管幕法施工技术课件PPT（120页）

1、管幕法施工技术1内容提要隧道工程中的辅助工法管幕工法概述管幕工法设计概要管幕工法施工管幕箱涵施工方法工程实例2隧道工程中的辅助工法目的：形成超前的预支护体系；作用：维持掌子面稳定、控制地层变形、预防坍塌冒顶事故；意义：直接关系到隧道的安全和经济效益；种类：插板法、小导管超前注浆法、浅层地表锚杆注浆加固法、水平旋喷或搅拌法、冷冻法、管棚法、管幕法等。掌子面掘进方向3插板法4小导管超前注浆法掘进方向直径3260mm长度34m外插角5305浅层地表超前锚杆注浆加固法砂浆锚杆6水平旋喷或水平搅拌法7冷冻法8管棚法管棚钢管钢拱架9管幕法10管幕工法概述利用小口径顶管设备建造大断面地下空间；原理与管棚工法

2、近似，属于大刚度管棚；起源于日本，主要用于下穿工程。11管幕工法的特点无需进行道路改建；不影响地面的正常交通；无需进行管线改接；不抽取地下水；无需加固房屋地基和桩基；管幕钢管锁口注浆后可有效的防止渗漏水；钢管铺设精度要求高；工程投入大，单位延米造价高。12管幕工法的适用范围13管棚支护的力学机理棚架原理14管幕支护的力学机理简支梁15管幕的设计概要设计内容钢管配置管幕内支撑布置开挖顺序开挖面稳定性评价地表沉降分析与控制土体加固设计控制指标：管幕的容许变形量=5mm16管幕的形状17扇形半圆形18钢管配置工况一工况二19常用钢管锁口接头形式公接榫母接榫20管幕内支撑布置管幕角撑垂直支撑围檩21管

3、幕工法施工两大部分钢管幕施工管幕保护下地下结构施工施工难点管幕顶进精度控制管幕施作时的地表变形控制22管幕工法步骤1.构筑顶管工作井和接收井；2.钢管顶进，钢管之间用锁口搭接，钢管锁口处涂刷止水润滑剂；3.钢管接头处注入止水剂；4.在钢管内注浆或注入混凝土；5.在管幕内开挖，边开挖边支撑；6.逐段构筑内部结构，并逐步拆除管幕内支撑，最终形成完整的地下通道。23管幕钢管铺设方法定（导）向钻进法 (Directional Drilling)水平螺旋钻进法 (Horizontal Auger Boring)夯管施工法 (Impact Ramming)顶管法 (Pipe Jacking)微型顶管法 /

4、 微型隧道施工法 (Micro Tunneling)24定（导）向钻进法25定向钻进铺管流程26导向孔施工钻头大小较大中等较小孔内动力钻具土质淤泥质黏土较干燥的软黏土、粗砂等硬黏土、致密砂等岩层钻头构造27扩孔钻头与扩孔施工翼状 / 碎石土凹槽状 / 砂土杆状 / 黏性土牙轮式 / 硬岩螺旋形 / 碎石土扩孔时的钻具组合 最常用28钻进液29水平螺旋钻进法30夯管施工法管径/mm25035080080012001200150015002000厚度/mm6912162031顶管法概述弧形顶铁环形顶铁32工作管或掘进机手掘式顶管挤压式顶管气压平衡式掘进机泥水平衡式掘进机土压平衡式掘进机敞开式掘进3

5、3手掘式顶管34挤压式顶管土管35泥水平衡式顶管的原理砂砂砂泥水泥水泥水水水水砂砂砂36两种平衡方式单一泥水平衡式机械平衡式37直径800mm直径1650mm泥水平衡顶管掘进机泥水仓38气压式泥水平衡掘进机39泥水平衡式顶管的特点适用范围广；掘进引起的地面沉降小；适于长距离作业；作业环境好、速度快。成本较高（弃土、场地、设备）；泥水处理量大；覆土很薄或渗透系数特别大时易受阻。40土压平衡式顶管土压力表刀盘泥土仓螺旋输送机主轴41土压平衡式顶管的特点适用土质范围广地面变形小覆土厚度可以很小弃土处理方便操作方便、安全，作业环境好砂、砾石层中需进行渣土改良42顶管法施工流程43顶管工作井及其布置后座

