某运动场馆地下通道矩形顶管施工控制技术_施振海.pdf

d o i:1 0.3 9 6 3/j.i s s n.1 6 7 4-6 0 6 6.2 0 2 3.0 1.0 1 3某运动场馆地下通道矩形顶管施工控制技术施振海(深川控股集团有限公司,杭州3 1 1 0 0 0)摘 要:为解决地下通道矩形顶管施工中工作井开挖和顶进施工难题,该文以杭州市某运动场馆周边环境提升工程过街地道矩形顶管法施工为研究对象,研究了深基坑支护施工方案和矩形顶管施工方案。结果表明,提出的钻孔灌注桩结合搅拌桩止水帷幕、横向支撑的方式有效解决了工作井和出入口的开挖难题;矩形顶管机选用土压平衡式顶管机,配备有8个刀盘、驱动装置、螺旋输送机以及远程控制系统,研究了顶管端头加固、顶进始发和顶进接收施工关键技术,有效保障了顶管施工的安全穿越。关键词:地下通道;矩形顶管;施工控制;土压平衡式顶管C o n s t r u c t i o nC o n t r o lT e c h n o l o g yo fR e c t a n g u l a rP i p eJ a c k i n g i nU n d e r g r o u n dP a s s a g eo faS p o r t sV e n u eSH IZ h e n-h a i(S h e n c h u a nH o l d i n gG r o u pC o,L t d,H a n g z h o u3 1 1 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t os o l v e t h ep r o b l e m so fw o r k i n gw e l l e x c a v a t i o na n d j a c k i n gc o n s t r u c t i o n i nt h e r e c t a n g u l a rp i p ej a c k i n gc o n s t r u c t i o no fu n d e r g r o u n dp a s s a g e,t h i sp a p e r s t u d i e s t h ec o n s t r u c t i o ns c h e m eo fd e e pf o u n d a t i o np i t s u p p o r ta n dr e c t a n g u l a rp i p e j a c k i n gc o n s t r u c t i o n,t a k i n g t h e c o n s t r u c t i o no f c r o s s i n g t u n n e l r e c t a n g u l a rp i p e j a c k i n gm e t h o d f o rt h ee n v i r o n m e n t a l i m p r o v e m e n t p r o j e c t a r o u n da s p o r t s v e n u e i nH a n g z h o ua s t h e r e s e a r c ho b j e c t.T h e r e s u l t s s h o wt h a tt h ep r o p o s e dm e t h o do fb o r e dp i l ec o m b i n e dw i t hm i x i n gp i l ew a t e r-s t o pc u r t a i na n dl a t e r a l s u p p o r te f f e c t i v e l ys o l v e st h ep r o b l e mo f e x c a v a t i o no fw o r k i n gs h a f t a n de n t r a n c e.T h e r e c t a n g u l a rp i p e j a c k i n gm a c h i n e a d o p t s t h e e a r t hp r e s s u r eb a l a n c e t y p ep i p e j a c k i n gm a c h i n e,e q u i p p e dw i t h8c u t t e r h e a d s,d r i v ed e v i c e s,s c r e wc o n v e y o r sa n dr e m o t ec o n t r o l s y s-t e m s.T h ek e yt e c h n o l o g i e so fp i p ej a c k i n ge n dr e i n f o r c e m e n t,j a c k i n gs t a r t i n ga n dj a c k i n gr e c e i v i n gc o n s t r u c t i o na r es t u d i e d,e f f e c t i v e l ye n s u r i n gt h es a f ec r o s s i n go fp i p e j a c k i n gc o n s t r u c t i o n.K e yw o r d s:u n d e r g r o u n dp a s s a g e;r e c t a n g u l a rp i p e j a c k i n g;c o n s t r u c t i o nc o n t r o l;e a r t hp r e s s u r eb a l a n c e dp i p ej a c k i n g收稿日期:2 0 2 3-0 1-1 1.