CN104632234A - 用于多管间距断面的矩形顶管施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于多管间距断面的矩形顶管施工方法，包括以下步骤：确定顶进顺序，选用矩形顶管机，针对多管通道，采用“跳格”顶进施工顺序；渣土改良，采用调节浆液对所挖渣土进行改良；减摩泥浆选择，减摩泥浆由膨润土、水、纯碱、CMC/CMS、乳化油组成；管节纵向拉结,采用后张法预应力钢绞线将待顶管通道的管节纵向拉结为一起；根据“跳格”顶进施工顺序完成顶进施工。本发明所述用于多管间距断面的矩形顶管施工方法采用了“跳格”顶进施工顺序实现对多管间距断面顶进施工，确保了相邻管节结构安全，有效控制了地面及管线沉降，施工安全性高，工程综合成本低等优势，形成了良好的环保效益、节能效益以及社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道施工方法领域，特别是一种用于多管间距断面的矩形顶管施工方法。
背景技术
顶管法是一种类似于盾构法的地下工程非开挖管道铺设技术，采用顶管掘进机成孔，将预制成形的管道从顶进工作井顶入，形成连续衬砌结构的管道铺设技术。
早期的顶管施工作业是在1896～1900年间由美国北太平洋铁路公司完成的，随后该项技术逐渐被许多铁路公司确定为在铁道下顶进铸铁管道的标准方法。1911和1915年，美国西部以及南太平洋地区也出现了关于铁道下面进行顶管施工作业的相关公开报道，但均属圆形顶管法施工，且管径较小，最大的断面直径为4.8m。20世纪30年代，英国某供水供水公司开始顶进铸铁管道管道，我国顶管技术最早施工始于1953年的北京，上海在1956年也开始了顶管试验。但最初采用的均是手掘式顶管，设备比较简陋。在1964年前后，上海首次使用了机械式顶管；1967年前后，上海研制了人不必进入管子的小口径遥控土压式机械顶管机，口径有700～1050mm多种规格。20世纪80年代中期开始研制了土压平衡式顶管机。
矩形顶管运用于地下工程的施工是在20世纪初期的上海、浙江、宁波等地区，主要用于市政过街的地下通道，其优点是对地面现有交通不造成影响，且不进行管线迁改，地质条件较差，用暗挖法施工无法保证工程和施工安全的均质软土地层。
现有矩形顶管施工方法大多数应用于单根管的施工，但是实际过程中经常会遇到多管间距断面的施工，通道之间的净距低于0.6m以下，其顶进过程中产生的侧压力易对邻近已成型通道产生影响，引起相邻管节发生变形、位移、破坏，多条顶管沉降效应叠加易造成地面塌陷；同时，顶进中一侧为成型通道，一侧为原生土体易产生“偏压”现象，造成顶进路线偏离。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对现有技术存在现有矩形顶管方法采用单根管的施工无法解决多管间距断面的顶管施工出现的如容易产生邻近已成型通道变形、位移、偏离的问题，提供一种用于多管间距断面的矩形顶管施工方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于多管间距断面的矩形顶管施工方法，包括以下步骤：
步骤一、确定顶进顺序，选用矩形顶管机，针对多管通道，采用“跳格”顶进施工顺序，为尽可能减小偏压对后续相邻通道顶进施工的影响；
步骤二、渣土改良，采用调节浆液对所挖渣土进行改良，其中调解浆液包括混合液和水，其质量比为1:0.25-0.35，其中混合液质量配比为膨润土:水玻璃:钠基聚丙烯酸酯＝20:3:1，这样可以顶进机使开挖下来的碴土具有一定的流动性和止水性，保证顶管机的正常推进；
步骤三、减摩泥浆选择，减摩泥浆由膨润土、水、纯碱、CMC/CMS、乳化油组成，选用减摩泥浆粘度在30s-38s之间、比重为1.1-1.16g/cm3，浆压力控制在0.15-0.3MPa；
