咬合大管棚施工工法

咬合大管棚施工工法 咬合大管棚施工工法 一、前言 地铁作为城市交通工具在国内外已广泛采用，我国的北京、上海、广州等城市已有地铁投入运营，并且尚有大量地铁工程正在修建，其中采用暗挖法修建的大断面地铁工程不仅结构形式多种多样，施工的辅助措施也不尽相同。“咬合大管棚施工工法”是中铁隧道集团在北京地铁五号线崇文门车站近距离大跨下穿北京地铁既有环线区间隧道创造性应用的一种新颖的施工方法。该工法控制地层变形效果显著，施工工艺先进，地层适应性强，具有显著的社会、经济效益。 二、工法特点 1、咬合大管棚施工采用液压顶进系统，螺旋钻管内出土，根据沉降控制标准和地层情况，可以调整钻头与钢管的相对位置，做到超前成孔或滞后出土，钻头超前时可以通过扩孔刀片进行扩孔操作。 2、采用干取土作业方式，避免带水成孔施工方法自身操作对地层的严重扰动，可以更可靠、更有效地控制地层变形。 3、咬合大管棚施工通过大管棚之间的咬合作用，能够防止管棚上方土体的流失变形，同时增强管棚的整体刚度和定位的准确性。 4、可以附带注浆管同时安装就位，随时进行定位注浆作业，确保对地面的影响更小，从而达到更高的控制标准。 三、适用范围 本工法适用于下穿构筑物，构筑物变形控制严格，地层构造复杂，开挖跨度较大的暗挖施工。 四、工法原理及关键技术 1、水平液压顶进螺旋钻出土施工 大管棚施工系统由支架、液压顶进系统和液压螺旋钻系统三部分组成，在施工过程中管棚和螺旋钻系统由同一套顶进系统同步顶进，位置相对稳定。通过调节机头框架可以调节螺旋钻头与管棚的相对位置，钻头的超前、超前距离、超前是否扩孔以及钻头滞后对地层的扰动变形和施工进度影响很大，在施工中根据需要进行控制和调整。 施工原理示意图见图1。 图1 水平液压顶进螺旋出土顶管施工原理示意图 2、大管棚的咬合工艺 大管棚咬合设置根据施工工艺和施工需要进行设计，在施工中采用槽钢和工字钢作为咬合体系，可以使大管棚在施工和布设形式上有一定的调节空间，增强了大管棚施工的适应性。 大管棚的咬合体系见图2。 图2 大管棚咬合体系示意图 3、大管棚跟踪注浆施工 在大管棚的顶进过程中，为了避免相临管棚施工或大管棚全部到位后引起地层扰动范围的扩大而引起地层的较大沉降，在管棚施工过程中适时进行跟踪注浆，补偿地层的松散变形，能够更加有效的控制地层的扰动变形。跟踪注浆采用袖阀式注浆管，注浆管固定在管棚钢管上，与管棚同步到位。 跟踪注浆管布置见图3。 图3 跟踪注浆管布置示意图 4、施工监控量测与分析 在大管棚施工过程中，除了常规的监控量测项目外，重点对既有线结构及轨道的变形进行了24小时不间断远程监控量测，及时反馈和分析信息，指导施工生产，为修正设计、完善或变更施工方法提供科学依据，保证施工安全、既有线结构和运营的安全。 五、工艺流程及施工要点 1、施工工艺流程 施工准备 → 测量放线 → 设备就位 → 钢管就位 → 顶进施工 → 跟踪注浆 → 下根钢管施工（下一循环） 2、施工要点 ⑴施工准备 大管棚施工准备工作主要包括钢管的加工、顶管工作室的施工、顶管后背支撑墙的施工三项内容。 大管棚钢管设计参数为φ600直径，壁厚16mm，管长36m。由于钢管为非标准钢管，同时考虑地下施工和运输的原因，钢管采用钢板滚压焊接而成，加工长度为每节6 m，顶管施工时焊接为每节12m，每根管棚需要3节12m钢管组成。 顶管工作室综合考虑施工设备、吊装运输、施工精度控制和施工现场条件等各种因素后，工作室长度为16m，高度根据结构设计进行适当调整，满足施工需要即可。 顶管后背支撑墙根据顶管所需顶推力进行设计，满足顶推力需要即可，在本次36m管棚施工时，按照150t顶推反力进行设计。 ⑵测量放线 在大管棚施工掌子面和后背支撑墙按照设计位置测设出每根钢管的中心位置和标高，用来控制设备和钢管的就位以及施工过程中的检查和调整，保证钢管的施工精度。 ⑶设备就位 根据预备施工管棚钢管的中线和标高进行设备就位和调整，调整过程中根据地层情况使设备顶推中线有一个上仰角，用来消减由于管头下垂造成的钢管在重力方向的偏差。设备标高和中线调整到位后进行固定。 ⑷钢管就位 设备就位完成后进行钢管的吊装就位和螺旋钻的安装，钢管安装在顶管设备支架的滑动托架上。钢管到位后进行中线和标高的调整，调整到位后固定在滑动托架上，螺旋钻调配好钻杆和钻头位置后和螺旋钻动力头连接牢固。 ⑸顶进施工 准备就绪后进行大管棚的顶进施工，在顶进施工时要特别注意以下内容： ①控制开始几米的施工精度，防止钢管的上浮，若发生超出允许标准的上浮时需要拉出钢管重新进行顶进。 ②顶进过程中随时检查钢管和设备的中线和标高，随时进行调整和修正。 ③在一节钢管顶进完成进行下一节焊接时，要根据前节钢管的中线进行适当的调整，不允许接口处出现错口和中线折角。 ④顶进过程中通过控制螺旋钻的出土速度和钻头的位置决定顶进的速度，防止管头前方的土体坍落。 ⑤尽量缩短钢管焊接的时间，避免由于停止顶进时间过长出现“抱管”现象，造成再次启动顶进时的顶推力过大。 ⑥在顶进过程中如果顶推力过大，可以通过注浆管在管壁注入膨润土类润滑剂来减小摩擦力。 ⑦在相临钢管施工过程中，咬合系统的准确定位十分关键，一般需要在咬合位置焊接定位销键，防止管棚施工偏差造成咬合系统与钢管贴死而增加顶推力，甚至无法顶进。 ⑧如果顶进前方遇到较大卵石等障碍物，可以通过调整螺旋钻杆使钻头超前成孔，从而使障碍物随螺旋杆旋出。 ⑨在顶进施工过程中，要作好跟踪注浆管溢浆孔的保护工作，通常采用钢圈进行保护。 ⑹跟踪注浆 在大管棚施工过程中，适时进行跟踪注浆能够有效的控制地层的变形，控制结构物的变形。选择好注浆浆液和注浆顺序，袖阀注浆管可以作到多次注浆。跟踪注浆一般在两根钢管施工完成后进行。 跟踪注浆浆液类型有缓凝低强度浆液和纯水泥浆液，在施工过程中一般首先采用缓凝低强度浆液进行补偿注浆，待整个大管棚施工完成后在对地层进行纯水泥浆的填充加固注浆。 缓凝低强度浆液配比： 水泥：粉煤灰：膨润土：水 = 0.6：1.0：0.1：0.6 纯水泥浆液配比： 水泥：水 = 1.0：0.5 注浆压力：0.5～1.0Mpa。 ⑺监控量测 监控量测在过既有线施工过程中分为两部分内容，一部分是对新建车站的监控量测，另一部分是对既有线结构的24小时不间断远程监控量测，量测项目见表1、表2。 新 建 车 站 监 测 项 目 汇 总 表 表1 序号 监测项目 监测仪器 监测频率 1 地表沉降 莱卡 NA 2002电子精密水准仪，玻璃铟钢尺 初期：1-2次/天 后期：1-2次/3天 2 拱顶沉降 苏光DSZ-2型水准仪，钢挂尺 初期：1-2次/天 后期：1-2次/3天 3 结构收敛 坑道收敛计 7 围岩压力 压力盒，频率接收仪 初期：1次/3天 后期：1次/7天 8 初支与二衬间压力 9 初支钢筋内力 钢筋计、频率接收仪 10 二衬钢筋内力 既 有 线 远 程 监 控 量 测 项 目 汇 总 表 表2 序号 监测项目 监测仪器 监测频率 监测目的 1 既有线结构沉降监测 静力水准系统 施工关键期：1次/ 20分钟 一般施工状态：1次/2小时 掌握施工期间既有线结构变形情况 2 既有线结构变形缝沉降监测 静力水准系统 施工关键期：1次/ 20分钟 一般施工状态：1次/2小时 掌握施工期间既有线结构缝沉降变形情况 3 既有线结构缝胀缩监测 测缝计 施工关键期：1次/ 20分钟 一般施工状态：1次/2小时 掌握施工期间既有线结构缝水平变形情况 4 走行轨结构纵向变形监测 静力水准系统 施工关键期：1次/ 20分钟 一般施工状态：1次/2小时 掌握施工期间既有线轨道结构纵向变形情况 5 走行轨结构左右水平变形监测 梁式倾斜仪 施工关键期：1次/ 20分钟 一般施工状态：1次/2小时 掌握施工期间既有线轨道结构左右水平变形情况 6 走行轨水平距离变形监测 变位计 施工关键期：1次/ 20分钟 一般施工状态：1次/2小时 掌握施工期间既有线轨道水平距离变形情况 六、机具设备 咬合大管棚施工机具设备见表3。 