特殊地段頂管施工沉降控制技術

1、特殊地段頂管施工沉降控制技術摘要：隨著城市的日益開展，地下、地上的管線和建筑也隨之增加，頂管施工往往會遇到穿越公路、鐵路、地下管線、河流、地上重要建筑等特殊地段。這些特殊地段的頂管施工對地面的沉降控制要求更高。為此就特殊地段的頂管施工沉降控制技術在頂管機選型、工倉壓力確實定、泥漿套、土體最大沉降量的預測、監(jiān)控點的布置、測量和糾偏、頂管進出洞13處理方面進展探討，并結(jié)合工程實踐取得較好的效果。關鍵詞：頂管施工、特殊地段、沉降控制、頂管機、泥漿套、監(jiān)控點、測量1 頂管機選型在穿越公路、鐵路、地下管線、河流、地上重要建筑等地段(以下簡稱特殊地段)的頂管施工一般采用多刀盤土壓平衡式頂管機或泥水、泥漿平

2、衡式頂管機。土壓平衡式頂管機出土為固體形式，較泥水、泥漿平衡式頂管機出土為液體形式在土方處置方面較為便利，故在能滿足沉降要求的情況下，通常采用土壓平衡式頂管機。該機型適用于飽和含水地層中的粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、粉砂土或砂性土。2 工倉壓力確實定多刀盤土壓平衡式頂管機在頂進過程中，頂管機工倉內(nèi)的壓力P小于頂管機所處土層的主動土壓力Pa時，地面就會產(chǎn)生沉降；當P大于頂管機所處土層的被動土壓力Pb時，地面就會產(chǎn)生隆起。為防止地表的沉降和隆起，工倉壓力P必須控制在Pa 3 泥漿套泥漿套不僅起到減摩作用，同時也起到一定的土體穩(wěn)定作用，減少頂管對沉降的影響。一般頂管機的外徑較管道外徑大24cm因此頂

3、管機頂過后管道外圍產(chǎn)生環(huán)形空隙導致地層損失。另外，由于管節(jié)制作及安裝過程中的誤差，管節(jié)的外圍有不少凹凸處，加大了頂進摩阻力，再加上頂進中發(fā)生的糾偏過程導致頂管機后面的管節(jié)在不斷地往前頂進過程中會多多少少地帶走一些泥土，特別是中繼間在使用中往往會帶走較多的泥土，產(chǎn)生較多的空隙。因此通過及時壓漿充填，補充以上因素導致的空隙，在管道外圍形成一個良好的泥漿套顯得極為重要。31 漿液配比漿液的配制要求應滿足粘滯度高失水量小，穩(wěn)定性好。工程中使用的漿液配比主要有以下幾種(均為重量比)。1)膨潤土礦粉：水=1：9；2)膨潤土礦粉：純堿：化學漿糊(CMC)：水=104：305：105：800；3)膨潤土礦粉：

4、純堿：水=100：2：300。攪拌透后再參加含PHPAM一11800的水溶液經(jīng)攪拌均勻后可用于注漿。實際施工中第一、三種配比比擬容易操作，關鍵是要根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)進展試配以到達漿液配制要求。32 壓漿孔布置壓漿孔太少不能形成良好的泥漿套太多又會造成管道內(nèi)壓漿管路凌亂不利土方輸出。所以一般采取如下布置：每3節(jié)管子布置1組壓漿孔(即放置1節(jié)壓漿管)，現(xiàn)在多數(shù)專業(yè)制管廠均有預制的壓漿管供給。33 壓漿操作1)開頂后對全線管節(jié)進展壓漿，重點在管道底部壓漿，使管道更好地處于懸浮狀態(tài)，減少摩阻力和因管道與土體摩擦而帶走土體。2)頂進過程中，機尾及其后的3節(jié)管道應及時壓漿，以填充由于管節(jié)小于機頭的環(huán)形空隙，控制

