CN113513322A - 一种富水浅埋大断面矩形顶管土压平衡顶进施工方法 - Google Patents

一种富水浅埋大断面矩形顶管土压平衡顶进施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种富水浅埋大断面矩形顶管土压平衡顶进施工方法，属于地下通道施工的技术领域。包括以下步骤：施工准备；工作井和接收井施工；安装顶进装置及止退装置；选择顶管机；顶管机顶进施工；管节支护和环向注浆；触变泥浆置换。本发明通过施工降水和人工密封等措施，可实现施工空间内不渗水，工作面不涌水，大大保证了施工的安全性；通过顶管机的机械开挖方法和管节预制及支护方法，提高了施工开挖效率，大大减少了工期，同时降低了人员成本；通过管节环向注浆、施工过程降控制和地表沉降监测，可有效减小地表沉降值，可保证地面交通的正常运行和地表建(构)筑物的安全。本发明能适用于复杂地质条件和环境条件。

Description

一种富水浅埋大断面矩形顶管土压平衡顶进施工方法
技术领域
本发明涉及地下通道施工的技术领域，具体涉及一种富水浅埋大断面矩形顶管土压平衡顶进施工方法。
背景技术
随着我国城市地铁工程以及市政隧道工程的大规模建设，越来越多的城市过街通道工程应运而生。由于城市过街通道穿越城市主干道，为了不影响地面的正常运行，以及维护地面建(构)筑物的安全，城市过街通道的施工技术和施工工法也快速发展。
传统的钻爆开挖方法施工扰动大、施工安全风险大，且施工工序复杂；传统的人工掘进开挖方法受工人技术水平影响大，且施工效率低，施工进度慢。对于富水浅埋大断面通道，以上传统的方法受地下水影响较大，容易造成掌子面涌水及塌方，造成工程损失及人员伤亡。
发明内容
针对传统开挖富水浅埋大断面通道时易造成掌子面涌水、塌方以及施工效率低等问题，本发明提供一种富水浅埋大断面矩形顶管土压平衡顶进施工方法，以解决上述技术问题。本发明通过在工作井、接收井施工和顶管机顶进过程中，同步设置施工降水井、洞口密封圈和管节环向止水带，保证施工过程安全，避免出现涌水、渗水等灾害；通过布设地表沉降监测点，实现施工过程的地面沉降的全过程监测，保证地表邻近建(构)筑物的稳定性。
本发明的技术方案为：
一种富水浅埋大断面矩形顶管土压平衡顶进施工方法，包括以下步骤：(1)施工准备；(2)工作井和接收井施工；(3)安装顶进装置及止退装置；(4)选择顶管机；(5)顶管机顶进施工；(6)管节支护和环向注浆；(7)触变泥浆置换。
其中，具体步骤为：
(1)施工准备：包括施工方案、规范标准和施工计划的制定，施工环境和施工工作面的确定。
(2)工作井和接收井施工：包括降水井的布设，工作井和接收井基坑开挖与支护，顶管机工作平台的搭建。降水井应在顶管掘进前1周进行，做到能及时降低围护内的地下水位；顶管始发、到达端头范围降水采用井管降水，顶管始发与到达前，端头水位降至通道底1.5m以下。
(3)安装顶进装置及止退装置：包括后背墙的施工，用于承受顶管顶进的反力；顶进液压油缸的配置，为顶管机顶进提供推力；导轨铺设，用于顶管机的移动和渣土的运输；限位装置，用于控制顶管机和管节的后退，保证工作面土体的稳定性。
(4)选择顶管机：包括依据矩形断面形状，确定刀盘的配置类型；配置顶管机纠偏控制油缸，用于控制顶管机前进的方向。
(5)顶管机顶进施工：包括通过设计顶管机顶进和纠偏控制系统，同时，布设顶管纵向轴线的激光测线，用于顶管机顶进和前进方向的智能控制；通过注入膨胀泡沫改良土体，有利于工作面土体的削切和输送；通过出渣和吊装装置，实现渣土的运移；在顶管机顶进过程中，每顶进1.5m，进行一次地表沉降控制测量。
(6)管节支护和环向注浆：通过吊装将管节安装至预定位置，随顶管机顶进实现管节的连续支护；为了减小管壁与周围土体的摩擦，同时有效填充管壁周围的空隙，管节支护完成后，通过注浆孔同步向管节背后注浆，也可有效抑制周围土体的变形。
(7)触变泥浆置换：待顶管机进入接收井机推进到位后，用弧形钢板焊接封堵，将通道两端洞门与管节的缝隙封堵。注入水泥水玻璃浆液，对管节外的土体进行加固。将原注浆泵清洗之后，接入储浆桶，开启注浆泵，浆液压注先从底部开始，按管节顺序依次奇数节压注，之后从通道尾部偶数节往前压注。底部压注完成后，按如上顺序压注管节中部，最后是管节顶部，循环直到完成。再关闭所有阀门，保压10min，保压时注浆压力为0.2MPa。
