上海轨道交通六个车站出入口工程顶管推进工程

上海轨道交通六个车站出入口工程顶管推进工程

1分层土体分析上海轨道交通6号线浦电路站3号出入口工程位于东方路和浦电路交叉口南侧，包括一个入口和一个地下通道。该通道由矩形管道驱动，截面尺寸为390m6070m。推进方向从东向西，最大埋深为11.624m。通道坡度为3%,最大覆土厚度为7.264m。顶管推进距离共42m,由28节管节组成,每节长1.5m,管节内径5240mm×3360mm,环厚为500mm,环宽为1500mm,管节每节质量36t,掘进总土方量约为1152m3。注浆管采用25.4mm束节注浆管。顶管推进的始发井深13.79m,位于东方路东侧,始发井口,采用SMW工法搅拌桩进行加固,设计要求土的无侧限抗压强度qu≥1.2MPa,加固宽度为1.5m,内插一排型钢,插入深度为15m;接收井深11.85m,位于东方路西侧,进洞口也采用SMW工法搅拌桩进行加固,加固宽度为3.0m,不插型钢。为了更好地保证洞口的止水效果,地墙与搅拌桩之间的夹心层采用高压旋喷桩施工,水泥掺量为460kg/m3。3号出入口地质情况自上而下为:①1填土,②粉质黏土,③淤泥质粉质黏土,③夹黏质粉土,④淤泥质黏土,⑤1-1黏土,⑤1-2粉质黏土,⑥1粉质黏土,⑥2粉质黏土,⑦1-1砂质粉土夹粉质黏土,⑦1-2粉砂,⑦2粉细砂。工作井基坑开挖面位于第④层淤泥质黏土层中;连续墙墙趾位于⑥层粉质黏土中。由于基坑周边及底部以软弱淤泥质土为主,该层土有较明显触变及流变特性,在动力作用下土体强度极易降低,因此在开挖过程中应尽量减少土体扰动。本通道区域场地浅部地下水属潜水类型,潜水水位埋深一般为0.5～1.5m;浅部地下水对混凝土无腐蚀性。本通道顶进主要在③淤泥质黏质粉土、③夹粉质黏土、④淤泥质黏土这3层土之间进行。第③和④层土透水性差,渗透系数一般为6～10cm/s左右,属高含水量、高灵敏度、高压缩性、低强度、弱渗透性的饱和软黏性土,蠕变量大。第③夹层为饱和粉性土,通道顶进过程中应加强地面沉降观测。2坡度井底部设置顶管法施工,首先应选择工作井的位置,然后开挖工作井,工作井包括始发井和接收井,同时,按照管线的位置和坡度,在工作井底部修筑基础,在基础上设置导轨,并将管节安装在导轨上。顶进前,在管端开挖导孔,再用千斤顶将管节顶入,一节管顶进去后,将第二节管与之连接好继续顶进,依次类推顶进剩余管节,直至连通始发井和接收井。顶管法的压力平衡方式有3种:土压平衡、泥水平衡和气压平衡,前两种应用较多,本工程采用土压平衡式顶管掘进机。2.1环部位土压降控制本矩形土压平衡式顶管掘进机按上海及江浙地区的地质条件设计。设计尺寸为6270mm(宽)×4390mm(高)×5200mm(长)。有较好的防水性能,可在≤15m地下地层施工。机器切口环部位具有独立模块单元和分解功能,正常施工时能将地面沉降控制在+1～-3cm之间,正常施工平均速度为3m/d,具备防止产生背土、防止掘进机侧向滚动的功能。由于工况条件复杂,特别是施工需穿越东方路主干道及众多地下管线,对地面沉降控制要求较高,故机头采用上海市机械施工有限公司研究设计的切削式刀盘(6个),通过6组驱动马达驱动刀盘进行切削,并配备两个螺旋出土机进行取土,通过控制顶进速度及取土量来平衡正面土压,减少对地面的影响。6个刀盘可设定成同一方向旋转,也可单独设置转向,刀盘的转速分为3挡,在加固区域内刀盘转速设置为高速,在软弱土质中设置为低速,正常掘进时设置为中速,推进前进行空载调试。