咬合大管棚施工工法

1、咬合大管棚施工工法一、前言地鐵作為城市交通工具在國內(nèi)外已廣泛采用，我國的北京、上海、廣州等城市已有地鐵投入運(yùn)營，并且尚有大量地鐵工程正在修建，其中采用暗挖法修建的大斷面地鐵工程不僅結(jié)構(gòu)形式多種多樣，施工的輔助措施也不盡相同。“咬合大管棚施工工法”是中鐵隧道集團(tuán)在北京地鐵五號線崇文門車站近距離大跨下穿北京地鐵既有環(huán)線區(qū)間隧道創(chuàng)造性應(yīng)用的一種新穎的施工方法。該工法控制地層變形效果顯著，施工工藝先進(jìn)，地層適應(yīng)性強(qiáng)，具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。二、工法特點(diǎn)1、咬合大管棚施工采用液壓頂進(jìn)系統(tǒng)，螺旋鉆管內(nèi)出土，根據(jù)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)和地層情況，可以調(diào)整鉆頭與鋼管的相對位置，做到超前成孔或滯后出土，鉆頭超前時(shí)可以通

2、過擴(kuò)孔刀片進(jìn)行擴(kuò)孔操作。2、采用干取土作業(yè)方式，避免帶水成孔施工方法自身操作對地層的嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，可以更可靠、更有效地控制地層變形。3、咬合大管棚施工通過大管棚之間的咬合作用，能夠防止管棚上方土體的流失變形，同時(shí)增強(qiáng)管棚的整體剛度和定位的準(zhǔn)確性。4、可以附帶注漿管同時(shí)安裝就位，隨時(shí)進(jìn)行定位注漿作業(yè)，確保對地面的影響更小，從而達(dá)到更高的控制標(biāo)準(zhǔn)。三、適用范圍本工法適用于下穿構(gòu)筑物，構(gòu)筑物變形控制嚴(yán)格，地層構(gòu)造復(fù)雜，開挖跨度較大的暗挖施工。四、工法原理及關(guān)鍵技術(shù)1、水平液壓頂進(jìn)螺旋鉆出土施工大管棚施工系統(tǒng)由支架、液壓頂進(jìn)系統(tǒng)和液壓螺旋鉆系統(tǒng)三部分組成，在施工過程中管棚和螺旋鉆系統(tǒng)由同一套頂進(jìn)系統(tǒng)同步頂

3、進(jìn)，位置相對穩(wěn)定。通過調(diào)節(jié)機(jī)頭框架可以調(diào)節(jié)螺旋鉆頭與管棚的相對位置，鉆頭的超前、超前距離、超前是否擴(kuò)孔以及鉆頭滯后對地層的擾動(dòng)變形和施工進(jìn)度影響很大，在施工中根據(jù)需要進(jìn)行控制和調(diào)整。施工原理示意圖見圖1。 圖1 水平液壓頂進(jìn)螺旋出土頂管施工原理示意圖2、大管棚的咬合工藝大管棚咬合設(shè)置根據(jù)施工工藝和施工需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，在施工中采用槽鋼和工字鋼作為咬合體系，可以使大管棚在施工和布設(shè)形式上有一定的調(diào)節(jié)空間，增強(qiáng)了大管棚施工的適應(yīng)性。大管棚的咬合體系見圖2。圖2 大管棚咬合體系示意圖3、大管棚跟蹤注漿施工在大管棚的頂進(jìn)過程中，為了避免相臨管棚施工或大管棚全部到位后引起地層擾動(dòng)范圍的擴(kuò)大而引起地層的較大沉

