5.5超大斷面矩形頂管施工技術(shù)

第五章頂管施工技術(shù)大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部宋永發(fā)課程內(nèi)容contents頂管技術(shù)的基本原理及組成國內(nèi)外頂管技術(shù)的發(fā)展5.15.2頂管施工的分類及特點(diǎn)5.3超大斷面矩形頂管施工技術(shù)頂管工程關(guān)鍵技術(shù)分析5.45.55.5超大斷面矩形頂管施工技術(shù)5.5超大斷面矩形頂管施工技術(shù)頂管技術(shù)由于斷面利用率大、覆土淺、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛地用于城市交通人行地道、地下共同溝、軌道交通區(qū)間隧道施工。目前，小斷面（3m×5m左右）矩形頂管隧道，主要應(yīng)用于共同溝、電力隧道、水利隧道以及小型地下通道、地鐵車站出入口等建設(shè)，技術(shù)水平已經(jīng)相當(dāng)成熟；但大斷面（5m×9m左右）矩形頂管隧道在國內(nèi)應(yīng)用較少，尤其是超大斷面（7.5m×10.4m）的矩形頂管隧道，因存在頂管頂進(jìn)施工技術(shù)、地面沉降控制、管節(jié)制作運(yùn)輸?shù)戎T多困難，實(shí)際應(yīng)用更是寥寥無幾。概述5.5.1工程概況新建裕民南路下穿G1501地道工程，目的是為了打通該南北斷頭路，使其承接起連接新城區(qū)和舊城區(qū)的功能。穿越G1501高速公路采用矩形頂管，其中車行通道斷面尺寸為10.4m×7.50m，壁厚700mm，管節(jié)長1.5m。頂管覆土層厚度5.19m-6.85m。頂管距離60m。頂管穿越砂質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土土層。工程概述5.5.1工程概況始發(fā)井出洞加固范圍縱向?yàn)?m，深度17m，寬度為34.5m，端頭加固采用Φ850@600三軸攪拌樁Φ800@600雙重管高壓旋噴樁加固。接收井進(jìn)洞加固范圍縱向5m，深度17m，寬度33.2m，由于接收井位置離G1501上海繞城高速較近，加固空間有限，因此接收井進(jìn)洞口加固采用MJS工法滿堂加固。工程概述5.5.1工程概況頂管機(jī)外形尺寸為10420mm×7520mm×5700mm；采用6只大小刀盤組合，3只前置（D4160mm），3只后置（D3350mm）；糾偏油缸（30臺(tái)）單只油缸最大推力200t、公稱壓力31.5MPa；脫管油缸（4只）單只油缸最大推力200t、公稱壓力31.5MPa；配備2臺(tái)螺旋出土機(jī)，直徑D670mm、功率2×37kW、最大排土量120m3/h，如圖所示。工程概述5.5.2本工程關(guān)鍵技術(shù)本工程采用五位一體矩形頂管自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)和人工復(fù)核兩種方法進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量，導(dǎo)向系統(tǒng)在頂進(jìn)過程中實(shí)時(shí)更新頂管姿態(tài)精確指導(dǎo)頂進(jìn)，而人工復(fù)核是用傳統(tǒng)的前后標(biāo)的方式測(cè)得頂管姿態(tài)對(duì)自動(dòng)導(dǎo)線系統(tǒng)進(jìn)行檢核，定期地對(duì)頂管姿態(tài)進(jìn)行人工復(fù)核，能確保自動(dòng)導(dǎo)線系統(tǒng)姿態(tài)的準(zhǔn)確性，如圖所示。（1）全自動(dòng)測(cè)量技術(shù)5.5.2本工程關(guān)鍵技術(shù)在小型的頂管項(xiàng)目中，一般采用人工測(cè)數(shù)據(jù)反饋，人工啟閉注漿閥門進(jìn)行外部的注漿控制，這樣的做法在施工時(shí)效和控制精度上都不高。在本工程的施工過程中，超大截面給人工注漿操作帶來一定的難度，傳統(tǒng)的施工工藝流程已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)工況需要。