富水砂層近接建筑群大直徑頂管機刀盤卡死脫困技術(shù)研究

隨著城市的快速發(fā)展，對配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。地下錯綜復(fù)雜的各種管廊，共同組成了城市的生命網(wǎng)，所以地下管網(wǎng)的建設(shè)對于城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要性不言而喻。在城市給排水管廊建設(shè)中，以頂管為代表的非開挖施工技術(shù)因其良好的經(jīng)濟性、安全環(huán)保、對周邊建筑影響小、施工效率高，得到廣泛應(yīng)用。鐘漢杰對非開挖頂管施工技術(shù)在市政工程中應(yīng)用做了詳細(xì)的分析討論；張斌梁等采用中繼套管推進方案，對港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道曲線管幕成功進行脫困；楊廣偉對頂管施工工法、施工順序、監(jiān)控量測的方案以及施工中的重難點進行了探討。由于地下工程的未知性和復(fù)雜性，在頂管施工過程難免遇到頂管機故障又無法開倉維修而形成“死管”的工程問題。本文以廣州市軌道交通十二號線南航新村站排水管線遷改頂管施工為例，介紹了DN?2?000的大直徑頂管機在富水砂層頂進過程中出現(xiàn)刀盤卡死，采用水下開挖脫困的處理措施，保障了頂管施工的順利進行。1?工程背景為配合廣州市軌道交通十二號線南航新村站的建設(shè)，車站施工范圍內(nèi)有一條埋深8?m的DN?2?000污水管需要永遷至車站以北。污水管遷改路由總長313?m，埋深8?m，共設(shè)置4個頂管工作井，分別是1WY1、1WY2、1WY3、1WY4和3段頂管段。頂管全斷面位于粉細(xì)砂和中粗砂中，地下水位常年保持在2.5?m。1WY1~1WY2頂管段長107?m，頂管直徑2?000?mm，采用泥水平衡頂管機施工。路由與建筑廠房最近僅1.35?m，2020年10月30日始發(fā)，于2020年11月25日頂進至距離1WY2洞門6.54?m處時，因采用WSS注漿進行接收洞門加固時，雙液漿流竄至刀盤所處地層。頂進過程中出現(xiàn)頂力超限，刀盤電流預(yù)警無法正常轉(zhuǎn)動，泥漿無法循環(huán)，頂管機抱死，后查明原因，系路由前方部分土體固化，刀盤被雙液漿包裹，導(dǎo)致刀盤排渣口堵死，頂管施工被迫中斷?，F(xiàn)場頂管機刀盤被固化卡死情況如圖1所示。（a）

（b）

圖1?頂管機刀盤被固化卡死前后對比（a）固化卡死前；（b）固化卡死后2?處理方案比選針對“死管”處理的常規(guī)方案有：利用油缸反向頂拔管道，退出后重新頂進；采用挖掘機械直接開挖機頭，明挖挖式施工剩余管道。頂管機刀盤抱死時已頂進100.46?m，且近接建筑群，其中30?m下穿大埔南二街，交通繁忙，反向頂拔管道會導(dǎo)致地面塌陷，已無實施的可能。頂管機所處地層為極易液化的富水砂層，且近接建筑，采用常規(guī)方式開挖機頭，明挖敷設(shè)剩余管道，支護難度大、風(fēng)險高、施工周期長且成本高。針對此類工程問題，可采取以下4個步驟進行處理。（1）在頂管機兩側(cè)打設(shè)拉森鋼板樁的區(qū)域采用潛孔鉆機引孔，確保樁長12?m的拉森鋼板樁順利插入地層。拉森鋼板樁打設(shè)區(qū)域為距離頂管機頂進軸線1.5?m，沿洞門方向往小里程端9?m范圍內(nèi)。（2）采用旋挖鉆進行引孔至管底標(biāo)高，旋挖鉆引孔的同時注入比重大于1.2的濃稠泥漿置換土體，減小掌子面頂進阻力。（3）在保證后背墻結(jié)構(gòu)強度安全的條件下，增設(shè)2個油缸，將頂力提升至12?000?kN，在刀盤不轉(zhuǎn)動的前提下空推。（4）水下接收并抽取泥漿回填管段。采用此技術(shù)方案，頂管機成功脫困，并順利完成此管段敷設(shè)。處理方案平面如圖2所示。圖2?處理方案平面示意3?脫困技術(shù)方案3.1?拉森鋼板樁護壁剩余6.54?m位于本管段風(fēng)險最高區(qū)域，管道全斷面位于極易液化的富水砂層中，與建筑物距離僅為965?mm，若直接采用旋挖鉆引孔，一旦泥漿護壁質(zhì)量不佳，出現(xiàn)塌孔，房屋將面臨毀滅性破壞。為減少對臨近建筑的影響，在頂管機兩側(cè)打設(shè)拉森鋼板樁。由于部分土體被雙液漿填充固化，鋼板樁沉樁困難。同時為避免鋼板樁施工過程中產(chǎn)生的震動，影響臨近房屋安全，在鋼板樁打設(shè)區(qū)域采用MDL–150型鉆機進行引孔，確保鋼板順利沉樁，減小震動。潛孔鉆機引孔布置如圖3所示。圖3?鋼板樁施工前潛孔鉆機引孔拉森鋼板樁現(xiàn)場施工如圖4所示，鋼板樁平行于頂管機頂進軸線1.5?m施工，拉森鋼板樁長12?m，施工范圍為洞門方向往小里程端9?m，鋼板樁與頂管機頭搭接2.46?m。在鋼板樁和泥漿的作用下，可有效避免塌方。圖4?拉森鋼板樁施工3.2?旋挖鉆引孔破碎土體

