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        大口徑泥水平衡頂管磕頭處理及進(jìn)出洞措施探討

        2017-06-23 08:48:26
        福建建筑 2017年6期
        關(guān)鍵詞:頂管機(jī)泥水頂管

        汪 帆

        (福州市戶外廣告和燈光夜景建設(shè)管理辦公室 福建福州 350001)

        大口徑泥水平衡頂管磕頭處理及進(jìn)出洞措施探討

        汪 帆

        (福州市戶外廣告和燈光夜景建設(shè)管理辦公室 福建福州 350001)

        頂管機(jī)進(jìn)出洞是頂管工程的關(guān)鍵工序,直接決定了頂管的成功或失敗。文章詳細(xì)介紹了福州市洋里污水廠外管網(wǎng)頂管施工中發(fā)生的大口徑泥水平衡頂管機(jī)出洞“磕頭”現(xiàn)象的處理措施,分析了頂管機(jī)“磕頭”的原因,提出了拔管處理方案、施工工藝流程和技術(shù),并闡述了具體的進(jìn)出洞防治措施。

        泥水平衡頂管;磕頭;進(jìn)出洞

        0 引言

        頂管施工是一種非開挖施工方法,現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的技術(shù),體現(xiàn)出高精度、低成本、污染小的優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于城市給排水建設(shè)和城市電力管道建設(shè)中。頂管進(jìn)出洞是頂管施工中技術(shù)難度大、工序復(fù)雜的施工階段,處理不當(dāng)會(huì)使洞門外土體易塌方和流失,甚至導(dǎo)致頂管機(jī)失去控制。本文以福州市洋里污水處理廠廠區(qū)及廠外管網(wǎng)三期工程廠外管網(wǎng)第8標(biāo)段廠區(qū)段污水管道工程,8#工作井頂管施工出洞后發(fā)生“磕頭”為例,結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)及地質(zhì)勘察情況,分析了大口徑泥水平衡頂管機(jī)“磕頭”原因,提出了拔管處理方案,并基此詳細(xì)介紹了拔管工藝流程和具體施工技術(shù),闡述了大口徑泥水平衡頂管機(jī)進(jìn)出洞的具體技術(shù)措施。

        1 工程概況

        該污水管道工程,管道采用管徑為2 400mm鋼筋混凝土管,頂管管線長(zhǎng)904.6m,管道埋深近10m,采用泥水平衡頂管施工。所建管道靠近河道河岸邊,地貌為河灘、菜地及民房。根據(jù)施工進(jìn)場(chǎng)前地質(zhì)勘察報(bào)告,工程地質(zhì)情況由上而下為:①雜填土:褐黃色,松散,濕,層厚0.5m~3.8m;②粘土:褐黃色,可塑,很濕,層厚2.5m~3.3m;③淤泥:灰色,流塑,飽和,層厚3.4m~6.3m;④中粗沙(含泥):淺灰色,稍密,局部松散,飽和,夾薄層淤泥,層厚4.0m~11.9m。管線皆位于沖積砂層中,含水量大,受擾動(dòng)后易形成流砂,給頂管進(jìn)出洞施工過程中帶來極大困難。

        2 頂管機(jī)“磕頭”原因分析

        在8#工作井至廠區(qū)泵站頂管施工中,頂進(jìn)10m里程后于夜里停工期間發(fā)生頂管機(jī)“磕頭”現(xiàn)象,頂管工具管累計(jì)下沉30cm,由于施工前已將頂管工具管與后續(xù)管節(jié)作剛性連接,因此整個(gè)管道向下傾斜,留在8#工作井內(nèi)的第四節(jié)管道騰起導(dǎo)軌達(dá)到了22cm,偏離頂進(jìn)軸線。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)勘后,頂管機(jī)所處位置主要是粉砂,與地質(zhì)勘察報(bào)告不符。綜合分析現(xiàn)場(chǎng)原因有以下3個(gè)因素:①工作井靠河堤太近,注的水泥漿液從河堤冒出,沒有達(dá)到預(yù)期注漿封水的效果,在頂管機(jī)頭頂進(jìn)出洞時(shí),發(fā)現(xiàn)洞口拔樁后的孔洞部位成樁效果不理想。②在頂管工具管進(jìn)洞后,水不斷流進(jìn)工作井內(nèi),帶進(jìn)了較多的砂土,密封圈無法有效封住外界的水。③由于機(jī)頭本身較重,出洞口土質(zhì)為較軟砂性土層,承載力低,發(fā)生了“流砂”現(xiàn)象。所以,導(dǎo)致了頂管施工出現(xiàn)“磕頭”情況。

