CN109386293A - 超大断面矩形顶管密封式接收施工方法 - Google Patents

超大断面矩形顶管密封式接收施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于顶管接收技术领域,尤其涉及超大断面矩形顶管密封式接收施工方法,包括以下步骤:(1)接收准备;(2)破除地下连续墙;(3)明洞回填;(4)浆液固结;(5)拆除明洞;(6)管机分离;(7)浇筑洞门圈梁。本发明能够利用回填的砂浆为顶管机在接收井内提供类似土体的工作环境;本发明还能利用回填的砂浆压力阻止地下水由管壁涌入接收井;当顶管机顶推到位后,采用双液浆对管片外壁进行填充止水,从而保证本发明提供的施工方法降低渗漏水的风险,确保施工工期的按时达成。

Description

超大断面矩形顶管密封式接收施工方法
技术领域
本发明属于顶管接收技术领域,尤其涉及超大断面矩形顶管密封式接收施工方法。
背景技术
随着中国经济的飞速发展和城市化进程的加快,城市建设进入大发展时期,但日益繁华的城市给施工创造的条件及留给施工的时间越来越少,施工难度越来越大。对于短距离城市地下通道,顶管施工在不影响地面交通的情况下以其施工场地占用较小、机械设备占用场地较小等特点,越来越多的应用于城市建设。顶管接收是顶管施工过程中最不易控制的重点。
顶管施工就是非开挖施工方法,是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力,克服管道与周围土壤的摩擦力,将管道按设计的坡度顶入土中,并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后,再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力,把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后,埋设在两坑之间。非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题,在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的,它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境,特别适用于大中型管径的非开挖铺设。采用该技术施工,能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路的堵塞,具有显著的经济效益和社会效益。
在富水软弱地层中,常规顶管接收的做法为:安装接收架、顶管机出洞、洞门密封、隧道固结;该施工方法存在极大的渗漏水风险。为了减少因渗漏水而造成的安全生产事故,急需一种可靠的施工方法,用于降低顶管接收的渗漏水风险,以确保施工工期的按时达成。
发明内容
为了解决上述问题,本发明公开了超大断面矩形顶管密闭式接收施工方法,通过该方法进行顶管施工,可以极大的降低顶管接收时的渗漏水风险,减少因渗漏水而造成的人员伤害和财务损失,极大的确保了施工工期的按时达成。本发明的具体技术方案如下:
超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,包括以下步骤:
(1)接收准备:顶管机距离接收井若干距离作为顶管到达接收段,准备开始顶管接收;
(2)破除地下连续墙:当顶管机进入接收段后,立即组织进行接收洞门探水作业,破除地下连续墙;
(3)明洞回填:地下连续墙破除完成,组织进行明洞黏土回填;
(4)浆液固结:矩形顶管机进入明洞,首环管节顶进设计管位,通过预埋注浆管注入水泥浆液,对管节背后处变泥浆进行固结;
(5)拆除明洞:浆液固结完成后,开孔检查注浆效果,确保无渗漏后,拆除接收井明洞结构;
(6)管机分离:明洞拆除完成后,利用顶管机自带出洞油缸顶进,脱离首环管节,逐步拆解顶管机;
