雙排頂管穿越高速公路施工技術(shù)研究

1、雙排頂管穿越高速公路施工技術(shù)研究摘要：本工程項(xiàng)目研究以津晉高速起點(diǎn)為天津市津 港公路k23+300處（距天津外環(huán)線9.3km）,向東沿大沽排污 河穿越天津津南區(qū)、塘沽區(qū)、終點(diǎn)為港塘公路為工程載體， 對雙排頂管在穿越高速公路的頂管過程中，如何控制頂管機(jī) 頭頂進(jìn)速度、注漿壓力、軸線偏差等，從而控制地面的沉降 或隆起、連續(xù)的完成頂進(jìn)進(jìn)行了研究。關(guān)鍵詞：控制頂進(jìn)速度路面沉降觸變泥漿1國內(nèi)外發(fā)展概況我國頂管施工技術(shù)起步較晚，自從1954年（也有認(rèn)為 是1953年的，無確切記載）在北京進(jìn)行的第一例頂管施工 以來，我國從國外引進(jìn)頂管技術(shù)已經(jīng)60周年，早期發(fā)展較 慢。1984年前后，我國的北京、上海、南京等地

2、先后開始引 進(jìn)國外先進(jìn)的機(jī)械式頂管設(shè)備，使我國的頂管技術(shù)上了一個(gè) 新臺階。尤其是在上海市政公司引進(jìn)了日本伊勢機(jī)（iseki） 公司的800mm直徑的telemale頂管掘進(jìn)機(jī)之后，國外的頂 管理論、施工技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)入中國，如土壓平衡理論、 泥水平衡頂管的各種試驗(yàn)和相關(guān)的一些理論研究。當(dāng)時(shí)，口 徑在2m的鋼筋混凝土管的一次推進(jìn)距離可達(dá)120m,后在 1988和1992年研制成功我國第一臺多刀盤土壓平衡掘進(jìn)機(jī) （dn2720mm ）和第一臺加泥式土壓平衡式掘進(jìn)機(jī)(dn 1440mm),均取得了較令人滿意的效果。我國頂管技術(shù)應(yīng)用雖有所發(fā)展，可面對不同地質(zhì)條件、 巨大管徑、穿越高速公路依然缺少經(jīng)

3、驗(yàn)，也缺乏相應(yīng)的技術(shù) 規(guī)范。2工程概況本科技項(xiàng)目的工程載體為津南污水處理廠配套管網(wǎng)工 程第七標(biāo)段。本工程的范圍為現(xiàn)狀紀(jì)莊子污水處理廠至遷建 后津南污水處理廠污水輸送干管、西青大寺污水處理廠至薊 汕聯(lián)絡(luò)線輸送干管及津南污水處理廠出水管道。起點(diǎn)為污水 we10井，終點(diǎn)為wf7井，管道直徑為d3000mm和d3200mm, 其中d3000mm管道882m, d3200mm管道1933m,總長度為 2815m,全部采用頂管施工，深度約為10m。污水干管：we12wf1為過津晉高速雙排頂管，管徑d3000mm,頂 管長度155m,兩管中心距離為6.6m。3雙排頂管穿越高速公路施工技術(shù)研究3. 1頂管機(jī)的

4、選型；頂管機(jī)頭選型是頂管施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，頂管機(jī)制造要依 據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地貌、地面建(構(gòu))筑物及地下管 線等具體特征來“量身定做”，頂管機(jī)選型正確與否決定著 工程施工的成敗?，F(xiàn)頂管機(jī)頭得到主要應(yīng)用的為泥水平衡頂管機(jī)和土壓 平衡頂管機(jī)，現(xiàn)對兩者進(jìn)行對比確定最終選型。3. 1. 1施工的連續(xù)性土壓平衡式頂管掘進(jìn)機(jī)將切削產(chǎn)生的泥渣土通過螺旋 機(jī)排到機(jī)內(nèi)，然后用專門的泥土壓送裝置或人工的手推車送 到地面，這種方法在時(shí)間上存在著一定的間隙，使得作業(yè)無 法連續(xù)進(jìn)行；泥水平衡式頂管掘進(jìn)機(jī)利用泥水把切削下的泥 土轉(zhuǎn)化成泥漿，使用排泥泵排出工作井外。這種方法可以進(jìn) 行連續(xù)不斷的作業(yè)。3. 1.2適應(yīng)的土質(zhì)

5、土壓平衡式頂管掘進(jìn)機(jī)可適用于含有少量淤泥土或沙 礫土的不同土質(zhì)，但對于地下水的變化適應(yīng)性較差；泥水 平衡式頂管掘進(jìn)機(jī)可適用于大部分土層，它通過調(diào)整注入水 壓可以平衡切削斷面的地下水壓力，因此更穩(wěn)定安全。尤其 適用于地下水較高的土層，但不適用于滲水性高的土層。3. 1.3 口徑大小由于土壓平衡式頂管掘進(jìn)機(jī)需要安裝螺旋機(jī)出土，因此 其口徑不能過小，一般口徑在400mm以上；而泥水平衡式頂 管掘進(jìn)機(jī)不受此類限制，其口徑可從100mm到3000mm以上。3. 1. 4頂進(jìn)速度如上所述，由于土壓平衡式頂管掘進(jìn)機(jī)的頂進(jìn)是非連續(xù) 的，因此其速度會受到中斷施工的影響而有所下降。3. 1. 5總結(jié)經(jīng)過上述分析確

