CN108915698A - 一种复杂条件下大直径管幕施工方法 - Google Patents

一种复杂条件下大直径管幕施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复杂条件下大直径管幕施工方法,涉及管幕施工领域,其步骤包括:环境勘察,重要的基础进行注浆加固;在拟建管幕纵向两端空地上修建工作井,在工作井上安装轨道龙门吊,预埋孔口管;针对勘察地质资料,分区域选择适合的顶管机;进出洞口加固;测量定位,确定需要顶管的位置;始发、接收井内安装工作平台;进出洞口围护结构凿除;始发井变径法兰及始发密封安装;设备安装调试;钢管顶进;顶管机到达接收井前安装接收密封、接收导轨,顶管机穿越加固体、接收密封,进入接收井,完成一根钢管顶进;控制注浆压力;顶管机上下错位、间隔顶进;持续操作直至完成所有管幕施工。本方法对地层扰动较小,能够满足复杂环境下的沉降要求。

Description

一种复杂条件下大直径管幕施工方法
技术领域
本发明提供了一种复杂条件下大直径管幕施工方法,涉及管幕施工领域。
背景技术
管幕法是世界各国大断面暗挖隧道的一种常用方法,他的优势在于能够运用小型化的设备建造复杂断面的大断面隧道。管幕可以看做横向打设的钢管桩,这些密排的钢管桩在其他措施的辅助下,形成即挡土又挡水的支护结构,这样就可以在软土地层中安全的建造大断面隧道了。目前管幕施工主要采用顶管法施工。在城市中,大型火车站、密集的铁路及公路交通、林立的建筑物、纵横密布的各类管线等,使得城市环境越来越复杂,同时地质条件也越来越复杂。随着地下空间开发利用的规模和范围不断扩大,复杂条件下利用管幕法建造大断面隧道的项目越来越多,如大型火车站、铁路、公路、重要建筑下采用管幕法超浅埋建造地下隧道,这些复杂的条件对施工时地层扰动要求越来越高,使得管幕施工难度越来越大。
发明内容
为了解决以上问题,本发明提供了一种复杂条件下大直径管幕施工方法。
本发明的技术方案如下:一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其步骤主要包括:
步骤一,对管幕施工范围内的地质水文等进行勘察,周边环境进行调查,根据周周边环境的重要性,对周边建筑物或构筑物进行监测,对重要的基础进行注浆加固;
步骤二,在拟建管幕纵向两端空地上修建工作井,在工作井上安装轨道龙门吊,其中,在工作井靠近管幕的侧墙上预埋孔口管,远离管幕的工作井侧墙为后背墙;
步骤三,针对勘察地质资料,按照适应性、可靠性、安全性、经济型原则分区域选择多台不同型式适合的顶管机;
步骤四,进出洞口加固;
步骤五,测量定位,确定需要顶管的位置;
步骤六,始发、接收井内安装工作平台;
步骤七,进出洞口围护结构凿除;
步骤八,始发井变径法兰及始发密封安装;
步骤九,设备安装调试;
步骤十,钢管顶进;
步骤十一,顶管机到达接收井前安装接收密封、接收导轨,顶管机穿越加固体、接收密封,进入接收井,完成一根钢管顶进;
步骤十二,一根钢管完成后利用注入触变泥浆的阀门及孔口管对钢管背后注入水泥浆加固土体,注浆压力控制在0.5-1.0MPa;
步骤十三,两台顶管机同时上下错位、间隔顶进;
步骤十四,依次循环步骤五至十三,直至完成所有管幕施工。
本发明技术方案还包括:所述步骤二中,工作井预留顶管施工空间,工作井的深度大于拟建管幕结构轮廓线外0.9~1m,工作井的宽度大于拟建管幕结构轮廓线外1.5m。
本发明技术方案还包括:所述步骤四中,对进出洞口进行加固采用高压旋喷桩加固的方法
本发明技术方案还包括:对进出洞口进行加固时,工作井的始发端及接收端加固范围为纵向1.5倍顶管机长度,水平竖向加固范围为管幕轮廓线以外2m。
本发明技术方案还包括:所述步骤六中,所述工作平台为可移动式架空平台,所述工作平台主要由滑动式顶管导轨、高度调节垫枕、支承支架、支架滑轮、支架导轨组成,所述支承支架安装于支架滑轮上,可沿支架导轨水平滑动,顶管施工时通过固定锁锁死。
本发明技术方案还包括:工作井施工时设置的围护结构为钻孔灌注桩,凿除采用人工风镐破碎围护桩混凝土,氧气焊切割钢筋。
本发明技术方案还包括:所述步骤九中,设备主要包括主顶装置、测量导向系统、顶管机、顶铁、触变泥浆注浆系统、出土设备、通风设备和供电照明。
