顶管顶进时中继间上浮的缘由分析与防控技术措施pdf

  第33卷第5期 建 筑 施 工 BUILDINGC0NSTRUCT10N Vo1．33 No．5 顶管顶进 时中继 间上浮 的原 因 分析与防控技术措施 CauseAnalysisofRelayStationFloatingduringPipe-Jacking andTechnicalM easuresforPreventiveControl 口 杨智勇 (上海市基础工程有限公司 200002) 【摘 要】以厦门集杏海堤原水管渠迁改工程为例，详细介绍了在顶管施工过程中中继间产生上浮的原因和为纠正该上浮问 题而采取的相应处理方案。通过工程验证，该处理方案取得 了良好的实施效果，并顺利地完成了施工任务。 【关键词】顶管工程 中继间上浮 复杂地质条件 处理技术 【中图分类号JU455．47 ／文献标识码 B 【文章编号】1004—1001(2011J05—4009—03 1 工程概况 (1)3管道 自遇到基岩开始 ，破岩处理和维修工具管 等工作都需要较长的时间，大部分管段在长达4个多月的时 厦门集杏海堤原水管渠迂改工程 DN2600(3)顶管总长 间停留在淤泥质软弱土层中，且2中继问又正好位于开 口 度为 818ill，在顶进施工至 465Ill处遇到 3Om长的基岩隆 围堰 内抽水坑地段 ，仅有 5m左右的流塑状淤泥。因上面覆 起侵入管底界限 ，因最高处基岩 隆起侵入 管底 界限达 土层极薄 ，且承受着较大的浮力，加之围堰 内原有 2m～3m 70cm，所以无法继续进行项进施工。经 中孑L破岩处理后恢复 深的积水被抽干，这就相当于减少了管道上部的荷载，所以 顶进施工，项进至 470．5Ill时发现刀盘面板损坏，且现有刀 客观上存在管道上浮的动因。 具只是为应对软土层中的大量块石而设置的，其数量和形式 (2)3管道在等待破岩处理和维修工具管等工作期 都无法保证能够通过破岩后回填的砂浆体。因此，我们先在 间，为防止项管管道被土体抱死，需开启中继问前后滑动的 该位置开挖竖井至工具管头部，然后对工具管刀盘面板修 管道，以保持管道润滑。管道在中继问前后滑动过程中，2 复、刀具增加和加强后恢复顶进施工，并在砂浆层内顶进8．5 中继间原有的受力平衡状态容易发生改变，由此产生上浮的 m，累计顶进至 479Ill。由于顶管管道停滞时间较长，管道周 趋势。 边摩阻力增大，前端又是冲孔破岩后填充的砂浆体，工具管 (3)3管道前端为破岩处理后的砂浆层，顶进时需要 需要以较大的顶力切削砂浆 ，因此顶进时需逐级启动中继间 施加一定的压力使刀盘切削砂浆层，因此前端顶力较大。而 推进。在顶进过程中，监测数据显示 2中继间出现不断上浮 在各中继问轮动顶进时 ，也容易发生类似于长杆失稳的现 的现象，累计上浮已超过 1m，最大上浮达到 1．52m。我们考 象，进而出现中继间上浮的现象。在前期顶进施工时 1中继 虑到若在现状下继续进行顶进施工，将产生严重的安全隐 间曾经发生过上浮 28cm的现象：而 2中继间因为位于抽 患，因此暂停3项管项进施工，待有力措施对该项管中继间 水坑部位，其上覆土层最为薄弱，因而这一现象尤为突出。 上浮问题进行处理后，再进行顶进施工。 2 中继间上浮原因的分析 3 采取措施 发现 2中继间出现上浮趋势后 ，我们立即采取措施将 要对该顶管中继间出现的上浮问题进行纠正处理 ，就 2中继间上部环板焊接卡码锁死 ，以防止中继间继续上浮而 必须先查找出产生上浮的原因。在经过工程现场详细的勘察 发生接 口脱开事故。但随着顶进施工的进行 ，由于上浮趋势 及认真的研究分析后，我们将可能引起2中继间上浮的原 已经形成，若继续施加顶力相当于始终对其施加一个向上的 因归纳为以下几点： 分力，这会加剧其上浮现象。