优选的，所述步骤(2)中，采用管井降水，管井直径Φ600mm，管井底部深入矩形通道下部3米位置。井管采用无砂砼管，外径Φ400mm，内径Φ320mm。每个通道始发端和接收端设置降水井2个，应急降水井1个，观测井1个。
优选的，所述步骤(2)中，工作井和接收井的支护，包括超前小导管注浆、高压旋喷桩和三轴搅拌桩的端头支护，支护范围长×宽×高：6.0m×12.9m×3.0m。超前注浆小导管采用Ф50×5mm热轧钢管，管壁每隔150mm钻眼，眼孔直径8mm，管长L＝6.0m。高压旋喷桩直径为800mm，间距600mm，咬合0.2m；三轴搅拌桩直径为850mm，间距600mm，咬合0.2m。
优选的，所述步骤(3)中，顶进液压油缸为16台，左右对称布设。
优选的，所述步骤(4)中，顶管机的刀盘采用上下、前后组合六刀盘，其中分为
Figure BDA0003214146250000021
后刀盘(中上、左下、右上)和
Figure BDA0003214146250000022
前刀盘(左上、中下、右上)矩形顶管机，断面切削率为91％。刀盘通过法兰安装在主轴承的内齿圈上，每个刀盘通过变频电机均可以独立控制转速、转向。刀盘设计为双向旋转，其转速可无级调节。
优选的，所述步骤(4)中，纠偏控制油缸共设置18台，其中上部、左右侧各设置4台，下部设置6台。每台纠偏油缸顶力200吨，单侧方向800吨，总推力3200吨。纠偏角度水平方向±1.4度，垂直方向±2度。
优选的，所述步骤(5)中，地表沉降监测要求：顶管机始发时，每顶进0.3m，测量一次；正常顶进时，每顶进1.5m，测量一次；接收井前30m增加测量次数，每顶进0.3mm，测量一次。
优选的，所述步骤(5)中，测量的步骤为：a.进场控制点桩交接与复核；b.现场勘探及选点；c.控制点竖井传递；d.洞门测量及顶管机发射架定位；e.布设顶管机同步控制点；f.顶管机姿态及管节状态测量；g.顶管接收测量；h.顶管接收贯通测量
优选的，所述步骤(6)中，管节为矩形管节，断面尺寸长×宽×高：1.5m×6.9m×4.9m，管节吊装和就位后，顶进液压油缸通过U形顶铁作用于管节，随土体开挖顶进移动。
优选的，所述步骤(6)中，环向注浆为顶管顶进时管节背后环向同步注入泥浆，泥浆通过注浆机经管道输送至管节顶部的注浆孔，注入土体形成触变泥浆套。注入泥浆为膨润土、纯碱等配成的浆液；注浆前，每环管片设置10个直径25mm注浆孔，在顶管顶进时通过注浆孔注入膨润土浆液进行润滑减摩。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过施工降水和人工密封等措施，可实现施工空间内不渗水，工作面不涌水，大大保证了施工的安全性。
(2)本发明通过顶管机的机械开挖方法和管节预制及支护方法，提高了施工开挖效率，大大减少了工期，同时降低了人员成本。
(3)本发明通过管节环向注浆、施工过程降控制和地表沉降监测，可有效减小地表沉降值，可保证地面交通的正常运行和地表建(构)筑物的安全。
(4)本发明能适用于复杂地质条件和环境条件，尤其是富水浅埋的软弱岩体，通过施工工序的严格控制，大大减小了施工人员的人为干扰，减少了人员、机械以及施工方法转换的繁琐性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
下面以太原市轨道交通2号线一期工程车站附属结构矩形通道工程为例进行说明。长风街站过街通道下穿太原市长风街，2020年5月28日至2020年6月29日施工，顶进距离91.9米。具体方法如下：
(1)施工准备
制定施工方案、规范标准和施工计划；确定施工环境和施工工作面。
(2)工作井和接收井施工
布设降水井，采用管井降水，管井直径Φ600mm，管井底部深入矩形通道下部3米位置。井管采用无砂砼管，外径Φ400mm，内径Φ320mm。每个通道始发端和接收端设置降水井2个，应急降水井1个，观测井1个。
