大截面矩形管廊下穿高速公路施工控制技術(shù)

1?工程概況項目位于四川省資陽市臨空經(jīng)濟(jì)區(qū)成資大道綜合管廊與成渝高速斜交處，綜合管廊設(shè)計為矩形兩艙室結(jié)構(gòu)，分別為高壓電力艙和綜合艙。綜合管廊穿越成渝高速及綜合管廊單體需滿足成渝高速遠(yuǎn)期擴(kuò)容要求，頂管段現(xiàn)狀路基寬度約33m，頂管長度49m，下穿成渝高速段管廊覆土深度為6.2m，總寬6.9m，高4.2m，管廊頂距高速路基底2.3m。1.1?施工斷面布置在頂管段綜合管廊結(jié)構(gòu)范圍外設(shè)置C形鋼管混凝土管幕，鋼管直徑D=970mm，管幕兩端嵌固于鋼筋混凝土門架內(nèi)。管幕將管廊與外側(cè)土體隔離，減小管廊頂進(jìn)過程中對外側(cè)土體擾動。采用機(jī)械式土壓平衡頂管機(jī)對管廊頂進(jìn)施工，每節(jié)段預(yù)制管廊長度為2m，節(jié)段間連接采用鋼承口，并設(shè)置橡膠止水帶，以保證節(jié)點的水密性。1.2?工作井出發(fā)井尺寸設(shè)置為10m×10.5m。出發(fā)井上部6.5m范圍土體按1∶1放坡開挖，邊坡采用土釘墻支護(hù)。下部結(jié)構(gòu)采用排樁支護(hù)，出發(fā)井沿頂管方向兩側(cè)采用單排支護(hù)樁（D=1200mm），間距2.2m，并設(shè)置內(nèi)支撐。后背墻后采用雙支護(hù)樁（D=1200mm），間距1.6m。管廊進(jìn)出口處的支撐門架采用雙排鉆孔灌注樁（D=1000mm）支護(hù)，并通過樁頂門架梁連接為整體，門架梁尺寸為1600mm×1000mm。出發(fā)井兼做管幕頂管施工工作井。接收井利用明挖段基坑，僅設(shè)置門架。1.3?地質(zhì)情況管廊頂管段穿越土層主要為粉質(zhì)粘土及強(qiáng)風(fēng)化泥巖層，土體力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。粉質(zhì)粘土④1：黃褐色、灰黃色，略濕，狀態(tài)可塑，成分主要以粘粒礦物為主，干燥后強(qiáng)度中等，韌性中等。強(qiáng)風(fēng)化泥巖⑤1：組織結(jié)構(gòu)大部分破壞，節(jié)理、風(fēng)化裂隙很發(fā)育，具有遇水軟化現(xiàn)象。1.4?頂管機(jī)管幕頂進(jìn)設(shè)備采用泥水平衡式頂管機(jī)，外形尺寸1000mm×3500mm，總重6t，配備4只糾偏油缸，總頂力1320kN，最大糾偏角度為2.5?°。管廊頂進(jìn)設(shè)備采用機(jī)械式土壓平衡矩形頂管機(jī)，機(jī)殼外形尺寸為6940mm×4240mm×5000mm（寬×高×長），頂管機(jī)由刀盤及驅(qū)動段（70t）、后部糾偏鉸接段（40t）、螺旋機(jī)（6t）組成。頂進(jìn)裝置由14只千斤頂組成，行程為2500mm，總頂力28000kN。該頂管機(jī)還配備14只鉸接油缸，行程250mm，總頂力21000kN，用于糾偏控制，最大糾偏角度為0.5?°。2?頂管施工重點與難點2.1?管幕施工控制管廊和管幕間要控制好間距，間距過小易導(dǎo)致管廊頂進(jìn)困難，間距過大會導(dǎo)致地面沉降過量。相比普通頂管，本工程中要保證中線和高程控制精度高。由于鋼管間通過鎖扣連接，需要嚴(yán)格控制鋼管頂進(jìn)過程中偏轉(zhuǎn)角度。每根鋼管的兩側(cè)均焊接有鎖扣，后續(xù)施工孔位鋼管與相鄰鋼管的鎖扣相互咬合頂進(jìn)，在鎖扣的作用下鋼管與鋼管橫向扣接，通過兩端的門架，管幕在開挖線外縱向形成鋼管混凝土梁，為管廊施工提供可靠的圍護(hù)支撐。因此，管幕施工精度是本工程的難點。2.2?頂管始發(fā)及接收控制頂管機(jī)與洞門之間存在一定的施工空隙，頂管機(jī)在進(jìn)洞和出洞時，擾動的土體會向洞門流動，造成地面沉降、塌陷等安全事故。