因为该顶管工具管正面阻力在 1000t左右 ，经测算仅 2中继问向上的分力即达到30t 【作者简介】杨智勇(1965一)，男，本科，工程师。联系地址：深 圳市罗糊区南洋大厦B座 5楼(518000)。 左右，我们考虑在继续顶进施工过程中，2中继问再向上抬 收【稿日期】2011-04—16 高是不可避免的，因此暂停3管道的顶进施工，待采取相应 第5期 杨智勇 ：顶管顶进时中继间上浮的缘由分析与防控技术措施 的处理措施后再恢复顶进。 2根拉杆螺栓，2中继间顶部增设2根拉杆螺栓。待填砂和 压重布置完成后 ，先稳定 10d左右的时间，再拆除 1#、3中 4 处理方案 继间拉杆螺栓，并保留2中继间拉杆螺栓作为限位卡码使 根据上述分析查找出的该顶管 2中继间上浮的形成原 用。 因，我们制定了相应的处理方案，并按照制定的处理方案对 ③ 在填砂时只能在顶管轴线方向两侧均匀推进，做到 该顶管中继间上浮问题进行了处理。 两侧对管段侧压力基本相等。 (1)加强监测 ④ 由于 3管与已完成顶进施工的 2管净距仅为 我们在2 中继间设置了监测点，并通过观测其相对标 8m，所以要在 3管填土填砂之前安排人员将2管中继问 高的变化来掌握其位移动态。具体做法为：只设置 1根连通 伸缩处用型钢固定 ，以防止在填土填砂过程中2管向另一 管，其外端设在工作井内管道 口外，固定于某一标高位置 ：其 边移位。 内端设在2中继间内，旁边贴标尺，可观测其读数。监测频 ⑤ 在整个填土过程 中要对 2、3管的中继问加强观 率要根据工况的不同而设置，上部增加覆盖层填砂 、管道内 察，并对中继间间隙变化、螺栓受力状况做好详细监测记录， 部以2次 ／d的频率施加压重：1和3中继间活动期间加大 必要时还要调整填土量及填土位置。 监测频率 ，每次往复活动后观测 1次 ：管底开 口抽泥期间2 (3)管 内配置 次 d／。监测时可根据数据变化情况及时调整监测频率，数据 管道内布置配重是为了克服管道浮力和因现存夹角导 变化较大时加大监测频率，数据趋于稳定时可恰当降低监测 致前后顶力引进的2中继间向上的分力，并帮助2 中继间 频率。监测数据要及时反馈，特别是每施加～项措施后的变 向下沉降，以尝试恢复至正常标高。配重材料采用粗钢条，用 化情况，要根据其位移情况判断其位移趋势，来作为确定后 人工送入管道内，均匀排布在管道两侧的托架上。管内配重 续处理措施的依据，以指导施工。 要左右均匀布置，以防止在顶进中管段发生旋转。 (2)增加覆盖层 配重布置以2 中继间为重点，向两端的1、3中继间 我们向管道上覆土层较浅的地段采取填土或砂的处理 逐步递减。 方法，以增加上覆土层厚度，抑制住管道继续上浮的趋势，为 ① 2一p中继问断的配重 下一步处理提供必要条件。根据现场实际条件 ，由于管道顶 为克服升力和浮力应施加的配重 ，经计算，配重合计 部有厚为4m～5m的流塑态淤泥 ，其容重较小 ，无法为管 263．5t从2中继间往 中继间方向递减，即： 道提供足够的上部荷载 ，同时考虑到在含水丰富的淤泥中填 第一个 1Om，46．7+1o=55．7t； 砂 比填土更容易密实，且挤开并置换淤泥的效果更好，因此 第二个 1Om，46．7+8=53．7t； 我们采用砂为覆盖材料。具体施工情况为：利用 中孔破岩填 第三个 1Om，46．7+6=51．7t； 土作业区作为通道，沿管道轴线 自东向西填砂，并用压路机 第四个 1Om，46．7+4=49．7t； 振动碾压密实。考虑到运输车辆行驶的安全，我们规定填砂 第五个 1Om，46．7+2=47．7t。 