本发明技术方案还包括:所述步骤十中,钢管顶进过程包括出洞、顶进、进洞三个过程,顶进所用钢管连接为第一个接头为铰接,其他钢管接头为刚接,顶管机土压力的控制应根据顶管机的机型确定,土压平衡顶管机宜设定在水土压力与被动土压力之间,泥水平衡顶管机应设定在地下水压力值加0.02MPa。
本发明技术方案还包括:每节钢管设置3个注浆用孔口管及阀门,顶进过程中同步注入触变泥浆减阻,注入触变泥浆为膨润土、纯碱等配成浆液,压浆时必须坚持“随顶随压、逐孔压浆、全线补浆、浆量均匀”的原则,注浆压力控制与土仓压力相同;注浆分三条线 ,一条线路是顶管机尾同步注浆,第二条线路是沿线管道补浆,第三条线路是洞口处注浆。
本发明技术方案还包括:在顶进过程中,根据轴线测量不断进行纠偏,同时,对顶进时的出土及时运出洞外;对存在障碍物的区域采用敞开式顶管机,当顶进过程中遇到障碍物时,人工到达掌子面,先对障碍物周边注浆加固,然后边凿除边顶进的方法通过障碍物;避免掌子面坍塌;并对周边存在的空洞回填。
本发明的有益效果为:本发明提供了一种复杂条件下大直径管幕施工方法,本方法可以根据不同地层地质、地下障碍物等情况选择不同的顶管机型式,以便顺利顶进,多台顶管机同时作业,加快了施工进度;同时本方法及工艺对地层扰动较小,能够满足复杂环境下的沉降要求。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步介绍。
同时,由于下文所述的只是部分实施例,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例以太原市迎泽大街下穿火车站通道工程为例进行说明。本实例所述管幕长105m,由20根直径2m的钢管组成,管幕位于太原火车站既有两雨棚柱基础之间,最小埋深2.7m,纵向坡度为0.3%。管幕具体参数为:钢管直径2.0m,壁厚20mm,钢管长度为4~9m,钢管间距为165mm。管幕主要工程量为钢管顶进20根,总长度2100m。为保证铁路正常运营,施工引起的总沉降控制在10mm以内。
本发明是一种复杂条件下大直径管幕施工方法及工艺,管幕施工总体方案为:通道东侧工作井作为始发,西工作井作为接收井;配置一台敞开式顶管机和一台土压平衡顶管机。两台顶管机同时上下错位、间隔顶进。每台顶管机从西侧接收井接收完成后,采用130吨吊车吊出接收井,平板车运至始发井重新进行组装始发。其具体施工工艺流程步骤是:
步骤一101、对管幕施工范围内的地质水文等进行勘察,周边环境进行调查,查明管幕周边地质、水文及环境条件非常复杂,地质及水文条件为:管幕上部为杂填土,下部为新黄土,地下水位线位于管幕中间。周边环境条件为:(1)铁路:正线、到发线10条,其中4条正线为客运专线及高铁线路。(2)既有无柱雨棚基础:管幕距离无柱雨棚基础最小为1.35m。(3)既有行包地道:管幕距离行包地道竖向最小净距约1.2m。(4)既有接触网柱基础:管幕距离接触网基础平面最小净距1.93m。(5)站台挡墙:管幕距离站台挡墙竖向最小净距约1.8m。(6)地下管线:车站内地下存在各种电力、信号、给排水等管线,并且位置不能确定。(7)地下障碍物:车站经过多次站改,地下存在大量废弃的雨棚柱基础、接触网基础、废旧轨枕等物料、废旧管线以及杂填土中可能存在的混凝土块等。根据周围环境的重要性,经专家评审对周边建(构)筑物进行监测,对重要的基础进行注浆加固。
步骤二102、在拟建管幕纵向两端空地上修建工作井,工作井上安装25吨轨道龙门吊。工作井深度大于拟建管幕结构轮廓线外0.9m,宽度大于拟建管幕结构轮廓线外1.5m,作为顶管施工空间。工作井分始发井和接收井,顶管机接收完成后用板车运至始发井重新始发。若周边条件允许,每座工作井也可以既是始发井也是接收井,顶管机接收后直接在接收井内反方向始发。本实例因东侧工作井周边比较空旷,西边工作井周围建筑物较多,不具备始发条件,因此以东侧工作井作为始发井,西侧工作井作为接收井。工作井靠近管幕侧墙预埋比管幕直径大10cm直径的孔口管,远离管幕侧墙作为后背墙能够承受一定的顶力。