采用全自動(dòng)注漿系統(tǒng)，由PLC程序控制柜發(fā)出指令，使注漿電動(dòng)閥門啟閉，切換到下一孔注漿，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)壓漿。通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)算出管節(jié)的注漿量來控制壓漿時(shí)間，由管節(jié)上的壓力表控制壓漿的壓力，來實(shí)現(xiàn)壓漿的保壓。（2）全自動(dòng)注漿技術(shù)5.5.2本工程關(guān)鍵技術(shù)本工程頂管施工穿越G1501高速，共布置121個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，考慮到數(shù)據(jù)采集的頻率及安全性，數(shù)據(jù)采集使用全自動(dòng)測(cè)量監(jiān)控系統(tǒng)，每4h測(cè)量一次。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置分為試驗(yàn)段和正常段監(jiān)測(cè)點(diǎn)，除試驗(yàn)段監(jiān)測(cè)點(diǎn)在高速范圍外，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)都在高速范圍內(nèi)。（3）全自動(dòng)沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)5.5.3其他施工關(guān)鍵技術(shù)超大斷面矩形頂管的大小刀盤有著不同的切削方式，同時(shí)由于斷面大且土倉底部螺旋機(jī)進(jìn)土口處呈平底狀，因此對(duì)于渣土的流動(dòng)性要求極高，必須對(duì)土體改良進(jìn)行針對(duì)性研究。主要研究內(nèi)容包括：改良添加劑比選與配比研究；砂性土地層土體改良參數(shù)、改良施工工藝研究及效果分析。（1）超大矩形開挖面渣土改良技術(shù)5.5.3其他施工關(guān)鍵技術(shù)減摩護(hù)壁泥漿是影響頂管頂力、提高長距離頂進(jìn)效率，以及控制背土和地面沉降的重要技術(shù)?；诔髷嗝婢匦雾敼艿奶匦裕陧敼艿捻敳亢偷撞繒?huì)存在大面積的減摩護(hù)壁泥漿，減摩護(hù)壁泥漿的質(zhì)量優(yōu)劣更是關(guān)系到頂管頂進(jìn)成功與否的關(guān)鍵，因此必須對(duì)減摩護(hù)壁泥漿技術(shù)進(jìn)行針對(duì)性研究。主要研究內(nèi)容包括：減摩護(hù)壁泥漿材料的比選研究；減摩護(hù)壁泥漿配比及性能指標(biāo)研究；減摩護(hù)壁泥漿形成、影響和模擬試驗(yàn)研究；減摩護(hù)壁泥漿全斷面自動(dòng)注漿及控制工藝研究。（2）減摩護(hù)壁泥漿技術(shù)5.5.3其他施工關(guān)鍵技術(shù)超大斷面矩形頂管進(jìn)出洞風(fēng)險(xiǎn)不亞于超大直徑盾構(gòu)進(jìn)出洞。另外，由于矩形的特殊形式，角部位置在進(jìn)出洞期間更是滲漏高風(fēng)險(xiǎn)部位。因此，必須研究新型的進(jìn)出洞密封裝置用以控制大斷面矩形頂管始發(fā)、推進(jìn)直至接收過程中土水滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。主要研究內(nèi)容包括：風(fēng)險(xiǎn)控制裝置結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)研究；風(fēng)險(xiǎn)控制裝置安裝及施工工藝研究。（3）超大斷面矩形頂管進(jìn)出洞風(fēng)險(xiǎn)控制裝置研究5.5.3其他施工關(guān)鍵技術(shù)超大斷面矩形頂管在砂性土地層中將面臨中繼間設(shè)置、姿態(tài)糾偏問題。