因此，管廊頂進(jìn)施工過程中頂管機(jī)進(jìn)洞、出洞是本工程的施工控制重點。2.3?施工過程中高速路面沉降控制根據(jù)設(shè)計要求，施工過程中及施工完成后的高速路面沉降應(yīng)控制在30mm內(nèi)，控制頂管在下穿成渝高速過程中的沉降量，減小對高速公路路基、路面的影響是本工程的施工難點。3?頂管施工過程控制措施3.1?管幕施工控制3.1.1?管幕頂進(jìn)施工管幕頂進(jìn)采用2臺泥水平衡式頂管機(jī)，由始發(fā)井向接收井按照“由中間到兩邊，由上到下”的原則同時對稱頂進(jìn)，頂進(jìn)順序如圖1所示。管幕鋼管節(jié)段長6m，隨著管節(jié)頂進(jìn)，對鋼管逐段對口焊接。圖1?管幕頂進(jìn)施工順序示意鋼管頂進(jìn)過程中，通過調(diào)整頂進(jìn)速度控制出土量，以確保實際出土量小于計算出土量，從而對地層進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄D密，減少對周邊土體的擾動，保證鋼管頂進(jìn)、土體切削、出渣同步進(jìn)行。為了確保對管幕施工精度控制，將管幕第一根鋼管作為標(biāo)準(zhǔn)管。標(biāo)準(zhǔn)管的施工精度決定了整個管幕的精度，因此在標(biāo)準(zhǔn)管頂進(jìn)時要全程進(jìn)行嚴(yán)格地測量監(jiān)控，如有偏差應(yīng)及時進(jìn)行糾偏控制。根據(jù)已成孔鋼管的面向角及傾角，對相鄰施工鋼管的角度及位置變化進(jìn)行判斷和定位。若需要施工鋼管進(jìn)行順時針調(diào)整，可以在鎖扣位置增加墊塊，以阻止其逆時針偏轉(zhuǎn)。采用此方法可有效提高對管幕施工精度的控制，保證相鄰鋼管間的鎖扣有效咬合及管幕整體的施工精度，避免出現(xiàn)侵線事故。3.1.2?管幕頂進(jìn)糾偏控制泥水平衡頂管機(jī)的糾偏系統(tǒng)是由4組糾偏油缸組成，糾偏控制系統(tǒng)采用激光測量定位系統(tǒng)。在鋼管頂進(jìn)過程中，用激光經(jīng)緯儀不間斷地對鋼管軸線以及高程進(jìn)行監(jiān)控量測，隨時對出現(xiàn)的偏差進(jìn)行糾偏控制。第一節(jié)管段施工時，每頂進(jìn)0.2m即對管段中心線和高程進(jìn)行測量。后續(xù)管段正常頂進(jìn)時，每頂進(jìn)0.6m測量1次，并對出現(xiàn)的偏差及時進(jìn)行糾偏，做到勤測量、勤糾偏。糾偏過程中先對高程偏差糾正，再對軸向偏差進(jìn)行糾正。通過采用上述施工控制措施，管幕鋼管軸線位置偏差和水平高度偏差均在誤差允許范圍內(nèi)，鋼管偏轉(zhuǎn)角度符合施工控制精度要求，進(jìn)而保證了鎖扣間的咬合。3.1.3?管幕混凝土澆筑及止水措施管幕施工完成后，通過以下措施提高管幕的整體剛度和避免觸變泥漿在管廊頂進(jìn)過程中泄露侵蝕路基。管廊頂進(jìn)施工前，對管幕內(nèi)填充無收縮、免振搗混凝土，增加管幕的縱向剛度?；炷翝仓瓿珊笸ㄟ^預(yù)埋小導(dǎo)管對管幕外圍進(jìn)行注漿（1∶1水泥漿）。為防止管廊頂進(jìn)時發(fā)生泥漿滲漏問題，預(yù)留跟蹤注漿孔，以便于在管廊頂進(jìn)過程中對局部滲漏點進(jìn)行二次注漿封堵。3.2?頂管始發(fā)及接收控制3.2.1?洞口止水裝置安裝頂管機(jī)與洞口存在12cm施工間隙，為防止頂管機(jī)進(jìn)入預(yù)留洞時導(dǎo)致泥水流失和頂進(jìn)過程中壓注的觸變泥漿流失，必須在進(jìn)洞口與出洞孔安裝洞口止水裝置，該裝置由橡膠止水圈和翻板組成，通過緊固螺栓固定到洞口預(yù)留法蘭上，并與設(shè)計管廊位置保持同心，誤差控制小于2mm。安裝止水裝置前，應(yīng)復(fù)核橡膠板上的孔位和尺寸，確保止水裝置順利安裝。安裝順序由洞口上緣到洞口下緣，壓板螺栓擰緊，并采取防松脫措施，使簾布橡膠板緊貼洞門，避免矩形頂管機(jī)進(jìn)洞和出洞時泥漿泄漏。