穿越盾构管道的浅埋暗挖施工技术探讨.doc

夯管法加固穿越盾构管道的浅埋暗挖施工技术摘要：本文主要介绍在北京市三环路（右外大街刘家窑）热力外线工程施工过程中，对穿越盾构法施工的污水管线所采取的技术措施和施工方案，实践证明取得了较好的效果，为今后采用浅埋暗挖法施工解决同类问题提供了有效的方法和宝贵的经验。 关键词：盾构管道 管棚 夯管法 1 工程概况北京市三环路（右外大街刘家窑）热力外线工程2线9井至10井之间管线穿越凉水河，原设计采用顶钢管方法施工。计划顶钢管施工从10竖井往西进行，穿越凉水河；再在凉水河西岸开挖9竖井作为顶管的接头坑，与从南侧8临时竖井往北开挖的隧道在此交汇。但是，经过施工方的详细调查，在设计9小室位置有一条D3000现况污水管从西北向东南方向斜穿该小室，高程与设计9小室盖板冲突，并且该污水管为凉水河还清工程的下游管道，该段管道采用盾构施工方法已完成，因此，需采取可靠措施对其进行加固，确保沉降不超标；9竖井一衬南侧墙以南1m（最近处）有2条600及1条500现况高压燃气管道，东西走向；9竖井西侧墙西侧7.5m（最近处）有1条现况南北向电力方沟；并且，9小室东侧离凉水河河坡最近处仅为2m，因此本段工程无法按照原设计施工。2 方案的选定 由于本管线施工所穿越的污水管道对沉降的要求非常严格，盾构管片环间垂直变形量不大于17mm，因此，本工程的关键是在施工过程中对盾构管道进行加固，确保盾构管片垂直沉降量在允许范围内，保证管道不漏水，同时还要保证热力隧道的顺利施工。经过多方讨论，仔细勘察研究，确定采取的技术方案为：将原设计9小室取消，设备挪至8小室内，并采用夯管法施工完成盾构管道的加固，在采用浅埋暗挖法进行热力隧道的开挖。即在原设计小室的西南侧做一座工作井，工作井与现况污水管平行，最近处离热力隧道西侧墙2.5m。该工作井采用喷射混凝土倒挂法施工，竖井完成后由东侧墙垂直污水管线(离污水管底15cm)，施做325钢管大管棚，管间距50cm，管长16 m。管棚施做完成后，在现况污水管线周围进行地面注浆施工，打入钢管（48）注浆，将盾构管周围土体及隧道顶部土体进行加固，防止隧道施工时上方土体松动、塌陷。夯管工作井及土体加固方案见图1。图1 2-9#井夯管工作井及土体加固示意图53 方案的实施3.1夯管法施工原理与工艺流程夯管法是一项地下管线铺设与更换的非开挖施工技术，它的特点是基本上不产生地面沉降，对地层适应性强，铺管速度快。夯管法施工的原理是：在夯进过程中，夯管锤产生很大的冲击力，通过调节锥套、出土器和夯管头作用于钢管后端，再通过钢管传递到前端的环形切削头上，切割土体，并克服土层与管体的摩擦力使钢管不断进入土层，随着钢管的推进，被切割的土芯进入钢管内，当钢管抵达目标后，利用压缩空气或高压水等将管中的土芯排出，即完成铺管。施工工艺流程见图2。竣工验收定位放线焊接清土安锤夯击吊放钢管挖工作坑定位放线 反复夯击、焊接最后一根图2夯管法施工工艺流程 3.2主要工作量本工程在工作坑中并排水平夯击钢管21根，钢管材质为冷轧无缝钢管，管长16m，管径325mm，壁厚10mm，管中心点距0.5m。焊接钢管严格执行市政工程施工规范中钢管对口焊接的规定。3.3工作井施工工作井的开挖长度是由钢管、夯管锤及施工现场的长度来决定的，本工程根据实际情况，确定工作井开挖尺寸为：长宽深=12m8.5m8.1m。为保证工作井结构稳定，在井口现浇断面尺寸为0.8m1m钢筋混凝土锁口圈梁，其下采用水平钢格栅钢筋网连接筋喷射混凝土支护，并采用16a槽钢对扣满焊施作横向支撑和斜角支撑作为临时支撑。每1.5 m设一道临时支撑，最后一道临时支撑距竖井底不小于1.75米。