一种矩形顶管通道之间开洞的施工方法 |
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| 申请号 | CN201510246989.9 | 申请日 | 2015-05-15 | 公开(公告)号 | CN104806253A | 公开(公告)日 | 2015-07-29 |
| 申请人 | 中铁二局股份有限公司; 中铁二局股份有限公司城通分公司; | 发明人 | 刘杰; 陈卓; 陈强; 夏炜洋; 王启成; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种矩形顶管施工技术。本发明的矩形顶管通道之间开洞的施工方法，包括步骤：施工准备；冻结孔施工；冻结站安装；积极冻结与维护冻结；开挖和构筑施工；冻结孔封堵；融沉注浆。通过对冻结孔的布置和冻结孔施工过程设 预防 措施，保证施工安全和施工效果；对于联络通道的开挖和构筑施工，采用分层、分 块 凿除的方式开挖土方，保证联络通道施工后的结构 稳定性 ，对周围结构损害性小；联络通道施工完成后利用顶管通道开洞两侧及顶 底板 预留的注浆孔进行融沉注浆，控制地面沉降及结构 变形 ；本施工方法解决矩形顶管通道之间开洞的施工问题，其施工过程安全、开出的通道结构稳定可靠，且施工效率高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种矩形顶管通道之间开洞的施工方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种矩形顶管通道之间开洞的施工方法技术领域[0001] 本发明涉及一种顶管通道施工技术，特别涉及一种矩形顶管通道之间开洞的施工方法。 背景技术[0002] 顶管施工是一种非开挖施工方法，它是指一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管道完成顶入土层之后，再下第二节管道继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。 [0003] 顶管通道对于城市土地资源不足、交通严重拥堵，道路通行能力不能满足城市发展需求时，可以作为一种城市地下通道来使用。而城市地下工程所处地层主要为粉砂层，地层水量丰富，透水性好，且属于严重液化的砂性地层，使得顶管通道间相互连接的施工变得极为困难，许多顶管通道都只能独立存在，顶管通道间没有相互连接，只是作为单一的“隧道”存在，不能起到较好的行车、行人的功能。 发明内容[0004] 本发明的目的在于克服城市地下顶管通道所在地层主要为粉砂层，地层水量丰富、透水性好，且属于严重液化的砂性地层，使得顶管通道间相互连接的施工变得极为困难，不能起到较好的行车、行人的功能的问题，提供一种矩形顶管通道之间开洞的施工方法，用于解决含水丰富且透水性好的粉砂层地层矩形顶管通道之间的开洞施工，该方法施工过程安全、开出的通道结构稳定可靠，且施工效率高。 [0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：一种矩形顶管通道之间开洞的施工方法，包括以下步骤： （1）施工准备：对准备施工的矩形顶管附近的岩土条件、水文地质条件和周边管线情况做相应的了解，做好矩形顶管通道之间开联络通道的位置规划； （2）冻结孔施工：在矩形顶管内壁上用金刚石取芯钻开冻结孔，用跟管钻进法下冻结管，根据联络通道施工的孔位，采用由下向上的顺序进行施工；在每个钻孔孔口处都设有孔口管，并安装钻孔密封装置；施工冻结孔过程中产生冒泥涌水现象时，采用强力水平钻机，尽量实现无泥浆钻进；若钻孔时出现泥水流失，及时进行补浆充填； （3）冻结站安装：将冻结站设置在地面端头井位置，冻结站设备包括冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜，用管路将各个设备连接，采用冷冻机组将冷冻液打入冻结管中进行土体冻结施工；积极冻结期冷冻液温度为-28℃～-30℃，维护冻结期温度为-25℃～-28℃；需冷量计算和冷冻机选型：冻结需冷量计算：Q=1.3·π·d·H·K，其中H—冻结孔总长度，d—冻结管直径，K—冻结管散热系数，根据需冷量对冷冻机选型； （5）开挖和构筑施工：具备开挖条件后，对预留联络通道进行精确放样，做好线位标记，采用单侧人工分层、分块凿除的方式开挖土方；即首先开挖上层的一半区域，开挖完成后及时安装临时支架和喷射混凝土；再依次开挖上层剩余区域和下层区域，并及时安装临时支架和喷射混凝土；最后一次性整体浇注二次衬砌永久结构； （6）冻结孔封堵：冻结孔封堵在二次永久结构拆模后进行，冻结管均不拔出，采用割除处理，并用钢板焊接封闭管口，每个冻结管割除后马上封堵冻结孔； （7）融沉注浆：利用顶管通道开洞两侧及顶底板预留的注浆孔进行融沉注浆，融沉注浆以单液的水泥浆液为主，双液浆为辅的方式，进行地层的融沉注浆。 [0006] 作为优选，步骤（2）施工过程中严格监测冻结孔偏斜情况，发现偏斜要及时纠偏，下好冻结管后，进行冻结管长度的复测，然后再用灯光测斜仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。 [0008] 作为优选，根据联络通道施工的孔位，采用由下向上的顺序进行施工，冻结孔开孔位置误差不大于100mm，应避开管节接缝、暗梁和暗柱。这样可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻孔施工时的事故发生率。 [0009] 作为优选，打孔过程中土体流失体积不得大于冻结孔体积，每个冻结孔钻孔完成后，及时通过注浆孔对地层进行补偿注浆（按2~3倍体积进行压注），确保地面沉降可控；冻结管长度和偏斜合格后再进行打压试漏，压力控制在0.8MPa，要求在前15分钟压力损失小于0.05MPa,之后30分钟内压力稳定无变化时为试压合格。若试压不合格，可拔出冻结管进行重新钻孔，或者下套管进行处理。 [0010] 作为优选，步骤（3）中在盐水管路和冷却水循环管路上设置阀门、测温仪、压力表等测试组件；盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保温，保温厚度为20mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎。集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每组冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。管节外面采用PEF板隔热保温，以减少冷量损失。 [0011] 作为优选，步骤（4）中设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在冻结工艺规程和设备要求的技术参数条件下运行。冻结系统运转正常后进入积极冻结。 [0012] 在积极冻结过程中，要根据实测温度资料判断冻结帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监测冻结帷幕与通道的胶结情况，测温判断冻结帷幕交圈并达到设计厚度且与通道完全胶结后，可进入维护冻结阶段，维护冻结期温度为-25℃～-28℃，冻结时间贯穿旁通道开挖和主体结构施工始终。 [0013] 作为优选，步骤（5）中联络通道纵向深度0.5m采取一次性开挖完成，开挖断面超挖不大于30mm，要求每个开挖分区开挖完成后，冻结帷幕暴露时间不大于12个小时。 [0014] 作为优选，步骤（5）中土体两侧进行人工风镐开挖，中间没有冻结的土体采用手镐和铁锹开挖；开挖过程中底部将有部分冻结管被暴露，首先需关闭该组冻结管的去、回路阀门，将内部的盐水放空再进行割除。为了提高掘进效率，加快施工进度，缩短冻土暴露时间，风镐尖需做淬火处理。而且掘进环境温度在0℃以下，输风管路及风镐中的冷凝水容易结冰，需进行除湿处理，一方面把风管悬吊起来，另外每隔1～2小时向风管内注入酒精，防止冰屑的出现。并要求每个掘进班配备5～6把风镐，以避免不正常工作而影响施工进度。在掘进施工中根据揭露土体的加固效果，以及监控监测信息，及时调整开挖步距和支护强度，确保安全施工。在开挖过程中，还要及时对暴露的冻结帷幕进行保温。保证了施工过程的安全和联络通道的施工效果，提高了施工效率。 [0015] 作为优选，步骤（6）中割除一个冻结管就及时封堵一个冻结孔，严禁将数个冻结管一起割除，一起封堵。 [0016] 作为优选，步骤（7）中水泥浆液为水泥单液浆，水灰质量比为水：水泥＝1：1。