3.2.2?頂管機(jī)安裝就位基座、發(fā)射架安裝完成，并經(jīng)過測量復(fù)核后，進(jìn)行頂管機(jī)井下拼裝，對頂管機(jī)進(jìn)行精確定位，使其出洞軸線與設(shè)計軸線相吻合。矩形頂管機(jī)組裝完成、洞門止水裝置安裝完畢，以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)鑿除后，推動頂進(jìn)機(jī)頭靠近進(jìn)洞口土體。頂進(jìn)過程應(yīng)實時測量矩形頂管機(jī)軸線與設(shè)計軸線是否出現(xiàn)偏離，在刀頭沒有完全進(jìn)入洞口前禁止轉(zhuǎn)動刀頭，避免對止水裝置造成破壞。施工時必須實地測量頂管刀頭與圍護(hù)之間的距離，計算千斤頂行程，并在頂管機(jī)頭位置做好標(biāo)志線。3.2.3?出洞防“磕頭”措施根據(jù)頂管機(jī)出洞高程，預(yù)先在洞圈內(nèi)安裝鐵枕，并將始發(fā)架延伸至出洞洞口，出洞前對頂管機(jī)偏差進(jìn)行測量，若發(fā)現(xiàn)有“磕頭”趨勢，可通過調(diào)整后座主推千斤頂?shù)暮狭ψ饔弥行倪M(jìn)行糾偏，避免頂管機(jī)在出洞時發(fā)生“磕頭”現(xiàn)象。3.3?地表沉降量控制及分析3.3.1?保證路基穩(wěn)定措施

工作坑設(shè)計考慮施工期間對高速公路路基土體擾動影響，因此在路基兩側(cè)5m范圍內(nèi)采用鉆孔地表注漿加固土體，作為對路基的側(cè)向支撐，以確保其穩(wěn)定。

3.3.2?控制路面沉降措施始發(fā)井基坑至接收洞口范圍內(nèi)，采用水平鋼管混凝土樁進(jìn)行加固施工，通過連接裝置連接形成的C形管幕既可避免頂進(jìn)過程中路基受水平推力發(fā)生平移變形，又可對路基基礎(chǔ)進(jìn)行加固，從而保證管廊在頂進(jìn)過程中減小對路基、路面的影響。管廊頂進(jìn)施工結(jié)束后，選用1∶1的水泥漿，對管廊外壁觸變泥漿通過預(yù)留注漿孔進(jìn)行置換，注漿壓力根據(jù)水土壓力計算確定，消除管廊在使用過程中產(chǎn)生不均勻沉降。3.3.3?變形監(jiān)測點布置工程中主要監(jiān)測既有道路路面的沉降、水平位移和裂縫，預(yù)先在施工范圍內(nèi)布置測量監(jiān)控點，并詳細(xì)記錄每一監(jiān)控點的初始高程和水平坐標(biāo)，分別在不同的施工階段對監(jiān)控點的高程變化、水平位移大小和路面裂縫發(fā)展情況進(jìn)行定時監(jiān)測，并根據(jù)不同施工階段的變化采取相應(yīng)的處理措施。3.3.4?路面變形監(jiān)控在施工過程中，管幕頂進(jìn)階段對土體擾動相對較大，如圖2所示。對各施工階段分別做相應(yīng)的沉降觀測，如圖3所示。監(jiān)測結(jié)果表明，在整個施工過程中，路面沉降較小，水平方向未出現(xiàn)位移及路面裂縫發(fā)展現(xiàn)象。圖2?管幕施工縱斷面地表沉降觀測圖3?施工各階段縱斷面地表沉降觀測從圖2可以看出，當(dāng)管幕通過加固區(qū)進(jìn)入原狀土?xí)r，地表沉降明顯，影響區(qū)域主要集中在0~10m。主要原因是：（1）洞門處泥漿流失；（2）頂管穿越加固區(qū)進(jìn)入原狀土?xí)r，前艙泥水平衡不穩(wěn)定：頂進(jìn)距離為15~40m，地表豎向位移變化加大，這是由于進(jìn)入正常施工段后，頂進(jìn)速度增加以及前艙壓力增大，導(dǎo)致地表隆起；頂進(jìn)距離為40~50m，相應(yīng)減緩頂進(jìn)速度，并對管體進(jìn)行控制。橫斷面方向變形較大區(qū)域主要在施工范圍內(nèi)，超出施工范圍外1.9m對土體沒有影響。由圖3可知，在管幕的圍護(hù)支撐范圍內(nèi)，矩形管廊頂進(jìn)過程對土體的擾動有限，均在1mm以內(nèi)，根據(jù)GB50308—2017《地鐵軌道交通工