大直径混凝土顶管出洞的关键施工技术.pdf
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1、大直径混凝土顶管出洞的关键施工技术 K e y C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y o f P i p e - J a c k i n g o u t o f Ho l e f o r L a r g e Di a me t e r C on c r e t e P i pe s 徐冬宝 上海市城 市排 水有限公 司 上海2 0 0 2 3 3 摘要:顶管进出洞技术是顶管工程施工的关健技术。结合上海市污水治理白龙港片区南线输送干管工程2 2 标段项管工 程 实践 ,对 目前国 内最大直径混凝土顶管 出洞施工的关键技术 后靠背制作 、洞 口土体
2、 加固、洞 口止水及 防止顶 管 磕头 的一些施工措施等进行 了较详细的总结与论述。 关键词 :大直径混凝土顶管 项管出洞 顶管后靠背 洞 口土体加固 洞 口止水 中图分类号 :T U 9 9 1 O S 文献标识码:B 文章编号:1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 3 1 8 - 0 3 1 工程概况 上海市污水治理 白龙港片区南线输送干管2 2 标段顶管 工程 ,为外环8 井至迎宾3 井之间的输送总管 ,西 临申江 路立交 ( 外环8 顶管工作井 ),东临唐黄路 ( 迎宾3 接收 井 ),总长7 8 9 0 7 1 m。 本工程为双管 ,采用顶管法施工,管道
3、材质为钢筋混 凝土顶管 ,每节管的长度为2 5 m。管道 内径4 0 0 0 mm, 外径4 6 4 0 mm,为国内最 大直径顶管 ,且单次顶进长度 达2 0 3 9 8 2 m,亦为同直径最长距离顶管。顶管所穿越 的 土层主要为l 4 ) 层淤泥质黏土和 1 灰色黏土,该土层分布 稳定 ,厚度较厚 ,但土质较差 ,呈流塑状 ,高压缩性 ,高 灵敏度,抗剪强度c k = 1 0 k P a , k = 1 0 S o C,承载力特征值 f a = 5 2 k P a,比较适合顶管施工 ,但 由于混凝土管节及工具 管自重较大 ,土体相 当较软 ,顶管进出洞和轴线控制难度 相应增大,易发生各种失
4、稳问题。 本工程采用 6 4 0mm土压平衡工具管,质量约1 5 2t , 在出洞过程中 ,由于外部土体经过下沉过程的扰动 ,且水 土压 力 尚 未建 立 ,浮 力几 乎 为零 ,会 使得 顶 管 工具 头 出洞 以后在工具管运行振动 的情况下产生磕头现象 ,如果不采 取措施 ,会使得工具管越项越低 ,甚至无法控制。而迎宾 1 井还需向工作 井两端顶进 ,且顶进的两个方向还不在一 条轴线上 ,两个顶进方向上都 会预留洞 门,在 向其 中一个 方向项进时 ,其后靠背必然会封堵住另一个方向的洞 f - j , 当其中一个方向项进完成 ,开始向另一个方向项进时 ,需 要拆除封堵住另一个方向的后靠背
5、,这对该工作井两个方 向的顺利出洞提出了更高的技术要求。 作者简介 :徐冬宝 ( 1 9 6 0 一 ),男,大专,工程师。 通讯地址 :上海市徐汇区宜山路 1 1 2 1 号 ( 2 0 0 2 3 3 )。 收稿 日期 :2 0 1 3 - 0 2 0 4 3 1 8 f 建 筑 施 工第 3 5 卷第 4 期 2后靠背制作 后靠背制作是保证项管正常顶进很关键的一项技术措 施。对矩形工作井中直角出洞 口的顶管,可直接将工作井 壁 当后靠背 ,不必再做后靠背 ,只靠井壁位置放置后靠顶 铁 即可;对圆形工作井向一个方向顶进和两个方向顶进在 一 条轴 线上 ,其后靠背设置也比较容易 ;但对圆形工
