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圖1  出入口頂管通道剖面示意


1.3工程難點(diǎn)


1.3.1進(jìn)洞安全


1）頂管下穿漕寶路，車流量大，同時(shí)地下土質(zhì)復(fù)雜，受⑤1層砂性土影響，土方開挖至頂管底相同標(biāo)高時(shí)，將會(huì)發(fā)生滲漏流砂現(xiàn)象。而進(jìn)洞時(shí)萬一發(fā)生流砂，搶險(xiǎn)需封閉漕寶路，對(duì)社會(huì)影響極大。為防止水土流失對(duì)進(jìn)洞附近的污水管造成影響，我們?cè)谶M(jìn)洞端土體旋噴加固基礎(chǔ)上，增加了輔助水平冰凍措施，以提高土體承載力及止水效果（圖3）。


2）頂管機(jī)出洞一般需要單獨(dú)設(shè)置接收井，但為避免搬遷污水管，頂管利用車站主體進(jìn)行接收，取消車站主體外掛接收井，矩形頂管機(jī)拆卸吊離采用“金蟬脫殼法”。為在洞口部位增強(qiáng)結(jié)構(gòu)密實(shí)度，加強(qiáng)防水效果，決定在進(jìn)洞口現(xiàn)澆段有效長度7.3m范圍內(nèi)的頂板和左右側(cè)墻上部0.8m范圍用高強(qiáng)無收縮灌漿料進(jìn)行施工，其余部分用自密性混凝土施工。

圖2 污水管剖面位置示意

圖3 水平冰凍剖面示意

1.3.2穿越安全


頂管頂進(jìn)過程中，一些主控項(xiàng)目，如頂管機(jī)的姿態(tài)、土壓力的平衡、推進(jìn)速度、出土量、背土現(xiàn)象控制等因素，與周邊環(huán)境控制息息相關(guān)，在控制施工參數(shù)的基礎(chǔ)上，為了以防萬一，在φ1200mm污水管下增加預(yù)埋的注漿管，作為應(yīng)急備用。車站主體內(nèi)每1.5m預(yù)埋水平注漿管，注漿管長8m，頂管穿越期間若出現(xiàn)沉降預(yù)警，則及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行注漿保護(hù)。注漿過程中嚴(yán)格控制注漿量、注漿壓力，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)信息化施工。


2.頂管施工前期控制措施


2.1進(jìn)出洞口加固


為確保頂管機(jī)出洞的絕 對(duì)安全，需對(duì)后靠土體及進(jìn)、出洞區(qū)域土體進(jìn)行高壓旋噴樁加固。2#出入口始發(fā)井基坑圍護(hù)采用厚800mm地下連續(xù)墻，始發(fā)井洞口加固采用φ1000mm@700mm三重管高壓旋噴樁，水泥摻量30%，加固范圍為頂管以上3m、以下5m，頂管左右各3m，加固寬度為4m，加固后土體28d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.2MPa；后靠加固采用φ1000mm@800mm三重管高壓旋噴樁，水泥摻量30%，加固范圍為頂管以上5m、以下6m，頂管左右各5m，加固寬度為4m，加固后土體28d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.2MPa；接收井即12號(hào)線漕寶路站車站主體，基坑圍護(hù)采用厚1200mm地下連續(xù)墻，洞口加固采用垂直水泥土加固輔助水平冰凍法，垂直水泥土加固平剖面同始發(fā)井洞口加固。


2.2頂管機(jī)的選型


土壓平衡式頂管機(jī)出土為固體形式，較泥水平衡式頂管機(jī)出土為液體形式在土方處置方面更為便利，故本工程采用TH625PMX-1矩形土壓平衡式頂管機(jī)。


2.3頂管施工參數(shù)確定


2.3.1正面土壓力的確定


本工程采用土壓平衡式頂管機(jī)，利用壓力倉內(nèi)的土壓力來平衡開挖面的土體，達(dá)到對(duì)頂管正前方開挖面土體支護(hù)的目的，并控制好地面沉降。


