小净距下穿道路隧道管幕多管同时顶进施工技术.pdf

价值工程图1上部基坑开挖-2拱顶管幕中心线自然地面21m0 引言作为一种先进的结构形式，管幕法在城市超浅埋隧道的进出口支护方面表现出色，隧道及地下工程建设近年来越来越多的运用到管幕法。其主要作用是能够使预支护体系超前，使掌子面维持稳定、地层变形控制、坍塌冒顶事故预防等，特别是在设计方面，对于下穿已存在的交通或景观结构提供了先进的设计理念。福州市工业北路延伸线工程坐落于福州市西片区，该工程是一条南北向主干道，规划于中心城区，同时也是一条位于中心城西片区的便捷进出城通道之一。工业路与杨桥路交叉口是本工程的起点，沿现有工业路向北延伸，穿越文林山后到达终点梅峰路。隧道为双向 8 车道，全长 1176m，左线桩号范围为ZK2+640 至 ZK3+816，右线桩号范围为 YK2+670 至 YK3+810。1 地质水文及周边环境情况特点在地质水文方面，全风化、砂土状强风化花岗岩和碎块状强风化花岗岩是隧道围岩的主要组成部分。此外，辉绿岩、花岗斑岩岩脉和强风化地层存在于部分区域中。地层属于极软岩-较硬岩的范畴，有相对较大的变化，同时岩体的破碎程度也有所不同1。在施工过程中，地下水受到地表水的影响，雨季时可能呈现淋雨状或涌流状出水，围岩易发生坍塌2。需要注意的是，围岩稳定等级为吁级。隧道周边有中冶场库和鼓楼环卫公寓的拆迁场地、梅峰山公园出入口、马坑支路的民居楼以及梅峰路和景区道路。此外，隧道计划在福州市第二看守所处下穿施工，东侧还有池塘和坝埂。目前现场勘察显示，隧道出口区域的管幕施工区域受到既有护坡浆砌片石和管道的影响，需要进行清理置换和管道迁改。此外，隧道下穿的道路和现有构筑物可能会影响管线，因此需要进行迁改，确保管线距离隧道拱顶大于1m。2 管幕支护施工工艺根据项目的地质情况和设计要求，选择使用直径为准299mm、厚度为 10mm 的管幕支护，注浆填充管幕钢管。采用螺旋出土套管顶进工艺进行管幕施工，套管使用管幕的钢管代替，螺旋钻杆配带专门钻头并安装于内部。螺旋钻杆旋转动力和套管顶推力由管幕设备提供。在管幕钢管顶进的过程中，钻压和扭矩通过螺旋钻杆传递给钻头，以切削土层，管内螺旋将钻渣通过孔口排出到管外。基坑开挖的参数及顺序如下：淤围护结构完成后，进行基坑开挖。基坑平面尺寸为21m伊46m，覆盖左右线隧道。先进行上部基坑的开挖，深度约为 4m，预留反力墙和C30 地面硬化层（厚度 20cm）。于完成上半部管幕施工后，撤离施工设备，开始开挖下部基坑，深度也为 4m，预留反力墙和 C30 地面硬化层（厚度 20cm），上部基坑开挖见图 1，下部基坑开挖见图 2。盂管掌子面及反力墙背土处理。进行管掌子面和反力墙背后土体的注浆加固处理。加固区域包括掌子面 2m 范围、上下反力墙底部及反力墙背后 2m 范围。注浆加固的深度为 6m/12m，注浆孔间距为 1m，梅花状布置，设计注浆要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院李德柱（1972-），男，辽宁金州人，本科，正高级工程师，研究方向为桥梁工程。小净距下穿道路隧道管幕多管同时顶进施工技术Construction Technology of Multi-tube Jacking of Curtain in Road Tunnel with Small Clear Distance李德柱 LI De-zhu曰杨之光 YANG Zhi-guang曰高岩 GAO Yan曰刘宝作 LIU Bao-zuo（中铁九局集团有限公司，大连116600）（China Railway Ninth Bureau Group Co.，Ltd.，Dalian 116600，China）摘要院本文结合文林山隧道下穿道路及既有构筑物施工实例，详尽地论述了上、下部基坑开挖、掌子面及反力墙背土处理、管幕材料的加工、施工控制精度及控制方法、管幕施工工艺流程等内容。该技术在浅埋下穿道路及构筑物隧道施工中针对性强，实践效果理想。Abstract:Combined with the construction examples of the underpass road and existing structures of Wenlinshan Tunnel,this paperdiscusses in detail the excavation of the upper and lower foundation pits,the soil treatment of the palm face and the back of the reactionwall,the processing of tube curtain materials,the precision and control method of construction control,and the technological flow of tubecurtain construction.This technology has strong pertinence in the construction of shallow buried road and structure tunnel,and the practicaleffect is ideal.