5、沉降。3)每節(jié)管子頂進完畢或因故停頓后，即對全線補壓漿，主要對管頂壓漿，及時充填由于管節(jié)在頂進中壓縮管節(jié)周圍土體而產(chǎn)生的空隙，控制沉降。4)糾偏過程中，機頭對周圍土體產(chǎn)生局部側(cè)向壓縮，增加了機尾處管節(jié)的空隙，此時可適當增加機尾壓漿量。5)使用中繼間后，頂進速度隨之減慢，機頭容易下沉，需及時在機頭底部注漿托起機頭，防止機頭上部產(chǎn)生過大空隙。6)在穿越特殊地段時，壓漿壓力不宜過大，每次壓漿量也不宜過多，防止產(chǎn)生冒漿和地面隆起，壓漿壓力通?？刂圃?102MPa。7)頂管貫穿后，要立即用水泥粉煤灰砂漿進展固化壓漿，減少地面后期沉降。4 土體最大沉降量的預測和監(jiān)控點的布置41 預測方法目前在頂管、盾構施

6、工時，通常使用Peck法進展預測。Peck法的地面沉降值計算公式為：式中：(x)為沉降量；max為管道中心線處的最大沉降量；Vi為土體損失；x為離管道中心線的距離；i為沉降槽的寬度系數(shù)；z為隧道中心線至地面的距離；為土體的內(nèi)摩擦角。管道以上地面沉降槽的橫向分布近似正態(tài)曲線，詳見圖1。42 預測沉降的實用意義1)地面沉降最大值的控制；2)地面建筑的保護范圍確定。W沉降槽寬度；i管道中心至沉降曲線反彎點的距離；沉降起彎點和管道外側(cè)起拱點連線與垂線的夾角；z管道中心線至地面的距離：R管道半徑在頂管穿越特殊地段前，先安排一段調(diào)試段和一段模擬段并布設一定數(shù)量的監(jiān)測點，在頂管通過時根據(jù)監(jiān)測點上的沉降數(shù)據(jù)對

7、工倉壓力、注漿量、配比和頂管掘進速度等進展調(diào)整。調(diào)試段布設在模擬段之前，在這段距離內(nèi)根據(jù)監(jiān)測點測得的沉降數(shù)據(jù)，邊掘進、邊調(diào)整各項施工參數(shù)，使地面沉降和隆起能根本控制在有關部門允許范圍以內(nèi)。模擬段設在緊靠特殊地段前30m左右，按照調(diào)試段得出的參數(shù)進展操作，并做微調(diào)整進一步減少沉降量。模擬段施工滿足要求時，才進展正式穿越的施工。43 監(jiān)控測量的測點布置縱向：設置46個排測點，測點排距35m。橫向：管道中心線以及兩側(cè)各布置2個測點，兩側(cè)第一個測點離中心線2535m第二個測點離第一個測點3-35m，同時測點要全部布設在沉降影響范圍內(nèi)。調(diào)試段的測點數(shù)量可適當減少，橫向上管道中心線兩側(cè)的測點可視情況減少或

8、省去。模擬段的測點數(shù)量宜多些盡可能結(jié)合特殊地段的工況條件進展布置，有時可布置在地面以下。特殊地段的監(jiān)控測量的測點可根據(jù)以上原那么及具體的特殊情況進展布設。監(jiān)控測量的時間為：在頂管機頭所在位置的前后3排測點每05h測一次，其他測點每小時測一次。5 測量和糾偏前面已提到頂管軸線不順直會增大摩阻力，牽動土體，造成土體失穩(wěn)、流失，另外，頂管機糾偏時，其軸線與管道軸線形成一個夾角因此頂管機在頂進過程中，掘進的坑道成為橢圓形，此橢圓面積與管道外圓面積之差所形成的空隙造成的地層損失大小直接關系到頂管機上部土體的沉降值。如果地層損失過大，壓漿措施往往無法到達全部的補償作用，因此施工中認真測量嚴格控制好頂管姿態(tài)

