一、《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》應(yīng)執(zhí)行《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB 50268—97;《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)范》JGJ 81—2002、5218—2002、上海市工程建設(shè)規(guī)范《市政地下工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》DGJ 08—236—1999、上海市標(biāo)準(zhǔn)《市政排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》DBJ 08—220—96,除此以外,在施工中還應(yīng)滿足以下質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):
1.鋼管幕頂進(jìn)的高程和中心偏差控制在±3厘米以內(nèi),鋼管幕偏轉(zhuǎn)角度控制在士2℃以內(nèi)。
2.箱涵頂進(jìn)的高程和水平偏差在±5厘米以內(nèi)。
3.箱涵頂進(jìn)的地表降起控制在3厘米以內(nèi)。沉降控制在4厘米以內(nèi)。
二、《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》在施工中還應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理:
1.技術(shù)管理
成立由技術(shù)員組成的施工技術(shù)組,由技術(shù)總工負(fù)責(zé),具體職責(zé)為:監(jiān)督施工參數(shù)的實(shí)施、根據(jù)施工情況及時(shí)調(diào)整施工參數(shù);處理施工中出現(xiàn)的異常情況。
2.質(zhì)量管理
成立由操作班長(zhǎng)和質(zhì)量員組成的質(zhì)量組,由質(zhì)量工程師負(fù)責(zé),具體職責(zé)為:建立質(zhì)量安全保證體系和方針目標(biāo)工作流程圖。嚴(yán)格檢驗(yàn)各工序,尤其是對(duì)隱蔽工程,必須同監(jiān)理工程師配合、嚴(yán)格檢查,每道工序均需簽字驗(yàn)收后方可進(jìn)行下道工序施工。嚴(yán)格各項(xiàng)施工材料合格證的把關(guān)制度。
《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》鋼管幕頂進(jìn)及注漿施工的主要設(shè)備見表1、表2,箱涵頂進(jìn)主要設(shè)備見表3。
序號(hào) |
名稱 |
規(guī)格 |
數(shù)量 |
1 |
SJ型泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī) |
D800 |
8臺(tái) |
2 |
泥水管路系統(tǒng) |
D1000 |
8套 |
3 |
注漿管路系統(tǒng) |
G1" |
8套 |
4 |
主頂進(jìn)系統(tǒng) |
╱ |
8套 |
5 |
鋼墊塊 |
╱ |
8套 |
6 |
鋼導(dǎo)軌 |
╱ |
8套 |
7 |
龍門吊 |
20噸×5噸 |
2臺(tái) |
8 |
激光經(jīng)緯儀 |
╱ |
8臺(tái) |
9 |
水準(zhǔn)儀 |
╱ |
8臺(tái) |
10 |
低壓配電系統(tǒng) |
╱ |
8套 |
序 |
名稱 |
規(guī)格 |
數(shù)量 |
1 |
液壓注漿泵 |
SYB50/50 |
2臺(tái) |
2 |
壓漿軟管 |
G1" |
300米 |
3 |
泥漿攪拌機(jī) |
5M200 |
1臺(tái) |
4 |
貯漿簡(jiǎn) |
2立方米 |
1只 |
序號(hào) |
名稱 |
規(guī)格 |
數(shù)量 |
1 |
網(wǎng)格工具頭 |
34.2米×7.85米×1.3米 |
1臺(tái) |
2 |
主頂液壓油缸 |
2500千瓦×1700千瓦 |
112臺(tái) |
3 |
主頂液壓泵站 |
╱ |
10臺(tái) |
4 |
液壓注漿泵 |
SYB50/50 |
13臺(tái) |
5 |
泥漿混配系統(tǒng) |
M2000 |
2臺(tái) |
6 |
貯漿筒 |
5立方米 |
13只 |
7 |
注漿管路 |
G2" |
2000米 |
8 |
龍門吊 |
20噸×5噸 |
2臺(tái) |
9 |
履帶式挖掘機(jī) |
0.6立方米 |
4臺(tái) |
10 |
土方車 |
15噸 |
4臺(tái) |
11 |
頂塊 |
