大口徑泥水平衡頂管磕頭處理及進出洞措施探討

大口徑泥水平衡頂管磕頭處理及進出洞措施探討汪帆【摘要】頂管機進出洞是頂管工程的關(guān)鍵工序，直接決定了頂管的成功或失敗.文章詳細介紹了福州市洋里污水廠外管網(wǎng)頂管施工中發(fā)生的大口徑泥水平衡頂管機出洞〃磕頭”現(xiàn)象的處理措施，分析了頂管機〃磕頭”的原因，提出了拔管處理方案、施工工藝流程和技術(shù)，并闡述了具體的進出洞防治措施.【期刊名稱】《福建建筑》【年(卷)，期】2017(000)006【總頁數(shù)】3頁(P118-120)【關(guān)鍵詞】泥水平衡頂管;磕頭;進出洞【作者】汪帆【作者單位】福州市戶外卜廣告和燈光夜景建設管理辦公室福建福州350001【正文語種】中文【中圖分類】TU991頂管施工是一種非開挖施工方法，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的技術(shù)，體現(xiàn)出高精度、低成本、污染小的優(yōu)點，被廣泛應用于城市給排水建設和城市電力管道建設中。頂管進出洞是頂管施工中技術(shù)難度大、工序復雜的施工階段，處理不當會使洞門外土體易塌方和流失，甚至導致頂管機失去控制。本文以福州市洋里污水處理廠廠區(qū)及廠外管網(wǎng)三期工程廠外管網(wǎng)第8標段廠區(qū)段污水管道工程，8#工作井頂管施工出洞后發(fā)生〃磕頭”為例，結(jié)合施工現(xiàn)場及地質(zhì)勘察情況，分析了大口徑泥水平衡頂管機〃磕頭”原因，提出了拔管處理方案，并基此詳細介紹了拔管工藝流程和具體施工技術(shù)，闡述了大口徑泥水平衡頂管機進出洞的具體技術(shù)措施。該污水管道工程，管道采用管徑為2400mm鋼筋混凝土管，頂管管線長904.6m，管道埋深近10m，采用泥水平衡頂管施工。所建管道靠近河道河岸邊，地貌為河灘、菜地及民房。根據(jù)施工進場前地質(zhì)勘察報告，工程地質(zhì)情況由上而下為：①雜填土：褐黃色，松散，濕，層厚0.5m~3.8m:②粘土：褐黃色，可塑，很濕，層厚2.5m~3.3m；③淤泥：灰色，流塑，飽和，層厚3.4m~6.3m;④中粗沙（含泥）：淺灰色，稍密，局部松散，飽和，夾薄層淤泥，層厚4.0m~11.9m。管線皆位于沖積砂層中，含水量大，受擾動后易形成流砂，給頂管進出洞施工過程中帶來極大困難。在8#工作井至廠區(qū)泵站頂管施工中，頂進10m里程后于夜里停工期間發(fā)生頂管機“磕頭”現(xiàn)象，頂管工具管累計下沉30cm，由于施工前已將頂管工具管與后續(xù)管節(jié)作剛性連接，因此整個管道向下傾斜，留在8#工作井內(nèi)的第四節(jié)管道騰起導軌達到了22cm,偏離頂進軸線。對現(xiàn)場進行補勘后，頂管機所處位置主要是粉砂，與地質(zhì)勘察報告不符。綜合分析現(xiàn)場原因有以下3個因素：①工作井靠河堤太近，注的水泥漿液從河堤冒出，沒有達到預期注漿封水的效果，在頂管機頭頂進出洞時，發(fā)現(xiàn)洞口拔樁后的孔洞部位成樁效果不理想。②在頂管工具管進洞后，水不斷流進工作井內(nèi)，帶進了較多的砂土，密封圈無法有效封住外界的水。③由于機頭本身較重，出洞口土質(zhì)為較軟砂性土層，承載力低，發(fā)生了〃流砂”現(xiàn)象。所以，導致了頂管施工出現(xiàn)“磕頭”情況。根據(jù)8#工作井現(xiàn)場已經(jīng)發(fā)生的實際情況，并依據(jù)地質(zhì)資料，擬定了兩個初步的方案：①強行糾偏，繼續(xù)頂進；②將整個管道拔出，重新頂進。