富水砂层条件下穿越复杂线路...超大直径双顶管施工技术研究_刘飞.pdf

广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年2月第30卷 第2期FEB 2023Vol.30 No.2DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.02.019作者简介：刘飞（1990-），男，大学本科，工程师，主要从事市政工程技术管理工作。E-mail：0绪论顶管法施工是一种常用于敷设地下管线的非开挖技术，该技术保护环境效果良好1-4，对地层的适应性较强。相较于盾构法5施工及传统的明挖法6等工法，在无干扰破坏建筑设施、施工质量安全及施工经济利润等方面，它都具有不可替代的优越性。在实际工作过程中，能够根据实际的技术要点，不断纠正管道穿越地层时产生的植入偏差，保证管道工程的平衡。超大直径且近距离的双线顶管有着特殊的施工要求，所需的施工技术水平较高。富水砂地层有着较强的流动性，土层稳定性差，施工控制效果将影响穿越既有建构筑的安全。程乐群7提出顶进施工过程对周边建筑进行监测，并根据监测数据调整施工控制参数，确保施工安全；丁猛猛等人8采用三维有限元方法模拟分析富水砂层条件下多排顶管工程不同顶管顺序对工作井变形的影响，并提出最优施工工序；李洪运9针对国内超大直径钢顶管施工问题的研究，提出了更为完善的施工方案及保障措施；胡聪等人10采用模型试验与有限元方法分析双线顶管施工对地表沉降的影响，并总结沉降规律。针对富水砂层顶管施工难题，本文开展富水砂层条件下穿越复杂线路小净距超大直径双顶管施工技术研究，降低对顶管上方道路及下方地铁线路的影响，保证施工质量与施工效率。1工程应用概况深圳某综合管廊工程全长 235.43 m，采用双排圆形钢筋混凝土顶管施工，顶管采用内径4000mm，壁厚320 mm，外径4 640 mm，每节长2 500 mm钢筋混凝土管材，荷载等级级管要求，管道接口形式为柔性接头，F 型钢承口。混凝土等级不低于 C50，抗渗等级P10，双道楔形橡胶圈止水。总长度约2240 m，双排富水砂层条件下穿越复杂线路小净距超大直径双顶管施工技术研究刘飞，马强，李铁军，付轩，魏红波（中铁一局集团有限公司广州分公司广州510660）摘要：受富水砂层条件的影响，顶管施工不可避免会引起周围地表沉降和土体扰动变化，且双排管间距较小，施工过程双管之间土层稳定性差，其施工效果将影响管道上方道路及下方地铁线路的正常运营。因此，提出一种富水砂层条件下穿越复杂线路小净距超大直径双顶管施工技术，采用触变泥浆+软塑性黄泥组合成一种适合于砂层地质条件下顶管施工的护壁材料，有效控制沉降，减小摩阻力，降低对顶管上方道路及下方地铁线路的影响；针对双排管间土体进行注浆加固，保证后续顶管施工的安全；通过洞口加固措施，保证进出洞施工的安全，确保项目安全稳定有效推进。关键词：富水砂层；双顶管；小净距；大直径；复杂线路；施工中图分类号：U231+.3文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）02-078-04Research on Construction Technology of Small Clear Distance and Super Large DiameterResearch on Construction Technology of Small Clear Distance and Super Large DiameterDouble Top Pipe Crossing Complex Lines under the Condition of Water Rich Sand LayerDouble Top Pipe Crossing Complex Lines under the Condition of Water Rich Sand LayerLIU Fei，MA Qiang，LI Tiejun，FU Xuan，WEI Hongbo（Guangzhou Branch of China Railway First Bureau Group Co.，Ltd.Guangzhou 510660，China）AbstractAbstract：Affected by the conditions of the water rich sand layer，the pipe jacking construction will inevitably cause the surrounding surface settlement and soil disturbance changes，and the spacing between the two rows of pipes is small，and the soil layer stability betweenthe two pipes is poor during the construction process.Its construction effect will affect the normal operation of the road above the pipelineand the subway line below the pipeline.Therefore，proposes a construction technology of small clear distance and super large diameter double top pipe crossing complex lines under the condition of water rich sand layer，which adopts thixotropic mud+soft plastic yellow mud toform a wall protection material suitable for pipe jacking