(中鐵四局集團有限公司城市軌道交通工程分公司 安徽 合肥 230000)
城市地下管線是城市賴以生存和發(fā)展的基礎,隨著城市化發(fā)展和人們對環(huán)境保護意識的增強,地下管線埋設采用頂管技術已越來越普遍。頂管施工具有不需要開挖面層,就能穿越河道、海峽、公路、鐵路和地面建筑物等,在穩(wěn)定土層和環(huán)境保護方面凸顯優(yōu)勢。在管道建設中有著非常廣泛的應用前景。另外為了保障城市供水安全,一些重要工程不可避免地要采用雙排平行頂管,而雙排平行頂管在施工實踐中應用相對較少,施工中需考慮雙排平行頂管相互影響等問題。
北京市南水北調配套工程通州支線工程施工第二標段穿越通惠排干、通惠灌渠采用φ1800雙排平行鋼管頂管施工。穿越河道雙排頂管長度為164m,頂管管道中心間距4.1m。施工中需穿越2處河道及一處燃氣管線、兩處市政管線。穿越河道覆土深度平均為5m,施工條件復雜,施工工期短,施工難度大,對地面沉降要求高。
場區(qū)地層為第四系上更新統(tǒng)通縣組上段(Q3t)。地層以河湖相沉積為主,巖性表層人工填土,其下主要為粘性土、粉土、砂和圓礫。
(一)頂管設備選型。泥水平衡頂管機適用地質范圍廣,在地下水壓力很高、地質變化范圍大等土質條件下均適用;另外可有效地保持挖掘面的穩(wěn)定,對所頂管道周圍的土體擾動比較小,引起地面沉降比較小,且挖掘面穩(wěn)定,不會造成地面沉降及各種公用管線的安全;泥水輸送棄土為連續(xù)作業(yè),因而大大提高了推進速度,可有效縮短施工工期;可集中控制,能減少施工人員;輔助設備的通用性強等優(yōu)點。依據(jù)本工程地質情況及工期要求,本工程采用DN1500泥水平衡頂管機。
(二)雙排平行頂管間距的控制。由于本工程工期緊迫,防腐鋼管頂管施工工藝復雜,采用雙排平行前后同步頂進的先進技術,可有效縮短施工工期??紤]到先行管道因糾偏所引起對側向土體的擾動因素,以及頂管機無注漿孔,其側壁摩擦剪力對側向土體的擾動因素,因此兩管道前后錯位縱距的合理確定,對于減少兩管相互干擾和影響及管間土體的擾動至關重要。
(三)頂管機出洞控制。頂管機出洞前要根據(jù)地層情況,設定頂進參數(shù)。開始掘進后要加強監(jiān)測,及時分析、反饋監(jiān)測數(shù)據(jù),動態(tài)地調整頂管機掘進參數(shù)。
(四)頂進過程中軸線控制。本工程頂管距離長,管徑小,同時管道內管道泵、通風管、進排水管等施工設施占去兩側空間,測量有效凈空更小,依靠常規(guī)經(jīng)緯儀直接讀數(shù)的方法在本工程中無法實現(xiàn);另一方面,由于頂管施工的特殊性,管內不能設置固定點,每次測量均必須從設置于工作井內的基準線開始;日常偏差測量是頂進軸線沿設計路線頂進的保證。
(五)注漿減摩。在頂管施工中頂力控制的關鍵是最大限度地降低頂進阻力,減阻的方法有打蠟和注漿。
1.材料要求。選擇優(yōu)質的觸變泥漿材料,對膨潤土取樣測試。主要指標為造漿率、失水量和動塑比。減摩泥漿采用觸變泥漿,該漿液性能穩(wěn)定,且有良好的觸變性,又有一定的稠度。施工過程中,泥漿應保證不失水、不沉淀、不固結,泥漿的配比應根據(jù)不同的地質情況作相應的調整,使泥漿適應土層的特性,起到預期的減摩效果。
2.注漿孔布置。每節(jié)管材壓漿孔3只,呈120度角一個??趶?2mm。管壁外壓漿孔覆蓋DN25止回閥,內壁壓漿孔采用DN25外接頭。為保證形成良好的泥漿套,頂管機頭后前5節(jié)管每節(jié)都連接注漿管用于連續(xù)注漿,而后每隔一節(jié)連接注漿管進行補充注漿,每個中繼間處均布置注漿孔。每個注漿斷面采用1寸軟管連接。每個注漿孔設置1個1寸球閥,每組注漿孔設置1個總閥門。為保證泥漿套的完成,根據(jù)我公司積累的注漿經(jīng)驗,每60m設置在壓漿孔上布置一個自行設計定制的漿液監(jiān)察孔,漿液監(jiān)察孔上安裝監(jiān)察計,并隨時進行監(jiān)察,以實現(xiàn)漿液平衡,優(yōu)化注漿,注漿過程中對監(jiān)察孔需及時跟蹤觀察。