区顶部宽度应不少于6m，西端延伸至3 中继问上方的长 考虑到 中继问处应尽量减少配重，以免顶进时产生 度为 120m，顶部标高为一2m，要高于现状海底淤泥面3m， 向下的分力，因此我们对合计263．5t的配重进行了调整， 这样预计挤出的淤泥厚约 3m，填砂层厚度为6m。若砂的 即从第一个 10m起依次调整为 80t、70t、50t、40t、24 密度按 1．3t 计算 ，则每平方米可增加上部压重荷载 7．8 t，合计 264t。 t左右。 ② 2-3中继间段的配重 为防止填砂在流塑淤泥中逐渐沉降至管道底部堆积， 2．-3中继间段配重参照2至 1#中继间段设置，应同 影响管道下沉效果，我们在现状水底淤泥面上预先铺设了一 样布置264t。这样 ，两侧的加载配重为528t。 层土工布，然后再往上开始填砂 ，并将压载用砂与淤泥分隔 ③ 使2中继问下沉施加的额外配重 开来，以保证挤淤效果的同时能防止砂渗入管道底部。 为使2中继间下沉的可能性加大 ，还需要增加配重荷 由于是在流塑态淤泥上进行填土、填砂的施工，而且管 载 ，以破坏管道 目前的受力平衡状态。该部分配重暂估为 段四周均处于淤泥质土体中，这在填砂过程中有可能会左右 100t。因此，预计使用的总配重为628t。 摆动。故我们在填砂之前采取了以下若干措施： 为控制处理费用的成本 ，以加快处理速度 ，配重材料应 ① 在 1、2和 3中继间各拉开2cm～3cm的间隙， 采用分批进场、分批布置的方式进行，并根据监测反馈数据 让填砂过程中管段有向下沉降的条件。 及时调整配重数量和分布形式。 ② 在 、2和 3中继间的左右两侧及2 中继间上部， (4)管道活动 均用 36mill拉杆螺栓限位，以防止在填砂过程中中继问 在完成顶部覆土压载和管内配重后 ，我们通过启动中 发生左右摆动。其中，在 1、2和3 中继间的左右两侧各设 继问的活动管道 ，使其与周边土层产生滑动，以减小土体对 · 410 · 杨智勇：项管顶进时中继问上浮的原因分析与防控技术措施 第5期 管道的包裹力。这可帮助管道在配重的重力下向下沉降。 后 ，进一步采取了有效描施。 我们按照管道停滞期间拉动的程序，前后活动管道。具 首先，向管道内增加配重200t，使其总重达到400t； 体做法为：先关闭3中继间开 口，并启动 l中继间千斤顶， 其次 ，对前方的砂浆体进行开挖竖井破碎作业，以减小顶管 向前推动一个行程 (30cm)，然后松开 中继间；再由3中 的正面阻力。 继间开动千斤顶，向前推动一个行程(30cm)，使 中继问 再次，进行顶进施工穿越砂浆填充体，以16m／d的顶进 开 口闭合 ，这样 1 3 中继间之间的管道就 向前推动了 速度进行顶进，以恢复顶管顶进正常施工，该顶管工程后顺 30cm：接下来，松开 3中继间，开动 1号中继间千斤顶。由 利贯通。监测结果显示 ：2中继间上部开ZII逐渐闭合，中继 于3中继间处于 自由状态，管道会向右推动一个行程，使 3 间下降趋势较第一阶段有明显好转。2 中继间下降至高于 号中继间开1：3闭合 ，这样 1 3中继间之间的管道就向后推 设计轴线m左右时，管道开始形成轨迹前进 ，最高点停留 动了3Ocm。在 l#、3 中继间来回抽动时要使用上部千斤顶， 在440m处，后续管道在通过这一高点后，逐步下降至设计 使管道偏心受力，从而促进2 中继问上 口的闭合。抽动时可 轴线标高。 通过中继间溢流润把油压逐步加上去，一旦抽动后溢流阀锁 死，即使中继问项足，溢流阀也会 自动卸压不再增加顶力。 要在 2中继间上部设置拉杆螺栓部位，以限制其开 口 (上接第) 间隙扩大，并允许其开 口间隙缩小。在缓慢向前项进的过程 的施工风险。在进行风井底板与隧道结构之间的风 口结构施 中，我们通过 和 3中继间的往复运动 ，使 2中继间前后 工时，我们创造性地开发 了吊筑法施工工艺，即从风井底板 的管道来回活动，并使其上部开 口逐步缩小。