富水砂層近接建筑群大直徑頂管機(jī)刀盤卡死脫困技術(shù)研究

隨著城市的快速發(fā)展，對(duì)配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。地下錯(cuò)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(duì)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(jì)性、安全環(huán)保、對(duì)周邊建筑影響小、施工效率高，得到廣泛應(yīng)用。鐘漢杰對(duì)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(jìn)方案，對(duì)港珠澳大橋珠海連接線拱北隧道曲線管幕成功進(jìn)行脫困；楊廣偉對(duì)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(diǎn)進(jìn)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(jī)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(hào)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(jī)在富水砂層頂進(jìn)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(jìn)行。1?工程背景為配合廣州市軌道交通十二號(hào)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(gè)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(jī)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(jìn)至距離1WY2洞門6.54?m處時(shí)，因采用WSS注漿進(jìn)行接收洞門加固時(shí)，雙液漿流竄至刀盤所處地層。頂進(jìn)過程中出現(xiàn)頂力超限，刀盤電流預(yù)警無法正常轉(zhuǎn)動(dòng)，泥漿無法循環(huán)，頂管機(jī)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。現(xiàn)場頂管機(jī)刀盤被固化卡死情況如圖1所示。（a）

（b）

圖1?頂管機(jī)刀盤被固化卡死前后對(duì)比（a）固化卡死前；（b）固化卡死后2?處理方案比選針對(duì)“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(jìn)；采用挖掘機(jī)械直接開挖機(jī)頭，明挖挖式施工剩余管道。頂管機(jī)刀盤抱死時(shí)已頂進(jìn)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(huì)導(dǎo)致地面塌陷，已無實(shí)施的可能。頂管機(jī)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(jī)頭，明挖敷設(shè)剩余管道，支護(hù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高、施工周期長且成本高。針對(duì)此類工程問題，可采取以下4個(gè)步驟進(jìn)行處理。（1）在頂管機(jī)兩側(cè)打設(shè)拉森鋼板樁的區(qū)域采用潛孔鉆機(jī)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?yàn)榫嚯x頂管機(jī)頂進(jìn)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(jìn)行引孔至管底標(biāo)高，旋挖鉆引孔的同時(shí)注入比重大于1.2的濃稠泥漿置換土體，減小掌子面頂進(jìn)阻力。（3）在保證后背墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全的條件下，增設(shè)2個(gè)油缸，將頂力提升至12?000?kN，在刀盤不轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)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(hù)壁剩余6.54?m位于本管段風(fēng)險(xiǎn)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(hù)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(duì)臨近建筑的影響，在頂管機(jī)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(shí)為避免鋼板樁施工過程中產(chǎn)生的震動(dòng)，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(jī)進(jìn)行引孔，確保鋼板順利沉樁，減小震動(dòng)。潛孔鉆機(jī)引孔布置如圖3所示。圖3?鋼板樁施工前潛孔鉆機(jī)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(jī)頂進(jìn)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(jī)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(qiáng)度，采用長臂挖掘機(jī)直接開挖存在一定困難，故采用金泰SD28–W旋挖鉆進(jìn)行引孔后，挖掘機(jī)水下開挖清理殘?jiān)姆绞?。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(gè)。在引孔的同時(shí)，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(shí)，減小掌子面前方頂進(jìn)阻力。引孔結(jié)束后，由長臂挖掘機(jī)采用水下開挖的方式將管段前方渣土清理干凈，確保頂進(jìn)路由前方的殘?jiān)恐脫Q成泥漿，形成寬度3?m的頂進(jìn)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(jī)頭前方土體置換施工期間，對(duì)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(shí)間間隔進(jìn)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(jìn)在前期施工準(zhǔn)備階段，對(duì)后背墻進(jìn)行強(qiáng)化，采用300?mm厚鋼筋混凝土+50?mm厚Q?235鋼板共同組成堅(jiān)固的后靠背。在此基礎(chǔ)上增設(shè)2個(gè)2?000?kN級(jí)液壓頂進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)的情況下頂進(jìn)至接收井。圖8?增設(shè)油缸頂進(jìn)3.5?水下接收在鋼板樁施工之前，對(duì)1WY2接收井內(nèi)洞門進(jìn)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(jìn)通道以后，加大頂力，頂進(jìn)至1WY2接收井內(nèi)。待頂管機(jī)頭完全進(jìn)入接收井后，采用蛙人水下作業(yè)，對(duì)鋼管外壁與接收井之間的縫隙采用快干水泥和砂漿進(jìn)行封堵。封堵完成后排除接收井內(nèi)的水，將頂管機(jī)吊出，完成水下接收。頂管機(jī)水下接收如圖9所示。圖9?頂管機(jī)水下接收3.6?施工監(jiān)測在施工全過程中對(duì)臨近房屋進(jìn)行沉降監(jiān)測，臨近建筑沉降監(jiān)測點(diǎn)布置如圖10所示，現(xiàn)選取編號(hào)為F?039建筑物，在其兩組對(duì)角線上選取4個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)編號(hào)分別為JGC?174，JGC?175，JGC?178，JGC?179，對(duì)其每日沉降值進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jì)預(yù)警值2.4?mm，累計(jì)沉降最大值為–1.41?mm，小于設(shè)計(jì)預(yù)警值24?mm，對(duì)周邊房屋無明顯影響。2020年12月部分沉降監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)如圖11所示。圖11?沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)4?