1.4米×1.5米×2.4米 |
165塊 |
12 |
軸流風(fēng)機(jī) |
╱ |
2臺(tái) |
《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》適用粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土和黏土等地層的大斷面地下通道工程,尤其對(duì)淺埋式不能明挖的大斷面或超大斷面地下通道施工更具優(yōu)勢(shì)。例如穿越鐵路、高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道等的大型下立交工程。
《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的工藝原理敘述如下:
一、鋼管幕
鋼管幕形成縱向具有一定剛度的管幕梁,當(dāng)箱涵網(wǎng)格的迎面推力小于主動(dòng)土壓力時(shí),地面產(chǎn)生沉降。在此工況下,由于上排管幕能分擔(dān)部分上覆土荷載,可以減小開挖面的土壓力并且抑制地表沉降;當(dāng)網(wǎng)格箱涵的迎面推力大于被動(dòng)土壓力時(shí),地表變形為隆起,在此工況下鋼管幕的作用又表現(xiàn)為抑制地表變形。
四周密封的鋼管幕切斷地下水通道,使得管幕內(nèi)土體自由水得不到補(bǔ)充,有利于開挖面穩(wěn)定。
二、箱涵頂進(jìn)
利用軟土地層時(shí)空效應(yīng)原理,箱涵網(wǎng)格在擠土推進(jìn)時(shí)能在開挖面前端形成土拱,充分發(fā)揮土體的抗剪強(qiáng)度,減小了網(wǎng)格處土壓力。土壓力通過網(wǎng)格與土體接觸面的摩擦力平衡。
網(wǎng)格內(nèi)不挖土的擠土推進(jìn)工藝使地面隆起。網(wǎng)格內(nèi)適當(dāng)挖土又使得地表發(fā)生沉降,通過不同的推進(jìn)工藝和挖土量可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)地表變形,使其在容許的范圍波動(dòng)。
工藝流程
《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的箱涵頂進(jìn)總體施工流程見圖1,鋼管幕施工流程見圖2,箱涵頂進(jìn)施工流程見圖3。
操作要點(diǎn)
《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的操作要點(diǎn)如下:
一、鋼管幕頂進(jìn)施工要點(diǎn)
1.鋼管幕頂進(jìn)高精度方向控制(圖4)。
必須采取有效的措施保證鋼管幕頂進(jìn)精度,否則影響鋼管之間的閉合、嚴(yán)重時(shí)會(huì)阻礙箱涵推進(jìn)施工,為此應(yīng)注意以下要點(diǎn)。
1)激光反射誘導(dǎo)裝置:在掘進(jìn)機(jī)內(nèi)配備了反射形方向誘導(dǎo)裝置(RSG),利用激光發(fā)射點(diǎn)把頂管機(jī)本體偏移量、應(yīng)糾偏量和糾偏量等分別顯示在操作盤的電視屏上,便于糾偏和控制。
2)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)傾斜儀傳感器示蹤:通過機(jī)內(nèi)的傾斜儀傳感器,實(shí)時(shí)掌握掘進(jìn)機(jī)的傾角和旋轉(zhuǎn)角度,以便及時(shí)糾偏和糾正偏轉(zhuǎn)角度。
3)激光導(dǎo)向:由工作坑內(nèi)的激光經(jīng)緯儀的激光點(diǎn)射向機(jī)頭測(cè)量中心靶上,通過機(jī)內(nèi)攝像頭把光點(diǎn)偏移量攝錄,并在地面TV顯示屏上顯示。以指導(dǎo)糾偏操作。
4)輔助糾偏導(dǎo)向裝置:對(duì)鋼管幕頂進(jìn),由于后續(xù)鋼管幕是焊接而成,僅依靠機(jī)頭糾偏導(dǎo)向,并不能較好地引導(dǎo)整體鋼管幕的順利直行。為此,在機(jī)頭后面緊跟三節(jié)過渡鋼管。管節(jié)之間采用F形管的接頭形式,并安裝楔形橡膠止水帶。在接頭處還設(shè)置拉桿裝置和防偏轉(zhuǎn)裝置,使得鋼管幕既滿足軸線控制要求,又不致產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)而使鎖口不能正確相接。
5)糾正偏轉(zhuǎn)角度:當(dāng)掘進(jìn)機(jī)顯示出偏轉(zhuǎn)角度以后,可以通過變換刀盤旋轉(zhuǎn)方向和在機(jī)頭內(nèi)單側(cè)設(shè)置配重的方法糾正。
2.鋼管幕進(jìn)、出洞口措施
土體加固:對(duì)工作井進(jìn)、出洞段的軟土進(jìn)行加固,可采用注漿加固或者水泥攪拌樁,加固后的土體強(qiáng)度在0.8~1.0MPa左右。