(7)浇筑洞门圈梁:顶管机和负环管节拆除后,进行洞门圈施工。
优选的,所述步骤(3)分两步进行:
第一步:接收井底板面至接收洞门预埋钢圈底面的高度范围内,采用砂浆进行填充;
第二步:砂浆回填高度自底板顶至承压水水头标高以上1m,然后分层回填、分层碾压黏土至地面。
优选的,所述步骤(3)中,明洞隔墙和接收井结构之间充满砂浆,并用隔离层隔开。
优选的,所述步骤(3)完成后,顶进延长环;所述延长环由2环连续的负环管节和3段连续的钢支撑组成;所述钢支撑为倒“L”型钢板,通过固定件水平固定在负环管节上,所述钢支撑之间通过高强固定件连接。
优选的,所述步骤(4)中,浆液固结采用1:1的水泥浆液,通过注浆孔固结管节外壁浆液。
优选的,所述管节设有用于观察水泥浆液注入情况的观测孔。
优选的,所述步骤(6)中,顶管机脱离后先采用钢板封堵管节与洞门钢环之间的间隙,封堵完成后,再浇筑混凝土环梁封闭洞门。
优选的,还包括步骤(8),管节后防水:所述管节后防水包括密封胶嵌缝施工和管口封堵。
优选的,所述步骤(8)中,顶管顶进完成后,管节下部采用双组份聚硫密封胶33进行嵌缝,并涂抹连续、均匀,充满整个缝隙;浆液固结后,对管节上所有预留浆孔进行封堵,先用外方管堵封堵,再用水泥浆液填平管节面。
和现有技术相比,本发明能够利用回填的砂浆为顶管机在接收井内提供类似土体的工作环境;本发明还能利用回填的砂浆压力阻止地下水由管壁涌入接收井;当顶管机顶推到位后,采用双液浆对管片外壁进行填充止水,从而保证本发明提供的施工方法降低渗漏水的风险,确保施工工期的按时达成。
附图说明
图1为预留泥浆孔的示意图。
图2为顶管明洞接收示意图。
图3为明洞黏土回填示意图。
图4为明洞黏土上回填清水示意图。
图5为顶管负环顶进示意图。
图6为地下连续墙开孔示意图。
图7为顶管门洞封堵示意图。
图8为顶管洞门圈施工示意图。
图9为管节后防水施工示意图。
图中:1-纠偏注浆孔;2-结构墙;3-地下连续墙;4-管节;5-明洞;6-顶管机;7-粘土;8-钢筋混凝土隔墙;9-清水;10-后靠墙;11-后靠背;12-油缸架;13-顶铁;14-负5位;15-负4位;16-负3位;17-负2位;18-负1位;19-探水孔;20-结构侧墙;21-首节钢节;22-焊接钢板;23-工作井主体结构;24-预埋钢环;25-注浆管;26-环形钢筋混凝土保护圈;27-工作井围护结构;28-注浆加固区;29-加固土体;30-外方管堵;31-钢管注浆孔;32-水泥浆液;33-双组份聚硫密封胶;34-管节间衬垫。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步阐述。
超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,包括以下步骤:
(1)接收准备:顶管机6距离接收井15m作为顶管到达接收段,准备开始顶管接收。
在步骤(1)接收准备工作中,需要在接收前确保接收端头的加固范围、强度和止水性是否符合设计要求;顶管机6到达接收范围钱,安排测量人员对顶管机6姿势进行复测,并根据复测结果及时进行自带纠偏,确保顶管机6安全出洞。此预防措施具体为:施工前,根据设计图纸和坐标系计算出每环管节的坐标,并上报监理工程师复核备用;顶管机6组装中,认真复核顶管始发姿态,包括轴线、标高、旋转角等,确保初始顶进管位符合设计要求;顶管机6前下壳体吊装下井前,两侧焊接定位钢板,控制顶管机6始发姿态方向;顶管机组装、调试完成后,因运输或其他原因会造成顶管机姿态显示未归零,每当顶管掘进机放在基坑导轨上时,其倾斜仪的读数是个很重要的原始读数,必须把它记录在案,以便在今后顶进过程中进行分析、比较;顶进过程中,仔细观察激光靶上激光点的变化情况,并及时纠偏;测量组每2环对成顶管机6姿态和成形管节4进行测量,以复核修正管位;顶进正面土仓确保满仓掘进,两个螺旋机出土速度须一致,保持平衡。