咬 合 大 管 棚 施 工 机 具 设 备 表 表3 序号 设备名称 设备型号 数量 适用工序 1 水平液压螺旋顶管机 2 管棚顶进 2 电动葫芦 5t 2 钢管吊装、出土 3 手动葫芦 5t 4 钢管就位 4 电焊机 BX-300 6 钢管焊接 5 注浆泵 KBY-50/70 2 跟踪注浆 6 搅浆筒 800L 2 制备浆液 7 卷扬机 3t 2 拉拔钻杆 8 切割机 1 切割钢管 9 抗震压力表 5MPa 6 监测注浆压力 10 高压注浆管 12MPa 100m 注浆 11 注浆芯管 8 注浆 七、劳动组织 劳动力组织见表4。 劳 动 力 组 织 表 表4 序号 单项工程 所需人数 备注 1 管理人员 4 2 技术人员 4 3 顶管机操作人员 4 4 电焊工 8 5 杂工 44 合 计 64人 八、质量控制 本工法除遵守设计图纸及有关设计说明等设计文件的有关技术要求外，还应执行《钢结构工程质量检验评定标准》及《城市地下铁道施工及验收规范》。 九、安全措施 1、认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，建立健全安全管理体系，设专职安全员和班组兼职安全员，安全责任落实到人，作到人人懂安全，人人抓安全。 2、机械设备加强维护保养工作，严格执行操作规程，非专职操作人员不得操作机械设备。 3、加强液压管线、压浆管路和设备的检查工作，工作期间高压管线附近严禁站人。 4、加强用电的管理工作，线路严格按照相关规范布设，不得私拉乱接电线。 5、加强电焊机的安全检查，作好接地保护工作。 6、在洞内进行吊装作业时，作业前应检查被吊物、场地、作业空间等，确认安全后方可作业。 7、吊装作业时必须缓起、缓转、缓移，并用控制绳保持吊物平衡。 8、吊装作业时，作业人员必须听从统一指挥，协调一致。 9、施工人员必须把安全防护用品佩带齐全。 10、注浆泵及高压管路必须试运转，确认机械性能、各种阀门管路和压力表完好后方可施工。 十、效益分析 1、社会效益 ⑴该工法避免了施工震动，对地层适应性强，在既有线下回填土地层中施工，解决了顶管前方遇到的槽钢、原木及建筑垃圾等障碍物的影响，使大管棚顺利施工到位，为确保既有地铁的结构和运营安全提供了有力保证。 ⑵该工法近距离下穿既有地铁线，不中断地铁运营，保证了人员的正常生活，社会意义重大。 ⑶该工法为国内首次在下穿既有地铁线中应用，取得了成功的经验，将为以后城市地下工程在类似情况下的施工提供可靠的决策依据和技术指标。 2、经济效益 ⑴该工法的成功施作，保证了既有地铁的结构安全和运营安全，在施工期间地铁正常运营创造经济效益。 ⑵该工法施工设备简单，使用维护较容易，避免了其他工法昂贵的设备采购费用。 ⑶该工法施工速度和辅助措施较少，节约了工期和大量的辅助技术措施的投入。 十一、施工实例 该工法在北京地铁五号线崇文门车站过既有地铁环线区间施工中创造性的进行了应用。在崇文门车站中洞施工阶段,大管棚距离既有地铁结构仅1.0m，施工36m长，φ600钢管14根，在施工阶段有效的控制了既有线结构的变形沉降，在列车动载的作用下,在回填建筑垃圾地层中，大管棚施工完成后，既有线结构变形缝处最大变形为4.85mm。