6、作井 向两个方向顶进 ,且顶进的两个方向不在一条轴线上 ,要 保证后靠背工作面与项进轴线成直角 ,其后靠背 的设置有 一 定的难度 ,故对于井内后靠背的布置要求较高。 迎宾 1 工作 井担 负着长为5 7 6 5 m的顶管任务 ,洞 口 以及后靠背 的可靠性及稳定性不但直接影响到 出洞施工是 否顺利 ,还影响到整个顶管施工 的质量和安全。由于迎宾 1 工作井东西两方向作业面不在一条轴线上 ,顶管存在约 1 6 3 。 的夹角 ,这对于超大直径 、超长距离顶管来说存在较 多困难 :一方面 ,上一阶段顶管的出洞 口要在下一阶段成 为后靠背 ,在非直线对称的情况下保持后靠背的强度及稳 定性较为困难
7、;另一 方面,需要针对性的解决管节与井壁 非垂直正交带来的止水难题等。 针对以上问题 ,由于单根顶管顶 力最大达1 4 0 0 0 k N, 迎宾1 工作井为双线并行项进 ,最大顶力可达2 4 0 0 0 k N, 后靠背须以考虑整体稳定性为原则。为满足该工程大直径 顶管顺利出洞及后续顶进施工,后靠背应在 强度及 刚度满 足顶管施工要 求的前提下 ,便于安装 、拆卸 ,且经济 合 理。为此 ,特将迎宾1 井的后靠背创造性的采用 了便于拆 卸、可重复使用 的预制混凝土装配式顶管后座 ,如图1 所 不0 后靠背分预制模块一及模块二 ,以一定的间隙分层叠 放并通过模块上 的预埋件焊接在一起。待安装并
8、经测量调 整到位后 ,在模块与井壁 间注入c 3 0 混凝土,使模块组成 的后靠背与井壁连成一体。按井 内行车起重能力 (3 0 t) 徐冬宝:大直径混凝土项管 同的关键施工技术 图1 后靠背示意 及结构要求,模块一及模块二每层高度设计为 0 6 6 6 m,分 别预制9块。 3 洞 口土体 加固 顶管工具头的出洞是顶管施工 的关键节点 ,应确保顶 管机正常地从非土压平衡工况向土压平衡工况过渡 ,从而 达到控制地面沉降,保证工程质量的目的。 3 1 外 围围护 外 围深层 搅 拌桩 加 固应 搅拌 均 匀 、搭接 良好 ,考 虑到围 护的隔水帷 幕作用 ,加 固范围为沉 井井壁外4 m 封 闭
9、布置 ,加固深度 为地 面至沉井 刃脚 以下5 m。使用 0 8 5 0 mm的s Mw三轴水泥搅拌桩施工 ,桩间 E 6 0 0 mm, 搭接长度2 5 0 mm,水泥掺量2 0 ,内插H 型 M 7 0 0 mm 3 0 0 mm1 3 m m2 4 mml 2 0 0 mm布置。本工程沉井外 围皆须施做水泥深层搅拌桩作围护,且 皆为封闭布置。 3 2 洞 口土体 加 固 在工作井洞 口外采用水泥深层桩对土体进行改良,以 提高土体 自立性 以及承载力。本工程顶管机总长8 1 4 m, 在工具管重心顶 出外 围围护前须保证项管机 处于 一个稳 定、均匀且有足够强度 的水泥土范围内,使得顶管能
10、够平 顺地顶出,并为顶管前期的走向提供一个 良好的开局。因 此,洞 口范围外 围的围护至井壁间的空间均采用深层搅拌 桩对土体进行改 良。其加固范围及参数如下 : ( a) 加固范围: 加固宽度 :南北线洞 口外侧延伸3 r r l ( 加固边线距离 洞 口外边缘3 m ); 加固长度:沉井外壁沿轴线向外延伸8 m范围 加固深度 :地面 洞 口下边缘 以下3 m范围。 ( b)加固参数 : 桩身:0 8 5 0mmS MW-轴水泥搅拌桩; 桩间距 :6 0 0 mm,搭接长度 2 S 0 mm; 水泥掺量:使用P O 4 2 5 级普通硅酸盐水泥: 其中:地面一1 6 9 m,水泥掺量1 2 ;
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