺旋鉆桿使鉆頭超前成孔，從

8、而使障礙物隨螺旋桿旋出。在頂進(jìn)施工過(guò)程中，要作好跟蹤注漿管溢漿孔的保護(hù)工作，通常采用固定鋼箍兼做刮土保護(hù)裝置。跟蹤注漿在大管棚施工過(guò)程中，適時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿能夠有效的控制地層的變形，控制結(jié)構(gòu)物的變形。選擇好注漿漿液和注漿順序，袖閥注漿管可以作到多次注漿。跟蹤注漿一般在一根鋼管施工完成后進(jìn)行。跟蹤注漿漿液類型有緩凝低強(qiáng)度漿液和純水泥漿液，在施工過(guò)程中為防止注漿對(duì)后續(xù)管棚施工的影響，一般首先采用緩凝低強(qiáng)度漿液進(jìn)行補(bǔ)償注漿，待整個(gè)大管棚施工完成后在對(duì)地層進(jìn)行純水泥漿的填充加固注漿。監(jiān)控量測(cè)監(jiān)控量測(cè)在大管棚施工過(guò)程中分為兩部分內(nèi)容，一部分是對(duì)在施管棚的監(jiān)控量測(cè)，另一部分是對(duì)頂推力和地層變化情況的監(jiān)控量測(cè)

9、，量測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表1。大管棚施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目匯總表 表1序號(hào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)頻率1管棚標(biāo)高水準(zhǔn)儀，塔尺1次/2m2管棚中線J2級(jí)經(jīng)緯儀1次/5m3頂推力軸離計(jì)根據(jù)施工需要4穿越地層隨時(shí)觀察出土六、機(jī)具設(shè)備咬合大管棚施工機(jī)具設(shè)備見(jiàn)表2。咬合大管棚施工機(jī)具設(shè)備表 表2序號(hào)設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)數(shù)量適用工序1水平液壓螺旋頂管機(jī)1管棚頂進(jìn)2電動(dòng)葫蘆5t1鋼管吊裝、出土3手動(dòng)葫蘆5t2鋼管就位4電焊機(jī)BX-3002鋼管焊接5注漿泵KBY-50/701跟蹤注漿6攪漿筒800L1制備漿液7卷?yè)P(yáng)機(jī)3t1拉拔鉆桿8切割機(jī)1切割鋼管9抗震壓力表5MPa6監(jiān)測(cè)注漿壓力10高壓注漿管12MPa100m注漿11注漿芯管8注漿七、

10、勞動(dòng)組織勞動(dòng)力組織見(jiàn)表3。勞動(dòng)力組織表 表3序號(hào)單項(xiàng)工程所需人數(shù)備注1管理人員1 每臺(tái)設(shè)備一班勞動(dòng)力組織2技術(shù)人員13頂管機(jī)操作人員14電焊工25雜工8八、質(zhì)量控制大管棚施工過(guò)程中質(zhì)量控制要嚴(yán)格從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：設(shè)備基架中線與管棚中線重合，偏差不大于2mm。鋼管就位進(jìn)行中線調(diào)整和固定，偏差不大于2mm。頂進(jìn)時(shí)動(dòng)力軸線和鋼管中線重合，偏差不大于5mm。管棚鋼管進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接焊接時(shí)首先要保證每節(jié)鋼管中線重合，焊接對(duì)稱進(jìn)行，防止焊接變形，對(duì)接偏差不大于2mm。管棚就位標(biāo)高偏差不大于10mm，在施工過(guò)程中隨時(shí)檢查管棚標(biāo)高變化情況，如鋼管發(fā)生垂頭或上揚(yáng)超出控制范圍，采用調(diào)整鉆頭位置、出土與頂進(jìn)速度的措施

11、進(jìn)行糾偏。九、安全措施1、認(rèn)真貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針，建立健全安全管理體系，設(shè)專職安全員和班組兼職安全員，安全責(zé)任落實(shí)到人，作到人人懂安全，人人抓安全。2、機(jī)械設(shè)備加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)工作，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，非專職操作人員不得操作機(jī)械設(shè)備。3、加強(qiáng)液壓管線、壓漿管路和設(shè)備的檢查工作，工作期間高壓管線附近嚴(yán)禁站人。4、加強(qiáng)用電的管理工作，線路嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范布設(shè)，不得私拉亂接電線。5、加強(qiáng)電焊機(jī)的安全檢查，作好接地保護(hù)工作。6、在洞內(nèi)進(jìn)行吊裝作業(yè)時(shí)，作業(yè)前應(yīng)檢查被吊物、場(chǎng)地、作業(yè)空間等，確認(rèn)安全后方可作業(yè)。7、吊裝作業(yè)時(shí)必須緩起、緩轉(zhuǎn)、緩移，并用控制繩保持吊物平衡。8、吊裝作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員必須

12、聽(tīng)從統(tǒng)一指揮，協(xié)調(diào)一致。9、施工人員必須把安全防護(hù)用品佩帶齊全。10、注漿泵及高壓管路必須試運(yùn)轉(zhuǎn)，確認(rèn)機(jī)械性能、各種閥門管路和壓力表完好后方可施工。十、效益分析1、社會(huì)效益該工法避免了施工震動(dòng)，對(duì)地層適應(yīng)性強(qiáng)，在既有線下回填土地層中施工，解決了頂管前方遇到的槽鋼、原木及建筑垃圾等障礙物的影響，使大管棚順利施工到位，為確保既有地鐵的結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)安全提供了有力保證。該工法近距離下穿既有地鐵線，不中斷地鐵運(yùn)營(yíng)，保證了人員的正常生活，社會(huì)意義重大。該工法為國(guó)內(nèi)首次在下穿既有地鐵線中應(yīng)用，取得了成功的經(jīng)驗(yàn)，將為以后城市地下工程在類似情況下的施工提供可靠的決策依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)。2、經(jīng)濟(jì)效益該工法的成功施作，保證了既有地鐵的結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)營(yíng)安全，在施工期間地鐵正常運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。該工法施工設(shè)備簡(jiǎn)單，使用維護(hù)較容易，避免了其他工法昂貴的設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用。該工法施工速度和輔助措施較少，節(jié)約了工期和大量的輔助技術(shù)措施的投入。十一、施工實(shí)例該工法在北京地鐵五號(hào)線崇文門車站過(guò)既有地鐵環(huán)線區(qū)間施工中創(chuàng)造性的進(jìn)行了應(yīng)用。在崇文門車站中洞施工階段,大管棚距離既有地鐵結(jié)構(gòu)僅1.0m,施工36m長(zhǎng)，600鋼管14根，在施工階段有效的控制了既有線結(jié)構(gòu)的變形沉降，在列車動(dòng)載的作用下,在回填建筑