在本实施例中,顶管机6设置有纠偏系统,主要作用便是在推进过程中,若出现轴线偏离一定角度,则使用纠偏油缸进行纠偏,以纠正矩形盾构顶管的姿态;纠偏油缸属于主动铰接,纠偏油缸的布置主要考虑结构上的合理性,能满足上下、左右纠偏的效果;当出现上(下)左(右)都存在偏移时,先纠偏上下,再纠偏左右。
在超大断面矩形顶管施工过程中,铰接纠偏是最直接、最有效的姿态控制方法之一;铰接油缸位置的放置需考虑两方面的要求:调向的灵敏性和盾体稳定的导向作用。超大矩形顶管前盾的长度较短,使铰接力能够有效的传递到刀盘便于转向。尾盾设计较长,并通过拉杆与后3~4环管节4相连接,避免出现过度纠偏;正常掘进时,铰接油缸处于全部收回,以防顶管姿态发生偏差。当顶管姿态发生偏差时,将发生偏差侧的铰接油缸进行伸长,以调整顶管姿态。同时将相应侧的用于与顶管机6和管片连接的拉杆松动,以利于顶管姿态的调整。铰接伸长的距离根据地层情况、姿态偏差的大小、拟合掘进线路等综合进行确定。对于铰接漏水,需要指出的是,当铰接漏水时,通过铰接密封加大油脂的注入量,并不停压注;通过调节螺栓,压紧压块,来调节馒头密封的高度,从而起到密封效果;通过铰接处触变泥浆孔,注入浓稠触变泥浆,从而起到止水效果;监测路面和管线变形情况,如果变化较大可能发生危险采取路面开裂、管线开裂相应的应急措施。
当顶管机6发生中线偏差或滚转时,铰接纠偏能力不足时,可借助于盾体及管节4上预留的触变泥浆孔及纠偏泥浆注入系统,在需要的位置向地层注入纠偏泥浆,如图1所示,当轴线偏差较大时,通过前1-5节顶管管节4预埋DN100的纠偏注浆孔1进行打土纠偏,调整顶管周围的地层压力,依靠地层压力的偏差和地层的微量压缩性进行纠偏。
在接收准备前的纠偏检查中,必须严格控制顶管推进中的纠偏量,及时掌握顶管机6的方向和位置,严格对顶管机6进行姿态控制,保证实际轴线同设计轴线的偏差量小于±50mm;测量在每节连接装后进行,作到勤测、勤纠,避免误差积累,对轴线一次纠偏量不大于4mm;并定期人工测量顶管机6姿态,发现问题及时纠正。以此保证隧道轴线的质量,同时确保顶管的安全出洞。
(2)破除地下连续墙3:当顶管机6进入接收段后,立即组织进行接收洞门探水作业,破除地下连续墙3。
在本实施例中,围护结构采用1000mm厚地下连续墙3,地下连续墙3的深度为34.15m,结构主体为地下两层双柱三跨矩形钢筋混凝土箱体结构,主体结构施工预留始发工作井和接收工作井,其中始发工作井预留孔尺寸长15m,宽度13.4m,接收工作井预留孔尺寸长10m,宽度13.4m。在进行步骤(2)前,应该进行水平探孔,确保无渗漏,才可以进行洞门地下连续墙3破除工作;破除时,应严格按方案要求分层、分段施工,不得直接从地下连续墙3外皮保护层破至加固体;破除时发生墙面渗漏,停止破除,及时查明原因,并对加固体进行补浆加固。墙面干燥或无渗漏后,方可继续破除;水平探孔和洞门破除前,作业人员均需做好安全技术交底和安全教育,并通过技术考核后,方可上岗作业。作业时,需正确佩戴好安全绳,脚手架上安装脚手板,并固定牢固。
(3)明洞5回填:如图2所示,地下连续墙3破除完成,清理干净后,立即组织进行明洞5黏土回填,在明洞5隔墙和接收井结构与砂浆之间使用聚苯板作为隔离层隔开:
第一步:接收井底板面至接收洞门预埋钢圈底面的高度范围内,采用M1砂浆进行填充;
第二步:砂浆回填高度自底板顶至承压水水头标高以上1m,然后分层回填、分层碾压黏土至地面,回填中添加水泥等胶凝材料。
