土壓平衡頂管施工技術(shù)在焦?fàn)I穿路涵施工中的應(yīng)用

　　楊書海

　　睢寧縣水利工程建筑安裝公司221200

　　一、工程概況

　　焦?fàn)I穿路涵洞位于睢寧縣雙溝鎮(zhèn)以東，104國道K826+400處，橫穿國道，為徐沙河上段治理工程配套建筑物。結(jié)用構(gòu)形式為單孔圓管涵，設(shè)計孔徑φ2000mm，洞身長度65m，洞底高程23.5m，洞身圓管采用國家標(biāo)準(zhǔn)特制，管壁20cm厚，鋼筋砼結(jié)構(gòu)。上下游連接段采用漿砌石護(hù)砌。由于工程穿越國道，為不影響交通，保證國道暢通，經(jīng)研究論證采用土壓平衡頂管法施工。

　　二、施工條件

　　該工程橫跨公路，施工場地要在道路兩側(cè)布置，場地狹窄，布置困難，無完整料廠和操作場地，行人、機(jī)動車干擾大，安全隱患多。

　　建筑物所在土層為粉砂土，土質(zhì)松散，水平抗推力小，無穩(wěn)定后背支撐來平衡頂管機(jī)的頂推力。地下水位較高，流沙現(xiàn)象嚴(yán)重基礎(chǔ)施工困難排水措施要做好，備足設(shè)備降低地下水位。

　　三、土壓平衡掘進(jìn)機(jī)工作原理簡介

　　1、構(gòu)造掘進(jìn)機(jī)組成主要由前殼體、后殼體、切削系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、糾偏系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、送土系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等組成。

　　2、工作原理掘進(jìn)機(jī)安裝就位后，在頂推力作用下機(jī)頭進(jìn)入洞口與土體接觸達(dá)一定壓力即開動切削系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，刀盤開始切削土體在加壓頂進(jìn)過程中當(dāng)?shù)侗P工作面壓力達(dá)到了1-3Mpa時表明可以開動取土運輸系統(tǒng)，啟動螺旋取土輸送裝置，土體在壓力和旋轉(zhuǎn)推力的共同作用下被輸送到出泥口，然后用人工或水力沖挖方法把土輸送到洞外，這樣不斷加壓頂進(jìn)不斷取土，把管道頂進(jìn)洞內(nèi)，當(dāng)一節(jié)管道全部頂進(jìn)洞身后，收縮液壓千斤頂桿，在軌道上安裝下節(jié)洞身管，繼續(xù)頂進(jìn)。如洞身范圍內(nèi)土質(zhì)為沙土，刀盤面壓力達(dá)1Mpa時即可出土，如為粘土壓力要達(dá)到2~3Mpa,工作面內(nèi)壓力最大控制在3Mpa以內(nèi)，壓力太大容易損壞刀盤電機(jī)。

　　在掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)過程中，由激光經(jīng)緯儀和照準(zhǔn)標(biāo)靶控制頂進(jìn)方向和高程，在頂進(jìn)前安裝好測量控制系統(tǒng)，頂進(jìn)機(jī)頭內(nèi)設(shè)一標(biāo)靶，激光束固定照射在標(biāo)靶某一位置，做好原始記錄，在頂進(jìn)過程中技術(shù)人員隨時觀察經(jīng)緯儀光標(biāo)在標(biāo)靶上的移動情況，發(fā)現(xiàn)偏移隨時糾正，這樣不斷前進(jìn)，不斷糾偏連續(xù)工作，完成頂進(jìn)。

　　3、掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

　�、啪蜻M(jìn)機(jī)外徑：φ2400mm

　　⑵掘進(jìn)機(jī)總長：4465mm

　�、堑侗P切削外徑：φ2500mm

　　⑷刀盤轉(zhuǎn)矩：760KN•M

　�、傻侗P轉(zhuǎn)速：2.27rpm

　　⑹最大糾偏角度2°

　�、司蜻M(jìn)機(jī)裝機(jī)容量：72KW

　�、陶麢C(jī)重量：約20T

　　四、頂管施工程序及主要施工方法簡介

　　本頂管工程的施工方案為在涵洞進(jìn)出口分別設(shè)置鋼筋砼沉井，出口側(cè)沉井作為頂進(jìn)操作坑，進(jìn)口側(cè)沉井作為接收井，井底用砼封實保證在頂管期間井底不滲水井身不下沉偏斜，并設(shè)排水坑一處，井底標(biāo)高經(jīng)計算確定，滿足安裝導(dǎo)軌及洞身設(shè)計底高程的要求，操作沉井的布置和尺寸盡量結(jié)合涵洞進(jìn)出口段永久建筑物的布置和型式，頂管結(jié)束后可以利用。操作井后背的強(qiáng)度要能滿足頂管時平衡千斤頂水平頂推力的要求，如計算不能滿足要在后背設(shè)置加固措施一般采用重力式后背加固。根據(jù)涵洞中心線在操作坑井底安裝導(dǎo)軌，掘進(jìn)機(jī)安裝在導(dǎo)軌上，精確校正后開始施工。