作者简介:施振海(1 9 7 4-),高级工程师.E-m a i l:5 0 3 2 0 7 1 3 2q q.c o m杭州市某运动场馆周边环境提升工程过街地道采用矩形顶管法施工,工程特点显著1。具体为矩形开挖面积大,达到7.1m4.7m;覆土深度浅,覆土厚度4.64.9m,小于一倍的开挖高度;周边管线复杂且距离较近,管线包括中压燃气、通信、污水、给水、路灯等;沉降要求高,顶进施工周边为高度开发区域,存在市政大楼及广播电视台大楼等敏感建筑。目前在国内已经成功应用大断面矩形顶管施工的城市不多,借鉴条件有限,不管是从技术把控还是从项目管理上都存在挑战2。研究矩形顶管施工工艺,有助于将矩形顶管推广应用于地下综合管廊、下穿工程、人行通道、地下商业街和地铁出入口等,尤其是杭州市已规划将大力开建多条管廊工程、地道工程等,有可能再采用顶管施工,因此具有较为深远的市场前景意义。另一方面,研究矩形顶管施工工艺也从技术角度解决了高度开发城市中浅埋大断面矩形顶进难题,为类似工程施工提供了参考和借鉴。1 工程概况杭州市某运动场馆周边环境提升工程过街地道由四条矩形主通道和六座地面出入口梯道组成,主通道54建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期是采用非开挖矩形顶管,横向穿越交叉路口,顶进管节采用工厂预制钢筋混凝土管节,轮廓呈规则“口”字形,横截面尺寸为71 0 0mm47 0 0mm,结构净高3.8m,净宽6.2m,覆土厚度4.64.9m,埋深9.39.6m,其余结构采用现浇钢筋混凝土施工,主通道的几何结构尺寸如图1所示。工作井和接收井的结构尺寸如表1所示,顶管工作井位于人民大道与东湖南路路口的东北角与西南角,双向顶进,夹角约9 0,工作坑的内边尺寸为1 3m1 0m、1 4m1 0m,开挖深度约1 3.0m。工作井和接收井内衬结构待顶管施工完毕后浇筑顶板回填覆土并作为连接主通道和出入口梯道的结构,地道共设置4个出入口,出入口设自动扶梯及楼梯,并设置4个垂直升降梯。宽度为7m,梯道待主通道顶管完成后明挖顺筑法施工。顶管工作井、接收井、围护结构采用8 0 010 0 0钻孔灌注桩+7 0 010 0 0高压旋喷桩外加8 5 06 0 0三轴搅拌桩止水帷幕结构体系,井结构外围采用8 0 0旋喷桩嵌缝加固。表1 工作井和接收井的结构尺寸工作井名称外轮廓尺寸/m覆土深度/m顶板厚度/m底板厚度/m侧墙厚度/m1#始发井1 4.61 1.78.1 33.5 00.80.80.82#始发井1 5.61 1.78.1 33.5 00.80.80.81#接收井1 3.21 0.78.1 33.6 50.80.80.82#接收井1 1.71 0.78.1 33.6 50.80.80.82 地下通道深基坑施工方案出入口基坑开挖深度2.1 51 3m,采用8 0 010 0 0钻孔灌注桩作为横向支护结构,并在桩周围施作搅拌桩作为止水帷幕,按照实际开挖支护需求设置若干道支撑(局部有换撑)作为水平向的支护结构。为保证基坑围护的整体稳定性,第一道支撑为钢筋混凝土支撑,其余水平向支撑为圆形钢支撑,直径为6 0 9mm,钢管壁厚度为1 6mm,坑底采用三轴搅拌桩加固。始发 井、接 收 井 基 坑 开 挖 深 度 约1 1.81 3.5 m,局 部 坑 中 坑(集 水 坑)加 深1.41.6 m。采 用8 0 010 0 0钻孔灌注桩结合搅拌桩止水帷幕+三道支撑和一道换撑,第一道支撑为钢筋砼支撑,第二、第三道支撑为6 0 91 6钢管支撑,换撑为6 0 91 6钢管支撑。坑中坑位于砂质粉土中,可采用自然放坡的形式进行开挖3。始发井及接收井端头处管线错综复杂,端头加固采用三轴搅拌桩+高压旋喷桩嵌缝;始发井后背加固采用三轴搅拌桩+高压旋喷桩嵌缝。始发井及B出入口基坑底部土体强度低、压缩性高,为保证基坑安全并控制变形,坑底被动区设置满堂及抽条加固。始发井及接收井基坑底部处于砂质粉土中,基坑内、外采用排水沟、集水井明泵排水方案,坑内设降水井。64建材世界 2 0 2 3年 第4 4卷 第1期3 地下通道矩形顶管施工方案3.1 地下通道矩形顶管机的选择如图2所示,为适应顶进区域的地层条件,矩形顶管机选用土压平衡式顶管机,顶管刀盘为轴辐式,为充分提高刀盘的削切效率,共设置了4个大刀盘、2个中型刀盘和2个小型刀盘,刀盘覆盖削切面面积达到8 0%以上,同时,在每个刀盘辐壁后方都设有搅拌棒,刀盘间的盲区刃口上设有铲齿,可以充分实现对整个矩形断面的 破 土,避 免 开 挖 盲 区 存 在,也 可 以 对 端 头 加 固 区 的1.0MP a加固土体进行有效地铲碎4。顶管机基于无线以太网技术实现了远程操控,在机外设置了控制系统和操作台,操作台的观察面板有2台显示器,一个显示顶进参数,另一个显示器与现场顶管机中的视频传感器连接,摄像头分别用于观察仪表板、2台螺旋输送机的排土状态、油缸状态5。3.2 地下通道矩形顶管施工关键技术地下通道矩形顶管的总体施工工艺包括准备工作、矩形顶管设备安装、始发施工、地面作业、井下施工、接收施工和收尾工作。依据地下通道矩形顶管施工的实际情况,其主要的施工关键主要包含以下几个方面。1)顶管端头加固工作井结构施工完成后,为了保证矩形顶管机能够顺利进入土层,同时避免端头区域土体软弱和富含地下水造成的始发垮塌和漏水,需要组织进行端头加固施工。加固段采用直径8 5 0mm、间距6 0 0mm的三重高压旋喷桩加固,加固深度为1 5m,加固宽度为1 3.2m6。顶管实施前对围护结构外侧土体进行三轴水泥搅拌桩加固。1#基坑周边围护桩实施后进行始发井在顶管洞口进洞方向及后备土体均进行加固,采用高压旋喷桩8 5 06 5 0进行加固(搭接长度2 5 0mm),加固深度为1 5.0m。后备土体纵向加固长度4.0m,横向加固宽度1 3.0m。2#、3#工作井及出入口基坑周边围护桩实施后始发井在顶管洞口进洞方向及后备土体均进行加固,采用高压旋喷桩8 5 06 5 0进行加固(搭接长度2 5 0mm),加固深度为1 5.0m。后