4、降，在管棚施工過程中適時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿，補(bǔ)償?shù)貙拥乃缮⒆冃?，能夠更加有效的控制地層的擾動(dòng)變形。跟蹤注漿采用袖閥式注漿管，注漿管固定在管棚鋼管上，與管棚同步到位。跟蹤注漿管布置見圖3。圖3 跟蹤注漿管布置示意圖4、施工監(jiān)控量測與分析在大管棚施工過程中，除了常規(guī)的監(jiān)控量測項(xiàng)目外，重點(diǎn)對既有線結(jié)構(gòu)及軌道的變形進(jìn)行了24小時(shí)不間斷遠(yuǎn)程監(jiān)控量測，及時(shí)反饋和分析信息，指導(dǎo)施工生產(chǎn)，為修正設(shè)計(jì)、完善或變更施工方法提供科學(xué)依據(jù)，保證施工安全、既有線結(jié)構(gòu)和運(yùn)營的安全。五、工藝流程及施工要點(diǎn)1、施工工藝流程施工準(zhǔn)備 測量放線 設(shè)備就位 鋼管就位 頂進(jìn)施工 跟蹤注漿 下根鋼管施工（下一循環(huán)）2、施工要點(diǎn)施工準(zhǔn)備大管棚

5、施工準(zhǔn)備工作主要包括鋼管的加工、頂管工作室的施工、頂管后背支撐墻的施工三項(xiàng)內(nèi)容。大管棚鋼管設(shè)計(jì)參數(shù)為600直徑，壁厚16mm，管長36m。由于鋼管為非標(biāo)準(zhǔn)鋼管，同時(shí)考慮地下施工和運(yùn)輸?shù)脑?，鋼管采用鋼板滾壓焊接而成，加工長度為每節(jié)6m，頂管施工時(shí)焊接為每節(jié)12m，每根管棚需要3節(jié)12m鋼管組成。頂管工作室綜合考慮施工設(shè)備、吊裝運(yùn)輸、施工精度控制和施工現(xiàn)場條件等各種因素后，工作室長度為16m，高度根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，滿足施工需要即可。頂管后背支撐墻根據(jù)頂管所需頂推力進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足頂推力需要即可，在本次36m管棚施工時(shí)，按照150t頂推反力進(jìn)行設(shè)計(jì)。測量放線在大管棚施工掌子面和后背支撐墻按照

6、設(shè)計(jì)位置測設(shè)出每根鋼管的中心位置和標(biāo)高，用來控制設(shè)備和鋼管的就位以及施工過程中的檢查和調(diào)整，保證鋼管的施工精度。設(shè)備就位根據(jù)預(yù)備施工管棚鋼管的中線和標(biāo)高進(jìn)行設(shè)備就位和調(diào)整，調(diào)整過程中根據(jù)地層情況使設(shè)備頂推中線有一個(gè)上仰角，用來消減由于管頭下垂造成的鋼管在重力方向的偏差。設(shè)備標(biāo)高和中線調(diào)整到位后進(jìn)行固定。鋼管就位設(shè)備就位完成后進(jìn)行鋼管的吊裝就位和螺旋鉆的安裝，鋼管安裝在頂管設(shè)備支架的滑動(dòng)托架上。鋼管到位后進(jìn)行中線和標(biāo)高的調(diào)整，調(diào)整到位后固定在滑動(dòng)托架上，螺旋鉆調(diào)配好鉆桿和鉆頭位置后和螺旋鉆動(dòng)力頭連接牢固。頂進(jìn)施工準(zhǔn)備就緒后進(jìn)行大管棚的頂進(jìn)施工，在頂進(jìn)施工時(shí)要特別注意以下內(nèi)容：控制開始幾米的施工精

7、度，防止鋼管的上浮，若發(fā)生超出允許標(biāo)準(zhǔn)的上浮時(shí)需要拉出鋼管重新進(jìn)行頂進(jìn)。頂進(jìn)過程中隨時(shí)檢查鋼管和設(shè)備的中線和標(biāo)高，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整和修正。在一節(jié)鋼管頂進(jìn)完成進(jìn)行下一節(jié)焊接時(shí)，要根據(jù)前節(jié)鋼管的中線進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，不允許接口處出現(xiàn)錯(cuò)口和中線折角。頂進(jìn)過程中通過控制螺旋鉆的出土速度和鉆頭的位置決定頂進(jìn)的速度，防止管頭前方的土體坍落。盡量縮短鋼管焊接的時(shí)間，避免由于停止頂進(jìn)時(shí)間過長出現(xiàn)“抱管”現(xiàn)象，造成再次啟動(dòng)頂進(jìn)時(shí)的頂推力過大。在頂進(jìn)過程中如果頂推力過大，可以通過注漿管在管壁注入膨潤土類潤滑劑來減小摩擦力。在相臨鋼管施工過程中，咬合系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位十分關(guān)鍵，一般需要在咬合位置焊接定位銷鍵，防止管棚施工偏差