3.鋼管鎖口密封止水措施
鋼管幕頂進(jìn)前,在機(jī)頭和鋼管二側(cè)加設(shè)注漿孔。鋼管幕頂進(jìn)過程中,通過注漿孔向鎖口部位和管道外壁壓注觸變泥漿,一是減少鎖口對(duì)土體的擾動(dòng),二是減少鋼管幕的推進(jìn)阻力和地表變形。鋼管幕頂進(jìn)后。要及時(shí)利用注漿孔對(duì)觸變泥漿進(jìn)行固化處理。固化材料選用純水泥漿。減少地面沉降。固化過程中應(yīng)按順序進(jìn)行,還應(yīng)嚴(yán)格控制水泥漿的注漿壓力和注漿量。
4.鋼管幕頂進(jìn)順序
為了減小鋼管幕施工次序?qū)Φ乇沓两导肮苣蛔冃蔚挠绊?,采取先頂進(jìn)底排管幕再頂進(jìn)上排管幕的施工工藝。
5.鋼管幕形成后,應(yīng)在管幕內(nèi)全部壓注低強(qiáng)度等級(jí)混凝土。壓注前應(yīng)在管幕尾端設(shè)置排氣孔并在管幕內(nèi)的上部預(yù)置注漿管,以便對(duì)管幕上部的空隙進(jìn)一步壓注水泥砂漿,使管幕內(nèi)的空隙充滿固體。
二、箱涵頂進(jìn)施工要點(diǎn)(圖5)
1.箱涵進(jìn)、出洞技術(shù)
1)進(jìn)出洞口土體加固:為保證箱涵出洞過程。土體穩(wěn)定性,必須對(duì)工作井外側(cè)土體進(jìn)行加固根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果確定加固范圍。
2)洞口管幕梁制作:在推進(jìn)面上的支撐拆除前,應(yīng)把全部鋼管幕與上部混凝土支撐連成一體,形成鋼筋混凝土管幕梁,應(yīng)對(duì)管幕梁的橫向跨度進(jìn)行驗(yàn)算,必要時(shí)設(shè)置中間支撐點(diǎn)。
3)洞口止水裝置:密封止水裝置設(shè)在管幕梁上。應(yīng)充分考慮箱涵外輪廓特點(diǎn),設(shè)置雙道止水,以保證洞口止水效果。
4)網(wǎng)格工具頭安裝:網(wǎng)格工具頭的開口率及入土深度根據(jù)維持開挖面穩(wěn)定性要求確定。網(wǎng)格由縱橫梁形成空間井字結(jié)構(gòu),前端設(shè)置切口,由型鋼和鋼板焊接而成,現(xiàn)場(chǎng)拼裝。
5)地下連續(xù)墻拆除:采用分層分塊爆破拆除和人工風(fēng)鎬拆除相結(jié)合的方法,縮短拆墻時(shí)間,提高拆墻安全性。
6)箱涵進(jìn)洞前,應(yīng)對(duì)網(wǎng)格工具頭及后續(xù)箱涵外側(cè)的泥漿進(jìn)行固化處理,防止泥漿竄流到開挖面。
2.特種復(fù)合泥漿壓注工藝
1)注漿管路
在箱涵沿縱向每隔約6米設(shè)置一注漿斷面,沿橫向在對(duì)應(yīng)管幕鎖口之間設(shè)置注漿孔,注漿斷面通過支管與注漿總管相連,注漿支管埋在箱涵結(jié)構(gòu)內(nèi),以防過往的運(yùn)土車壓壞。
2)注漿施工
注漿材料應(yīng)選擇觸變性能良好,黏度高,不易流動(dòng)的材料。注漿施工應(yīng)定點(diǎn)、定量、定壓力進(jìn)行。注漿壓力應(yīng)能支托上排管幕和土體重量。
3.推進(jìn)油缸布置
推進(jìn)油缸的數(shù)量由推進(jìn)阻力計(jì)算后,布置在箱涵底板處。為便于糾偏和控制,油缸沿箱涵中心線分組對(duì)稱布置。
4.箱涵的姿態(tài)控制
1)箱涵水平姿態(tài)控制
推進(jìn)平臺(tái)上設(shè)置導(dǎo)向墩使得箱涵基本保持直線推進(jìn);通過同步推進(jìn)系統(tǒng)控制箱涵的水平姿態(tài),根據(jù)行程儀傳感器的顯示數(shù)據(jù),通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)整各組油泵的流量,使其滿足實(shí)時(shí)調(diào)整不同油缸的頂進(jìn)速度,實(shí)現(xiàn)平面姿態(tài)同步推進(jìn)。
2)箱涵高程姿態(tài)控制
通過改變注漿量和開挖面不同的挖土工況調(diào)節(jié)高程姿態(tài)。一般適量挖除底排網(wǎng)格內(nèi)土體,可使箱涵切口下傾,不挖土的擠土推進(jìn)可使網(wǎng)格上抬。
5.維持開挖面穩(wěn)定性措施
開挖面穩(wěn)定性由經(jīng)過專門設(shè)計(jì)的網(wǎng)格工具頭保證。箱涵預(yù)制期間,網(wǎng)格采用封門板封住,增加穩(wěn)定性,減小地面沉降。
6.箱涵頂進(jìn)引起的地表變形
1)控制箱涵和管幕之間的建筑空隙是減少地表變形的重要措施,此間隙宜適當(dāng)減小。
2)利用網(wǎng)格擠土工藝使地面變形得到有效控制,調(diào)節(jié)和控制擠土速度和挖土量,取得合適的施工參數(shù)。
3)加強(qiáng)泥漿壓注,通過泥漿壓力支撐上部土體。