6、墙顶铁止水洞圈导轨主顶油缸后靠背测量装置钢管44顶管进出洞技术洞口土体加固封门洞口止水圈45洞口土体加固黏性土洞口稳定性分析加固区46两种常用封门形式砌块式封门钢板桩封门47洞口止水圈48顶管姿态控制与纠偏导向系统测量系统纠偏系统对机头偏转差的针对性措施海瑞克ELS激光导向纠偏系统伊势机RSG反射诱导纠偏系统4950注浆减阻技术注浆孔51顶进过程中的沉降控制措施严格控制顶进的施工参数选择合适的建筑空隙严格控制纠偏量确保浆液压注质量保证钢管锁口和洞口处的密封必要的地面跟踪注浆52微型隧道施工法分 类特 点先导式先顶进先导管形成先导孔，随后扩大先导孔，同时顶进保护套管或永久管道螺旋式用切削钻头钻进

7、成孔，并由螺旋钻杆排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道泥水式用切削钻头钻进成孔，利用循环浆液排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道。钻进时，用水压、浆压或机械压力来平衡工作面压力，维持工作面稳定53先导式微型隧道施工法先导头结构54螺旋式微型隧道施工法55泥水式微型隧道施工法56钢管幕顶进顺序以横断面中轴线为基准对称进行由下往上57管幕顶进后的处理措施置换触变泥浆（或管外回填注浆）钢管锁口止水处理钢管混凝土填充钢管端部与工作井的连接58沉降监测在管幕上方及周边的道路、重要建筑物及临近隧道埋设监测点；施工前进行初始数据采集；对于顶管施工中已经穿越或即将穿越，以及沉降变化量大的点，应适当加密监测频率

8、；注浆时应跟踪监测；当监测值超过报警值时应立即采取相应措施。59管幕保护下地下结构施工开挖方案开挖方法：全断面法、台阶法、中隔墙法等。箱涵顶进方案边挖边撑加固施作内衬拆撑完成60管幕箱涵施工方法推进方案（RBJ工法）牵引方案（FJ工法）推拉结合方案（ESA工法）61RBJ工法后背墙千斤顶工具头62网格工具头63中继间及其防水措施64FJ工法65ESA工法66管幕工法实例xx互通连接线下穿既有铁路xx路下立交工程xx北路穿越機場地下道工程67xx互通连接线下穿既有铁路鹰厦铁路xx互通线铁路穿越段嘉禾路公路穿越段68主要施工技术线路加固管幕超前支护分部开挖69管幕70钢管铺设方法水平定向钻进法夯管

9、法钻导向孔71扩孔钻头施工中的管幕C型钢锁口72分部开挖73上海市中环线北虹路下立交工程施工平面布置图74工程概况管幕和箱涵位于1灰色淤泥质粉质粘土和灰色淤泥质粘土层，为饱和软土。含水量大、承载力低、渗透系数小。管幕顶部覆土层厚度：4.5m5.0m。75南北二座工作井的尺寸：LBH24.6m41m17m，工作井采用地下连续墙法施工墙厚B0.8m，入土深度H=31m。南北二座工作井的出洞段土体加固范围：LBH8m38m18m；加固强度：qu=0.8Mpa。76钢管幕：80 根97010 带锁口的钢管，形成口字形管幕。锁口材料为角钢1008010，管幕段长度126m。箱涵：矩形双孔钢筋混凝土结构，

10、为双向八车道。结构外包尺寸：34.2m7.85m，箱涵共分8节。77管幕施作方案8套泥水平衡顶管掘进机由北井向南井顶进基准管78箱涵推进方案由南北二座工作井同时向中间推进箱涵；在箱涵推进前，先完成100 m以上暗埋段结构施工，并以此作为箱涵推进的后靠结构；出洞段8m范围先进行土体加固，以满足破墙后的开挖面稳定；管幕内土体不加固，大网格内设小网格，以保持不同工况下的开挖面稳定；在每座工作井内设置80只2500kN千斤顶，采用液压同步施工技术推进；通过设置可靠的密封止水装置，在管幕与箱涵外壁之间压注优质的触变泥浆。79台北復興北路穿越機場地下道工程80地质条件81平、纵断面图82隧道断面图83擋土