8、造成咬合系統(tǒng)與鋼管貼死而增加頂推力，甚至無法頂進(jìn)。如果頂進(jìn)前方遇到較大卵石等障礙物，可以通過調(diào)整螺旋鉆桿使鉆頭超前成孔，從而使障礙物隨螺旋桿旋出。在頂進(jìn)施工過程中，要作好跟蹤注漿管溢漿孔的保護(hù)工作，通常采用鋼圈進(jìn)行保護(hù)。跟蹤注漿在大管棚施工過程中，適時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿能夠有效的控制地層的變形，控制結(jié)構(gòu)物的變形。選擇好注漿漿液和注漿順序，袖閥注漿管可以作到多次注漿。跟蹤注漿一般在兩根鋼管施工完成后進(jìn)行。跟蹤注漿漿液類型有緩凝低強(qiáng)度漿液和純水泥漿液，在施工過程中一般首先采用緩凝低強(qiáng)度漿液進(jìn)行補(bǔ)償注漿，待整個(gè)大管棚施工完成后在對地層進(jìn)行純水泥漿的填充加固注漿。緩凝低強(qiáng)度漿液配比：水泥：粉煤灰：膨潤土：水

9、 = 0.6：1.0：0.1：0.6純水泥漿液配比：水泥：水 = 1.0：0.5注漿壓力：0.51.0Mpa。監(jiān)控量測監(jiān)控量測在過既有線施工過程中分為兩部分內(nèi)容，一部分是對新建車站的監(jiān)控量測，另一部分是對既有線結(jié)構(gòu)的24小時(shí)不間斷遠(yuǎn)程監(jiān)控量測，量測項(xiàng)目見表1、表2。新 建 車 站 監(jiān) 測 項(xiàng) 目 匯 總 表 表1序號監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測儀器監(jiān)測頻率1地表沉降萊卡 NA 2002電子精密水準(zhǔn)儀，玻璃銦鋼尺初期：1-2次/天后期：1-2次/3天2拱頂沉降蘇光DSZ-2型水準(zhǔn)儀，鋼掛尺初期：1-2次/天后期：1-2次/3天3結(jié)構(gòu)收斂坑道收斂計(jì)7圍巖壓力壓力盒，頻率接收儀初期：1次/3天后期：1次/7天8初支

10、與二襯間壓力9初支鋼筋內(nèi)力鋼筋計(jì)、頻率接收儀10二襯鋼筋內(nèi)力既 有 線 遠(yuǎn) 程 監(jiān) 控 量 測 項(xiàng) 目 匯 總 表 表2序號監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測儀器監(jiān)測頻率監(jiān)測目的1既有線結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時(shí)掌握施工期間既有線結(jié)構(gòu)變形情況2既有線結(jié)構(gòu)變形縫沉降監(jiān)測靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時(shí)掌握施工期間既有線結(jié)構(gòu)縫沉降變形情況3既有線結(jié)構(gòu)縫脹縮監(jiān)測測縫計(jì)施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時(shí)掌握施工期間既有線結(jié)構(gòu)縫水平變形情況4走行軌結(jié)構(gòu)縱向變形監(jiān)測靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次