因此平衡土壓力的設(shè)定是頂進(jìn)施工的關(guān)鍵。土壓力采用Rankine壓力理論進(jìn)行計(jì)算：P=144kN/m2。


以上數(shù)據(jù)為理論計(jì)算值，只能作為土壓力的最初設(shè)定值，隨著頂進(jìn)的不斷進(jìn)行，土壓力值應(yīng)根據(jù)其他實(shí)際頂進(jìn)參數(shù)、地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作相應(yīng)的調(diào)整。


2.3.2頂進(jìn)速度


出洞加固體頂進(jìn)階段不宜過快，控制在0～5mm/min；加固體與非加固體頂進(jìn)階段，控制在5～10mm/min；軟土頂進(jìn)階段，控制在10～20mm/min。


2.3.3出土量


嚴(yán)格控制出土量，防止超挖或欠挖，正常情況下出土量控制在理論出土量的98%～100%，一節(jié)管節(jié)的理論出土量為41m3，出土采用泵送至地面的集土坑內(nèi)?？紤]泵送加水因素，實(shí)際一節(jié)管節(jié)出土量約在44m3。頂管工程中，管內(nèi)的出土量要與頂進(jìn)的取土量相一致，出土量大于頂進(jìn)取土量，地面會(huì)沉降，出土量小于頂進(jìn)取土量，地面會(huì)隆起。這都會(huì)造成管道周圍的土體擾動(dòng)，而要做到出土量與取土量一致的關(guān)鍵是嚴(yán)格控制土體切削的尺度，防止超挖。


2.3.4頂推力計(jì)算


本工程頂管推進(jìn)頂力經(jīng)計(jì)算為：F=（4872～9377）kN。


3.頂管頂進(jìn)過程控制措施


3.1洞門止水裝置


頂管在進(jìn)出洞口時(shí)，由于工作井預(yù)留洞口與管節(jié)之間存在空隙，如果洞口土體處理不當(dāng)就會(huì)發(fā)生土體涌入工作井內(nèi)，從而造成洞口附近地面發(fā)生塌陷。因此除了對(duì)進(jìn)出洞口處土體加固之外，還需在出洞口安裝洞門止水裝置，防止土體和壓注的觸變泥漿流失造成地面塌陷，該裝置安裝在洞口設(shè)計(jì)預(yù)留法蘭上。常規(guī)出洞止水裝置由橡膠止水圈與翻板組成。本工程出洞止水裝置根據(jù)要求進(jìn)行了重新改進(jìn)，在出洞鋼洞圈外接一個(gè)鋼套圈，內(nèi)設(shè)2道鋼絲板刷及1道簾布橡膠止水裝置，并且加設(shè)油脂壓注孔（圖4）。

圖4  出洞止水裝置


止水裝置裝有壓力傳感器，用壓力表來顯示并控制加油，顯示低于設(shè)定壓力時(shí)，盾尾油脂泵將自動(dòng)打開，進(jìn)行補(bǔ)充油脂并保壓，起到止水效果。


3.2測(cè)量和糾偏


頂管軸線不順直會(huì)增大摩阻力，牽動(dòng)土體造成土體失穩(wěn)流失。頂進(jìn)時(shí)按設(shè)計(jì)要求的軸線、坡度進(jìn)行，施工過程中的糾偏措施很重要，主要原則為：勤測(cè)勤糾、小角度糾偏。


3.3觸變泥漿


觸變泥漿不僅能起到減摩作用，同時(shí)也起到一定的土體穩(wěn)定作用，減少頂管對(duì)沉降的影響。一般頂管機(jī)的外徑較管節(jié)外徑大，頂管機(jī)頂過后，管節(jié)外圍將產(chǎn)生環(huán)形空隙從而導(dǎo)致地層損失。因此及時(shí)壓漿、充填空隙并在管道外圍形成一個(gè)良好的泥漿套顯得極為重要。