　　1、施工程序：沉井制作下沉砼封底導(dǎo)軌安裝安裝鋼后靠后背加固安裝主頂設(shè)備安裝進(jìn)口止水圈設(shè)置測量觀測系統(tǒng)拆除封門機(jī)頭頂進(jìn)砼管頂進(jìn)掘進(jìn)機(jī)出坑管接頭處理。

　　2、主要施工方法

　�、懦辆�下沉、封底施工場地內(nèi)土層為粉沙土，地下水位較高，滲透流沙現(xiàn)象嚴(yán)重，為防止翻砂和沉井下沉失控，下沉前在沉井四周布設(shè)了輕型井點降水設(shè)備，先降低地下水位再沉井，下沉取土采用水力沖挖法，通過挖土減少刃腳正面阻力及沉井內(nèi)壁摩阻力，在沉井自重作用下下沉。井內(nèi)取土先從中間開始，均勻?qū)ΨQ地向四周刃腳開挖，下沉過程中經(jīng)常測量沉井傾斜度和偏差，保證井體均勻下沉，發(fā)現(xiàn)偏差及時糾正，通過調(diào)整井內(nèi)取土位置和數(shù)量來糾正，在下沉初期這一點尤為重要。下沉過程做好記錄，根據(jù)測得的每小時下沉量來控制最后挖土深度和數(shù)量，當(dāng)下沉到距設(shè)計深度0.5米時放慢取土速度，測量沉降量，到距設(shè)計標(biāo)高15cm時停止取土，觀測3小時視下沉情況適當(dāng)取土，直至設(shè)計高程待下沉穩(wěn)定時再封底。

　　封底前先檢查基底土，對基層土進(jìn)行整平壓實，必要時作封底墊層，封底采用鋼筋砼，面層布設(shè)φ12@20鋼筋網(wǎng)一層粉底厚度50cm，砼必須振實以防滲水。

　�、茍A管頂進(jìn)

　　A準(zhǔn)備工作檢查所有設(shè)備，確保液壓、電器、氣壓、水壓、照明、動力、通訊等操作系統(tǒng)均正常工作;電表、壓力表、保護(hù)裝置流量器處于正常顯示工作狀態(tài)，然后進(jìn)行聯(lián)動調(diào)試;洞身圓管已到位且質(zhì)量符合設(shè)計要求和國家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)檢驗合格;起重安裝設(shè)備已到位且調(diào)試完成;已對操作人員進(jìn)行技術(shù)交底、各項安全措施已落實到位。掘進(jìn)機(jī)安裝到導(dǎo)軌上后校核其中心線和高程符合實際要求，隨后進(jìn)行頂進(jìn)操作。

　　B頂進(jìn)施工在洞口封門被拆除障礙物清除干凈后開始頂進(jìn)，頂進(jìn)過程分初始頂進(jìn)和正常頂進(jìn)兩階段。初始頂進(jìn)是指從頂掘進(jìn)機(jī)開始到第一接砼管接上并與掘進(jìn)機(jī)連接好之前的頂進(jìn)過程，在此過程中應(yīng)嚴(yán)格控制頂進(jìn)偏差，以保證砼管前進(jìn)有一良好的方向，偏差數(shù)值控制在5mm內(nèi)觀測人員應(yīng)不離開儀器嚴(yán)密觀測及時調(diào)整方向。開始頂進(jìn)時，控制油壓機(jī)流量，千斤頂桿伸出速度要慢，然后逐步加大油壓機(jī)流量和壓力，砼管頂動時方可加大頂進(jìn)速度,油泵千斤頂工作中要啟閉閥門時控制油路壓力不大于300kg/cm2,操作過程中時刻觀察油壓表變化，如壓力突然增加應(yīng)立即停止頂進(jìn)，檢查原因排除故障后再進(jìn)行。在進(jìn)入正常頂進(jìn)階段后，控制頂進(jìn)速度要緩慢勻速，頂進(jìn)一經(jīng)開始最好連續(xù)作業(yè)，否則中途停頓再開頂時會使摩擦力增大，增加頂推力，加大頂進(jìn)難度。頂進(jìn)中頂推壓力要和出土速度協(xié)調(diào)一致，始終保持切削面內(nèi)有一定壓力，保證機(jī)頭前訪土替補塌方。堅決禁止在切削面內(nèi)沒有壓力的情況下仍向外出土現(xiàn)象。

　　為減少管壁與周圍土替摩阻力，降低頂推力，施工中采用了注漿減磨系統(tǒng)和在管外涂蠟措施，潤滑泥漿由膨潤土和純堿加水?dāng)嚢瓒�成，配比為：水：膨潤土：純堿=1：0.12：0.006，在緊隨掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)的前4~5節(jié)管上，每節(jié)管頂打4~5個孔作為灌漿孔，通過灌漿機(jī)和輸泥管把泥漿壓入管外壁與土體之間使之形成泥漿套，減少頂進(jìn)摩阻力。在其后的管接上每隔3節(jié)設(shè)置一個補漿斷面，向外壁補漿，保持泥漿套連續(xù)不脫落。頂進(jìn)結(jié)束后進(jìn)行泥漿置換向注漿孔中注入水泥砂漿或水泥漿，整體凝固后再拆除管路，這樣就封閉了注漿孔。

