广州金土岩土工程技术有限公司

精品工程
元和塘综合管廊矩形顶管工程项目介绍(2017.11)
来源: | 作者:pmo29a903 | 发布时间: 2020-03-06 | 191 次浏览 | 分享到:

一、工程概况
  苏州城北路(金政街—江宇路)综合管廊工程,位于苏州市城北东路与沪霍线高速入口相交处。管廊沿线分布建(构)筑物有苏州军分区房、石化加油站、交警二中队、民房及齐门立交桥等,沿线下穿宽约39m的元和塘河道,下穿给水、雨水、电信、光纤等地下管线。
  采用明挖法施工需征用军分区用地、拆迁管线,影响河道通航和立交交通,对周边既有结构物带来一定的破坏和影响。因此,为避免征地和拆迁管线的困难,不影响元和塘及齐门立交的正常通行,减少大面积开挖土方,经参建各方多次开会研究论证确定采用“绿色、环保、安全”的非开挖顶管施工技术。
  本工程采用多刀盘组合式土压平衡矩形顶管机掘进施工,顶管断面尺寸为9.1m×5.5m,一次顶进长度为233.6m,平均覆土厚度为9m,设计纵坡-3‰。顶管施工穿越地层主要为粉砂夹粉土、粉砂层。矩形顶管管节全部采用预制钢筋混凝土结构。

综合管廊矩形顶管管节参数一览表      表1-1

外包尺寸(宽×高)

9.1m×5.5m

净空尺寸(宽×高)

7.8m×4.2m

管节壁厚 (m)

0.65

单节长度(m)

1.5

管节重量(t/节)

66.8

管节总数量(节)

154

混凝土强度及抗渗等级

C50 / P8

管节接口形式

“F”型承插式


顶管始发井及接收井参数一览表        表1-2

施工内容

外形尺寸(m)

内衬墙(m)

基坑围护形式

始发井

14×15.1×15.826

1.0

φ1.2m钻孔灌注桩+三道钢支撑 +双排Ф850@600三轴搅拌桩止水

接收井

10×14.1×16.520

1.0

φ1.2m钻孔灌注桩+三道钢支撑 +双排Ф850@600三轴搅拌桩止水

钻孔桩与止水帷幕、双排钻孔桩之间采用高压旋喷桩进行止水及接缝处理。

 
洞门及后靠背加固参数一览表        表1-3

施工内容

加固形式

加固范围(m)

始发井洞口

Ф850@600mm三轴搅拌桩

19.2×15.5×7.0

接收井洞口

18.0×15.5×5.0

后靠背

(20.50~44.50)×15.5×12.0

本工程建设单位为苏州城市地下综合管廊开发有限公司,施工总包单位为中铁上海工程局集团有限公司。







二、地质条件
综合管廊顶管顶部覆土厚度为9m,从上至下地层情况:
各地层参数一览表     表2-1

地层编号

岩土名称

状态

埋深(m)

土层厚度(m)

内摩察角
(°)

粘聚力
(kpa)

①-6

素填土

稍密,局部松散

3.50~-0.56

0.00~3.60

17.4

32.4

黏土

饱和,流塑

1.43~-3.65

0.50~5.70

15.4

48.8

⑤-1

粉质黏土夹粉土

粉土呈稍密~中密

-2.00~-4.25

1.23~2.50

19.3

28

⑥-1

粉砂夹粉土

稍密~中密

-3.90~-6.9

1.30~3.40

29.3

6.2

⑥-2

粉砂

稍密~中密

-4.87~-12.39

5.20~6.80

33

3.9

粉质黏土

软塑

-11.37~-28.05

5.00~17.60

17.6

30.7

黏土

饱和,可塑

-

-

15.1

50.9

顶管施工穿越的地层为⑥-1粉砂夹粉土、 ⑥-2粉砂。
初见水位埋深0.20~2.30m。相应稳定水位标高为1.32~1.98m。



三、BIM技术应用
为提高综合管廊矩形顶管工程项目整体管理水平,提前发现和解决施工中可能出现的各种技术问题,本项目将积极引入BIM技术应用于施工中。






四、顶管施工重难点及主要技术措施
4.1 大断面矩形顶管掘进施工
综合管廊矩形顶管断面尺寸为9.1m×5.5m,属大断面顶管,施工时顶管机顶部易产生背土效应、顶管机头易发生栽头及扭转。采取措施如下:

编号

施工重难点

措施

(1)

背土效应

在顶管机顶部不间断注浆,有效阻隔壳体与土体的接触。

(2)

顶管机栽头

在洞门处进行土体加固,提高土体强度;在顶管始发时垫高机头5cm,使机头有向上的趋势;进洞时,将机头和后方管节采用拉杆连接;加大顶推力控制出土量小于掘
进量使掌子面前方土体对机头产生挤密作用。

(3)

顶管机扭转

顶进过程中通过顶管机自身的纠偏系统,勤观察监测仪和倾斜仪上的数据,做到随偏随纠,保证顶管机轴线与
设计轴线在同一条水平线上。

4.2长距离矩形顶管顶进施工
综合管廊矩形顶管顶进长度达233.6m,为超长距离矩形顶管,穿越土层为粉砂夹粉土、粉砂,施工时阻力较大,采取措施如下:

编号

施工重难点

措施

(1)

顶进阻力大

顶进全程设置2道中继间,作为接力储备。根据施工经验在
顶管机后约30m处和100m处分别设第1道和第2道中继间。

(2)