(六)鋼管組對、焊接與防腐施工。本工程中頂管采用防腐鋼管,鋼管及防腐由鋼管制造廠制造。鋼管焊縫質量等級為一類焊縫?,F(xiàn)場管道對接完成后需要進行嚴格焊接,焊接完成后施工現(xiàn)場對焊管環(huán)縫在外觀質量檢查合格后,再進行超聲波及射線無損檢測。焊接完成后,鋼管對接接口需現(xiàn)場進行外防腐施工,外防腐采用環(huán)氧樹脂玻璃布,厚度大于10mm。因防腐鋼管施工工藝復雜,頂管完成后,防腐施工間隔時間較長。本工程實踐證明:采取雙排平行頂管,并合理安排左右線頂進、焊接、檢測及防腐施工,對于縮短施工工期效果尤為明顯。
(七)頂管接收措施。出洞時由于工作井洞外泥水流失過多,造成出洞時工具頭因自重太重而下磕,為防止這一現(xiàn)象產(chǎn)生,采取以下措施:
⑴調整后座主推千斤頂?shù)暮狭χ行?,出洞時觀察工具頭的狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)下磕趨勢,立即用后座千斤頂進行糾偏。由于距離較短。這一方法效果會非常明顯。
⑵為防止掘進機出洞時產(chǎn)生叩頭現(xiàn)象,采用延伸導軌。
⑶根據(jù)土質和地下水位,在進出洞口里安裝橡膠止水法蘭。
⑷由于泥水平衡頂管機自身較重,機頭完全頂進后尾部沒有配重容易下磕,因此將第一節(jié)鋼管與機頭采取剛性連接,克服下磕現(xiàn)象。
(八)雙排平行頂管減少擾動措施。本工程采用雙線并排設計,中心間距4.1m,施工時,首先頂左線管道,然后再頂右線管道。頂右線管道時,容易對左線管道產(chǎn)生影響,特別是管道糾偏所引起對側向土體的擾動,影響土體的整體穩(wěn)定性,易造成地面沉降。
應對措施:
⑴頂進右線管道時,加強地面沉降監(jiān)測,發(fā)生報警后,立即停止頂進,調整泥水壓力及膨潤土注漿壓力,放緩頂進速度。
⑵頂進過程中,嚴格控制泥水壓力,確??刂颇嗨畨篜±20KPa的范圍內,以達到不會使土體產(chǎn)生隆起及沉降的可能,這樣就是減少對左線管道的影響,同時加強沉降觀測,根據(jù)觀測數(shù)據(jù)及時調整泥水壓力。
⑶頂進右線管道時,頂進速度適當放慢。
⑷嚴格控制好觸變泥漿注漿量及注漿壓力,避免影響左線管道。
(九)沉降控制措施
⑴地表沉降監(jiān)測點??v向地表測點沿頂進軸線設置,始發(fā)100m范圍內,沿管道軸向每20m布1個斷面,其余地段,每30m布1個斷面,每個斷面布設測點5個。每個區(qū)間水準基點數(shù)量不少于2個,分別布設在工點兩側,并定期進行校核,防止其自身發(fā)生變化,以保證沉降監(jiān)測結果的正確性。水準基點在沉降監(jiān)測的初次量測前不少于15天埋設。
⑵地下管線沉降監(jiān)測。頂管施工必然引起不同程度的土體擾動,從而造成地下管線產(chǎn)生變形,因此對頂管穿越的砼結構類管線(如雨水、污水管)及壓力管線(如自來水、煤氣管線)作為本次監(jiān)測對象。每個監(jiān)測斷面布置5個點,根據(jù)應力影響線影響范圍,間距均勻布置,間距按照6m。
⑶嚴格控制糾偏量,以減少糾偏對土體的擾動而產(chǎn)生的沉降。
⑷控制頂管機推進速度與出土體積,保持連續(xù)施工。
⑸控制好頂進時的注漿量及注漿壓力,注漿結束后不要急于撤除注漿設備,對管壁外側進行水泥漿置換,以填充管壁外觸變泥漿固結后體積縮小產(chǎn)生的空隙。
伴隨著城市化進程的加快,人口數(shù)量增加,為了減少施工速度和土地的占用,在很多地下管道施工中雙排頂管的施工工藝得到了更廣泛的應用。在未來的頂管施工,水平和施工工藝都會逐步提高,會進行科學組織,整理出整套的大口徑頂管的施工方法,為頂管在工程建設中的普遍應用提供完整的經(jīng)驗。相信頂管法施工必將成為一種大趨勢。