        3 處理方案——拔管后重新頂進(jìn)

        根據(jù)8#工作井現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)發(fā)生的實(shí)際情況,并依據(jù)地質(zhì)資料,擬定了兩個(gè)初步的方案:①?gòu)?qiáng)行糾偏,繼續(xù)頂進(jìn);②將整個(gè)管道拔出,重新頂進(jìn)。由于管道超出了頂管施工允許偏差,糾偏難度大,且離洞口較近,為確保管道施工質(zhì)量,參建各方充分討論和綜合考慮了各方面因素,決定采取第二種方案。

        3.1 基本原理

        第二種拔管方案基本原理如圖1所示,通過千斤頂反向安裝后反向頂進(jìn),將已經(jīng)偏離頂進(jìn)軸線的管道撥出土體,拔管同時(shí),利用低壓灌漿設(shè)備將填料灌入拔管形成的間隙,填充拔出管道形成的空間。為防止管道上方土體坍塌,應(yīng)隨拔隨填充。當(dāng)頂管機(jī)拔至預(yù)留洞口時(shí),采用高壓旋噴樁進(jìn)行洞口止水帷幕施工,待止水帷幕形成后重新進(jìn)行頂管出洞施工,二次頂進(jìn)。

        圖1 拔管示意圖

        3.2 拔管施工工藝流程

        施工工藝流程如下:拆除管道內(nèi)河頂管機(jī)內(nèi)部各設(shè)備→管道內(nèi)拉桿安裝→工作井內(nèi)反向千斤頂及拔管鋼梁布置→錨固并調(diào)直拉桿→啟動(dòng)反向千斤頂推動(dòng)鋼梁(同時(shí)向頂管機(jī)外灌料填充)→逐節(jié)退管。

        拔管要在施工現(xiàn)場(chǎng)填充設(shè)備成孔就位的情況下,同時(shí)對(duì)拔出管道空間進(jìn)行填充,為了防止管道上方的土體出現(xiàn)沉降,拔管速度要根據(jù)頂管機(jī)前方的土壓力和地面沉降監(jiān)控情況確定。

        3.3 拔管施工技術(shù)

        3.3.1 反向千斤頂、鋼梁安裝

        拔管所需的T型鋼梁,采用兩根22#槽鋼背靠背拼裝成;拉桿采用鋼絞線,施工中拉桿著力點(diǎn)為整個(gè)管道中心偏下20cm。將200t液壓千斤頂拆除兩個(gè)反向安裝,形成一固定鉸接形式,保證鉸接千斤頂軸線與頂管軸線之間有一定的擺動(dòng)角度。采用裝配式后背墻,用方木、型鋼、鋼板等進(jìn)行組裝,緊貼井壁并有效固定,使頂力平均分配到工作井墻體上。

        3.3.2 拉桿鋼絞線安裝

        連接頂管與鋼梁間使用鋼絞線,鋼絞線安裝在管道內(nèi)的兩側(cè),同時(shí)為防止因鋼絞線彎曲影響傳力,在鋼絞線下方架設(shè)支架[1]。鋼絞線和鋼梁的連接則采用可拆卸式夾片錨進(jìn)行錨固,拔管完成一節(jié)進(jìn)行吊裝時(shí)要切斷鋼絞線,重新錨固。而鋼絞線和頂管機(jī)頭的連接則采用永久性擠壓套錨固。為保證鋼絞線不發(fā)生明顯的拉伸變形,根據(jù)受力情況確定鋼絞線數(shù)量,控制最大拉力在鋼絞線的75%張拉強(qiáng)度以下。

        3.3.3 灌料填充

        填充料選擇粉煤灰∶黃砂∶水泥=20%∶30%∶50%的比例調(diào)配而成,適量摻入水玻璃,增加粘附性和速凝作用。填充前在拔管軌跡上先成孔,壓入注漿管,利用砂漿泵填充,填充量按110%進(jìn)行,即每拔50cm,填充料為3m3。填充壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)節(jié),以相鄰孔冒漿為度,在預(yù)留洞口部位,填充管加密布置,確保該部位的填充壓密,如圖2所示。