2.2萌发架的制作始发工作井内沿顶管轴线方向安装顶管机、始发架、钢性后座、主顶千斤顶、反力架等顶进设备,工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下。反力架将反力主要传至车站底板及中板上,其中中板厚度为400mm,底板受力高度为500mm,传力构件选用ϕ609mm的钢支撑,与混凝土接触面用钢板封头。根据顶进轴线和高程,始发架底部需垫400～700mm左右的间隙,主要材料选用H400、H500型钢,相互之间用I20a工字钢连接固定,再用钢墩子和钢板垫至实际高程。管内供电及工作井内电力配电箱均位于工作井口,工作井一侧的井壁上依次安装压浆管、水管及供电线路。2.3顶管机辅助纠偏工作井内主顶装置采用主千斤顶16只,行程2500mm,顶力2000kN/只,后座总顶力可达32000kN,16只千斤顶有独立的油路控制系统,分成4组,可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。顶管机还配备了16只铰接油缸,行程250mm,顶力1500kN/只,工作油压31.5MPa,具有纠偏及中续间双用功能。铰接油缸的最大纠偏角度为0.50°。根据日本下水道协会的经验公式计算的推进顶力P为6217.2～13052.0kN,施工中,考虑一些外部不利因素,实际顶进的最大推力<20000kN。2.4管节灌浆的质量控制顶进施工中,运用触变泥浆是为了减少掘进机、管节与土壤的摩阻力,使机体外壳及管节外壳形成完整的减摩浆液薄膜,有效地减少顶进阻力。为了达到理想减摩注浆效果,掘进机头部配置18个注浆口,管节处配置相应的10个补浆孔进行补浆减阻。顶进时压浆孔要及时有效地跟踪压浆,补压浆的次数和压浆量应根据施工时的具体情况来确定。触变泥浆的用量主要取决于管道周围空隙的大小及周围土质的特性,由于泥浆的流失及地下水等作用,泥浆的实际用量要比理论大得多。实际压浆量一般可达理论值的2～3倍,但在施工中还要根据土质的情况、顶进状况、地面沉降的要求等作适当调整。经计算理论间隙每环压浆量为0.477m3。泥浆配合比:每立方泥浆含膨润土400kg、纯碱6kg、CMC为2.5kg、水850kg。触变泥浆物理力学指标如表1。2.5顶管机整体掘进顶管出洞的施工步骤:设备下井安装、设备调试、凿除洞门、安装止水装置、顶进机头至洞圈内、H型钢拔除、切削加固土、机头切削进原状土、提高正面土压力至理论计算值、正常顶进。由于工作井外土体加固采用SMW工法桩,因此顶管的出洞过程即为H型钢的拔除及机头顶过出洞加固区并进入原状土体的过程。H型钢拔除前,将出洞口的地墙混凝土全部凿除并清理干净,在H型钢全部拔除时,应及时用砂回填空腔部分,H型钢全部拔除后,应立即开始顶进机头,由于正面为全断面的水泥土,为保护刀盘和纺形刀,顶进速度应尽量放慢,使刀盘和纺形刀能对水泥土进行彻底的切削;另外由于土体过硬,螺旋机出土可能有一定困难,必要时可加入适量清水来软化和润滑土体。在水泥土被基本排出,螺旋机内出来全断面原状土后,为控制好地面沉降、顶进轴线,防止顶管机突然“磕头”,宜适当提高顶进速度,把正面土压力建立到稍大于理论计算值,以减小对正面土体的扰动及地面沉降。初始掘进时出土采用排土泵,将土直接排至地面的土坑内,为了保证排土管的畅通,排土前进行必要的润滑措施。顶管机彻底进入洞门后,需检查洞口止水装置是否有损坏,如有损坏应立即整修,确保泥水、浆液的不外漏。首节管节下井后,按照推进实际轴线及顶管机的相对位置,拼装管节。为了保证管节与顶管机的相对位置,首节管节内壁埋设钢板,与顶管机主体相连。