頂管刀盤與1WY2接收井之間部分土體被雙液漿填充固化形成一定強度，采用長臂挖掘機直接開挖存在一定困難，故采用金泰SD28–W旋挖鉆進行引孔后，挖掘機水下開挖清理殘渣的方式。旋挖鉆現(xiàn)場引孔如圖5所示，引孔直徑1.2?m，引孔深度8.2?m（管底標(biāo)高），共引孔18個。在引孔的同時，在孔內(nèi)注入比重大于1.2?g/cm3的膨潤土泥漿，在泥漿和鋼板樁的共同作用下，保證坑槽內(nèi)外兩側(cè)壓力平衡的同時，減小掌子面前方頂進阻力。引孔結(jié)束后，由長臂挖掘機采用水下開挖的方式將管段前方渣土清理干凈，確保頂進路由前方的殘渣全部置換成泥漿，形成寬度3?m的頂進通道。土體置換成泥漿后現(xiàn)場如圖6所示。圖5?旋挖鉆引孔圖6?土體置換成泥漿后現(xiàn)場3.3?壓注觸變泥漿在機頭前方土體置換施工期間，對已完成的鋼管段，通過鋼管上環(huán)向預(yù)留的注漿孔以2?h為時間間隔進行觸變泥漿壓注（觸變泥漿比重1.08?g/cm3，粘度43?s），確保在鋼管外壁形成泥漿套，減少鋼管與砂層的摩擦阻力，避免鋼管被砂層抱死?，F(xiàn)場觸變泥漿壓注如圖7所示。圖7?觸變泥漿壓注3.4?增設(shè)油缸頂進在前期施工準(zhǔn)備階段，對后背墻進行強化，采用300?mm厚鋼筋混凝土+50?mm厚Q?235鋼板共同組成堅固的后靠背。在此基礎(chǔ)上增設(shè)2個2?000?kN級液壓頂進油缸，將頂力由原有的8?000?kN提升至12?000?kN，如圖8所示，在刀盤停止運轉(zhuǎn)的情況下頂進至接收井。圖8?增設(shè)油缸頂進3.5?水下接收在鋼板樁施工之前，對1WY2接收井內(nèi)洞門進行破除，在接收井內(nèi)注水至地下水位線上1?m。待土體置換完成、形成頂進通道以后，加大頂力，頂進至1WY2接收井內(nèi)。待頂管機頭完全進入接收井后，采用蛙人水下作業(yè)，對鋼管外壁與接收井之間的縫隙采用快干水泥和砂漿進行封堵。封堵完成后排除接收井內(nèi)的水，將頂管機吊出，完成水下接收。頂管機水下接收如圖9所示。圖9?頂管機水下接收3.6?施工監(jiān)測在施工全過程中對臨近房屋進行沉降監(jiān)測，臨近建筑沉降監(jiān)測點布置如圖10所示，現(xiàn)選取編號為F?039建筑物，在其兩組對角線上選取4個測點，測點編號分別為JGC?174，JGC?175，JGC?178，JGC?179，對其每日沉降值進行實時監(jiān)控。圖10?臨近建筑沉降監(jiān)測施工過程中日變化量最大值為–0.66?mm，遠(yuǎn)小于設(shè)計預(yù)警值2.4?mm，累計沉降最大值為–1.41?mm，小于設(shè)計預(yù)警值24?mm，對周邊房屋無明顯影響。2020年12月部分沉降監(jiān)控數(shù)據(jù)如圖11所示。圖11?沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)4?