开挖工作井和接收井基坑，并对其进行支护，工作井和接收井的支护，采用超前小导管注浆、高压旋喷桩和三轴搅拌桩的端头支护，支护范围长×宽×高：6.0m×12.9m×3.0m。超前注浆小导管采用Ф50×5mm热轧钢管，管壁每隔150mm钻眼，眼孔直径8mm，管长L＝6.0m。高压旋喷桩直径为800mm，间距600mm，咬合0.2m；三轴搅拌桩直径为850mm，间距600mm，咬合0.2m。
(3)安装顶进装置及止退装置
后靠背的施工，用于承受顶管顶进的反力；配置顶进液压油缸16台，采用左右对称布设的方式，为顶管机顶进提供推力；导轨铺设，用于顶管机的移动和渣土的运输；限位装置，用于控制顶管机和管节的后退，保证工作面土体的稳定性。
(4)选择顶管机
依据矩形断面形状，确定刀盘的配置类型，顶管机的刀盘采用上下、前后组合六刀盘，其中分为
Figure BDA0003214146250000041
后刀盘(中上、左下、右上)和
Figure BDA0003214146250000042
前刀盘(左上、中下、右上)矩形顶管机，断面切削率为91％。刀盘通过法兰安装在主轴承的内齿圈上，每个刀盘通过变频电机均可以独立控制转速、转向。刀盘设计为双向旋转，其转速可无级调节。
配置顶管机纠偏控制油缸18台，其中上部、左右侧各设置4台，下部设置6台。每台纠偏油缸顶力200吨，单侧方向800吨，总推力3200吨。纠偏角度水平方向±1.4度，垂直方向±2度。用于控制顶管机前进的方向。
(5)顶管机顶进施工
通过设计顶管机顶进和纠偏控制系统，同时，布设顶管纵向轴线的激光测线，用于顶管机顶进和前进方向的智能控制；通过注入膨胀泡沫改良土体，有利于工作面土体的削切和输送；通过出渣和吊装装置，实现渣土的运移；顶管机始发时，每顶进0.3m，进行一次地表沉降控制测量；正常顶进时，每顶进1.5m，进行一次地表沉降控制测量；接收井前30m增加测量次数，每顶进0.3mm，进行一次地表沉降控制测量。
地表沉降控制测量的方法为：a.进场控制点桩交接与复核；b.现场勘探及选点；c.控制点竖井传递；d.洞门测量及顶管机发射架定位；e.布设顶管机同步控制点；f.顶管机姿态及管节状态测量；g.顶管接收测量；h.顶管接收贯通测量。
(6)管节支护和环向注浆
通过吊装将管节安装至预定位置，随顶管机顶进实现管节的连续支护，所述管节为矩形管节，断面尺寸长×宽×高：1.5m×6.9m×4.9m，管节吊装和就位后，顶进液压油缸通过U形顶铁作用于管节，随土体开挖顶进移动。管节支护完成后，通过注浆孔同步向管节背后环向注浆，顶管顶进时管节背后环向同步注入泥浆，泥浆通过注浆机经管道输送至管节顶部的注浆孔，注入土体形成触变泥浆套。注入浆液为膨润土、纯碱等配成浆液，注浆前，每环管片设置10个直径25mm注浆孔，在顶管顶进时通过注浆孔注入膨润土浆液进行润滑减摩。
(7)触变泥浆置换
待顶管机进入接收井机推进到位后，用弧形钢板焊接封堵，将通道两端洞门与管节的缝隙封堵。注入水泥水玻璃浆液，对管节外的土体进行加固。将原注浆泵清洗之后，接入储浆桶，开启注浆泵，浆液压注先从底部开始，按管节顺序依次奇数节压注，之后从通道尾部偶数节往前压注。底部压注完成后，按如上顺序压注管节中部，最后是管节顶部，循环直到完成。再关闭所有阀门，保压10min，保压时注浆压力为0.2MPa。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种富水浅埋大断面矩形顶管土压平衡顶进施工方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)施工准备；(2)工作井和接收井施工；(3)安装顶进装置及止退装置；(4)选择顶管机；(5)顶管机顶进施工；(6)管节支护和环向注浆；(7)触变泥浆置换。
2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)施工准备：制定施工方案、规范标准和施工计划，确定施工环境和施工工作面；
(2)工作井和接收井施工：布设降水井；开挖工作井和接收井基坑，并对工作井和接收井进行支护；搭建顶管机工作平台；
(3)安装顶进装置及止退装置：包括顶进装置后背墙的施工；配置顶进液压油缸；导轨铺设；安装限位装置；