步骤三103、针对勘察地质资料,按照适应性、可靠性、安全性、经济型原则分区域选择多台不同型式适合的顶管机。本实例上部存在障碍物的杂填土地层选用一台敞开式机械顶管机,以方便的处理地下存在的障碍物,下部地下水位以下新黄土地层选用一台土压平衡顶管机。两种型式顶管机均由德国海瑞克公司制造。
步骤四104、进出洞口加固。始发端及接收端加固范围为纵向1.5倍顶管机长度,水平竖向加固范围为管幕轮廓线以外2m。加固方法采用高压旋喷桩加固。
步骤五105、测量定位,确定需要顶管的位置;
步骤六106、始发、接收井内安装工作平台。安装可移动式架空平台,作为顶管施工的作用平台。平台主要由滑动式顶管导轨、高度调节垫枕、支承支架、支架滑轮、支架导轨组成。行走导轨采用43钢轨,行走滚轮采用Φ300mm轨道轮,行走支承采用H300×200型钢,支架采用Φ273mm钢管,连接法兰为10mm钢板,主梁采用H400×200型钢,横梁采用I14工字钢,剪刀撑为∠70×70×7mm角钢,平台顶部铺设3mm防滑钢板。支承支架安装于支架滑轮上,可沿支架导轨水平滑动,顶管施工时通过固定锁锁死。
步骤七107、进出洞口围护结构凿除。工作井施工时设置的围护结构为钻孔灌注桩,凿除采用人工风镐破碎围护桩混凝土,氧气焊切割钢筋。
步骤八108、始发井变径法兰及始发密封安装。因始发密封直径大于预埋孔口管直径,因此在始发密封与孔口管之间设置钢制变径法兰。始发密封为双层橡胶帘布密封。因工作井顶框梁伸出1m,吊车吊装始发密封时无法靠近孔口管,专门设计始发密封安装小车,将始发密封推至孔口管位置安装。
步骤九109、设备安装调试。设备主要有1)主顶装置(主顶后靠背、主顶油缸、主顶液压泵站、 操作系统、导轨、顶推环等);2)测量导向系统;3)顶管机;4)顶铁; 5)触变泥浆注浆系统;6)出土设备;7)通风设备;8)供电照明;导轨安装允许误差:轴线平面位置±3mm,标高0~+3mm,轨道内距±2mm
步骤十110、钢管顶进。顶进过程可分为出洞、顶进、进洞三个过程。顶进所用钢管连接为第一个接头为铰接(法兰连接),其他钢管接头为刚接(焊接)。顶管机土压力的控制应根据顶管机的机型确定,土压平衡顶管机宜设定在水土压力与被动土压力之间,泥水平衡顶管机应设定在地下水压力值加0.02MPa;顶进过程中同步注入触变泥浆减阻,注入触变泥浆为膨润土、纯碱等配成浆液,注浆前,每节钢管需设置3个注浆用孔口管及阀门。压浆时必须坚持“随顶随压、逐孔压浆、全线补浆、浆量均匀”的原则,注浆压力控制与土仓压力相同。注浆管路分总管及支管,均采用直径50mm的橡胶管。在每个注浆孔及支管与总管连接处设置阀门,以便控制泥浆套质量。注浆分三条线 ,一是顶管机尾同步注浆,二是沿线管道补浆,三是洞口处注浆。顶进过程中根据轴线测量不断进行纠偏,纠偏原则为:勤测量、勤纠偏、微纠偏。将顶进时的出土采用出土小车运出洞外。对存在障碍物的区域采用敞开式顶管机,当顶进过程中遇到障碍物时,人工到达掌子面,先对障碍物周边注浆加固,然后边凿除边顶进的方法通过障碍物。障碍物破除时注意:避免大的震动,对周边土体造成扰动;采取预留核心土等方法避免掌子面坍塌;对周边存在的空洞必须回填,禁止造成土体损失。
步骤十一111、顶管机到达接收井前安装接收密封、接收导轨。顶管机穿越加固体、接收密封,进入接收井,此过程称为进洞(图1中的112),完成一根钢管顶进。
步骤十二113、一根钢管完成后利用注入触变泥浆的阀门及孔口管对钢管背后注入水泥浆加固土体,注浆压力控制在0.5-1.0MPa。
步骤十三、两台顶管机同时上下错位、间隔顶进。每台顶管机从西侧接收井接收完成后,采用130吨吊车吊出接收井,平板车运至始发井重新进行组装始发。
步骤十四、依次循环步骤五至十三,直至完成所有管幕施工。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡在本发明的精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其步骤主要包括:
步骤一,对管幕施工范围内的地质水文等进行勘察,周边环境进行调查,根据周周边环境的重要性,对周边建筑物或构筑物进行监测,对重要的基础进行注浆加固;
