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敝开式顶管机新管幕法施工顶进工序及纠偏技术-j9九游会网站

  • 2022-12-12

  • 运营部

随着经济的高速发展、人口的快速增加以及城市规模的急剧扩张,城市交通已日趋拥挤。为缓解不断增大的交通压力,降低对城市道路、管线、建(构)筑物的影响,暗挖工艺逐渐成为在复杂环境下修筑地下结构的首选。作为暗挖工艺的一种,管幕法对施工空间及周边环境的影响较小,该工艺常用于下穿己建高速公路或铁路线的地道施工中。

下穿太原火车站采用新管幕法施工,属于首次将新管幕法应用于下穿特级火车站,利用大直径的顶管施工,在钢管内进行钢管切割、支护、焊接、钢筋绑扎、混凝土浇筑施工,形成全部或部分永久钢筋混凝土结构,在此永久钢筋混凝土结构的支护下,进行暗挖结构土方开挖,最终完成全部地下结构,是一种全新的支护结构一体化设计形式。本文针对敝开式顶管机的顶进工序及纠偏技术进行研究和探讨,控制掘进过程的方向,减少对盾体周边土体的扰动。

1 工程概况

太原市迎泽大街下穿火车站通道工程是迎泽大街东延的控制性工程,分为南北两个通道,北通道管幕段全长102.5m,南通道管幕段全长107.5m。南北通道各20根管道。车行通道管幕结构采用φ2m钢管,壁厚为20mm。车行通道顶、底板处各布置7根钢管,左右侧墙各布置3根钢管,共计20根,钢管间距为165~265mm。

以地勘、物探报告及太原站站改资料作为不同地层条件下顶进设备选型依据,上部杂填土地层中采用敝开式盾构机,下部新黄土地层中采用土压平衡式盾构机施工。敝开式顶管机计划顶进顺序为:a1、a3、a5、a7、a20、a2、a4、a6、a8,土压平衡顶管机计划顶进顺序为:a11、a13、a17、a15、a19、a18,a16,a14、a12、a9、a10。

2 环境特点

本工程位于山西省太原市,气候四季分明,因冬季寒冷干燥、夏季炎热多雨,对于施工影响较大,冬季需采取保温措施防止注浆管、水管等上冻,夏季需在机房配置空调等设备,防止动力泵站等机器运行时温度过高。

3 地质特点

由于太原火车站经过5次大型、20多次小型站改,站内对管幕施工有影响的障碍物较多,浅地层中存在混凝土灌注桩、挡墙、雨棚基础、废弃的接触网柱基础、轨枕、钢轨、电缆管线等大型障碍物,对顶管施工影响极大,故管幕上部不含地下水区域采用敞开式顶管机掘进施工。

4 敝开式顶管机顶进工序

4.1 始发

4.1.1 平台搭设及调整

根据始发洞口孔口管与工作井底板标高实际高差,安装平台支座,测量平台标高加以调整,复核平台标高,固定平台。

4.1.2 变径法兰及始发密封安装

孔口管法兰、变径法兰、始发密封三者之间应该严丝合缝,防止顶进过程中注浆出现漏浆情况,特别是孔口管和变径法兰,之间,如无法密合,应在内侧抹上一层水不漏或其他堵漏材料。始发密封如图1所示。


 

4.1.3 导轨压力板顶进架安装

导向架及压力板安装一定要严格按照测量队所给轴线安装,误差不应大于10mm,否则会影响油缸受力,从而影响顶进方向并可能影响旋转角度纠偏,压力板与后背墙间隙用灌浆料填实。

4.1.4 激光发射器安装

钢管顶进施工过程中,采用uns激光导向系统24h全程监控及时纠偏,增设偏转传感器及时监测,调整转动方向,增加配重防止机头偏转。激光发射器是顶管定位准确的核心,一旦激光出现偏差,会直接影响操作手的判断,导致顶进方向改变,因此在顶进过程中,要勤测勤纠激光,在安装激光发射器时,杜绝将激光发射器固定或间接连接在压力板上,因为压力板可能会因为受力而产生轻微变形或颤动。

4.1.5 操作面板管线安装

油管安装时,应确保安装连接到位,不能出现油路卸压情况。信号线等线路连接应压紧,否则机器会无法正常运转。

4.1.6 始发时盾体状态

始发前,应将盾体内清理干净,电子元件应吸尘,两道较接处应填充黄油,顶管机初进洞时,应处于抬头状态,顶进过程中尽量使机器处于微抬头状态。

4.1.7 安装承插管

皮带机事先安装在承插管内,顶管机前中盾顶进土层,确认盾尾与顶环距离,下承插管,承插管与盾尾通过12个50高强度螺栓连接,开采的渣土通过皮带机运至后方渣土车内。

4.1.8 始发结束

顶管机完全进入土层,始发结束。

4.2 顶进

4.2.1 钢管焊接

除盾体与承插管,承插管与插管间采用高强度螺栓外,其余钢管均采用焊接工艺,焊接时,应先打底后进行二次焊接,保证焊接部位无缝隙,焊接完毕后,焊接部位不得存在突起、毛刺等,以避免顶进过程钢管出现裂缝。

4.2.2 顶进速度

正常掘进时控制顶进速度,速度不宜过快,刀头插入土体不宜太浅,防止掌子面土体坍塌,使非掌子面区域出现孔洞,刀头插入也不宜过深,否则会影响顶进方向和旋转角度。

4.2.3 注浆

顶进过程中应及时注浆,使钢管与土体之间的空隙被膨润土泥浆填充,以减少地面沉降。停止顶进时应循环注浆,及时补浆,通过检查钢管内二次注浆孔流浆程度判断管壁外侧注浆情况,查看是否需要继续补浆。注浆应控制膨润土粘稠度、静置时间、注浆压力、注浆量(注浆频率)。