7.泥漿固化工藝
當(dāng)箱涵推進(jìn)結(jié)束后,注入純水泥漿,在箱涵周圍形成水泥漿套承擔(dān)上部荷載。
8.施工監(jiān)測(cè)
箱涵推進(jìn)施工中,需對(duì)地表變形、箱涵應(yīng)力、箱涵姿態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在箱涵預(yù)制期間,每天監(jiān)測(cè)一次,推進(jìn)期間,每推進(jìn)50厘米監(jiān)測(cè)一次。
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《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的工法特點(diǎn)是:
1.鋼管之間采用鎖口相連,鎖口內(nèi)壓注止水漿液形成密封、隔水的水平鋼管帷幕,抑制地表變形,保持開挖面穩(wěn)定性。
2.箱涵前端的網(wǎng)格式工具頭能維持軟土地層開挖面的穩(wěn)定,不需要在箱涵頂進(jìn)前水平加固管幕內(nèi)的土體,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
3.不影響各類地下管線、道路交通、地面的各類建筑,施工無噪聲、無環(huán)境污染。
4.根據(jù)工程需要,結(jié)構(gòu)外圍能構(gòu)筑成不同的形狀和面積的鋼管幕,因此能構(gòu)筑各種斷面的地下空間,適應(yīng)范圍廣。
5.采用高精度方向控制的鋼管幕頂進(jìn)技術(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整管幕的姿態(tài),能有效控制鋼管幕的姿態(tài)精度。
6.采用微機(jī)控制的液壓同步頂進(jìn)控制系統(tǒng),自動(dòng)地遠(yuǎn)程控制箱涵頂進(jìn)中各個(gè)頂進(jìn)油缸的頂進(jìn)速度,實(shí)時(shí)反映箱涵姿態(tài)、頂進(jìn)力、伸長(zhǎng)量,使箱涵推進(jìn)處于同步可控狀態(tài)。
7.在箱涵外壁與鋼管幕之間壓注特殊的泥漿材料,使得箱涵頂進(jìn)阻力明顯減小,又能有效地控制地面沉降。
8.施工完畢的暗埋段結(jié)構(gòu)可作為箱涵頂進(jìn)的后靠結(jié)構(gòu),不需對(duì)后方土體進(jìn)行加固,因而施工工序合理,受力體系安全可靠。
《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》是在鋼管幕內(nèi)推進(jìn)箱涵的一種新型地下工程施工工法,是在擬建箱涵位置的外周先用頂管法設(shè)置小直徑鋼管形成封閉的鋼管幕,再在該水平鋼管幕的圍護(hù)下頂進(jìn)箱涵的施工新技術(shù),該工法不需對(duì)地表進(jìn)行開挖、不需對(duì)管幕內(nèi)的軟土進(jìn)行水平加固處理,不影響地面交通和生活,能嚴(yán)格地控制地表變形,對(duì)管線及房屋無影響,因此非常適用于穿越鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)跑道、人行通道等特殊條件下的非開挖施工。具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。該工法已在上海市中環(huán)線北虹路下立交工程中得到應(yīng)用。
采用《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》施工時(shí),除應(yīng)執(zhí)行國(guó)家、地方的各項(xiàng)安全施工的規(guī)定外,尚應(yīng)遵守注意下列事項(xiàng):
1.嚴(yán)格遵照國(guó)家頒發(fā)的《建筑安裝工程安全技術(shù)規(guī)程》。
2.建立安全管理組織,以項(xiàng)目經(jīng)理為現(xiàn)場(chǎng)安全保證體系第一責(zé)任人的安全領(lǐng)導(dǎo)小組。
3.加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化安全電箱管理。頂管機(jī)及箱涵內(nèi)部照明用電應(yīng)使用安全電壓;施工現(xiàn)場(chǎng)照明設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化;施工現(xiàn)場(chǎng)電纜線路敷設(shè)規(guī)范化,嚴(yán)禁隨地鋪設(shè)。
4.施工現(xiàn)場(chǎng)必須實(shí)行動(dòng)火申報(bào)制度。嚴(yán)格執(zhí)行"十不燒"規(guī)章制度,動(dòng)火必須具有"二證一器一監(jiān)護(hù)"才能進(jìn)行。