步骤二,在拟建管幕纵向两端空地上修建工作井,在工作井上安装轨道龙门吊,其中,在工作井靠近管幕的侧墙上预埋孔口管,远离管幕的工作井侧墙为后背墙;
步骤三,针对勘察地质资料,按照适应性、可靠性、安全性、经济型原则分区域选择多台不同型式适合的顶管机;
步骤四,进出洞口加固;
步骤五,测量定位,确定需要顶管的位置;
步骤六,始发、接收井内安装工作平台;
步骤七,进出洞口围护结构凿除;
步骤八,始发井变径法兰及始发密封安装;
步骤九,设备安装调试;
步骤十,钢管顶进;
步骤十一,顶管机到达接收井前安装接收密封、接收导轨,顶管机穿越加固体、接收密封,进入接收井,完成一根钢管顶进;
步骤十二,一根钢管完成后利用注入触变泥浆的阀门及孔口管对钢管背后注入水泥浆加固土体,注浆压力控制在0.5-1.0MPa;
步骤十三,两台顶管机同时上下错位、间隔顶进;
步骤十四,依次循环步骤五至十三,直至完成所有管幕施工。
2.如权利要求1所述的一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其特征在于:所述步骤二中,工作井预留顶管施工空间,工作井的深度大于拟建管幕结构轮廓线外0.9~1m,工作井的宽度大于拟建管幕结构轮廓线外1.5m。
3.如权利要求1所述的一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其特征在于:所述步骤四中,对进出洞口进行加固采用高压旋喷桩加固的方法。
4.如权利要求3所述的一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其特征在于:对进出洞口进行加固时,工作井的始发端及接收端加固范围为纵向1.5倍顶管机长度,水平竖向加固范围为管幕轮廓线以外2m。
5.如权利要求1所述的一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其特征在于:所述步骤六中,所述工作平台为可移动式架空平台,所述工作平台主要由滑动式顶管导轨、高度调节垫枕、支承支架、支架滑轮、支架导轨组成,所述支承支架安装于支架滑轮上,可沿支架导轨水平滑动,顶管施工时通过固定锁锁死。
6.如权利要求1所述的一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其特征在于:工作井施工时设置的围护结构为钻孔灌注桩,凿除采用人工风镐破碎围护桩混凝土,氧气焊切割钢筋。
7.如权利要求1所述的一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其特征在于:所述步骤九中,设备主要包括主顶装置、测量导向系统、顶管机、顶铁、触变泥浆注浆系统、出土设备、通风设备和供电照明。
8.如权利要求5所述的一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其特征在于:所述步骤十中,钢管顶进过程包括出洞、顶进、进洞三个过程,顶进所用钢管连接为第一个接头为铰接,其他钢管接头为刚接,顶管机土压力的控制应根据顶管机的机型确定,土压平衡顶管机宜设定在水土压力与被动土压力之间,泥水平衡顶管机应设定在地下水压力值加0.02MPa。
9.如权利要求8所述的一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其特征在于:每节钢管设置3个注浆用孔口管及阀门,顶进过程中同步注入触变泥浆减阻,注入触变泥浆为膨润土、纯碱等配成浆液,压浆时必须坚持“随顶随压、逐孔压浆、全线补浆、浆量均匀”的原则,注浆压力控制与土仓压力相同;注浆分三条线 ,一条线路是顶管机尾同步注浆,第二条线路是沿线管道补浆,第三条线路是洞口处注浆。
10.如权利要求9所述的一种复杂条件下大直径管幕施工方法,其特征在于:在顶进过程中,根据轴线测量不断进行纠偏,同时,对顶进时的出土及时运出洞外;对存在障碍物的区域采用敞开式顶管机,当顶进过程中遇到障碍物时,人工到达掌子面,先对障碍物周边注浆加固,然后边凿除边顶进的方法通过障碍物;避免掌子面坍塌;并对周边存在的空洞回填。
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