觸變泥漿的用量主要取決于管道周圍空隙的大小、觸變泥漿的失水量大小及頂管地層的土質(zhì)。一般情況下，觸變泥漿的質(zhì)量配合比為：水∶膨潤土=（4～5）∶1，膨潤土∶摻合劑=（20～30）∶1。施工期間要求泥漿不失水、不沉淀、不固結(jié)，既要有一定的黏度，也要有良好的流動(dòng)性。另外，注漿量也是影響減阻效果的重要因素，對(duì)注泵壓力而言，PA代表泥漿套頂端的水壓力和主動(dòng)土壓力，要求注漿壓力保持范圍為：PA≤P≤PA+30（kPa）。施工時(shí)，在壓漿口裝上壓力表，便于觀察、控制和調(diào)節(jié)壓漿的壓力，目標(biāo)控制值為0.3MPa


3.4加密監(jiān)測(cè)


在頂?shù)骄唳?200mm污水管7m時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率由原來的1天2次增加到1天4次。通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確了解周邊環(huán)境的沉降情況，調(diào)節(jié)控制頂管后續(xù)頂進(jìn)過程中的施工參數(shù)。


4.頂管貫通后控制措施


4.1置換注漿


頂管結(jié)束后，選用1∶1的水泥漿液，通過注漿孔置換管道外壁漿液，根據(jù)不同的水土壓力確定注漿壓力，加固通道外土體，消除通道在今后使用過程中產(chǎn)生不均勻沉降的隱患。


4.2融沉控制


根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和土工試驗(yàn)，凍土融化后其標(biāo)高可能略低于原始地層的標(biāo)高，為減少融沉量，解凍后可在通道內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母欁{，減小凍結(jié)對(duì)周圍環(huán)境的影響。

注漿的順序是先下部后上部，遵循多次、少量、均勻的原則。單孔1次注漿量為0.5m3，最 大不超過1m3。一天地層沉降大于0.5mm或累計(jì)地層沉降大于3mm時(shí)應(yīng)進(jìn)行融沉補(bǔ)償注漿；地層隆起達(dá)到3mm時(shí)應(yīng)暫停注漿。若凍結(jié)壁已全部融化且不注漿的情況下，實(shí)測(cè)地層沉降半個(gè)月不大于0.5mm，一個(gè)月累計(jì)沉降量小于1mm，即可停止融沉注漿。


5.頂管工程沉降數(shù)據(jù)分析


根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，頂管推進(jìn)結(jié)束后，地表沉降累計(jì)最 大變化量-24.69mm，在警戒值（+10～-30）mm之內(nèi)。管線沉降4個(gè)點(diǎn)報(bào)警，累計(jì)最 大變化量-15.32mm。部分管線測(cè)點(diǎn)超報(bào)警值，是由前期基坑施工和頂管施工沉降變化累加形成，沉降數(shù)據(jù)處于可控范圍內(nèi)。


6.結(jié)語


頂管施工對(duì)于周邊環(huán)境沉降控制，需根據(jù)頂管的施工順序，每個(gè)施工階段都必須有相應(yīng)的措施來有效地減小土體的擾動(dòng)。結(jié)合漕寶路站2#出入口頂管頂進(jìn)的施工經(jīng)驗(yàn)，主要沉降控制技術(shù)要點(diǎn)如下：

施工前需充分調(diào)查了解工程周邊環(huán)境的詳細(xì)情況，結(jié)合實(shí)際情況再合理地選擇頂管機(jī)機(jī)型。

結(jié)合始發(fā)井和接收位置的實(shí)際情況，決定頂管進(jìn)出洞口及后靠的加固形式和是否采取輔助措施如水平冰凍法來確保進(jìn)出洞時(shí)的安全性。同時(shí)根據(jù)頂管工程的特點(diǎn)，計(jì)算和選定頂管施工時(shí)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。

頂管頂進(jìn)過程中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并根據(jù)每日不同時(shí)段的監(jiān)測(cè)報(bào)表數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)控制在出洞加固體階段、軟土階段及其他不同階段的頂管頂進(jìn)施工參數(shù)。

頂管貫通后，要及時(shí)置換漿液來控制頂管頂進(jìn)結(jié)束的后續(xù)沉降。對(duì)于采取輔助水平冰凍的情況，需在土體解凍后的凍結(jié)區(qū)域跟蹤注漿，減少凍結(jié)對(duì)周圍環(huán)境的影響。




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