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              超大直徑地下綜合管廊頂管施工技術及控制要點研究

              2019-04-30 08:38:04

              西安市地下綜合管廊建設工程PPP項目II標段~華清西路(經九路~華清立交)項目,本項目西起經九路東口,東至華清立交西口,設計里程為K0+856.5至K1+430,長度約574m。管廊為單倉纜線管廊,斷面尺寸為:內徑3.5m的圓形斷面,管廊頂板平均覆土約6m,頂標高隨道路坡度變化?;娱_挖深度在10.0~12.3m之間,本工程采用全程頂管施工工法。

              與其他工程的關系

              (1)與其他管廊的關系:華清西路纜線管廊與經九路道路及管廊同期設計施工,兩條道路管廊節點呈“十”字形交叉。

              (2)道路周邊建筑現狀:華清西路(經九路-華清立交西口)沿線有6層舊式居民樓、加油站等建筑物。

              (3)管線現狀:華清西路(經九路-華清立交)現狀管線眾多,包含通信、天然氣、雨污水、熱力等,情況十分復雜。

              綜合管廊

              1. 主要施工技術

              1.1 基坑支護與降水

              (1)基坑支護采用C30鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,樁徑1000mm,樁中心距1400mm布置。A節點支護樁基共50根,有效樁長 17.7m,B節點支護樁基共36根,有效樁長17.8m,C節點支護樁基共36根,有效樁長18.5m,D節點支護樁基共38根,有效樁長18.4m。本工程鉆孔樁施工根據現場地質情況采用反循環回轉鉆孔灌注施工。為防止鉆孔樁施工時由于相鄰兩樁施工距離太近或間隔時間太短,造成塌孔,采取分批跳孔施作,即施工時遵循隔二挖一原則施作。

              (2)樁頂設冠梁,砼等級為C30,低于現有路面1.0m;截面尺寸為1200mm×800mm。就地現澆施工。

              (3)基坑支撐體系設置為兩道支撐,第一道采用鋼筋混凝土支撐,支撐軸線為冠梁中心線,鋼筋混凝土支撐與冠梁同時澆筑,混凝土支撐強度等級為C30。第二道支撐采用鋼支撐,支撐軸線為圍檁中心線,采用16mm厚609鋼管撐,鋼支撐預加軸向壓力500KN,預應力應分級施加。

              (4)在工作坑正前方6.0m和洞口左右兩側各3.5m范圍內設二重管高壓旋噴樁土體加固。旋噴樁樁長14.0m,樁徑

              不小于800mm,間距為500mm。高噴樁采用二重管法施工。

              (5)降水施工。在工作坑范圍內采用管井進行降水,降水井布設在基坑南北兩側各3口。井深20m,井徑Φ800、下入Φ360/300井管,孔內填1?5mm綠豆砂。抽水井周圍必須充填有一定級配和磨圓度較好的中粗石英砂或綠豆砂,嚴格控制填濾料的規格、保證水井出清水,防止水井淤塞和坑外掏空。

              (6)土方開挖?;娱_挖深度在10.0?12.3m之間,冠梁施工結束后必須經過不少于7d的齡期方可進行土方開挖,土方開挖前應充分了解周邊各有關道路、管線等設施要求,實際開挖過程中應充分考慮時空效應規律:遵循分區、分塊、對稱、平衡的原則,根據基坑形狀合理分塊、分段,每層開挖深度不得超過2m。應保證支撐段支撐結構先撐后挖,開挖至支撐底標高后及時架設支撐,減少基坑開挖過程中無支撐的暴露時間、寬度和深度。底部預留20cm土由人工清除,嚴禁超挖。

              (7)泄水孔設置。樁間土設置泄水孔,泄水孔采用Φ100mmPVC管,長400mm,外斜5%,豎向間距2m,梅花型布置,進口端包濾網,進口處設濾料,在老土和填土、粘土和砂層交界處應設置泄水孔。鉆孔灌注樁表面掛6.5mm@200x200 雙向鋼筋網片,網噴80mm厚C20細石混凝土。

              1.2 頂管施工

              1.2.1 預制管節施工

              管廊為單倉纜線管廊,斷面尺寸為:內徑3.5m,外徑4.14m的圓形斷面,壁厚32cm?;炷翉姸鹊燃塁50,抗滲等級P10,抗凍等級F100。為補償混凝土收縮變形,提到抗滲性,鋼筋混凝土采用摻入高性能膨脹劑的補償收縮混凝土。管節預制工作主要對外進行具有豐富經驗的專業承包資質進行,預制工作在工廠化進行。

              1.2.2 頂管施工方法

              (1)工具管選型。

              選擇好頂管掘進機對頂管施工是至關重要的。根據建設單位提供的工程地質勘察說明書顯示:本工程主要穿越黃土狀粉質黏土層,由于黃土狀粉質黏土土質不均勻,頂管易發生偏斜,為確保工程質量萬無一失,確保工程絕對安全,結合地質條件,施工條件及本工程的施工特點,決定采用大刀盤土壓平衡頂管機施工。