注浆压力不大于0.3MPa，当一天内通道沉降大于0.5mm，或通道累计沉降大于1.0mm时，应进行融沉补偿注浆；当通道隆起2.0mm时应暂停注浆;土层沉降和周围土层相对稳定后，可以结束融沉注浆。 [0017] 作为优选，步骤（7）中注浆以少量多次为原则，单孔一次注浆量不大于0.5 m3，注浆压力不大于0.3Mpa。注浆前将待注浆的注浆管和其相邻的注浆管阀门全部打开；注浆过程中，当相邻孔连续出浆时关闭邻孔阀门，定量压入单液浆后即可停止本孔注浆，关闭阀门，然后接着对邻孔注浆。遇到注浆管内窜浆固结而引起堵管时，需用加长冲击钻头通管。 [0018] 根据地面沉降及结构变形监测情况，合理调整劳动组织，适时进行反复注浆，直至沉降变形监测基本稳定，且达到结构无明显渗水为止。 [0019] 控制地面沉降及结构变形是注浆的目的。因此，解冻过程中，要加强地面变形监测、冻土温度监测、冻结壁后水土压力监测。另外，注浆施工过程中，浆液的压力可以通过在相邻注浆孔安装压力表来反映。以上综合监测数据，是注浆参数调整的依据。融沉注浆的结束是以地面变形稳定为依据。冻结壁已全部融化，且实测地层沉降持续一个月每半月不大于0.5mm，可停止融沉补偿注浆。 [0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果：1、本矩形顶管通道之间开洞的施工方法，通过对冻结孔的布置和冻结孔施工过程都做了相应的预防措施，保证了施工安全和施工效果；对于联络通道的开挖和构筑施工，采用分层、分块凿除的方式开挖土方，一部分开挖完成后及时安装临时支架和喷射混凝土，最后一次性整体浇注二次衬砌永久结构，保证联络通道施工后的稳定性，对周围地层结构损坏小； 联络通道施工完成后利用顶管通道开洞两侧及顶底板预留的注浆孔进行融沉注浆，控制地面沉降及结构变形；本施工方法解决矩形顶管通道之间开洞的施工问题，其施工过程安全、开出的通道结构稳定可靠，且施工效率高； 2、冻结孔施工时，在每个钻孔孔口处都设有孔口管，并安装钻孔密封装置，可防止钻进时大量水、砂涌出；针对施工冻结孔时产生冒泥涌水现象，采用强力水平钻机，尽量实现无泥浆钻进；钻孔时出现泥水流失，及时进行补浆充填；这样施工能控制冻结孔施工时水土流失，最大限度的降低对周边环境的影响； 3、联络通道土方开挖除时遵循“从上到下、分层分块”、“早喷锚、快封闭”的原则，先开挖上层的一半区域，开挖完成后及时安装临时支架和喷射混凝土，保证施工安全；再依次开挖上层剩余区域和下层区域，并及时安装临时支架和喷射混凝土；最后一次性整体浇注二次衬砌永久结构；施工过程有序，提高了施工效率。 [0022] 图2为本发明的矩形顶管通道之间开洞的施工位置关系示意图。 [0023] 图3为图2中的A-A视图。 [0024] 图4为矩形顶管内开冻结孔的示意图。 [0025] 图5为矩形顶管之间联络通道施工示意图。 [0026] 图6为联络通道开挖与构筑施工流程图。 [0027] 图中标记：1-始发井，2-矩形顶管，3-联络通道，4-接收井，5-矩形顶管通道，6-冻结孔，7-卸压孔，8-测温孔。 具体实施方式[0028] 下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。 [0029] 实施例1本实施例以某地地铁区间联络通道的施工为例，对本发明的矩形顶管通道之间开洞的施工方法进行说明。 [0030] 如图2所示，在始发井1和接收井4之间设置有三个矩形顶管2形成的独立矩形顶管通道5，现欲将三个矩形顶管通道5打通，如图3所示，打通后的矩形顶管通道间建立了联络通道3，本实施例的矩形顶管通道之间开洞的施工方法，包括以下步骤：（1）施工准备：对准备施工的矩形顶管附近的岩土条件、水文地质条件和周边管线情况做相应的了解，做好矩形顶管通道之间开联络通道的位置及其他参数的规划；分析好准备施工周围地层的岩层属性和地层含水量状况，做好相应的施工准备，避免影响周边环境安全； （2）冻结孔施工：在矩形顶管内壁上用金刚石取芯钻开冻结孔，用跟管钻进法下冻结管，根据联络通道施工的孔位，采用由下向上的顺序进行施工；如图4所示，本实施例的冻结孔6布置在矩形顶管通道壁的四面，分为设置在矩形顶管壁上的水平冻结孔、设置在矩形顶管顶板和底板上的竖直冻结孔、矩形顶管壁与顶板、底板连接处的倾斜冻结孔； 在每个钻孔孔口处都设有孔口管，并安装钻孔密封装置，防止钻进时大量水、砂涌出； 