(4)选择顶管机：依据矩形断面形状，确定刀盘的配置类型；配置顶管机纠偏控制油缸；
(5)顶管机顶进施工：包括设计顶管机顶进和纠偏控制系统，同时，布设顶管纵向轴线的激光测线；向土体注入膨胀泡沫改良；安装出渣和吊装装置；在顶管机顶进过程中，每顶进1.5m，进行一次地表沉降控制测量；
(6)管节支护和环向注浆：通过吊装将管节安装至预定位置，随顶管机顶进实现管节的连续支护；管节支护完成后，通过注浆孔同步向管节背后注浆；
(7)触变泥浆置换：待顶管机进入接收井机推进到位后，用弧形钢板焊接封堵，将通道两端洞门与管节的缝隙封堵；注入水泥水玻璃浆液，对管节外的土体进行加固；将原注浆泵清洗之后，接入储浆桶，开启注浆泵，浆液压注先从底部开始，按管节顺序依次奇数节压注，之后从通道尾部偶数节往前压注；底部压注完成后，按如上顺序压注管节中部，最后是管节顶部，循环直到完成；再关闭所有阀门，保压10min，保压时注浆压力为0.2MPa。
3.如权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述步骤(2)中，采用管井降水，管井直径Φ600mm，管井底部深入矩形通道下部3米位置；井管采用无砂砼管，外径Φ400mm，内径Φ320mm；每个通道始发端和接收端设置降水井2个，应急降水井1个，观测井1个。
4.如权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述步骤(2)中，工作井和接收井的支护，包括超前小导管注浆、高压旋喷桩和三轴搅拌桩的端头支护，支护范围长×宽×高：6.0m×12.9m×3.0m；超前注浆小导管采用Ф50×5mm热轧钢管，管壁每隔150mm钻眼，眼孔直径8mm，管长L＝6.0m；高压旋喷桩直径为800mm，间距600mm，咬合0.2m；三轴搅拌桩直径为850mm，间距600mm，咬合0.2m。
5.如权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述步骤(3)中，顶进液压油缸为16台，左右对称布设。
6.如权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述步骤(4)中，顶管机的刀盘采用上下、前后组合六刀盘，其中中上、左下、右上为
Figure FDA0003214146240000021
后刀盘；左上、中下、右上为
Figure FDA0003214146240000022
前刀盘；矩形顶管机，断面切削率为91％；刀盘通过法兰安装在主轴承的内齿圈上，每个刀盘通过变频电机均可以独立控制转速、转向；刀盘设计为双向旋转，其转速可无级调节。
7.如权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述步骤(4)中，纠偏控制油缸共设置18台，其中上部、左右侧各设置4台，下部设置6台；每台纠偏油缸顶力200吨，单侧方向800吨，总推力3200吨。纠偏角度水平方向±1.4度，垂直方向±2度。
8.如权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述步骤(5)中，地表沉降监测要求：顶管机始发时，每顶进0.3m，测量一次；正常顶进时，每顶进1.5m，测量一次；接收井前30m增加测量次数，每顶进0.3mm，测量一次。
9.如权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述步骤(6)中，管节为矩形管节，断面尺寸长×宽×高：1.5m×6.9m×4.9m，管节吊装和就位后，顶进液压油缸通过U形顶铁作用于管节，随土体开挖顶进移动。
10.如权利要求2所述的施工方法，其特征在于，所述步骤(6)中，环向注浆为顶管顶进时管节背后环向同步注入泥浆，泥浆通过注浆机经管道输送至管节顶部的注浆孔，注入土体形成触变泥浆套；注浆前，每环管片设置10个直径25mm注浆孔，在顶管顶进时通过注浆孔注入膨润土浆液。
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