5.在吊車行走路線上不得有任何電源線。
6.定期檢查高壓油管及接頭的安全性,防止爆裂傷人。
7.電焊等各操作人員按操作程序進(jìn)行,嚴(yán)防違章操作。
《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的環(huán)保措施如下:
一、應(yīng)執(zhí)行以下規(guī)范
1.上海市工程建設(shè)規(guī)范《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DGJ 08—08—1999。
2.上海市工程建設(shè)規(guī)范《基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》DGJ 08—61—97。
3.《上海地鐵基坑工程規(guī)范施工規(guī)程》SZ—08—2000。
二、鋼管幕頂進(jìn)環(huán)保措施
1.應(yīng)采用泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)施工,地表變形應(yīng)控制在±5毫米以內(nèi)。
2.每根鋼管幕頂進(jìn)后,應(yīng)及時(shí)對(duì)鋼管外壁觸變泥漿用水泥漿進(jìn)行固化處理,以減少鋼管幕的后期沉降值。
3.在鋼管幕頂進(jìn)后,要及時(shí)對(duì)鎖口位置壓注水泥漿以形成封閉的水平鋼管幕、切斷管幕內(nèi)外的滲水通徑。為下一步箱涵推進(jìn)創(chuàng)造條件。
三、箱涵頂進(jìn)的環(huán)保措施
1.箱涵網(wǎng)格工具頭的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件進(jìn)行,應(yīng)能維持開挖面的土壓穩(wěn)定性。
2.箱涵與管幕之間的建筑空隙要合理。在工藝許可的條件下應(yīng)力求減小此空隙,以減小地表變形。
3.在箱涵推進(jìn)后,應(yīng)在出洞口安裝可靠的止水裝置。
4.在箱涵推進(jìn)過程中,應(yīng)在鋼管幕與箱涵之間建立具有一定壓力的完整觸變泥漿潤(rùn)滑套,進(jìn)一步控制地表變形。
5.在箱涵推進(jìn)后,應(yīng)對(duì)建筑空隙的觸變泥漿及時(shí)進(jìn)行固化處理。
四、監(jiān)測(cè)措施
1.在鋼管幕頂進(jìn)過程中,在地面應(yīng)設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),所測(cè)數(shù)據(jù)要及時(shí)反饋,用信息化施工手段優(yōu)化推進(jìn)參數(shù)。
2.在箱涵頂進(jìn)過程中,一是在上排鋼管幕內(nèi)設(shè)置水平測(cè)斜管,及時(shí)掌握上排鋼管幕的變形情況,以便調(diào)整箱涵推進(jìn)參數(shù)。二是在地面上設(shè)置沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),及時(shí)反饋地表變形數(shù)據(jù),以指導(dǎo)箱涵推進(jìn)。三是在箱涵網(wǎng)格開挖面設(shè)置土壓力計(jì),通過正面土壓力的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來調(diào)整挖土方法。
《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的效益分析如下:
1.與日本等中國(guó)之外在軟土地層從事管幕法隧道施工相比較,由于中國(guó)之外通常要對(duì)管幕內(nèi)軟土進(jìn)行水平加固。所以,該工程的此項(xiàng)加固費(fèi)用就節(jié)約了近4000萬元人民幣。具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
2.鋼管幕切斷了管幕內(nèi)外的水土聯(lián)系,同時(shí)上排管幕分擔(dān)了部分上覆土體的重量,同時(shí)采取了合理的施工技術(shù),該工法能減小地表變形,從而保護(hù)周邊環(huán)境,產(chǎn)生良好的社會(huì)效益。
3.《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》還縮短了建設(shè)周期。
注:施工費(fèi)用以2005-2006年施工材料價(jià)格計(jì)算
《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》的應(yīng)用實(shí)例如下:
上海市中環(huán)線北虹路下立交工程是中環(huán)線的重要組成部分。其軸線基本呈南北走向,沿虹許路穿越虹橋路、西郊賓館接入北虹路,為大斷面長(zhǎng)距離淺埋式地道工程,全長(zhǎng)為126米,箱涵斷面尺寸為34.2米×7.85米。管幕段由80根ф970,壁厚10毫米帶鎖口的鋼管呈"口"字形組成,相鄰鋼管間采用鎖口連接。管頂覆土厚度約4.5米。管幕內(nèi)箱涵結(jié)構(gòu)外包尺寸為34.2米×7.85米,其側(cè)墻厚1米,中隔墻厚0.8米,頂板厚1.3米,底板厚1.4米。
管幕和箱涵位于③1灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和④灰色淤泥質(zhì)黏土層,為飽和軟土。含水量大、承載力低、滲透系數(shù)小。
箱涵所需穿越的虹橋路為交通主干道,車流量很大。虹橋路下的地下管線復(fù)雜,其中有直徑1200毫米的上水管。西郊賓館又是高級(jí)賓館區(qū),對(duì)地表變形要求較高。施工中地表允許變形量:隆起30毫米以內(nèi),沉降50毫米以內(nèi)。
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2004年3月上海市第二市政工程有限公司采用管幕一箱涵推進(jìn)工法施工,2004年8月成功地進(jìn)行了80根長(zhǎng)度為126米的鋼管幕頂進(jìn)施工。2004年10月開始推進(jìn)第一節(jié)箱涵到2005年4月完成8節(jié)箱涵的分節(jié)制作、養(yǎng)護(hù)和推進(jìn)。箱涵長(zhǎng)度為126米,箱涵斷面外包尺寸為34.2米×7.85米。順利地穿越了虹橋路和西郊賓館。地表變形控制在容許的范圍內(nèi),地下管線和地面建筑未受影響。
2008年1月31日,中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于公布2005-2006年度國(guó)家級(jí)工法的通知》建質(zhì)[2008]22號(hào),《軟土地層大斷面管幕—箱涵推進(jìn)工法》被評(píng)定為2005-2006年度國(guó)家一級(jí)工法。 2100433B
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目前,國(guó)外在軟土地區(qū)箱涵頂進(jìn)施工中均對(duì)箱涵頂進(jìn)工具管開挖面前的土體進(jìn)行加固,以保證在箱涵高度范圍內(nèi)的土體能夠自立穩(wěn)定。為降低工程造價(jià),上海市中環(huán)線虹許路—北虹路地下立交隧道工程是世界上首次在軟土地區(qū)采用不加固軟土方法進(jìn)行管幕-箱涵頂進(jìn)施工的工程,為維持開挖面土體平衡,工具管網(wǎng)格的合理設(shè)計(jì)是工程成敗的關(guān)鍵。以此工程為背景,從力學(xué)原理出發(fā),利用網(wǎng)格內(nèi)土體在穩(wěn)定的前提下摩擦力與土壓力始終平衡——自平衡原理,建立平衡微分方程,推導(dǎo)出工具管內(nèi)土壓力、土-鋼板接觸面正應(yīng)力、剪應(yīng)力隨工具管長(zhǎng)度的分布及衰減規(guī)律——指數(shù)方程,由此方程可解出維持開挖面穩(wěn)定所需的工具管網(wǎng)格臨界長(zhǎng)度,并建立網(wǎng)格的長(zhǎng)、寬和高之間應(yīng)滿足的定量關(guān)系。影響網(wǎng)格長(zhǎng)度的主要因素有網(wǎng)格前的土壓力、土與網(wǎng)格壁的摩擦特性和土體性質(zhì)等,分析表明,網(wǎng)格臨界長(zhǎng)度隨土壓力的增大而增大,隨摩擦系數(shù)的增大而減小,為對(duì)數(shù)方程,所建立的公式可為工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
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上海市中環(huán)線北虹路下立交工程是我國(guó)第一次采用管幕-箱涵頂進(jìn)施工技術(shù),也是世界上在軟土地層中施工的斷面尺寸最大的管幕法工程。結(jié)合工程實(shí)際,該文提出了創(chuàng)新的管幕結(jié)合箱涵頂進(jìn)的施工工法——RBJ工法(roof-box jacking method)。文章詳細(xì)介紹了該工程鋼管幕頂進(jìn)高精度姿態(tài)控制,網(wǎng)格工具頭設(shè)計(jì),箱涵推進(jìn)的頂力控制,箱涵推進(jìn)中地表變形控制及箱涵姿態(tài)控制等關(guān)鍵技術(shù),為相關(guān)工程的設(shè)計(jì)、施工提供參考。
【學(xué)員問題】軟土地區(qū)管幕法箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)?