针对施工冻结孔时产生冒泥涌水现象，采用强力水平钻机，实现无泥浆钻进；若钻孔时出现泥水流失，及时进行补浆充填； （3）冻结站安装：将冻结站设置在地面端头井位置，冻结站设备包括冷冻机组、盐水箱、盐水泵、清水泵、冷却塔及配电控制柜，用管路将各个设备连接，采用冷冻机组将冷冻液打入冻结管中进行土体冻结施工； （4）积极冻结与维护冻结：积极冻结期冷冻液温度为-28℃～-30℃，维护 冻结期温度为-25℃～-28℃；需冷量计算和冷冻机选型：冻结需冷量计算：Q=1.3·π·d·H·K，其中H—冻结总长度，d—冻结管直径，K—冻结管散热系数，根据需冷量对冷冻机选型； （5）开挖和构筑施工：具备开挖条件后，对预留联络通道进行精确放样，做好线位标记，采用单侧人工分层、分块凿除的方式开挖土方；即首先开挖上层的一半区域，开挖完成后及时安装临时支架和喷射混凝土；再依次开挖上层剩余区域和下层区域，并及时安装临时支架和喷射混凝土；最后一次性整体浇注二次衬砌永久结构；如图5所示，联络通道3施工分为4区进行凿除，凿除时遵循“从上到下、分层分块”、“早喷锚、快封闭”的原则，即首先开挖Ⅰ分区，开挖完成后及时安装临时支架和喷射混凝土；再依次开挖Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分区，并及时安装临时支架和喷射混凝土；最后一次性整体浇注二次衬砌永久结构； 对于待开挖联络通道为钢筋混凝土结构的状况，联络通道结构构筑前需先对钢筋混凝土管节进行凿除。故如何控制钢筋混凝土凿除时的振动影响，以及开洞后管节的变形影响，如图5所示，本实施例在联络通道开洞施工前，在开洞范围内开设4个水平测温孔8，观测土体的冻土温度，要求达到设计规定的-10℃以下； 开洞管节凿除时，遵循“从上至下、分层分块”及“早喷锚、快封闭”的原则，即先将开洞管节上部分块部位分层凿除后，立即进行喷锚或者钢板焊接封闭，封闭完成后再进行下一分块的凿除作业，从而减少对管节的扰动影响； 整个施工过程中，加强对冻结施工参数及结构变形的监测频率，根据监测数据调整管节凿除时间和顺序；如果结构变形过大，应立即用喷射混凝土对掌子面进行封闭处理，必要时进行预注浆加固后，再进行开洞管节剩余的凿除作业； （6）冻结孔封堵：冻结孔封堵在二次永久结构拆模后进行，冻结管均不拔出，采用割除处理，并用钢板焊接封闭管口，割除一个冻结管就马上封堵一个冻结孔，严禁将数个冻结孔一起割除，一起封堵； （7）融沉注浆：利用顶管通道开洞两侧及顶底板预留的注浆孔进行融沉注浆，融沉注浆以单液的水泥浆液为主，双液浆为辅的方式，进行地层的融沉注浆； 对于相邻矩形顶管通道间净距较小、且顶部埋深不深时，需要考虑矩形顶管上方的管线布置，就需要降低冻结施工时对成型通道结构及其上部管线的冻胀融沉影响，针对这些状况可采用快速冻结减少冻胀，必要时对冻结范围进行超前预注浆；因为浅土层冻结体体积本身就很小，在快速冻结的条件下，产生的冻胀也很小。 [0031] 为保证工程安全及其质量，在矩形顶管上部增设倾斜测温孔，通过测温数据分析、判断冻结交圈及其冻结帷幕的发展，从而调整冻结体发展的速度，进而起到限制冻土墙体积向上发展的作用；如图5所示，在联络通道开洞两侧布设两个卸压孔7，根据卸压孔7上压力表读数变化，提前释放冻胀压力，减少冻胀对顶管管节的影响； 在联络通道衬砌中预埋压浆管，采用跟踪注浆方式补偿土层融沉，但注浆量及压力必须根据监控量测反馈数据进行调整。 [0032] 本实施例中，步骤（2）施工过程中严格监测冻结孔偏斜情况，发现偏斜要及时纠偏，下好冻结管后，进行冻结管长度的复测，然后再用灯光测斜仪进行测斜并绘制钻孔偏斜图。 [0033] 本实施例中，冻结管选用φ89*5mm和φ45*3.5mm低碳无缝钢管，冻结管耐压不低于0.8Mpa，并且不低于冻结工作面盐水压力的1.5倍，冻结管接头抗拉强度不低于母管的75%。所以，冻结需冷量计算：Q=1.3·π·d·H·K，其中H—冻结孔总长度：Φ89mm=102.5m和Φ45mm=448m，d—冻结管直径：Φ89mm和Φ45mm，K—冻结管散热系数250～280 Kcal/m2h： 所以计算得需冷量为3.17×104 Kcal/h，据需冷量，联络通道选用JYSLGF-300II型螺杆机组一台套，单台机组设计工况制冷量为8.75×104 Kcal/h，电机功率110KW，完全满足制冷需求。