              (2)施工原理。

              施工過程全斷面的刀盤緩慢旋轉,對正面泥土進行切削挖掘,挖下后的泥土被刀盤后的攪拌棒不停攪拌,為了降低切削力矩,可通過刀盤中心的兩條注漿管道向刀盤正面和外周不斷的注入泥漿,切下的泥土和泥漿被充分攪拌成為具有一定流動性、塑性和止水性的三性土,螺旋輸送機將攪拌成膏狀的泥土從封閉的泥土艙輸送到隔艙板的后方,頂管機在向前頂進過程中,泥土艙內挖下的膏狀泥土對正面產生一定壓力,防止挖掘面上方的地面沉陷。當頂進速度較快時,泥土艙內土壓力上升,地面可能隆起,這時就要加快螺旋輸送機的轉速,并適當降低頂進速度,保持挖土量與出土量平衡;如果泥土艙內土壓力降低,就可能造成地面下沉,這時就需要降低出圖速度,同時提高頂進速度,土壓力的變化可以通過安裝在隔艙板上的土壓表讀取。一臺輸送泵安裝頂管機后方,膏狀土體從螺旋輸送機出口落入輸送泵的料斗內。輸送泵有液壓動力驅動活塞,產生強大的推力,將泥土通過水平泵管泵送到工作井內,再將通過另一臺輸送泵接力垂直泵送至地面臨時存放,最后運至棄渣場。為了保持長距離泵送能力,泵管上安裝有潤滑劑注入裝置,向泥土與管壁間注入薄膜狀潤滑劑,大大降低了泵送阻力。

              本工程在進行接收井洞口封門施工時距沉井外井壁5cm處砌筑一道50cm的磚墻,磚墻內側采用槽鋼支撐。當機頭至接收井離井壁20cm時,再將接收井洞口處槽鋼及磚墻拆除,將機頭徐徐推進接收井內。上述施工方法在我公司多年來頂管施工中應用比較廣泛,并且止水、防滲漏效果較好。

              2. 施工重難點控制措施

              2.1 變形監測

              施工中對頂管周邊布置樁頂水平位移觀測點、豎向位移觀測點、周圍地面沉降觀測點,及地下水位、支撐軸力、管線位移等一系列的變形監測點,在工作井井及頂管施工中必須進行全過程監測。

              土方開挖前,影響明顯時1次/天,不明顯時1次/周,在基坑開始開挖至結構底板澆筑完成后3天內1次/天。結構底板澆筑完成后3天至結構施工完成,支撐開始拆除至拆除完成3天內1次/天。

              在頂進施工機頭前、后各20m范圍的監測點,做到24小時跟蹤監測,測試頻率為4?6小時測試一次。若測試數據基本穩定,則適當放寬監測頻率,其余部分每兩天一次,如遇測試數據報警則適當加密監測頻率。監測工作由專業人員實施,從頂管開始即進行監測,在頂管施工結束后,再進行后期穩定性觀測。觀測期限為10天,每2天一次,數據基本穩定后結束觀測。

              2.2 頂管測量導向

              一般頂進距離較短時,通過工作井內發射的激光束指引頂進方向,當頂進距離過大,導向激光因嚴重衰減無法正常工作或曲線頂管時,采用MTD測量導向系統,這一系統將設備的實時位置和姿態不斷地顯示給操作員,操作員可根據導向數據控制頂管機沿預定設計軸線前行。管道內的自動測站安裝在支架式上,隨管道一起前移,并在計算機的控制下由后而前自動測量導線,測量數據通過無線電臺傳送給控制計算機系統。為了控制頂管機的滾動角和俯仰角,頂管機里裝有一個高精度的雙軸傾斜儀,計算機對全站儀和傾斜儀測量數據進行分析,頂管機計算機中心坐標,顯示器上有頂管機中心偏差數據等信息,指導頂管機操作員修正偏差操作。

              2.3 觸變泥漿減阻

              在超大直徑長距離頂管施工時,要盡可能降低管壁外側的摩擦阻力,以防止主頂頂力超過控制極限,而造成豎井、管材變形受損或主頂裝置破損。通過采用觸變泥漿減阻裝置對管外壓入膨潤土漿液,來降低頂進摩擦阻力。一般每3節頂進管就需要安裝一節有注漿裝置的頂進管。有注漿裝置的頂進管有不少于6個的噴嘴,它們通過控制閥門與注漿管路相鏈接,用于控制壓入膨潤土漿液的順序與壓入量。膨潤土漿液被壓入土壤與管節之間的環狀空隙內,這樣可以極大限度的降低頂進摩擦力,從而長距離的頂管施工就可以不需要設或者減少中繼間的設置一次性施工完成。

              2.4 換撐及拆除

              鋼支撐等到節點底板結構施工完畢,混凝土強度達到設計強度80%以上后,即可進行換撐,即拆除第一道鋼支撐。支撐拆除方法:用20t汽車吊將鋼支撐托起,在活動端設2臺100t千斤頂,施加軸力至鋼楔塊松動,取出鋼楔塊,逐級卸載至取完鋼楔。最后用汽車吊將支撐吊出基坑。拆撐時應間隔、對稱進行,按照先拆聯系梁后拆主支撐,先拆角部后拆中部的順序,支撐拆除過程中應加強基坑變形監測。

              砼支撐等到節點管廊結構全部施工完畢,管廊回填至距離砼支撐底50cm時,即可破除砼支撐。

              3. 結語

              綜上所述,施工中利用先進的土壓平衡頂管機進行全斷面切割,通過操作控制器及各類傳感器等隨時監測施工狀況,確定頂進速度及出渣量等施工參數,保持土壓平衡,減少對周圍土體擾動。從而有效控制矩形箱涵頂進軸線、轉角偏差及地面沉降,使整個施工過程處于受控狀態,確保各項指標都處于安全可控范圍內。采利用頂管法進行綜合管廊過道路施工,成功解決了管廊施工與道路、河流、房屋及地下管線的矛盾,也為后續類似工程提供了借鑒。

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