【解答】管幕法是利用頂管機(jī)建造大斷面地下空間的施工技術(shù),是一種新型的地下暗挖技術(shù)。其原理是以單根鋼管頂進(jìn)為基礎(chǔ),各鋼管間依靠鎖口相連,并在鎖口處注入止水劑,形成密封的止水幃幕。采用管幕法時(shí),由于開挖土體或者推進(jìn)箱涵是在管幕的保護(hù)下進(jìn)行的,因此,可以顯著減少地面沉降和增加施工時(shí)開挖面的穩(wěn)定性,同時(shí),由于管幕具有隔離地下水的作用,故施工時(shí)無需降低地下水位。本文詳細(xì)討論了有關(guān)軟土地區(qū)管幕法箱涵頂進(jìn)施工技術(shù)以及箱涵推進(jìn)施工技術(shù)。
一、管幕頂進(jìn)施工技術(shù)
(一)頂管進(jìn)出洞技術(shù)措施
1、土體加固
當(dāng)在軟弱土地區(qū)進(jìn)行施工時(shí),由于管幕段所處的土層基本為流塑狀的土,含水量大,強(qiáng)度低,為保證管幕鋼管進(jìn)出洞時(shí)洞口的穩(wěn)定性及防水要求,避免軟弱土體及地下水涌入工作井內(nèi),造成地表沉降,同時(shí)為增加始發(fā)井后靠土體的穩(wěn)定性,需要采取土體加固的措施。土體加固要求為:
(1)土體加固、改良后的土體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度需大于1.2MPa.但也不能太高,以免造成頂管頂進(jìn)時(shí)頂力太大,影響頂進(jìn)精度。
(2)加固范圍按3米考慮。加固過程中,應(yīng)對(duì)地表進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè),地表隆起應(yīng)控制在20毫米以內(nèi)。
2、頂管出洞技術(shù)措施
(1)出洞施工
在出洞施工之前,需要通過開觀察孔等手段,確認(rèn)加固后的土體的止水性達(dá)到設(shè)計(jì)要求,防止由于加固效果不良,導(dǎo)致洞口泥水涌入。若土層加固未達(dá)到設(shè)計(jì)要求,則需要進(jìn)行二次加固處理,直到確認(rèn)安全后,才可進(jìn)行頂管的出洞施工。
為防止掘進(jìn)機(jī)出洞時(shí)發(fā)生磕頭現(xiàn)象,可采取如下措施:調(diào)整后座主千斤頂?shù)暮狭χ行?,出洞時(shí)加密對(duì)掘進(jìn)機(jī)偏差的測(cè)量,一旦發(fā)現(xiàn)有下磕的趨勢(shì),立即用后座千斤頂進(jìn)行糾偏。
(2)洞口止水裝置
在軟粘土及淤泥質(zhì)粘土地區(qū),地下水也是管幕施工的一大影響因素。對(duì)于高地下水位地區(qū),為避免推進(jìn)過程中的涌水及涌砂現(xiàn)象,應(yīng)盡可能選用具有水密性的推進(jìn)機(jī)頭,或在推進(jìn)進(jìn)行的過程中進(jìn)行止水灌漿。為有效地防止地下水、潤(rùn)滑泥漿流入工作井內(nèi),需要設(shè)置有效的洞口止水構(gòu)造。
3、頂管進(jìn)洞技術(shù)措施
在機(jī)頭將要達(dá)到接收井時(shí),要精確測(cè)出機(jī)頭姿態(tài)位置,盡量滿足橡膠法蘭與機(jī)頭同心的要求。在頂管結(jié)束后,頂管首節(jié)與尾節(jié)和井壁預(yù)埋鋼環(huán)連接,并作密封處理。
(二)管幕滲漏的防治
雖然在開挖前,管幕接口間壓注過高分子漿液,但隨著開挖的進(jìn)行,管幕接口仍然可能滲漏。此時(shí),根據(jù)滲漏點(diǎn)的部位應(yīng)分別采取措施:
(1)滲漏點(diǎn)在已開挖的部位:此時(shí)用電鉆在連接口部位穿孔,直接壓注油溶性聚氨酯。也可以采用鋼板封堵后壓注聚氨酯。
(2)滲漏點(diǎn)在開挖部位前方:派人乘小車進(jìn)入鋼管,在預(yù)定部位壓注聚氨酯漿液。如果發(fā)生在側(cè)壁且深度較大,視情況可以在地面振管注漿。值得指出的是,為保護(hù)地面綠化,管幕以上土體不容許注任何漿液。
(三)觸變泥漿減阻
頂進(jìn)施工中,觸變泥漿的應(yīng)用是減少頂進(jìn)阻力的重要措施。頂進(jìn)時(shí),通過頂管機(jī)鉸接處及管節(jié)上預(yù)留的注漿孔,向管道外壁壓入一定量的減阻泥漿,在管道四周外圍形成一個(gè)泥漿套,減少管節(jié)外壁壓入一定量的減阻泥漿,從而減少頂進(jìn)時(shí)的頂力。泥漿套形成的好壞,直接關(guān)系到減阻的效果。
(四)鋼管焊接
為提高焊接質(zhì)量與焊接速度,可以采用管道自動(dòng)焊接技術(shù),以人工焊接為輔,自動(dòng)焊接為主。