2.6正常截面维护2.6.1ine土压力理论采用土压平衡式顶管机,利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体,达到对顶管正前方开挖面土体支护的目的,并控制好地面沉降。因此平衡土压力的设定是顶进施工的关键。土压力采用Rankine压力理论进行计算其中P——管道的侧向土压力,kN/m2;k0——软黏土的侧向系数;γ——土的重度,kN/m3;z——覆土深度,m;P1——超载系数(20kN/m2)。经过计算,管道顶部侧向土压力P顶=109.46kN/m2,底部侧向土压力P底=163.6kN/m2,这些数据为理论计算值,只能作为土压力的最初设定值,随着顶进的不断进行,土压力值应根据其它实际顶进参数、地面沉降监测数据作相应的调整。顶进速度初始阶段不宜过快,一般控制在10mm/min左右,正常施工阶段可控制在20～30mm/min。2.6.2土地利用排土坑正常情况下出土量控制在理论出土量的98%～100%,一节管节的理论出土量为41m3。出土采用排土泵直接排至地面的集土坑内。管内的出泥量要与顶进的取泥量相一致,出泥量大于顶进取泥量,地面会沉降,否则地面会隆起。这都会造成管道周围的土体扰动,所以要控制出泥量与顶进取泥量相一致,而要做到这一点关键是严格控制土体切削的尺度,防止超量出泥。2.6.3润滑豆浆管节安装为减少土体与管壁间的摩阻力,提高工程质量和施工进度,在顶管顶进的同时,向管道外壁压注一定量的润滑泥浆,变固固摩擦为固液摩擦,以达到减小总顶力的效果。为保证压浆效果,采取以下技术措施:1)对泥浆原材料进行验收,保证其质量;制订合理的泥浆配比,保证润滑泥浆的稳定;经常对拌好的泥浆进行测试,确保润滑泥浆的质量。2)制订合理的压浆工艺,严格按操作规程进行。为使顶进时形成的建筑间隙及时用润滑泥浆填补,形成泥浆套,以减少摩阻力及地面沉降。压浆时必须坚持“随顶随压、逐孔压浆、全线补浆、浆量均匀”的原则,注浆压力控制在0.5kg/cm2左右。每节管节安装前,需先粘贴止水圈及木衬垫,管节与管节的接口部分按设计要求进行嵌填,同时,尽量保证管节与机体处于同心同轴状态。管节相连后,应在同一轴线,不应有夹角、偏转,受力面应均匀。2.6.4及时纠偏,避免分推进过程中,时刻注意机体姿态的变化,及时纠偏,纠偏过程中不能大起大落,尽量避免造成相临两段形成很大的夹角,避免顶管机走“蛇”形。2.7隧道段顶板施工2.7.1准备井准备进洞前,先对洞门位置进行测量确认,根据实际高程安装顶管机接收基座,并安排洞门凿除工作,配备封洞门钢板、补充注浆等材料。2.7.2顶管进洞当顶管机头逐渐靠近接收井时,应适当加强测量频率和精度,减小轴线偏差,以确保顶管能正确进洞。顶管贯通前的测量是复核顶管所处的方位、确认顶管状态、评估顶管进洞时的姿态和拟订顶管进洞的施工轴线及施工方案等重要依据,能保证顶管机在此阶段的施工中始终按预定的方案实施,以良好的姿态进洞,准确无误地座落到接收井的基座上。2.7.3管节周边摩阻力下降在顶管机距接收井6m时,开始停止第一节管节的压浆,并在以后顶进中压浆位置逐渐后移,保证顶管在进洞前有6m的完好土塞,避免进洞过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升。在顶管机切口进入接收井加固区后应适当减慢顶进速度,加大出土量,逐渐减小顶进时机头正面土压力,以保证顶管机设备完好和洞口处结构稳定。2.7.4顶管顶进管节进洞前先凿除300mm左右的地墙,当顶管机刀盘切口距接收井井壁20cm左右时,顶管停止顶进,凿除剩余的地墙钢筋混凝土,顶管应迅速、连续顶进管节,尽快缩短顶管机进洞时间。进洞后,马上