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摘要:结合中船中路综合管廊工程顶管段下穿东新高速施工案例,介绍矩形顶管施工方案技术难点,保障高速公路安全防护措施。
关键词:矩形顶管、高速公路、综合管廊
1、工程概况
顶管段顶进长度为105m,共70环,设计纵坡-0.2%,,管顶覆土7.7-8.9m。顶管段下穿既有东新高速,顶管井位于东新高速两侧。拟建项目区域地处广州市南沙区,珠江三角洲中部,地貌单元主要为珠江三角洲冲积平原,地势平坦、开阔,多为农田、鱼塘、河涌、居民区等,植被发育较好。地面标高一般在海拨 3.8~8.2m 之间,相对高差小。
拟建场地地层主要为①1耕土、①2 素填土、②1 淤泥、②2 淤泥质粉质黏土、②3 粉质粘土、②4 粉细砂。顶管通道所地层为②1 淤泥、②2 淤泥质粉质黏土、②4 粉细砂。
2、顶管机设计
本顶管机根据矩形顶管设计尺寸及地层情况进行设计,断面尺寸9100(宽)×5500(高),采用土压平衡矩形顶管机。它主要由切削搅拌系统、动力系统、纠偏及液压系统、壳体、螺旋输送机、测量显示系统、电气操作系统等组成。
主要特点有:结构紧凑;操作容易;维修方便;对所顶进的管线采用5个大刀盘和2个小刀盘进行切削,减小切削盲区;通过注浆及搅拌对切削下来的土体进行改良;排出的渣土不需要进行二次处理,其运输、堆放都比较方便。
3下穿东新高速路沉降控制
3.1原因分析
1)在埋深相同的条件下,由于顶管和管节顶板面积巨大化,上覆土形成受力拱的作用大大减弱,上覆土发生沉降的敏感度较强。此外由于顶管机开挖横断面增大后,存在碴土改良的不均匀性,超大断面矩形土仓内各点的土压力可能会有差别,对开挖面的稳定带来不利影响。同时由于螺旋输送机数量增加到了2个,增加了各点出土量控制的难度,开挖面有可能出现局部超挖。或者密封不好,触变泥浆泄露,以及注浆质量控制不好导致沉降超限,严重影响管线、地面交通等,因此,如何确保矩形顶管施工沉降成为本工程的重、难点。
2)顶管下穿位置,东新高速路基施工遗留有C型排水板,排水板间距1m,梅花形布置。顶管机在下穿高速路掘进时,排水板如不能被刀盘切断,排水板将对刀盘缠绕,进而影响刀盘的切削效率,甚至使刀盘卡死,因此确保顶管机对排水板有效切割,并顺利排渣成为本工程的重、难点。
3.2施工措施
3.2.1确保沉降施工措施
在顶管实际推进过程中,根据地面沉降监测数据情况,由当班技术人员分析判断后对压浆量(触变泥浆)、压浆部位和注浆压力进行调整。
在施工中,必要时进行补注触变泥浆,有效控制后期沉降,进行信息化动态施工管理。
顶管下穿东新高速路推进时,利用始发积累的参数推进,同时要有专职人员昼夜对地面及高速路进行沉降监测,及时观察路面结构的变形情况,将监测数据及时、准确地反馈给顶管施工工作面,使得中央控制室能够根据地面所反映的情况,进行正确判断,指导顶管推进参数及时优化调整。
同时根据地面荷载的情况,及时重新计算土压平衡设定值,并根据地面隆陷值加以调整,使顶管快速均匀推进,尽量缩短穿越时间,防止超挖和欠挖,以减少对土体的扰动,最大程度减少地层损失,将沉降控制在最小范围内,满足沉降要求。
在下穿施工前,设备技术人员对顶管机进行全面的检查,确保在穿越过程中不出机械故障,同时加强日常保养。
(1)加强挖掘面土体改良,改善泥土仓内土体流动性和塑性。维持土压平衡
(2)严格控制出土量:在土压平衡状态下进行顶管顶进,过程中严格控制出土量。
(3)控制初始顶进阶段、正常顶进阶段、末端顶进阶段的顶进速度。
(4)在顶进过程中,应该随时注意开挖面前端的土压力情况,保证掌子面土压力大于静止土压力0.02-0.05MPa,使开挖面前端土体有压缩上隆趋势。