11、連續排樁及覆蓋逆築工法84管幕布设及传统开挖方式85钢管顶进86管幕传统开挖段施工87跑道段管幕88网格工具头89建成后的地下通道管幕法在国内外施工应用 由上海城建集团市政二公司承建的中环线北虹路地道管幕法箱涵顶进工程，采用直径970mm (每根总长度126米)带有锁口的钢管、形成“口”字型矩形的管幕顶进工程。设计要求管幕钢管的施工精度控制在3cm，但是施工中出现了沉降严重超标的情况，一种是在管幕施工段造成地表沉降超过20cm，另一种在箱涵顶进阶段形成地表沉降高达26cm。1.上海北虹路地道2.崇文门车站 由北京中铁隧道集团承建北京地铁五号线崇文门车站采用了600超前咬合管幕方案。超前管幕在新

12、建结构拱部上方300mm处布置,全长36m,钢管直径600mm,壁厚16mm。3.国外 希腊雅典Aktor公司使用Bortec公司BM600L顶管机，承建48米宽穿越双线铁路的地下通道、连接奥运会场和新闻中心的管幕施工。设计77根12.5米长的609*11mm的钢管组成的管幕，覆盖层仅60-90cm，路基约60cm，地层为密实的沙质粘土和道渣。钢管由两节6.25米焊接而成，顶进后灌混凝土。 北京地铁四号线西单站由中铁17局集团承建，上跨既有线下穿长安街 ，我公司承担了下穿长安街的暗挖管幕施工。 管幕采用“前拉后夯”的施工方法，钢管直径为325mm，壁厚12mm，长度46.8m。管幕布置在长安街

13、下面距地面约3.5m处。管帷幕距污水管上部约200mm，钢管之间横向中心间距为400mm，无扣件连接。管外跟进回填注浆采用60mm花管。1. 西单站管幕施工效果 管幕在施工过程各环节控制良好，开挖完成后地面沉降几乎为零，局部最大沉降在1mm。现在北京地铁4号线已全部贯通，将在月底开通运营 。2. 鞍山 哈大高速铁路鞍山隧道下穿既有军用铁路专线 ，该隧道开挖断面尺寸13.4m11.3m，覆土层最小厚度为4m左右，暗挖隧道与既有铁路线小角度斜交，下穿段长度近50m。隧道穿越地层主要为粉质粘土层及粘土层，因此，为了确保施工安全和既有线路的正常运行，采用了长度为50m的299mm管幕作为超前支护，管幕

14、沿隧道拱部及侧面密排法分布，管幕分布示意图如下。 隧道开挖线管幕 管幕布置示意图管幕施工效果 本工程于2009年4月份开始施工，2009年6月份完工，现已开挖至15米左右，一切正常。3. 厦门 厦门市高崎互通连接线同既有鹰厦铁路杏林大桥成小角度斜交，互通连接线采用下穿隧道方式通过。由中铁24局集团承建，隧道分左右两线，其中左线78m，右线110m。 隧道拱顶距地表的最小深度仅为2.5m，而110m长的管幕施工在国内尚属首次。管幕施工效果 厦门市高崎互通连接线下穿鹰厦铁路隧道长管幕施工工程进展顺利，在施工过程中各钢管安装方向控制较好，最大偏差在15cm以内。由于施工过程中注浆等施工措施及时到位，

15、地表沉降较小，最大沉降在5mm以内。目前已全部贯通（三）以厦门工程为例介绍管幕的施工过程 厦门市高崎互通连接线同既有鹰厦铁路杏林大桥成小角度斜交，互通连接线采用下穿隧道方式通过。隧道分左右两线，其中左线78m，右线110m。隧道通过地段地表为第四系全新统人工填筑土，结构松散、厚度4m左右，其下为第四系全新统长乐组海相沉积层，第四系更新统龙海组冲、洪积层以及燕山期花岗岩。 隧道拱顶距地表的最小深度仅为2.5m，而110m长的管幕施工在国内尚属首次。 施工方法及流程图 在隧道的开挖线外侧，按400mm间距，沿隧道轴线方向将299*10mm的钢管水平铺设在土体里，钢管之间采用锁扣连接，并在299钢管连接处打入60钢花管，通过60钢花管对土体进行注