当每缩小一段 往下分节施工风 口结构。为保护隧道结构，我们在高水头作 间隙，要立即拧紧螺母，以防止其回弹。只有这样 ，才能使2 用下，进行吊筑法施工时不予降水。这种风井吊筑法施工工 中继问逐步恢复至正常状态，而管道也可逐步恢复至平直。 艺避免了超深风井施工带来的工期较长、环境影响周期长和 (5)工具管正面减阻 强度大的缺点，具有快速、安全和环保的特点。 由于工具管正面在处理岩层过程中， 中孔桩孔洞均用 3．4 全封闭型泥水处理工厂的应用 5MPa压力灌注砂浆回填 ，而造成正面阻力过大 ；在上次顶 泥水平衡盾构施工会产生大量的盾构开挖泥水，需要对 进中及时抽动管段时 ，正面阻力大于 1000t而造成2 中 其做处理以方便外运与再利用。 继间向上隆起达到最大值 1．52m。为此，要减小工具头的正 本工程创新的使用全封闭厂房作为泥水处理场地的屏 面阻力，来防止 2中继间继续上隆 ，就必须把 2 中继间的 蔽，内部采用工厂化集约管理，以减少 占地面积，且所有渣土 正面阻力降到 300t以内。 采用长距离封闭管路排放 ，将施工产生的污染控制在最低水 根据现场实际条件，我们决定采用人工挖孑L桩的施工 平。通过此项技术 ，厂区外噪音水平由115dBA降至55dBA 方法，把工具管前端正面的填充砂浆尽可能地破碎处理掉。 以内0由于大直径泥水平衡盾构的泥水处理系统需要 占居较 开挖时应采用 西2m的钢管作为护壁，来保护施工人员的 大的场地，如大连路越江隧道约5500 mz，翔殷路越江隧道 安全，且向下开挖的砂浆体要至管底标高处。因工具管前方 也大于5500m2，上中路越江隧道大于 15000m2，上海长江 余下 16m左右的砂浆回填区需要进行穿越施工，所以我们 隧道大于20000mz的场地。我们通过对泥水处理系统进行 在此共设 3个竖井。 反复优化 ，并采用模块集成式结构 ，从而提高了泥浆处理能 当竖井开挖到底后，在确保安全的前提下，我们在顶管 效，减少了泥浆沉淀池的用地面积 ；同时改变了常规使用膨 轴线方向上向两端各超挖 lm左右，并在各竖井之间保留了 润土配置新浆的原理 ，从而大大缩小了系统的用地量，(占地 1m左右的砂浆体作为隔墙，以防止发生塌方。在砂浆回填 仅 3300m o这在同级的大型泥水平衡盾构工程中占地面 区域段进行顶进施工时，要注意：顶管工具头土仓尽量出空， 积最小 ，相比通常布设缩减 了约 2000Ill(只 占通常的 以减少正面项力。 60％)，节约土地资源40％，因而降低了工程成本。 5 实施效果 4 结语 (1)第一阶段：在完成了管道项部增加覆盖层 ，管内布 本工程针对城区隧道施工的特点和所面临的技术难 置配重 200t后，我们开始在 、3中继间进行来回拉动作 题，采用数值模拟、理论分析和现场验证的方法，对工程施工 业，但效果不明显。为了使管道形成活动状态，3顶管开始 所引发的环境安全和环境污染问题展开了研究，并采取了相 向前试顶进，项进5m～484m处停止。监测结果显示：2中 应的技术处理解决措施，从而顺利的解决了施工中的问题。目前 继问上部开口有闭合的趋势，中继问开始下降。其下降趋势 该工程已快速、保质地完成且并没有破坏环境，为城市环境 较慢，每顶进 1m下降 1Cm～2Cm。 敏感区同类隧道工程施工积累了环境控制和环境保护方面 (2)第二阶段 ：我们根据第一阶段试顶进的情况分析 的经验，对隧道工程的可持续发展具有推动作用。 2oI1年誊月出版鬟 · 4l1 ·

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