由于管道超出了頂管施工允許偏差，糾偏難度大，且離洞口較近，為確保管道施工質(zhì)量，參建各方充分討論和綜合考慮了各方面因素，決定采取第二種方案。3.1基本原理第二種拔管方案基本原理如圖1所示，通過千斤頂反向安裝后反向頂進，將已經(jīng)偏離頂進軸線的管道撥出土體，拔管同時，利用低壓灌漿設備將填料灌入拔管形成的間隙，填充拔出管道形成的空間。為防止管道上方土體坍塌，應隨拔隨填充。當頂管機拔至預留洞口時，采用高壓旋噴樁進行洞口止水帷幕施工，待止水帷幕形成后重新進行頂管出洞施工，二次頂進。3.2拔管施工工藝流程施工工藝流程如下：拆除管道內(nèi)河頂管機內(nèi)部各設備一管道內(nèi)拉桿安裝一工作井內(nèi)反向千斤頂及拔管鋼梁布置一錨固并調(diào)直拉桿一啟動反向千斤頂推動鋼梁（同時向頂管機外灌料填充）T逐節(jié)退管。拔管要在施工現(xiàn)場填充設備成孔就位的情況下，同時對拔出管道空間進行填充，為了防止管道上方的土體出現(xiàn)沉降，拔管速度要根據(jù)頂管機前方的土壓力和地面沉降監(jiān)控情況確定。3.3拔管施工技術(shù)3.3.1反向千斤頂、鋼梁安裝拔管所需的T型鋼梁，采用兩根22#槽鋼背靠背拼裝成；拉桿采用鋼絞線，施工中拉桿著力點為整個管道中心偏下20cm。將200t液壓千斤頂拆除兩個反向安裝，形成一固定鉸接形式，保證鉸接千斤頂軸線與頂管軸線之間有一定的擺動角度。采用裝配式后背墻，用方木、型鋼、鋼板等進行組裝，緊貼井壁并有效固定，使頂力平均分配到工作井墻體上。3.3.2拉桿鋼絞線安裝連接頂管與鋼梁間使用鋼絞線，鋼絞線安裝在管道內(nèi)的兩側(cè)，同時為防止因鋼絞線彎曲影響傳力，在鋼絞線下方架設支架［1］。鋼絞線和鋼梁的連接則采用可拆卸式夾片錨進行錨固，拔管完成一節(jié)進行吊裝時要切斷鋼絞線，重新錨固。而鋼絞線和頂管機頭的連接則采用永久性擠壓套錨固。為保證鋼絞線不發(fā)生明顯的拉伸變形，根據(jù)受力情況確定鋼絞線數(shù)量，控制最大拉力在鋼絞線的75%張拉強度以下。3.3.3灌料填充填充料選擇粉煤灰：黃砂：水泥=20%：30%:50%的比例調(diào)配而成，適量摻入水玻璃，增加粘附性和速凝作用。填充前在拔管軌跡上先成孔，壓入注漿管，利用砂漿泵填充，填充量按110%進行，即每拔50cm，填充料為3m3。填充壓力根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)節(jié)，以相鄰孔冒漿為度，在預留洞口部位，填充管加密布置，確保該部位的填充壓密，如圖2所示。3.3.4地面沉降控制拔管過程將對管道周圍的土體產(chǎn)生擾動，使土體發(fā)生位移，土體的自身強度也將產(chǎn)生變化，從而造成了地面發(fā)生沉降，進而波及到周邊管線。因此，在拔管過程中根據(jù)土壓力和沉降監(jiān)測等測量參數(shù)調(diào)整速度，速度嚴格控制在10mm/min以內(nèi)，拔管中頂管機頭前同時灌漿，以保證周邊土體穩(wěn)定性。為確保頂管重新出洞和進洞順利，考慮到井外土質(zhì)較軟或有流砂,分別在工作井、接收井的出洞方向和進洞方向外一定范圍，對整個主體進行改良或加固，綜合現(xiàn)場情況，提出采用高壓旋噴樁措施，以提高這部分土體的強度，防止頂管進出洞時塌方［2］。同時在工作井出洞口采取鋼板樁封洞、止水圈安裝的措施，視現(xiàn)場情況在井進出洞口外采用井點降水措施，防止頂管機進出洞時塌方、流砂，避免井外的泥水大量涌人井內(nèi)。