选用J-200型金刚石钻机，配φ130mm金刚石取芯钻头进行钻孔，深度约320mm，控制不得钻穿管节； 本实施例中，根据联络通道施工的孔位，采用由下向上的顺序进行施工，冻结孔开孔位置误差不大于100mm，应避开管节接缝、暗梁和暗柱。这样可防止因下层冻结孔的施工引起上部地层扰动，减小钻孔施工时的事故发生率。 [0034] 本实施例中，打孔过程中土体流失体积不得大于冻结孔体积，每个冻结孔钻孔完成后，及时通过注浆孔对地层进行补偿注浆（按2~3倍体积进行压注），确保地面沉降可控；冻结管长度和偏斜合格后再进行打压试漏，压力控制在0.8MPa，要求在前15分钟压力损失小于0.05MPa,之后30分钟内压力稳定无变化时为试压合格。若试压不合格，可拔出冻结管进行重新钻孔，或者下套管进行处理。 [0035] 本实施例中，步骤（3）中在盐水管路和冷却水循环管路上设置阀门、测温仪、压力表等测试组件；盐水管路经试漏、清洗后用保温板或棉絮保温，保温厚度为20mm，保温层的外面用塑料薄膜包扎，集配液圈与冻结管的连接用高压胶管，每组冻结管的进出口各装阀门一个，以便控制流量。管节外面采用PEF板隔热保温，以减少冷量损失。 [0036] 本实施例中，步骤（4）中设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在冻结工艺规程和设备要求的技术参数条件下运行。冻结系统运转正常后进入积极冻结。 [0037] 在积极冻结过程中，要根据实测温度资料判断冻结帷幕是否交圈和达到设计厚度，同时要监测冻结帷幕与通道的胶结情况，测温判断冻结帷幕交圈并达到设计厚度且与通道完全胶结后，可进入维护冻结阶段，维护冻结期温度为-25℃～-28℃，冻结时间贯穿旁通道开挖和主体结构施工始终。 [0038] 如图,6所示，本实施例中开挖和构筑施工流程图，步骤（5）中联络通道纵向深度0.5m采取一次性开挖完成，开挖断面超挖不大于30mm，要求每个开挖分区开挖完成后，冻结帷幕暴露时间不大于12个小时。 [0039] 本实施例中，步骤（5）中土体两侧进行人工风镐开挖，中间没有冻结的土体采用手镐和铁锹开挖；开挖过程中底部将有部分冻结管被暴露，首先需关闭该组冻结管的去、回路阀门，将内部的盐水放空再进行割除。为了提高掘进效率，加快施工进度，缩短冻土暴露时间，风镐尖需做淬火处理。而且掘进环境温度在0℃以下，输风管路及风镐中的冷凝水容易结冰，需进行除湿处理，一方面把风管悬吊起来，另外每隔1～2小时向风管内注入酒精，防止冰屑的出现。并要求每个掘进班配备5～6把风镐，以避免不正常工作而影响施工进度。在掘进施工中根据揭露土体的加固效果，以及监控监测信息，及时调整开挖步距和支护强度，确保安全施工。在开挖过程中，还要及时对暴露的冻结帷幕进行保温。 [0040] 本实施例中，步骤（6）中割除一个冻结管就及时封堵一个冻结孔，严禁将数个冻结管一起割除，一起封堵。 [0041] 本实施例中，步骤（7）中水泥浆液为单液浆，水灰比为水：水泥＝1：1。注浆压力不大于0.3MPa，当一天内通道沉降大于0.5mm，或通道累计沉降大于1.0mm时，应进行融沉补偿注浆；当通道隆起2.0mm时应暂停注浆;土层沉降和周围土层相对稳定后，可以结束融沉注浆。 [0042] 本实施例中，步骤（7）中注浆以少量多次为原则，单孔一次注浆量不大于0.5 m3，注浆压力不大于0.3Mpa。注浆前将待注浆的注浆管和其相邻的注浆管阀门全部打开；注浆过程中，当相邻孔连续出浆时关闭邻孔阀门，定量压入单液浆后即可停止本孔注浆，关闭阀门，然后接着对邻孔注浆。遇到注浆管内窜浆固结而引起堵管时，需用加长冲击钻头通管。 [0043] 根据地面沉降及结构变形监测情况，合理调整劳动组织，适时进行反复注浆，直至沉降变形监测基本稳定，且达到结构无明显渗水为止。 [0044] 控制地面沉降及结构变形是注浆的目的。因此，解冻过程中，要加强地面变形监测、冻土温度监测、冻结壁后水土压力监测。另外，注浆施工过程中，浆液的压力可以通过在相邻注浆孔安装压力表来反映。以上综合监测数据，是注浆参数调整的依据。融沉注浆的结束,以地面变形稳定为依据，冻结壁已全部融化，且实测地层沉降持续一个月每半月不大于0.5mm，可停止融沉补偿注浆。 |
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