由于管幕鋼管的厚度較厚,管節(jié)頭部設(shè)單面坡口,尾部不設(shè)坡口,這樣管節(jié)頂進(jìn)時(shí)不會(huì)減少受力面積,坡口采用45°。
管節(jié)吊下井后,先進(jìn)行拼接。拼接時(shí),在前一節(jié)管節(jié)尾部燒焊幾個(gè)“搭子”,通過在搭子中打入鐵楔,可將后一節(jié)管節(jié)頭部整形,使之與前一節(jié)尾部能相連接。拼接時(shí),前后管節(jié)間應(yīng)留1~2毫米的空隙,利于燒焊牢固。
(五)管幕頂進(jìn)后的處理措施
(1)置換觸變泥漿
當(dāng)相鄰兩根鋼管頂進(jìn)結(jié)束后,進(jìn)行觸變泥漿的置換。置換材料選用純水泥漿,以便有足夠的連接強(qiáng)度。置換過程按順序進(jìn)行,通過回流孔將觸變泥漿完全排入鋼管內(nèi)。置換時(shí),需要嚴(yán)格控制水泥漿的注漿壓力和注漿量。
(2)鋼管鎖口止水處理
為了防止箱涵頂進(jìn)時(shí),不發(fā)生滲漏泥水的現(xiàn)象,在觸變泥漿置換完成后,要利用預(yù)留的注漿孔向鎖口部位壓注聚胺脂漿。同時(shí),要預(yù)留足夠的跟蹤注漿孔,以便在箱涵頂進(jìn)過程中對(duì)局部滲漏點(diǎn)進(jìn)行二次注漿。
(3)鋼管混凝土填充
在箱涵頂進(jìn)前,在管幕部分鋼管內(nèi)進(jìn)行無收縮、免振搗混凝土填充,以加大管幕縱向的剛度,和避免管幕局部出現(xiàn)應(yīng)力集中而屈服。
(4)鋼管端部與工作井的連接
澆注混凝土后,將鋼管的口部焊接封閉,再用鋼板與連續(xù)墻預(yù)留鋼板焊接,連為一體。
二、箱涵推進(jìn)施工技術(shù)
在軟弱粘土中進(jìn)行大斷面的箱涵頂進(jìn)施工,由于施工難度很大,可結(jié)合工程具體情況,采用管幕法箱涵頂進(jìn)的施工方案。
目前,國(guó)外應(yīng)用較多的大斷面箱涵頂進(jìn)施工工法主要有FJ工法和ESA工法。FJ工法通過鋼絞線把兩側(cè)箱涵連接在一起,通過后面的串芯油缸或者中繼間千斤頂交替牽引兩側(cè)的箱涵,或者設(shè)置反力壁安裝鋼絞線,箱涵一側(cè)牽引推進(jìn);ESA工法則完全依靠箱涵自身的反力推進(jìn)。
以上兩種工法的主要特點(diǎn)都是先挖土后推進(jìn),因此,前方土體必須加固以保持工作面的穩(wěn)定,同時(shí),箱涵推進(jìn)時(shí)需要開挖導(dǎo)坑,布設(shè)軌道;還需要很大的場(chǎng)地來制作箱涵;但無需反力后背及反力架;箱涵分節(jié)推進(jìn),總的推進(jìn)力較小,減少千斤頂和鋼絞線的數(shù)量,可靠性較高。
國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是箱涵頂進(jìn)工法,該工法工藝簡(jiǎn)單,技術(shù)相對(duì)成熟,但是后靠土體需要加固,而且后靠結(jié)構(gòu)容易失穩(wěn)。當(dāng)由于道路的限制,不可能提供很大的預(yù)制場(chǎng)所;同時(shí)限于工程造價(jià),管幕內(nèi)的土體也不加固,所以導(dǎo)洞也無法施工。此時(shí),箱涵有四種方案可供選擇:推進(jìn)工法、牽引工法、推拉結(jié)合工法和有中繼間的推進(jìn)工法。
以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問題整理而成,供參考,如有問題請(qǐng)及時(shí)溝通、指正。
在PCVX中,涵洞的孔數(shù)支持任意孔涵洞的布置;涵洞的布置形式除開明涵和箱涵只支持斜交斜做外,都支持斜交正做和斜交斜做。支持的修筑涵洞類型如下:
箱涵:在箱涵的修建過程中,提供下面幾種細(xì)部構(gòu)造圖的繪制:箱涵涵身配筋構(gòu)造圖,箱涵明涵涵面鋪裝構(gòu)造圖,箱涵牛腿構(gòu)造圖,箱涵右翼墻構(gòu)造圖,箱涵左翼墻構(gòu)造圖,箱涵搭板構(gòu)造圖等6種細(xì)部構(gòu)造圖的設(shè)置和繪制。 2100433B
榮譽(yù)表彰
2011年9月,中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于公布2009-2010年度國(guó)家級(jí)工法的通知》(建質(zhì)[2011]154號(hào)),《大斷面雙連拱明洞整體臺(tái)架隧道拱體施工工法》被評(píng)定為2009-2010年度國(guó)家二級(jí)工法。 2100433B