步骤四、管节纵向拉结，由于顶管段邻近地下管线及建(构)筑物，且每条顶管施工时会对已经施工完成的顶管可能产生侧向不平衡推力，采用槽钢、预应力钢锚索拉结，具体是采用后张法预应力钢绞线将待顶管通道的管节纵向拉结为一起，将管节纵向拉结在一起增强通道纵向刚度加强，以减小相邻管节的影响；预应力张拉完毕后采用真空灌浆工艺，锚索张拉锁定完成后，切去多余的钢绞线，浇筑C25细石混凝土包住锚头，保证锚头净保护层不小于50mm作为永久防锈；
步骤五、顶进施工，调整顶进施工参数，在砂性土中施工两条顶管通道之间的通道时，土压力值控制在0.13MPa，弯矩为205KN·m，掘进速度为正常阶段2-3cm/min，保持匀速顶进，能够减小土压力以便能更好的控制地面沉降；
步骤六、根据步骤二至步骤五的方法，重复采用所述步骤一中的“跳格”顶进的方式，完成多管间距断面的顶进作业。
优选地，还包括步骤七地面沉降监测，具体是沿顶管轴线方向的地面每4-5m布设一个点沉降监测点，垂直于轴线布设至少3个横向断面。
其中监测方法为，在顶管通道掘进过程中，每次沉降监测从水准基准工作点起算，按二等水准测量的要求，测量各监测点的高程。在每次沉降观测路线中一并完成，并统一计算整理数据，前后两次测量值之差为本次沉降变化量；测量值与初值之差为累计沉降变化量。
优选地，所述步骤一中的“跳格”顶进方式为相邻奇数号通道和相邻偶数号通道顶进，即采用1-3-5…号通道，2-4-6…号通道的顺序进行顶进。
如需要需要顶进4个通道，则采用1-2-3-4的顶进顺序施工，这样的好处是可以避免1号通道施工完成后，立即施工2号通道时，2号通道一侧为已成型的1号顶管通道管节，另一侧为地下原状土体易形成2号顶管通道偏压，有利于控制顶管姿态及地面沉降。
优选地，所述步骤二中调解浆液中混合液和水的质量比为1:0.3，实验表明碴土的流动性和止水性效果更佳。
优选地，所述步骤三减摩泥浆是通过在矩形顶管机的内壁开设的若干个注浆孔，从机尾注射到注浆孔，然后再流向机头位置。
在矩形顶管机的上下左右分别开设两个注浆孔，在顶进的过程中通过注浆孔进行注浆，使注浆形成的浆液泥套将顶管机机头包裹。期间注浆为减磨泥浆，即可减少顶进过程中的阻力，又可以形成保护泥浆膜，防止背土的发生。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述用于多管间距断面的矩形顶管施工方法，通过对渣土进行改良、选择适配的减摩泥浆、对顶管通道管节纵向拉结、采用了“跳格”顶进施工顺序实现对多管间距断面顶进施工，确保了相邻管节结构安全，有效控制了地面及管线沉降，对周边环境进行了保护；
2、该方法在软土地层及地下水位高等地质条件中施工中，较其他明挖法、暗挖法、冻结法等传统工法具有施工占地面积小，对城市干扰少，无阻碍城市交通，无需迁改管线，对地面环境影响较小，施工安全性高，工程综合成本低等优势，形成了良好的环保效益、节能效益以及社会效益。
附图说明
图1是本发明所述用于多管间距断面的矩形顶管施工方法的施工工艺流程图；
图2为本发明所述施工多管间距断面示意图；
图3为本发明所述多管间距断面的矩形顶管施工方法采用的地面沉降监测监测点分布示意图。
图中标记：
1、顶管通道。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种用于多管间距断面的矩形顶管施工方法，包括以下步骤：
步骤一、确定顶进顺序，选用矩形顶管机，针对多管通道，采用“跳格”顶进施工顺序，为尽可能减小偏压对后续相邻通道顶进施工的影响；
如图2所示，考虑需要顶进的为四条并行顶管通道1，通道内净空尺寸(a×b)为6m×4m，管节壁厚0.45m，管节混凝土为C50P10，标准管节宽1.5m，共120节，7.5m异形管节2节，5.45m异形管节10节，每个通道各长l为60.5m，间距d为0.5m。该“跳格”顶进方式为相邻奇数号通道和相邻偶数号通道顶进，即采用1-3-5…号通道，2-4-6…号通道的顺序进行顶进。如需要需要顶进4个通道，则采用1-2-3-4的顶进顺序施工，这样的好处是可以避免1号通道施工完成后，立即施工2号通道时，2号通道一侧为已成型的1号顶管通道1管节，另一侧为地下原状土体易形成2号顶管通道1偏压，有利于控制顶管姿态及地面沉降。