(5)加强对高速公路道路及边坡进行监测,顶进过程密切关注监测点数据变化,及时采取应急处理措施。
(6)增加止退装置,防止加垫块或管节时顶管的后退。
3.2.2切割排水板施工措施
为确保顶管机刀盘有效切割排水板,并顺利排出地面,我司将在顶管机刀盘增加重型切割刀具,在刀盘后搅拌棒相应位置的胸板上增加强制搅拌棒,强制搅拌棒上焊接切割刀具,并在螺旋出土器出土口增设切割刀具。排水板被刀盘切割后进入土压仓进行强制搅拌,经强制搅拌棒上刀具二次切割,并最终经螺旋出土器排出,在如螺旋出土器出土口仍有较大尺寸的排水板碎片,可以通过螺旋出土器出土口刀具再次切割,确保顺利排渣。
4 顶进轴线偏移
4.1原因分析
受始发姿态、后靠板垂直度以及顶进中螺旋机出土不均影响,矩形顶管容易产生轴线偏移,具体表现为机头发生旋转,顶管机上偏、下偏等情况。
4.2施工措施
(1)顶管机及后配套安装过程中,精确定位始发导轨标高、轴线,以及后靠板垂直度等;
(2)顶管机前下壳体吊装焊接定位钢板,控制顶管机始发方向;
(3)顶管机调试完成后,对顶管机初始水平角和旋转角进行详细记录,作为后期判别顶管机轴线偏移的依据;
(4)顶进正面土仓确保满仓掘进,两个螺旋机出土速度须一致,保持平衡;
(5)通过每2环的复测,及时复核顶管机姿态,指导施工;
(6)顶管机设置纠偏油缸,顶进中根据偏移方向及时启动纠偏油缸纠偏,当出现上(下)左(右)都存在偏移时,先纠偏上下,再纠偏左右;
(7)当顶管机发生偏转后,根据偏转方向,可采取调节刀盘转向的防水进行纠正;
(8)当顶管机发生较大偏转后,可采用预留注浆孔通过土砂泵进行打土纠偏。
5、MJS工法桩
为保障高速公路正常运营,在顶管管节上部横向布设MJS工法桩(180度下半圆高压喷射)。桩径1.8m、桩间距1.3m 、搭接0.5m、桩长105m,共17根。浆压力≥40MPa、空气压力0.7MPa,水泥用量:约500Kg/米、回抽速度:20min/m(半圆)、浆液流量:85~100L/min。
6、工后监测分析
由于本工程综合管廊顶管截面面积较大,覆土厚度较深,约7.8m,施工方法具有特殊性,通道上方东新高速路是高速公路,车流量大且沿线有重要管线,所以风险等级定为一级。
共在东新高速路面布设 58 个沉降监测点,48 个水平位移监测点,在东新高速两侧坡脚各布设 2 个土体深层水平位移监测点。
表1 顶管工后监测工程量统计表
序号 | 监测对象 | 监测项目 | 监测工程量 | ||
单位 | 本月数量 | 累计数量 | |||
1 | 东新高速 | 路面沉降监测 | 点次 | 30 | 119 |
2 | 路面水平位移监测 | 点次 | 30 | 119 |
根据表1监测数据显示:
(1)东新高速路面沉降、路面水平位移目前处于工后监测阶段,本月监测数据无异常。
(2)路面沥青面层重新铺设后,高速公路路面沉降达到稳定状态,本月沉降量最大为 2.20mm,重铺后最大沉降量为 16.70mm。
(3)顶管顶进施工过程中,东新高速东侧应急车道、慢车道出现 3 条裂缝。路面重铺后,未见异常。
7、结语
中船中路综合管廊矩形顶管施工克服了下穿高速公路的技术难题,保障了高速公路过往车辆的行车安全,实现了精准接收,矩形顶管技术对城市建设具有重要意义,具有十分广阔的应用前景。
参考文献:
[1]矩形顶管施工引起的地表沉降研究[J]. 徐新,付江山,吴晓斌,吴勇,徐日庆. 公路工程. 2017(04)
[2]矩形顶管技术发展与研究现状[J]. 彭立敏,王哲,叶艺超,杨伟超. 隧道建设. 2015(01)