4.1高壓旋噴樁施工為防止拔管后井外土體及水流入洞內(nèi)，并保證頂進洞口工作面的安全，對在預留孔外沿井壁進行止水帷幕施工。止水帷幕采用兩排高壓旋噴樁，成樁直徑50cm，樁之間搭接長度10cm，梅花型布置，整個止水帷幕外包尺寸為0.9mx5m,如圖2所示。樁頂同沉井頂部標高，樁底為管道底標高下3m，注漿壓力大于20MPa,采用強度等級為42.5級的普通硅酸鹽水泥，水灰比按1:0.5,為提高樁體的早期強度，漿液中滲入適量早強劑?？紤]到流砂影響和一次頂進時拔樁后的孔洞部位成樁效果不理想，在該部位進行〃復噴”2次甚至3次噴漿成樁，〃復噴”間隔時間以1h~2h為宜。4.2鋼板樁封洞正常頂管機出洞時，當頂管機與止水橡膠法蘭充分結(jié)合后，將鋼板樁拔除。因為施工進度已滯后，考慮到拔管后要盡快進行二次重新頂進，但高壓旋噴樁體的強度無法達到，為防止洞口夕卜土體坍塌，對洞口采取保護措施，現(xiàn)場在填充后采用鋼板樁進行封洞。為避免拔樁后再次擾動洞口土體，二次頂進前只將洞口部分鋼板樁割除，其余鋼板樁則廢棄在土體中。4.3止水圈安裝由于在頂管機出洞時工作井洞圈直徑與頂管機外徑之間存在較大空隙，單邊間隙為60mm，因此在頂進前，采用可調(diào)式壓板、橡膠圈和法蘭組成的止水裝置，結(jié)構(gòu)如圖3所示。最外圍安裝具有調(diào)節(jié)徑向密封間隙功能的鋼壓板。在頂管機出洞階段，由于機頭正面及機頭與墻體間隙均充滿高壓漿液，橡膠圈無法直接承受這樣的壓力，會向外卜翻出，導致洞口水土流出。此時，通過調(diào)節(jié)鋼壓板使得鋼壓板內(nèi)徑與機頭表面保留5mm間隙，以有效地阻止橡膠圈夕卜翻，保證出洞與頂進過程中嚴密不漏水［3］。由于頂管出洞時覆土較深，水量大，采用兩道密封橡膠圈。橡膠圈足夠的彈性與韌性，在頂管機進洞時與頂管機表面密切貼緊，同時不被撕裂，起雙重功效。并且要求密封圈足夠耐磨，保證頂進中途不需更換。為了防止洞口滲漏，在兩道橡膠止水法蘭盤的中間預留注漿孔，緊急情況下可以壓漿堵漏。4.4井點降水在8#工作井破洞口時有大量流砂流入，發(fā)現(xiàn)采用高壓旋噴樁固化粉砂土體的止水效果并不理想，現(xiàn)場施工人員多次采用井下應急堵漏搶破的方式，但會導致土體不均勻沉降，為了進出洞施工安全，視情況采用井點降水措施，將水位降至坑底標高以下1m。在降水過程中，由于地下水通過濾料、濾網(wǎng)及濾管時均有水頭損失，因此降水時存在井損現(xiàn)象。一般情況下，地層滲透系數(shù)越大井損越??；在砂性土中井損一般在5m~6m,粘性土層中井損一般均大于10m。本工程地質(zhì)為砂質(zhì)粉土層，根據(jù)工程經(jīng)驗取井損為8m，考慮井底設置1m沉淀管，洞口兩側(cè)各兩口降水井，共布置4口降水井。在二次頂進施工前，對未頂進的路線進行詳細補勘，探明前方土層的地質(zhì)情況，以確保在復頂時能夠順利貫通。二次頂進的關(guān)鍵是要保證頂進管道的軸線度，因此，頂進前做好測量與方向控制、檢查靠背及導軌鋪設安裝，并針對填充物為高濃度狀的砂漿，二次頂進以悶頂為主，以頂管工具管正面的壓力逼干前方土體，以提高前方土體承載力。本文詳細論述了頂管出洞發(fā)生磕頭后，采用反向拔管的施工處理方案和合理的防治措施，二次出洞后頂進順利，取得了較好的效果。實踐證明，采取該方案后未發(fā)生地面沉降報警，可為今后頂管工程遭遇障礙物無法頂進需退管的類似情況提供借鑒。其中，頂管進出洞是制約頂管頂進的關(guān)鍵工序，未采取防治技術(shù)措施，將有可能造成頂管頂進的質(zhì)量和速度，甚至造成頂管失敗。為此建議頂管進出洞施工前應認真查看