11、/2小時(shí)掌握施工期間既有線軌道結(jié)構(gòu)縱向變形情況5走行軌結(jié)構(gòu)左右水平變形監(jiān)測梁式傾斜儀施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時(shí)掌握施工期間既有線軌道結(jié)構(gòu)左右水平變形情況6走行軌水平距離變形監(jiān)測變位計(jì)施工關(guān)鍵期：1次/ 20分鐘一般施工狀態(tài)：1次/2小時(shí)掌握施工期間既有線軌道水平距離變形情況六、機(jī)具設(shè)備咬合大管棚施工機(jī)具設(shè)備見表3。咬 合 大 管 棚 施 工 機(jī) 具 設(shè) 備 表 表3序號設(shè)備名稱設(shè)備型號數(shù)量適用工序1水平液壓螺旋頂管機(jī)2管棚頂進(jìn)2電動(dòng)葫蘆5t2鋼管吊裝、出土3手動(dòng)葫蘆5t4鋼管就位4電焊機(jī)BX-3006鋼管焊接5注漿泵KBY-50/702跟蹤注漿6攪漿筒800L2制備

12、漿液7卷揚(yáng)機(jī)3t2拉拔鉆桿8切割機(jī)1切割鋼管9抗震壓力表5MPa6監(jiān)測注漿壓力10高壓注漿管12MPa100m注漿11注漿芯管8注漿七、勞動(dòng)組織勞動(dòng)力組織見表4。勞 動(dòng) 力 組 織 表 表4序號單項(xiàng)工程所需人數(shù)備注1管理人員42技術(shù)人員43頂管機(jī)操作人員44電焊工85雜工44合 計(jì)64人八、質(zhì)量控制本工法除遵守設(shè)計(jì)圖紙及有關(guān)設(shè)計(jì)說明等設(shè)計(jì)文件的有關(guān)技術(shù)要求外，還應(yīng)執(zhí)行鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)及城市地下鐵道施工及驗(yàn)收規(guī)范。九、安全措施1、認(rèn)真貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針，建立健全安全管理體系，設(shè)專職安全員和班組兼職安全員，安全責(zé)任落實(shí)到人，作到人人懂安全，人人抓安全。2、機(jī)械設(shè)備加強(qiáng)維護(hù)保

13、養(yǎng)工作，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，非專職操作人員不得操作機(jī)械設(shè)備。3、加強(qiáng)液壓管線、壓漿管路和設(shè)備的檢查工作，工作期間高壓管線附近嚴(yán)禁站人。4、加強(qiáng)用電的管理工作，線路嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范布設(shè)，不得私拉亂接電線。5、加強(qiáng)電焊機(jī)的安全檢查，作好接地保護(hù)工作。6、在洞內(nèi)進(jìn)行吊裝作業(yè)時(shí)，作業(yè)前應(yīng)檢查被吊物、場地、作業(yè)空間等，確認(rèn)安全后方可作業(yè)。7、吊裝作業(yè)時(shí)必須緩起、緩轉(zhuǎn)、緩移，并用控制繩保持吊物平衡。8、吊裝作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員必須聽從統(tǒng)一指揮，協(xié)調(diào)一致。9、施工人員必須把安全防護(hù)用品佩帶齊全。10、注漿泵及高壓管路必須試運(yùn)轉(zhuǎn)，確認(rèn)機(jī)械性能、各種閥門管路和壓力表完好后方可施工。十、效益分析1、社會(huì)效益該工法避免了施工震動(dòng)，對地層適應(yīng)性強(qiáng)，在既有線下回填土地層中施工，解決了頂管前方遇到的槽鋼、原木及建筑垃圾等障礙物的影響，使大管棚順利施工到位，為確保既有地鐵的結(jié)構(gòu)和運(yùn)營安全提供了有力保證。該工法近距離下穿既有地鐵線，不中斷地鐵運(yùn)營，保證了人員的正常生活，社會(huì)意義重大。該工法為國內(nèi)首次在下穿既有地鐵線中應(yīng)用，取得了成功的經(jīng)驗(yàn)，將為以后城市地下工程在類似情況下的施工提供可靠的決策依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)。2、經(jīng)濟(jì)效益該工法的成功施作，保證了既有地鐵的結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)營安全，在施工期間地鐵正常運(yùn)營創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。該工法施工設(shè)備簡單，使用維護(hù)較容易，避免了其他工法昂貴的