步骤二、渣土改良，为了使开挖下来的碴土具有一定的流动性和止水性，保证顶管机的正常推进，顶管机土仓内的土体必须保证一定含量的微细颗粒，因此采用调节浆液对所挖渣土进行改良，其中调解浆液包括混合液和水，其质量比为1:0.3，其中混合液质量配比为膨润土:水玻璃:钠基聚丙烯酸酯＝20:3:1，这样可以顶进机使开挖下来的碴土具有一定的流动性和止水性，保证顶管机的正常推进；
步骤三、减摩泥浆选择，减摩泥浆由膨润土、水、纯碱、CMC/CMS、乳化油组成，选用减摩泥浆粘度在30s-38s之间、比重为1.1-1.16g/cm3，浆压力控制在0.15-0.3MPa；
该减摩泥浆是通过在矩形顶管机的内壁开设的若干个注浆孔，从机尾注射到注浆孔，然后再流向机头位置，使注浆形成的浆液泥套将顶管机机头包裹；期间注浆为减磨泥浆，即可减少顶进过程中的阻力，又可以形成保护泥浆膜，防止背土的发生；
减磨泥浆的改良配方在软土地层及地下水位高等地质条件中施工较普通的膨润土混合液具有稳定性高，不易扩散减磨效果出众的优点。比传统减磨泥浆更科学、更合理，增加了施工中的可靠性和安全性；
步骤四、管节纵向拉结，对已经施工完成的顶管可能产生侧向不平衡推力，采用后张法预应力钢绞线将管节纵向拉结在一起增强通道纵向刚度加强，以减小相邻管节的影响；具体采用槽钢、预应力钢锚索拉结，采用5Φ15.2的高强度低松弛预应力钢绞线把管节从纵向上连接成整体，其标准强度为1860MPa。张拉控制应力值为1395MPa，预应力张拉完毕后采用真空灌浆工艺，压浆须密实，标号为C40，锚索张拉锁定完成后，切去多余的钢绞线，浇筑C25细石混凝土包住锚头，保证锚头净保护层不小于50mm作为永久防锈；
步骤五、顶进施工，在多管小间距矩形顶管顶进过程中产生的侧压力易对邻近已成型通道产生影响，易引起相邻管节发生变形和位移，甚至造成破坏。需要对顶进施工参数进行调整，在砂性土中施工两条顶管通道1之间的通道时，土压力值控制在0.13MPa，弯矩为205KN·m，掘进速度为正常阶段2-3cm/min；加固体中5-6mm/min。并保持匀速顶进，结合监测数据，减小土压力以便能更好的控制地面沉降；
由于是多管小间距矩形顶管，因此对管道的横向水平要求较高，在顶进过程中对机头的转角要密切注意，机头一旦出现微小转角，应立即采取刀盘反转、加压铁、启用纠偏油缸等措施回纠；顶进轴线偏差控制要求：高程-50mm～+30mm；水平：±50mm；
步骤六、根据步骤二至步骤五的方法，重复采用所述步骤一中的“跳格”顶进的方式，完成多管间距断面的顶进作业。
实际顶管施工过程中，还包括步骤七地面沉降监测，因为顶管施工与其它地下工程施工方法类似会造成地下和地下土体的沉降、隆起。地面沉降是危及周边建筑和设施的主要因素，过大的地面沉降会对周边环境和构筑物造成破坏，因此顶管施工中对地面沉降控制是否到位是整个工程质量的关键。
(1)地面沉降监测
A、监测点布设
考虑顶进通道长度为60.5m，宽因此，沿顶管轴线方向每5m布一个点沉降监测点，垂直于轴线布设3个横向断面。每个横断面布10个点，分布在轴线左右两侧的5m、10m、15m、20、25m处，如图3中的P1-P12，J1-J8，D12-D31。
B、监测方法
在顶管通道1掘进过程中，每次沉降监测从水准基准工作点起算，按二等水准测量的要求，测量各监测点的高程。在每次沉降观测路线中一并完成，并统一计算整理数据，前后两次测量值之差为本次沉降变化量；测量值与初值之差为累计沉降变化量。
(2)建筑物倾斜监测
A、监测点布设
考虑监测对象的特定情况，诸如重要性、距离远近、结构和基础形式等布置测点。
B、监测方法
工作面距建筑物距离为10m时开始监测：每天早晚各1次，顶管机通过后每周一次，直至稳定。危房、四层以上建筑物进行倾斜测量，有裂缝的建筑物要进行裂缝监测。
(3)地下管线沉降监测
A、监测点布设