水平钢格栅自井口向下每0.5 m一榀。竖向设18连接钢筋，水平间距0.8 m内外双层布置，且在竖井四角和两侧各设一根，并与竖井锁口圈梁钢筋焊成一体（钢筋拉杆锚入锁口圈梁内35d），两层钢格栅内外双层满铺61515cm钢筋网片，喷射300mm厚C20早强混凝土。3.4夯管施工 3.4.1铺设轨道夯管锤的铺管精度很大程度上取决于轨道的铺设是否合理，多数情况下考虑到钢管的自重，长距离铺设钢管时轨道前高后低，但本工程从实际情况出发，轨道做水平铺设，保证测量误差在1cm以内。当轨道铺平后上面再垂直放槽钢，调整好槽钢后，用电焊使其与轨道焊上，上面再吊放钢管和夯管锤。3.4.2 夯管作业本次施工采用气动夯管法，设备安装完毕后启动空压机，开启送风阀，夯管锤即开始工作，徐徐将钢管夯入地层。夯管位置如图3所示。在第一根钢管进入地层以前，夯管锤工作时钢管容易在轨道上来回窜动，应利用送风阀控制工作风量，使钢管平稳的进入地层。第一段钢管对后续钢管起导向作用，其偏差对铺管精度影响很大，所以要对偏差进行检测，并及时调整。由于每夯完一根钢管都要做焊接和防腐处理，需要中途停止。因此，为了提高夯管速度，中途焊接和防腐处理时应在保证质量的前提下，尽量缩短时间。在钢管夯入的过程中，管靴切削的土层进入钢管内，形成土芯。由于夯管锤的高频冲击，钢管内的土松动并逐渐向夯管锤一端运动，部分土芯从出土器窗口排出。夯管完成后，采用人工清土，将土芯清除干净，完成管道铺设。图3 2-9#井 夯管及注浆管位置示意图3.4.3质量保证为了保证质量，施工中要求严格控制夯进参数。第一根钢管安装后，按要求连好夯锤，进行高程及方位测量，确保钢管方向及高程符合设计要求；初始夯击时，每夯进0.5 m，测量一次，保证第一根钢管按线路进入地层；后续管与第一根管焊接时，应保证两根钢管焊接均严格按照施工技术规范进行。另外，夯击时认真做好记录，每夯一米记录一次，并记清发现异常情况的时间、现象等。3.5 土体加固在热力隧道开挖过程中，为防止隧道施工时上方土体松动、塌陷，需进行地面注浆施工，固化土体。在已经作好的325棚管间隙中，间距75 cm打入长7.6 m48钢管，伸出地面0.1m，注入水玻璃，将管周围土体进行加固，为管棚提供有力的支点，保证隧道施工时土体的稳定。3.6污水管道下方隧道的施做 污水管下方的隧道所用拱架采用异型拱架，拱架主筋由22改为25，榀距由50cm改为密排（榀距38cm）安设。4 量测监控根据穿越盾构管道的浅埋暗挖段的工程实际情况，为确保盾构管道的结构安全和热力隧道的施工安全，本工程对施工过程进行了监测。主要监测项目是盾构管道的沉降变形和热力隧道施工中的地表沉陷等，通过布设水准点，采用精密水准仪，对施工过程中盾构管道的沉降变形和热力隧道施工中的沉降等进行动态跟踪，并及时反馈监测信息，合理安排施工程序，及时采取措施，达到确保施工安全和施工质量的目的。监测数据表明，夯管施工初期，盾构管道下沉在4mm范围内，随着热力隧道的开挖，盾构管道沉降量持续加大。但通过采取注浆加固等措施，随着热力隧道开挖的完成，盾构管道沉降变形趋于稳定。盾构管道的收敛变形控制在4mm，满足管道允许沉降范围；已施工的热力隧道在夯管施工过程中地表沉陷变形缓慢。随着夯管施工的结束，热力隧道开挖的开始，地表变形加速，但盾构管道下的热力隧道施工完成后，地表沉陷稳定，控制在20mm范围内。检测数据表明夯管法施工很好地解决了浅埋暗挖隧道在盾构管道下开挖的问题，取得了较好的效果。5 结论本工程采用夯管法施工技术，解决了盾构管道的加固和热力隧道的开挖问题，既保证了盾构管道的沉降量不超过标准，同时通过调