接收井内设钢筋混凝土中隔墙,回填粘土7至洞门顶部上3m,确保顶管安全达到接收。需要注意的是,遇有四级风以上天气不得进行土方回填、运转以及其他可能产生扬尘污染的施工。本实施例采用的顶管接收方法为明洞5法接收,为了很好的进行防漏水,根据端头加固设计,加固方式采取三轴搅拌桩+地下连续墙3与搅拌桩之间两排三重管双高压旋喷桩。加固总长度为7m,宽度为20m,有效加固深度为17.5m。加固区环向至管节外轮上4m、下5.95m、左右均4.8m。施工中加强控制施工参数,严格按照施工方案施工,并对加固效果进行取芯、探水验证;如图3所示,在接收工作井内设置一道700mm厚钢筋混凝土隔墙8,墙高从底板开始,至地面齐平,明洞5内填入优质粘土7,粘土7回填高度至洞门以上3m;顶管机6进入明洞5后,监测管节周边的土压力,控制土压力不大于0.1Mpa;顶管机6进入明洞5后,及时通过二次注浆孔注入水泥浆固结顶管隧道,固结完成后,尽快施工洞门环形钢筋混凝土保护圈26。需要注意的是,如图4所示,在粘土7上出现漏水情况,在粘土7顶面开始回填清水9,清水9高度比坑外静止水位高于0.5m;明洞5内回填清水9后,渗漏未能控制,及时往洞内浇筑水下混凝土进行反压;及时补充减摩注浆孔的减摩注浆量,增大减摩浆液的稠度,起到防水作用;监控量测组立即监测,随时提供路面和管线变形数据;若监测数据异常,危机管线自身安全,对外协调组立即与交管部门联系,临时封闭周围道路,对外协调组立即与管线单位联系,派人来现场,一旦发生管线破坏立即关闭相关闸阀;物资保障组立即联系响应的应急物资,确保物资供应正常。
(4)顶进延长环:所述延长环由2环连续的负环管节4和3段连续的钢支撑组成;所述钢支撑为倒“L”型钢板,通过固定件水平固定在负环管节4上,所述钢支撑之间通过高强固定件连接。
在本实施例中,通道管节4设计总长93.4m,设计管节462节,当所有管节4全部下放完成后,无法用千斤顶将管节4顶推至设计位置,由此必须加入延长环;如图5所示,延长环由2环长1.5m的负环管节4和3段1.5m的钢支撑组成,总长度为7.5m,以满足定金需求;其中负环管节4的位置为负1位11、负2位12,钢支撑的位置为负3位13、负4位15和负5位14;钢支撑采用倒“L”型钢板和膨胀螺栓进行水平固定于负环管节4上,钢支撑之间则采用高强螺栓连接。
(5)浆液固结:矩形顶管机6进入明洞5,首环管节4顶进设计管位,通过预埋注浆管25注入水泥浆液32,对管节4背后处变泥浆进行固结;浆液固结采用1:1的水泥浆液32,通过注浆孔固结管节4外壁浆液;所述管节4设有用于观察水泥浆液32注入情况的观测孔。
(6)拆除明洞5:浆液固结完成后,开孔检查注浆效果,确保无渗漏后,拆除接收井明洞5结构。
洞门凿除前,首先对地下连续墙3开探水孔19检查加固区加固情况,开孔采用水钻钻机取孔,取孔深度3.5m,取孔数量以位置如图6所示,共12孔,呈3行4列均匀分布,相邻两孔之间的间隔为2000mm;水平探孔作业采用岩芯钻机施工,钻孔直径50mm,人工站在操作平台上手持钻机进行钻孔。钻孔过程中,分三个阶段进行,第一阶段钻孔穿越围护结构地下连续墙3;第二阶段钻孔至旋喷桩加固区域;第三阶段钻孔至搅拌桩加固区域。每个施工阶段完成后,通过孔口装置观察地层富水情况;水平探孔施工时,先施工沿顶管钢环四角布置的孔,再施工中心孔,最后施工剩余的孔;若加固土体若不能满足设计要求或洞门水平探孔出现漏水,采用1:1的水泥浆液32或双液浆进行压密注浆,补充加固。注浆方法为从地面钻孔和洞门水平钻孔进行补充注浆,直至端头加固效果满足设计要求为止:
1)注浆压力:注浆初压力0.2~0.3MPa,注浆终压力1MPa;
2)注浆材料:采用42.5级普硅水泥;
3)浆液配制:水灰比质量比1:1,由试验室提供每盘浆水泥用量。;
4)注浆结束标准:注浆压力逐步升高,当达到设计终压并继续注浆10min以上。
(7)管机分离:明洞5拆除完成后,利用顶管机6自带出洞油缸顶进,脱离首环管节4,逐步拆解顶管机6;顶管机6脱离后先采用焊接钢板22封堵管节4与洞门钢环之间的间隙,封堵完成后,再浇筑混凝土环梁封闭洞门。
如图7所示,利用顶管机6自带出洞油缸顶进脱离首环管节4顶管机6脱离管节4后,距洞门圈混凝土浇筑存在较长时间,且该部位管节4周边空隙较大,顶管机6脱离后须立即采用焊接钢板22封堵首节管节21与洞门钢环之间的间隙,封堵完成后浇筑混凝土环梁封闭洞门。
(8)浇筑洞门圈梁:顶管机6和负环管节4拆除后,进行洞门圈施工;如图8所示,其中始发井处洞门圈施工前,先割除承开口钢套环,再进行焊接环形钢筋混凝土保护圈26,施工洞门圈混凝土。