施工前与各种管线单位联系，摸清地下管线的准确位置，并将管线落到具体的布点图上，按管线单位要求进行监测点的埋设，并做好监测点的保护工作。
B、监测方法
从顶管机机头到达前20m时开始对地下管线进行沉降检测，每天3次，机头离开管线20m后降为二天1次，直至稳定。
(4)顶管水平位移和沉降监测
A、监测点布设
每2节管在底部混凝土上设置一组监测点(对应轴线上设1个水平位移点，左右两侧靠墙处对称设2个沉降点。
B、监测方法
每顶进2节后对所有点监测1次，顶进结束后10天内每2天监测1次，10天后每5天监测1次，直到稳定。
另外，步骤六中，当顶管机和管节往后退时，机头和前方土体间的土压平衡受到破坏，土体面得不到稳定支撑，易引起机头前方的土体坍塌，若不采取一定的措施，路面和管线的沉降量将难以得到控制。
为了解决矩形土压平衡顶管机止退装置安装不方便并且可靠性不高的问题，顶管机侧面还安装有止退装置，本止退装置采用三角形稳定结构，施工安全性高，工程综合成本低，安装好后每次只需将插销装好即可，十分方便。包括下述主要步骤——安装位置的确定、止退装置结构安装、正面土压力释放、安装插销和垫块，具体为：
1)安装位置的确定
经过测量确定每次安装插销的位置，做好标记，准备进行装置的安装。
2)止退装置结构安装
在地面上按需要切割好安装止退装置的型钢。将型钢吊装到位，进行焊接作业，焊接后观察有无漏焊或者焊接不合格的位置，并进行补焊以确保装置的稳定性和可靠性。
3)正面土压力释放
为了减少管节的后退力，在止退前应将正面土压力释放到最大，比正常土压力小20kpa左右。
4)安装插销和垫块
在管片到位后，压力释放完毕后将插销安装完毕并根据需要安装垫块。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于多管间距断面的矩形顶管施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、确定顶进顺序，选用矩形顶管机，针对多管通道，采用“跳格”顶进施工顺序；
步骤二、渣土改良，采用调节浆液对所挖渣土进行改良，其中调解浆液包括混合液和水，其质量比为1:0.25-0.35，其中混合液质量配比为膨润土:水玻璃:钠基聚丙烯酸酯＝20:3:1；
步骤三、减摩泥浆选择，减摩泥浆由膨润土、水、纯碱、CMC/CMS、乳化油组成，选用减摩泥浆粘度在30s-38s之间、比重为1.1-1.16g/cm3，浆压力控制在0.15-0.3MPa；
步骤四、管节纵向拉结，采用后张法预应力钢绞线将待顶管通道(1)的管节纵向拉结为一起，预应力张拉完毕后采用真空灌浆工艺，锚索张拉锁定完成后，切去多余的钢绞线，浇筑C25细石混凝土包住锚头，保证锚头净保护层不小于50mm作为永久防锈；
步骤五、顶进施工，调整顶进施工参数，在砂性土中施工两条顶管通道(1)之间的通道时，土压力值控制在0.13MPa，弯矩为205KN·m，掘进速度为正常阶段2-3cm/min，保持匀速顶进；
步骤六、根据步骤二至步骤五的方法，重复采用所述步骤一中的“跳格”顶进的方式，完成多管间距断面的顶进作业。
2.根据权利要求1所述的用于多管间距断面的矩形顶管施工方法，其特征在于，还包括步骤七地面沉降监测，具体是沿顶管轴线方向的地面每4-5m布设一个点沉降监测点，垂直于轴线布设至少3个横向断面。
3.根据权利要求1或2所述的用于多管间距断面的矩形顶管施工方法，其特征在于，所述步骤一中的“跳格”顶进方式为相邻奇数号通道和相邻偶数号通道顶进，即采用1-3-5…号通道，2-4-6…号通道的顺序进行顶进。
4.根据权利要求3所述的用于多管间距断面的矩形顶管施工方法，其特征在于，所述步骤二中调解浆液中混合液和水的质量比为1:0.3。
5.根据权利要求3所述的用于多管间距断面的矩形顶管施工方法，其特征在于，所述步骤三减摩泥浆是通过在矩形顶管机的内壁开设的若干个注浆孔，从机尾注射到注浆孔，然后再流向机头位置。
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