　　C測量控制在工作坑內(nèi)靠背前設(shè)置測量工作平臺，平臺高度與洞軸線標(biāo)高相匹配，并可少量調(diào)整，將激光精緯儀安裝在平臺上，調(diào)整其方向和位置使其中心線與洞中心線一致，把經(jīng)緯儀視準(zhǔn)軸線調(diào)整為水平線，對準(zhǔn)校正后的掘進(jìn)機(jī)顯示系統(tǒng)上的標(biāo)靶，記錄光束在標(biāo)靶原始位置時的數(shù)據(jù)，頂進(jìn)過程中派專人負(fù)責(zé)測量控制工作，隨時觀測偏移量和機(jī)身扭轉(zhuǎn)情況，及時為操作人員提供糾偏信號。測量人員應(yīng)不定時檢查經(jīng)緯儀變動情況，根據(jù)地面上提供的洞中心線控制系統(tǒng)，復(fù)核經(jīng)緯儀位置。

　　D糾偏當(dāng)測量人員發(fā)現(xiàn)偏離時，馬上通知操作人員進(jìn)行糾偏，機(jī)頭內(nèi)設(shè)有專門糾偏系統(tǒng)，操作人員按照操作說明進(jìn)行糾正操作糾偏油缸2個為一組，如果往下偏，先按壓上糾偏位置按鈕再按壓伸按鈕，即左上右上同伸開始糾偏，按壓動作與糾偏方向見下表。

　　方向 油缸活塞桿動作

　　上仰 左下右下

　　下俯 左上右上

　　向左 右上右下

　　向右 左上左下

　　在糾偏過程中如果高程和水平位置同時出現(xiàn)偏差，這時應(yīng)先糾正高程偏差后糾正左右偏差，因高度方向偏差較難糾，糾偏過程應(yīng)按照“監(jiān)控發(fā)展、穩(wěn)慢回歸、平行找順、主動微調(diào)”原則進(jìn)行，及時發(fā)現(xiàn)偏差苗頭緩慢糾偏轉(zhuǎn)向正確方向，如發(fā)現(xiàn)較大偏差，應(yīng)分析發(fā)展趨勢，不能一次糾正完成，而應(yīng)分次逐步糾正，勤調(diào)微糾，防止出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎現(xiàn)象。操作人員應(yīng)認(rèn)真做好頂進(jìn)記錄，偏差數(shù)值每頂一節(jié)記錄一次。

　　E出洞當(dāng)掘進(jìn)機(jī)距接收井還有4~6m時應(yīng)加強(qiáng)軸線復(fù)測力度，確保機(jī)頭準(zhǔn)確安全進(jìn)入接收井洞口，為防止掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入接受井后出現(xiàn)磕頭現(xiàn)象，接收井內(nèi)安裝延伸導(dǎo)軌，軌道高度和平面位置與工作井內(nèi)一致，保證掘進(jìn)機(jī)平順出洞。

　　3、地面沉降觀測在洞身中心經(jīng)過的路面上設(shè)置標(biāo)志點沿中心線設(shè)置5~7個，在頂管前測定其標(biāo)高，頂管通過后每日兩次觀測其高程變化情況，確定沉降與否，如變化不大，3~5天后減少觀測次數(shù)，每天測量一次，直到無變化為止做好觀測記錄和資料整理工作。

　　4、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

　�、殴艿纼�(nèi)清潔無裂縫

　�、乒艿啦诲e口，方向不偏移，各管節(jié)平順連接，管底高程平順，不允許出現(xiàn)倒坡

　　⑶道路表面無沉降變形或隆起現(xiàn)象，無明顯裂縫。

　　⑷軸線位移控制在允許偏差范圍內(nèi)。

　�、山涌p處抹縫密實，平滑無滲漏。

　　五、經(jīng)驗與體會

　　通過焦?fàn)I涵洞的施工，我們發(fā)現(xiàn)頂進(jìn)施工法的優(yōu)點較多，比如施工時不影響其上道路通車，不需中斷交通避免了施工對行車的干擾;節(jié)約投資，由于不需大開挖，減少了大量土方工程量且不需破壞路面然后再恢復(fù);進(jìn)度快工期短，由于工程量大大減少，施工項目工序簡單，施工又不受陰雨天限制，可縮短施工時間;機(jī)械化程度高，使用人工少，便于組織管理;施工設(shè)備定型化、工具化，施工操作技術(shù)也不復(fù)雜，易于掌握等。主要缺點為在頂進(jìn)過程中如遇洞身土體內(nèi)含孤石等障礙物排除困難，掘進(jìn)機(jī)在土體內(nèi)連續(xù)工作產(chǎn)生大量熱不易散發(fā)，機(jī)艙內(nèi)溫度太高不利機(jī)械工作，盡管有以上缺陷，但從建筑物運行情況并與其優(yōu)點相比，頂管施工法能夠保證工程質(zhì)量，優(yōu)點較多，可在水利、市政排水等水利工程中使用。

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