4.3 接收

通道顶通前提前搭设接收平台,平台不得高于既定值,可,稍微偏低1~2cm,接收密封安装时,密封的螺栓要上紧上全,密封、变径法兰、孔口根部接缝处用水不漏封堵。

4.4 泥浆置换

钢管顶进完成与承插管全部进入接收井内后,立即开始泥浆置换准备及贯通测量,及时用双液水泥浆置换触变泥浆并填补空隙。

泥浆置换时,用混合器混合水灰比1:11水泥浆及相同体积的水玻璃液(水玻璃:水为1:11)后将其注入,更换注浆口的时间应控制在1min内,否则将会堵塞注浆管。

注浆口为2m/环,每环3个注浆孔,注浆应编组进行,每节管的出浆孔与相邻的两个注浆孔作为一组,逐组进行,直至全部注完。注浆顺序为:从接收井第一节管依次向后压注,压注每一节管时,应将本节钢管进浆孔、出浆孔(出浆口上连接适当软管并引入跟随的出土小车内)以及下节钢管进浆孔打开,其他管的进浆口及出浆口关闭,打开注浆泵向管内注浆,使原有管路中的触变泥浆在水泥浆的压力作用下,从本管节3个出浆孔中溢出,关闭下节进浆阀,继续向注浆管内注浆,3个出浆孔均溢出水泥浆后,关闭出浆孔并继续注浆(压力不得大于0.2~0.5mpa,以地表不冒浆为准),确保周边空隙全部被水泥浆填充。

出浆口排浆时,尽量保持一定的排浆时间,排浆均匀,压力稳定。所有注浆全部完成后,应关闭所有注浆阀门,保持静态保压至水泥初凝。浆液初凝后进行二次注浆,注浆方法同第一次注浆,压力大于第一次注浆压力,保证填充密实。

5 纠偏

5.1 方向纠偏

通过四个较接油缸伸缩配合控制刀头,油缸自右上、右下、左下、左上为1、2、3、4号油缸。

如果顶进过程中出现较接油缸压力过大的情况,应当稍微挖开对应油缸处的掌子面,观察前方土质情况:当盾体偏上时,应使1、4油缸伸出距离大于2、3油缸,缓缓低头。

当盾体偏下时,应使2、3油缸伸出距离大于1、4油缸,缓缓抬头。

当盾体偏右时,应使1、2油缸伸出距离大于3、4油缸,缓缓向左。

当盾体偏左时,应使3、4油缸伸出距离大于1、2油缸,缓缓向右。

对于纠偏,要坚持“三纠”原则,即早纠、少纠、勤纠:

早纠:机体开始偏离主轴线,应注意控制四个油缸伸出量,及时纠偏,一旦偏离趋势过大或回纠困难,将会产生较大偏差。

少纠:调整方向时,不宜大幅调整,应及时回纠偏,防止纠偏过量,出现反方向偏差,导致钢管左右、上下活动扰动土体,引起地面沉降,如当机体右偏2cm时,向左纠偏1cm即可回纠刀头,待刀头、盾体、标靶处于同一直线后,根据其偏差再次做出调整。

勤纠:在少纠偏的基础上勤纠偏,即减少每次纠偏量,增加纠偏次数,以避免出现钢管上下起伏、左右弯曲的情况。

5.2 旋转角度纠偏

5.2.1 旋转角影响

机体旋转度会影响操作手对机器的操作,影响方向纠偏。当旋转角度过大时,油缸位置发生变化,导致伸缩油缸无法达到指定效果,造成机体方向调节不便,同时,当机体旋转角度达到一定值时,电脑无法计算出机体准确的偏差值,导致显示结果与实际偏差值不符,影响操作手对方向纠偏的掌握。

5.2.2 旋转角控制

旋转角控制有三种常用方法:

(1)开挖土体

当机体向右旋转时,可稍微多开挖掌子面左边土体,减小左边土体对刀头的压力,从而使机体向左回转。

(2)调节较接油缸

当机体向右转时,使1、4油缸伸出距离大于2、3油缸,使刀头右边受力大于左边,从而使机体向左回转。

(3)添加配重

敝开式顶管机机体本身因为左边配有液压油箱、电机等部件,导致机体本身左部比右部重,所以在右部操作手座椅后方加有固定配重。

本工程由于机器较小,所以可通过增加机体左右两边重量的方式,以调节机体旋转角度,当顶进里程较短时(50m以内),在后方钢管对应侧添加配重,这样效果较好:当顶进里程较长时,后方添加配重效果逐渐减小,此时可在盾尾和承插管交接处往后逐次添加。

6 结语

太原市迎泽大街下穿火车站通道建设工程采用了新管幕法进行施工,在国内尚属首次。太原站作为百年老站,站内轨道多、站台多,通行火车量大,管幕段施工区域上部为杂填土地层,站内对管幕施工有影响的障碍物较多。敝开式顶管机解决了障碍物清除的问题,在施工中加强顶进过程的监控量测,熟悉掌握敝开式顶管机的纠偏技术,减少了对火车站内的轨道及建筑物的影响,以最终达到预期的效果。新管幕法在下穿太原站施工中的成功应用,为今后类似超浅埋下穿工程提供了相应参考。

 

本文由唐兴装备整理自《敝开式顶管机新管幕法施工顶进工序及纠偏技术》刘成龙,转载请注明出处,如有侵权请联系删除。

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