管节外壁进行涂蜡处理,有效减小顶进过程中管周摩擦阻力。

(3)

顶进全程进行注浆减阻,以达到减少摩阻力的效果。

(4)

顶进过程中严控顶管机姿态及轴线。

(5)

合理控制顶进速度、合理安排管节安装的作业时间,保证顶
进施工连续均衡,避免较长时间的搁置。

钢筋混凝土管节预制
矩形顶管预制管节断面较大,强度及管节防水要求高,管模精度要求高,154节管节需在100天内完成,生产时间紧张。采取的措施如下:
(1)委托专业的预制厂按设计要求生产管节;
(2)要求预制厂加工2套管模,合理安排时间,科学管理,满足工期要求。

4.4 顶管始发及接收防突涌、防渗漏水控制
顶管施工穿越地层主要为粉砂夹粉土、粉砂层,稍密~中密状态,土质稳定性较差,且场地地下水位较高。顶管始发、顶进过程及接收时易发生涌水涌砂、管节渗漏的可能。采取措施如下:

编号

施工重难点

措施

(1)

始发及接收时可能涌水涌砂

始发及接收洞门进行加固,提高土体强度和自稳性。

(2)

洞门加固区两侧及中间位置设降水井,降水减压,降低顶管
机始发及接收时涌水涌砂的风险。

(3)

始发洞门设置2道止水橡胶圈,加强洞门止水密封效果。

(4)

管节渗漏

管节纵向连接采用“F”型承插式,设2道防水胶条,防止管节渗水。

(5)

管节与管节之间采用钢管进行刚性连接,保证管节接缝密实。


4.5 顶进轴线精度控制
本工程为大断面长距离顶管,且穿越粉砂夹粉土、粉砂层,在超宽矩形断面内保证机头土仓压力平衡的难度加大,易发生顶进轴线偏转。采取措施如下:

编号

施工重难点

措施

(1)

顶进轴线偏转

对机头掌子面前方不良土体进行改良。

(2)

严格控制出土速度及出土量,保证土仓压力平衡。

(3)

顶进过程中,通过调节主顶油缸及铰接油缸进行微纠偏。

(4)

顶进过程中勤测勤纠,以保证测量的精度,保证顶进轴线
姿态良好。

(5)

采用压注浓泥纠偏技术进行轴线纠偏。

(6)

严格控制土仓内土压力。


4.6 顶管管廊下穿既有河道
顶管施工下穿元和塘(河宽约39m),覆土厚度约3.5m,遇流塑状黏土及粉砂夹粉土,地质条件复杂,顶进施工难度较大。此外,过河段浅覆土顶管施工过程中可能发生管节上浮及顶管完成后管节不均匀沉降的现象。采取措施如下:

编号

施工重难点

措施

(1)

有出现河床穿透形成漏斗造成渗水及工作井涌水涌砂的风险、管节上浮

对河床底进行加载反压,即施工厚800mm的钢筋混凝土板,确保顶进过程中该段土体稳定,同时防止管节上浮。

(2)

加强挖掘面土体改良,形成良性土体,确保正面土体稳定。

(3)

严格控制出土量。

(4)

对河堤及河岸进行监测,根据监测数据及时采取措施。

(5)

在离河道前20m设置试验段,进行顶进参数调整和土体改良试验,确保顶管机以最佳的状态顺利穿越过河段。

(6)

不均匀沉降

顶管完成后注浆置换触变泥浆来固结通道和采用槽钢进行刚性连接,使管节通道连成整体。


4.7 不良地质顶管施工
顶管施工穿越粉砂夹粉土、粉砂层,顶管施工掌子面可能出现突涌,影响地面及顶管安全。采取的措施如下:
(1)挤密措施:增加被动土压力对顶管机掌子面前方土体产生挤压,减少土体的流动性;
(2)合理设计改良配比,进行土体改良;
(3)严格控制土仓土压力,保证开挖面前方土体不发生流砂、流泥和坍塌。

4.8 地面沉降控制

编号

施工重难点

措施

(1)

地面沉降

设止退装置,在管节拼装前和在千斤顶缩回前进行止退固定,维持正面土压力平衡,避免开挖面失稳引起地面沉降。

(2)

在顶进轴线两侧各30m范围内设沉降监测点,加强监测。

(3)

对周边建构物、地面、河堤、管线及顶管水平和竖向位移进行监测。

(4)

设置监测预警值,一般地段地面最大沉降量≤30mm,最大隆
起量≤10mm。如果监测值接近预警值时应及时采取措施控制顶进速度、顶进参数及出土量等。


五、拟进行的科研课题及技术标准
5.1 课题研究
本项目将采用理论研究、室内试验、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,进行以下课题研究:


编号

课题研究

编号

课题研究

(1)

管廊矩形顶管断面尺寸标准化研究

(5)

矩形顶管顶进力计算研究

(2)

矩形顶管管节结构和防水设计研究

(6)

顶管始发井和接收井设计

(3)

开挖舱土体改良与土压力控制研究

(7)

减阻注浆工艺研究

(4)

矩形顶管地表沉降规律与控制研究

(8)

矩形顶管上部土体扰动规律研究

5.2 研究成果
(1)《超长距离9.1×5.5米矩形顶管综合管廊建造关键技术》研究报告
5.3 技术标准
(1)形成一套《矩形顶管施工工法及验收标准》;
(2)形成一套《土压平衡矩形顶管泥浆技术应用指南》;
(3)编制《江苏省综合管廊工程矩形顶管建造技术标准》。


六、顶管施工现场