9、極為重要。一般通過增加測量頻率，提高頂管頂進的軸線要求(可控制在3cm以下)，嚴格貫徹“勤測、勤糾、緩糾的原那么穿越特殊地段前應盡可能使得機頭水平和垂直位置僅有微量的偏差，防止在特殊地段有較大的糾偏操作。6 頂管進、出洞口處理頂管在進出洞口時。由于工作井預留洞口與管道之間存在空隙。如果洞口土體處理不當。就會發(fā)生土體涌人工作井內(nèi)。從而造成洞口附近地面發(fā)生塌陷。如果洞口附近有管線或建筑物時，就會對它們產(chǎn)生不利的影響：如果附近是道路。地面塌陷就有可能影響交通。通過實踐總結(jié)如下預防措施：在進、出洞口可采取壓密注漿輔以井點降水的技術措施對土體進展加固(注意井點降水也會產(chǎn)生一定的沉降，使用時應慎重)，以提

10、高土體的抗剪強度和減少土體滲透性，保持土體穩(wěn)定，不滲水，不流泥，使頂管平安進、出洞。另外在出洞口安裝一定厚度的橡膠止水套環(huán)，防止水土涌人工作井。同時在洞口橡膠環(huán)外側(cè)安裝環(huán)行壓漿鋼管如有少量水土滲漏時，壓注較厚的觸變泥漿。防止水土流失：頂管進洞后立即封堵管道和預留洞口之間的空隙，防止水土涌人接收井內(nèi)。對工作井、接收井附近的管線和建筑物?？筛鶕?jù)具體情況采取一系列的吊、托、抱、地基加固、隔斷帷幕和跟蹤注漿等措施。7 工程實例2000年8月。蘇州河支流截污A-15標工程9號-1O號井頂管施工，管段長302m，管徑2200，管底標高-609。頂管正交穿越上游引水雙孔箱涵(供給長橋水廠，日供水量4O萬t，

11、施工期正值夏季供水頂峰，雙孔滿壓流)，穿越長度95m，箱涵底標高-147。管頂與箱涵之間凈距22m。頂管所處土層為灰色淤泥質(zhì)粘土。該土土質(zhì)軟。為高壓縮性流塑狀，靈敏度St=637，屬高靈敏度土。工程勘察報告中地質(zhì)參數(shù)的加權平均值為=172kNm3，=82，c=1048kPa。工程實施時選用多刀盤土壓平衡頂管機。穿越箱涵時實際施工過程中工倉壓力為015MPa。頂速為5cmmin。出土率控制在理論值的97，管道垂直、水平誤差到達3cm時即進展糾偏。穿越前，在箱涵底部，底板至底板以下4m，頂管兩側(cè)60cm以外5m的范圍內(nèi)先行注漿起到一定的托起作用。箱涵前40m布置了8排監(jiān)測點，其中4排為每排5個測點

12、(模擬段)，另4排為每排3個測點(調(diào)試段)，排距均為5m，同時箱涵上共布置9個測點。頂管穿越過程中箱涵上的9個測點始終控制在隆起5mm以內(nèi)頂管貫穿后在箱涵底部進展了注漿。同時在箱涵下的管節(jié)利用原有管道壓漿孔向外注漿注漿完成后9點中最大隆起值為14mm。沉降值為3mm。經(jīng)過兩個月的后期沉降和跟蹤監(jiān)測，最終9點中最大沉降值為4mm，一點隆起為1mm。滿足了原水公司提出的最終沉降控制在5mm的要求。8 結(jié)論結(jié)合頂管工程施工順序。頂管成功穿越特殊地段的技術要點總結(jié)如下：1)施工前必須充分調(diào)查特殊地段的詳細情況根據(jù)實際地質(zhì)情況合理選擇頂管機機型、布置好監(jiān)控測點、計算和選定有關技術參數(shù)(工倉壓力、頂進速度、出土量、壓漿量、沉降預測值等)；結(jié)合洞口具體情況。采取適宜的加固和環(huán)境保護措施。2)施工中根據(jù)監(jiān)控點監(jiān)測所得反應數(shù)據(jù)。不斷調(diào)整相關技術參數(shù)使得沉降值控制在有關部門允許的范圍之內(nèi)；加強測量。防止較大的糾偏動作。3)頂管完畢后，要及時進展泥漿套的置換工序；及時封堵洞口；根據(jù)特殊地段情況及允許沉降要求。采取注漿加固的方式