construction under the geological condition of sand layer，so as to effectively control the settlement，reduce the friction force，and reduce the impact on the road above the pipe jacking and the subway line below；Grouting reinforcement shall be carried out for the soil between the two rows of pipes to ensure the safety of subsequent pipe jacking construction；Through the hole reinforcement measures，we can ensure the safety of the construction in and out of the hole and ensure the safe，stable and effective progress of the project.Key wordsKey words：water rich sand layer；double top pipe；small clear distance；large diameter；complex lines；construction78刘飞，等：富水砂层条件下穿越复杂线路小净距超大直径双顶管施工技术研究FEB 2023 Vol.30 No.22023年2月 第30卷 第2期管，两管净间距1 160 mm，直线顶管。顶管下穿深南大道、上穿地铁1号线。设计纵坡坡度为0.2%，覆土深度5.55.8 m。本工程单段顶距较长，顶力较大，顶管穿越深南大道，需严格控制路面沉降。2关键施工技术2.1端头加固本工程工作井预留洞口较大，洞门所在地层为砂层，自稳性较差，为减小破除洞门时坍塌的风险，必须对洞门外侧土体进行加固。工作井所处环境为重要的交通十字路口，施工场地有限，经充分研究及结合场地条件，最终确定加固范围为沿顶管方向4 m，顶管两侧各3 m，顶管管顶以上3 m，管顶以下4 m。采用旋喷桩+双液浆进行端头加固。具体做法为：先用WSS注双液浆沿加固区外围进行土体加固，WSS加固深度超过旋喷桩1 m，降低地下水流速，再使用高压旋喷桩对加固区进行加固。2.2触变泥浆+软塑性黄泥护壁材料由于顶管机头外径4 740 mm，管节外径4 640 mm，导致管节壁后与土层之间有50 mm空隙，按照常规做法，空隙采用触变泥浆填充，控制沉降及减阻，但本项目富水砂层地质，常规触变泥浆难以满足使用要求，故项目针对富水砂层地质，研发了一种适用于砂层地质条件下施工的触变泥浆+软塑性黄泥护壁材料，应用于岩石顶管机外径与管节外径差造成的管节壁后缝隙填充，具有快速支护、减阻及防渗作用。2.2.1触变泥浆的试配、制备考虑到砂层稳定性差的特点，人工造浆选用优质膨润土为原料，并掺人适量的纯碱（氢氧化钠）、CMC、高分子材料（聚丙烯酰胺）配制而成，配合比如表1所示。纯碱可增大泥浆pH值至810，加速膨润土颗粒的分散，增强土的水化作用，提高泥浆的胶体率和稳定性，高分子材料可使孔壁土表面形成薄膜防止孔壁剥落，降低失水量，提高粘度。根据地质情况及覆土厚度，初步选择泥浆性能为：粘度30 s，比重1.11.16，失水量小于25 cm3/30 min，始发前按此配比配置泥浆，始发后根据试验段反馈情况动态调整泥浆性能指标。2.2.2注浆孔布置机头后前三节管节每节均需布置注浆孔，以后每隔1节布置1道注浆孔（注浆孔内必须安装单向阀）。触变泥浆在地面造浆，用注浆设备通过注浆管输送至管节内，注浆设备采用SYB50/45-单缸液压注浆泵，每分钟流量可达80 L。注浆压力根据覆土厚度及土层容重计算，覆土厚度取6 m，顶管覆土主要以杂填土为主，容重取17 kN/m3，故土压力为617/1 000=0.1 MPa，为使触变泥浆能更好的填充缝隙，注浆压力取0.12 MPa，在顶进过程中，根据监测数据进行实时调整。2.2.3软塑性黄泥制备软塑性黄泥在管节内制备，采用优质膨润土+水制备而成，用打土泵通过打土阀向壁后打土，打土泵为NBS0506YJ制泥注泥泵，参数如下所示：输土量为5 m/h，出口压力为6 MPa，电机功率为4+4 kW，料斗容积为100 L，泥缸尺寸为A120300 mm。打土压力计算方式与触变泥浆一致，取0.12 MPa，打土量应根据壁后体积，打土量计算：Q=V式中：为打土率（一般取 150%200%）；V为顶管施工引起的空隙（m3），V=（D2-d2）L/4；D为顶管切削外径（m）（削切外径4.73 m）；d为预制管片外径（m）（预制管片外径4.64 m）；L为回填打土段长即预制管片每环长度（预制管片每环宽2.5 m）根据公式计算得打土量Q=3.14 （4.732-4.642）2.5/4（150%-200%）=（2.53.3）m3，即注浆量为 2.53.3 m3/环（2.5 m）。同时，打土量因结合监测数据调整，地面轻微隆起为最佳。2.2.4触变泥浆及软塑性黄泥施工工艺在一节管顶进完成后，立即根据计算需求量在机尾处注软塑性黄泥填充管节壁后缝隙，形成有效支撑，恢复顶进后，通过管节注泥浆孔向壁后注触变泥浆，进一步填充管壁后缝隙，使触变泥浆和软塑性黄泥形成泥浆套，起到减阻、支护及防渗作用，施工过程如图1、图2 所示。原料名称配合比淡水100膨润土84CMC膨润土的0.01%0.05%纯碱膨润土的0.30.5CMC膨润土的0.10.3高分子材料泥浆的0.003%表1膨润土造浆配合比Tab.1Mixing Ratio of Bentonite Slurry（kg）图1软塑性黄泥打土系统Fig.1Soft Plastic Yellow Mud Drilling System图2触变泥浆注浆系统Fig.2Thixotropic Mu