中繼間的設(shè)置位置和數(shù)量將影響長距離頂管頂進(jìn)的效率和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)置不當(dāng)甚至將產(chǎn)生頂力不足無法頂進(jìn)的后果；超大斷面矩形頂管的糾偏難度大，如形成不利導(dǎo)向?qū)⒂绊懗尚退淼赖馁|(zhì)量。主要研究內(nèi)容包括：砂性土地層的中繼間的設(shè)置優(yōu)化研究；超大斷面矩形頂管糾偏控制技術(shù)研究。（4）砂性土地層頂進(jìn)控制技術(shù)5.5.3其他施工關(guān)鍵技術(shù)在頂管施工整體流程中，除了前期的管節(jié)制作和過程中關(guān)鍵的頂管施工控制技術(shù)，還需要后期輔助措施來保證頂管施工后隧道的整體穩(wěn)定和地面沉降可控，其中重要的輔助技術(shù)就是適應(yīng)砂性土地層的大斷面矩形頂管置換泥漿技術(shù)。頂管施工過程中使用的減摩護(hù)壁泥漿為非固化漿液，待頂管完成后需進(jìn)行置換處理，但超大斷面矩形頂管的斷面大、減摩護(hù)壁泥漿體量大，如何有效置換是保證隧道后期穩(wěn)定以及地面后期沉降的關(guān)鍵。主要研究內(nèi)容包括：新型防滲微膨脹置換泥漿配比研究；大斷面矩形頂管置換泥漿施工工藝研究。（5）超大斷面矩形頂管輔助技術(shù)5.5.4超大斷面矩形頂管施工重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施投入兩套高精度鋼模板，高溫水蒸氣養(yǎng)護(hù)設(shè)備。管節(jié)混凝土平直澆筑，組合鋼模板經(jīng)高精度大型機(jī)床加工而成，內(nèi)外模外邊線平面誤差控制在2mm以內(nèi)，且在1米長度內(nèi)誤差控制在0.5mm內(nèi)，模具組裝完成后，矩形框?qū)蔷€誤差控制在2.5mm內(nèi)，以確保管節(jié)預(yù)制精度。（1）確保管節(jié)預(yù)制精度5.5.4超大斷面矩形頂管施工重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施確保頂管機(jī)在富水軟弱地層中安全順利掘進(jìn)，降低漏水風(fēng)險(xiǎn)是本工程的重點(diǎn)。始發(fā)、接收井施工完成后，端口采用多重復(fù)合水泥系加固止水工藝，確保加固效果，同時(shí)設(shè)置四口降水井降水減壓，從而降低始發(fā)、接收漏水風(fēng)險(xiǎn)；頂管掘進(jìn)過程中，注入大量觸變泥漿，始發(fā)洞門采用多重止水密封，增設(shè)洞門防突涌裝置，確保洞門密封效果；矩形管節(jié)之間，縱向連接預(yù)埋鋼套環(huán)，設(shè)外、中、內(nèi)三道防水，同時(shí)，在頂管推進(jìn)過程中采用大螺桿將相鄰管節(jié)拉緊，保證管節(jié)接縫防水效果。（2）頂管施工防滲漏水風(fēng)險(xiǎn)控制5.5.4超大斷面矩形頂管施工重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施該頂管隧道推進(jìn)距離長，結(jié)構(gòu)斷面大，頂管機(jī)推進(jìn)過程中超寬矩形斷面內(nèi)渣土流動(dòng)性差，土倉壓力不均勻，易造成頂管機(jī)發(fā)生軸線偏轉(zhuǎn)，如何控制是工程的難點(diǎn)。注入活性劑保證渣土改良效果，將土倉壓力的不均勻性降到最低；嚴(yán)格螺旋機(jī)出土量控制，通過調(diào)整千斤頂頂力、鉸接油缸伸長量等措施進(jìn)行姿態(tài)糾偏；雙螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速可無級(jí)調(diào)速，控制土倉左右壓力，實(shí)現(xiàn)水平輔助調(diào)向；采用盾圈及管節(jié)壓漿技術(shù)，進(jìn)行軸線糾偏。（3）頂管機(jī)軸線糾偏控制5.5.4超大斷面矩形頂管施工重難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施長距離、超大斷面頂管機(jī)掘進(jìn)，減少對(duì)原狀地層擾動(dòng)，減小地面和管線變形，確保城道行車安全是工程的難點(diǎn)。