(9)管节4后防水:如图9所示,所述管节4后防水包括密封胶嵌缝施工和管口封堵;顶管顶进完成后,管节4下部采用双组份聚硫密封胶33进行嵌缝,并涂抹连续、均匀,充满整个缝隙;浆液固结后,对管节4上所有预留浆孔进行封堵,先用外方管堵30封堵,再用M10水泥浆液32填平管节4面。
本发明不局限于上述可选实施方式,任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品,但不论在其形状或上作任何变化,凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)接收准备:顶管机距离接收井若干距离作为顶管到达接收段,准备开始顶管接收;
(2)破除地下连续墙:当顶管机进入接收段后,立即组织进行接收洞门探水作业,破除地下连续墙;
(3)明洞回填:地下连续墙破除完成,组织进行明洞黏土回填;
(4)浆液固结:矩形顶管机进入明洞,首环管节顶进设计管位,通过预埋注浆管注入水泥浆液,对管节背后处变泥浆进行固结;
(5)拆除明洞:浆液固结完成后,开孔检查注浆效果,确保无渗漏后,拆除接收井明洞结构;
(6)管机分离:明洞拆除完成后,利用顶管机自带出洞油缸顶进,脱离首环管节,逐步拆解顶管机;
(7)浇筑洞门圈梁:顶管机和负环管节拆除后,进行洞门圈施工。
2.如权利要求1所述的超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,其特征在于,所述步骤(3)分两步进行:
第一步:接收井底板面至接收洞门预埋钢圈底面的高度范围内,采用砂浆进行填充;
第二步:砂浆回填高度自底板顶至承压水水头标高以上1m,然后分层回填、分层碾压黏土至地面。
3.如权利要求2所述的超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,其特征在于,所述步骤(3)中,明洞隔墙和接收井结构之间充满砂浆,并用隔离层隔开。
4.如权利要求1所述的超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,其特征在于,所述步骤(3)完成后,顶进延长环;所述延长环由2环连续的负环管节和3段连续的钢支撑组成;所述钢支撑为倒“L”型钢板,通过固定件水平固定在负环管节上,所述钢支撑之间通过高强固定件连接。
5.如权利要求1所述的超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,其特征在于,所述步骤(4)中,浆液固结采用水灰质量比为1:1的水泥浆液,通过注浆孔固结管节外壁浆液。
6.如权利要求5所述的超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,其特征在于,所述管节设有用于观察水泥浆液注入情况的观测孔。
7.如权利要求1所述的超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,其特征在于,所述步骤(6)中,顶管机脱离后先采用钢板封堵管节与洞门钢环之间的间隙,封堵完成后,再浇筑混凝土环梁封闭洞门。
8.如权利要求1所述的超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,其特征在于,还包括步骤(8),管节后防水:所述管节后防水包括密封胶嵌缝施工和管口封堵。
9.如权利要求8所述的超大断面矩形顶管封闭式接收施工方法,其特征在于,所述步骤(8)中,顶管顶进完成后,管节下部采用双组份聚硫密封胶进行嵌缝,并涂抹连续、均匀,充满整个缝隙;浆液固结后,对管节上所有预留浆孔进行封堵,先用外方管堵封堵,再用水泥浆液填平管节面。
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