        圖2 灌料填充和高壓旋噴樁示意圖

        3.3.4 地面沉降控制

        拔管過程將對(duì)管道周圍的土體產(chǎn)生擾動(dòng),使土體發(fā)生位移,土體的自身強(qiáng)度也將產(chǎn)生變化,從而造成了地面發(fā)生沉降,進(jìn)而波及到周邊管線。因此,在拔管過程中根據(jù)土壓力和沉降監(jiān)測(cè)等測(cè)量參數(shù)調(diào)整速度,速度嚴(yán)格控制在10mm/min以內(nèi),拔管中頂管機(jī)頭前同時(shí)灌漿,以保證周邊土體穩(wěn)定性。

        4 防治措施

        為確保頂管重新出洞和進(jìn)洞順利,考慮到井外土質(zhì)較軟或有流砂, 分別在工作井、接收井的出洞方向和進(jìn)洞方向外一定范圍,對(duì)整個(gè)主體進(jìn)行改良或加固,綜合現(xiàn)場(chǎng)情況,提出采用高壓旋噴樁措施,以提高這部分土體的強(qiáng)度,防止頂管進(jìn)出洞時(shí)塌方[2]。同時(shí)在工作井出洞口采取鋼板樁封洞、止水圈安裝的措施,視現(xiàn)場(chǎng)情況在井進(jìn)出洞口外采用井點(diǎn)降水措施,防止頂管機(jī)進(jìn)出洞時(shí)塌方、流砂,避免井外的泥水大量涌人井內(nèi)。

        4.1 高壓旋噴樁施工

        為防止拔管后井外土體及水流入洞內(nèi),并保證頂進(jìn)洞口工作面的安全,對(duì)在預(yù)留孔外沿井壁進(jìn)行止水帷幕施工。止水帷幕采用兩排高壓旋噴樁,成樁直徑50cm,樁之間搭接長(zhǎng)度10cm,梅花型布置,整個(gè)止水帷幕外包尺寸為0.9m×5m,如圖2所示。樁頂同沉井頂部標(biāo)高,樁底為管道底標(biāo)高下3m,注漿壓力大于20MPa,采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥,水灰比按1∶0.5,為提高樁體的早期強(qiáng)度,漿液中滲入適量早強(qiáng)劑。考慮到流砂影響和一次頂進(jìn)時(shí)拔樁后的孔洞部位成樁效果不理想,在該部位進(jìn)行“復(fù)噴”2次甚至3次噴漿成樁,“復(fù)噴”間隔時(shí)間以1h~2h為宜。

        4.2 鋼板樁封洞

        正常頂管機(jī)出洞時(shí),當(dāng)頂管機(jī)與止水橡膠法蘭充分結(jié)合后,將鋼板樁拔除。因?yàn)槭┕みM(jìn)度已滯后,考慮到拔管后要盡快進(jìn)行二次重新頂進(jìn),但高壓旋噴樁體的強(qiáng)度無法達(dá)到,為防止洞口外土體坍塌,對(duì)洞口采取保護(hù)措施,現(xiàn)場(chǎng)在填充后采用鋼板樁進(jìn)行封洞。為避免拔樁后再次擾動(dòng)洞口土體,二次頂進(jìn)前只將洞口部分鋼板樁割除,其余鋼板樁則廢棄在土體中。

        4.3 止水圈安裝

        由于在頂管機(jī)出洞時(shí)工作井洞圈直徑與頂管機(jī)外徑之間存在較大空隙,單邊間隙為60mm,因此在頂進(jìn)前,采用可調(diào)式壓板、橡膠圈和法蘭組成的止水裝置,結(jié)構(gòu)如圖3所示。最外圍安裝具有調(diào)節(jié)徑向密封間隙功能的鋼壓板。在頂管機(jī)出洞階段,由于機(jī)頭正面及機(jī)頭與墻體間隙均充滿高壓漿液,橡膠圈無法直接承受這樣的壓力,會(huì)向外翻出,導(dǎo)致洞口水土流出。此時(shí),通過調(diào)節(jié)鋼壓板使得鋼壓板內(nèi)徑與機(jī)頭表面保留5mm間隙,以有效地阻止橡膠圈外翻,保證出洞與頂進(jìn)過程中嚴(yán)密不漏水[3]。

        由于頂管出洞時(shí)覆土較深,水量大,采用兩道密封橡膠圈。橡膠圈足夠的彈性與韌性,在頂管機(jī)進(jìn)洞時(shí)與頂管機(jī)表面密切貼緊,同時(shí)不被撕裂,起雙重功效。并且要求密封圈足夠耐磨,保證頂進(jìn)中途不需更換。