6、定，本工程采用了泥水平衡頂管機(jī)，泥 水加壓平衡頂管機(jī)與其他頂管機(jī)相比，具有平衡效果好，結(jié) 構(gòu)緊湊，技術(shù)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，由于出土方式是用水力機(jī)械化連 續(xù)出土，所以頂進(jìn)速度控制容易，對土質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，地面 沉降控制良好。無論是粘性土還是砂性土，均能收到良好的 效果，適合于過路頂管。3. 2施工難點(diǎn)分析及應(yīng)對策略在穿越高速公路的頂管過程中，如何控制頂管機(jī)頭頂進(jìn) 速度、注漿壓力、軸線偏差等，從而控制地面的沉降或隆起、 連續(xù)的完成頂進(jìn)是穿越高速公路頂管的重中之重。3. 2.1管線與高速公路的位置關(guān)系津晉高速路面寬34m,邊坡水平寬度12m,邊坡以北距 we12基坑26m,邊坡以南距wf1基坑55m,管道距津

7、晉高速 路面11.7m。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告本段頂管位于粉質(zhì)粘土層。基坑 底距承壓水層頂端15m。3. 3. 2施工過程中參數(shù)的控制(1) 、控制頂進(jìn)速度由于過高速頂管對沉降要求較嚴(yán)，所以頂進(jìn)速度不宜過 快，不應(yīng)大于2cm/min,應(yīng)以1.52cm/min為宜，以確保頂 管過程中不出現(xiàn)因速度過快而導(dǎo)致的迎面土壓力過大，從而 進(jìn)一步控制地面的隆起或沉降。(2) 、機(jī)頭內(nèi)部土倉壓力泥水平衡頂管機(jī)正常頂管工作土倉壓力以1.01.5mpa 為宜，但是由于過高速頂管確保不因機(jī)頭前方土壓力過小、 土體流失擾動過大而導(dǎo)致的地面沉降，頂管機(jī)頭內(nèi)部土倉壓 力不應(yīng)小于1. 3mpa,也不應(yīng)大于1. 5mpa。這樣使頂管機(jī)

8、前 方土體總是保持一個(gè)壓力略高的狀態(tài)，避免地面沉降發(fā)生。（3）、基坑降水控制對高速兩側(cè)的頂管基坑必須采用坑內(nèi)降水、坑外觀測的 方式。施工降水嚴(yán)格遵循“按需降水”的原則，加強(qiáng)對地下 水位的監(jiān)測，杜絕過量抽取地下水，造成高速公路沉降。3. 3泥漿置換頂管工序結(jié)束后，進(jìn)行泥漿置換充填，最大限度地消除 因頂管施工造成的地面沉降，水泥漿充填可以有效地補(bǔ)償頂 管管外側(cè)空隙部分，從而達(dá)到管體外側(cè)土體密實(shí)。置換泥漿的配比就顯得尤為重要既要到達(dá)容易注入的 稠度，也要保證置換完成后形成的保護(hù)殼體的強(qiáng)度。經(jīng)過技 術(shù)團(tuán)隊(duì)的研討，注漿材料以低標(biāo)號水泥為主，為節(jié)約材料可 適當(dāng)添加粉煤灰。具體配比原定為水泥：粉煤灰=1：

9、1,再加水，水：灰 =1： 1,但是現(xiàn)場實(shí)際施工時(shí)發(fā)現(xiàn)泥漿稠度過大，注入困難, 當(dāng)即決定更改配比按水泥：粉煤灰二2： 1 （重量比），加水量 以目測稠度適當(dāng)，（可參考水：灰=2： 1）并能夠具備注漿泵 適用。4結(jié)論此項(xiàng)施工技術(shù)主要是對頂管所穿越的高速公路進(jìn)行保 護(hù)，確保高速公路沉降量控制在要求范圍內(nèi)。以避免因高速 沉降或隆起而產(chǎn)生的維修及后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。根據(jù)往期高速公路維修養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，如果因頂管沉降而導(dǎo) 致高速公路修補(bǔ)，修補(bǔ)范圍在雙排頂管兩側(cè)15m范圍內(nèi)，維 修一次大約需要人民幣50萬元，而往往一次維修還達(dá)不到 徹底的效果，需要進(jìn)行二次甚至三次維修。采用此工法實(shí)施可以使對高速公路的后期維修費(fèi)用減 少至最低甚至不產(chǎn)生這部