        為了防止洞口滲漏,在兩道橡膠止水法蘭盤的中間預(yù)留注漿孔,緊急情況下可以壓漿堵漏。

        圖3 洞口密封示意圖

        4.4 井點(diǎn)降水

        在8#工作井破洞口時(shí)有大量流砂流入,發(fā)現(xiàn)采用高壓旋噴樁固化粉砂土體的止水效果并不理想,現(xiàn)場(chǎng)施工人員多次采用井下應(yīng)急堵漏搶破的方式,但會(huì)導(dǎo)致土體不均勻沉降,為了進(jìn)出洞施工安全,視情況采用井點(diǎn)降水措施,將水位降至坑底標(biāo)高以下1m。在降水過程中,由于地下水通過濾料、濾網(wǎng)及濾管時(shí)均有水頭損失,因此降水時(shí)存在井損現(xiàn)象。一般情況下,地層滲透系數(shù)越大井損越小;在砂性土中井損一般在5m~6m,粘性土層中井損一般均大于10m。本工程地質(zhì)為砂質(zhì)粉土層,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)取井損為8m,考慮井底設(shè)置1m沉淀管,洞口兩側(cè)各兩口降水井,共布置4口降水井。

        5 二次頂進(jìn)

        在二次頂進(jìn)施工前,對(duì)未頂進(jìn)的路線進(jìn)行詳細(xì)補(bǔ)勘,探明前方土層的地質(zhì)情況,以確保在復(fù)頂時(shí)能夠順利貫通。二次頂進(jìn)的關(guān)鍵是要保證頂進(jìn)管道的軸線度,因此,頂進(jìn)前做好測(cè)量與方向控制、檢查靠背及導(dǎo)軌鋪設(shè)安裝,并針對(duì)填充物為高濃度狀的砂漿,二次頂進(jìn)以悶頂為主,以頂管工具管正面的壓力逼干前方土體,以提高前方土體承載力。

        6 結(jié)語(yǔ)

        本文詳細(xì)論述了頂管出洞發(fā)生磕頭后,采用反向拔管的施工處理方案和合理的防治措施,二次出洞后頂進(jìn)順利,取得了較好的效果。實(shí)踐證明,采取該方案后未發(fā)生地面沉降報(bào)警,可為今后頂管工程遭遇障礙物無法頂進(jìn)需退管的類似情況提供借鑒。其中,頂管進(jìn)出洞是制約頂管頂進(jìn)的關(guān)鍵工序,未采取防治技術(shù)措施,將有可能造成頂管頂進(jìn)的質(zhì)量和速度,甚至造成頂管失敗。為此建議頂管進(jìn)出洞施工前應(yīng)認(rèn)真查看分析地質(zhì)勘查報(bào)告,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的地層檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與勘查資料不符時(shí),方可及時(shí)采取有關(guān)防治措施,確保頂管作業(yè)順利進(jìn)行。

        [1] 馬敬豹,蘇現(xiàn)月.混凝土排水管道退管施工工藝[J].施工技術(shù),2016,6(45):530-532.

        [2] 郭杰陽(yáng).大口徑泥水平衡頂管進(jìn)出洞技術(shù)措施[J].福建建筑,2012(11):87-89.

        [3] 郭杰陽(yáng).超深覆土頂管出洞施工技術(shù)[J].凈水技術(shù),2012,31(3):74-77.

        Discussion on Treatment for Front End Sinking and Starting/Outgoing Measures of Large-diameter Slurry Balance Pipe Jacking

        WANGFan

        (Fuzhou Outdoor Advertising and Night Lighting Landscape Construction Management Office,Fuzhou 350001)

        The starting/outgoing in the pipe jacking machine are the key procedures in the pipe jacking engineering, which directly decide the success of pipe jacking. The article introduces the treatment measures for the "front end sinking" phenomenon occurring when the large-diameter slurry balance pipe jacking machine outgoes during the pipe jacking construction of outer pipe network of Fuzhou Yangli Sewage Treatment Plant, analyzes on the reason for "front end sinking" of the pipe jacking machine, proposes the pipe pulling treatment scheme, construction process and technology, and describes the detailed prevention measures for starting/outgoing.

        Slurry balance pipe jacking; Front End Sinking;Starting/Outgoing

        汪帆(1980.2- ),男,工程師。

        E-mail:4077017@qq.com

        2017-03-17

        TU991

        A

        1004-6135(2017)06-0118-03

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