关键词院小净距；下穿；隧道；施工；技术Key words:small clear distance；underpass；tunnel；construction；technology中图分类号院U45文献标识码院A文章编号院1006-4311（2023）23-094-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.23.031Value Engineering图2下部基坑开挖21m约1-1-2跃16m底部地面拱顶管幕中心线自然地面5m半径为 0.5m。总共布置了 7 排 322 根注浆孔，延长了2760m。榆管幕材料与设备准备。准备管幕施工所需的材料和设备。管幕施工所需的材料包括钢管和角钢。钢管长度为13905m，角钢长度为 55080m。同时，根据现场条件对两台管幕管排钻机适应性安装及改装。管幕钢管内采用水泥浆低压填充，安装了 2 套注浆设备和沉降控制注浆泵。此外，需要准备加工吊装设备（如 25T 汽车吊或 5T 叉车）和施工吊装设备（如 10T 龙门吊或 35 吨汽车吊 2 台）。3 反力墙受力计算反力墙的受力计算如下：3.1 钢管阻力计算管幕顶进摩阻力按照以下公式计算：式中：p计算的总顶力（kN）；f顶进时，管道表面与周围土层之间的摩擦系数，取 0.2；酌管道所处土层的重力密度（kN/m3），取 1.4；D1管道的外径（m），本计算取0.3m；h管道顶部以上覆盖土层的厚度（m），本计算取3m；渍管道所处土层的内摩擦角（毅），本计算取 20毅；棕管道单位长度的自重（kg/m），本计算取 72kg；L管道的计算顶进长度（m），本计算取 90m；2钢管数量，本计算中选取 2 根。计算结果如下：p=0.2伊1.4伊0.3伊2伊3+（2伊3+0.3）伊tg2（45毅-20毅/2）+72/（1.4伊0.3）伊90伊2抑2698kN，约合 270 吨。3.2 钻机顶进力计算顶进油缸缸径 32cm，设定最高给进泵压：25MPa；计算如下：顶进力 T=油缸截面积 S*给进压力 P/100*油缸数量*0.85式中：油缸截面积 S=803cm2，施工设定最大顶进力 P=25MPa，施工油缸数量：2（个），功率转换系数为：0.85，T=800*25*2/100*0.85=340（T）。计算结果：管幕钻机施工最大顶进力为 340T。3.3 上部管幕反力墙反力墙布置在基坑后部，墙面垂直于隧道轴线。反力墙厚度为 2m，基坑侧支护模板浇筑，墙体内横纵向布置准25mm 钢筋。反力墙背后靠土为模，背后土体需要碾压和注浆加固。反力墙与掌子面净空满足 19m 长度。上部管幕反力墙横向连续，长度为 46m。管幕反力墙两侧超出上台阶底部管幕中心线 1.5m。3.4 下部管幕反力墙下部管幕反力墙布置在基坑后部，墙面垂直于隧道轴线。下部反力墙厚度为 2m，基坑侧支护模板浇筑，墙体内经纬向布置 准25mm 钢筋。下部管幕反力墙背后靠土为模，背后回填土体需要进行注浆加固。反力墙与掌子面净空满足 16m 长度。下部管幕反力墙可按施工位置布置成段落形式。管幕反力墙两侧超出底部管幕中心线 1.5m。4 管幕施工隧道左、右线管幕在开挖线外侧 250mm 环向布设，相邻管间距 350mm，环向布设 75 根，双线共 150 根。4.1 钻孔顶管使用 准299mm 的 Q235B 无缝钢管作为管幕钢管。钻进时，采用 准150mm 螺旋钻杆，中间带有 准40mm 的导向测量孔。钻头通过螺旋钻杆提供旋转动力，切削渣碎屑被螺旋钻杆从钢管内排出。在管幕钢管顶进的同时进行螺旋出土，随着管幕钢管顶进到位后停止。第一根管幕钢管施工完成后按照相同原理重复后续的管幕钢管施工。4.2 管幕钢管方向调整在铺设管幕钢管前，使用全站仪确定钻机和管幕钢管与隧道轴线和坡度的参数3。钻机和管幕钢管入孔位置按照设计要求调整。随着管幕钢管顶进 2m 后，需对管幕钢管的方位通过使用全站仪进行测量，若发生偏移，钻机前端的夹拾器可修正方位。铺设完成第一组钢管后，再次使用全站仪测量管幕钢管的方位，如有偏移，进行调整。且每顶进 10m 测量一次管幕走向，若偏离及时修正4。4.3 钻头控制钻头采用楔型钻头，型号较管幕钢管稍小，楔板回转直径也需略小于管幕的内径。钻头前端安装有有线探棒，通过导线与动力头后面的显示屏连接。钻头正常回转钻进时，管幕钢管沿直线前进。如果钻头与预先规划好的轨迹发生偏离，需将偏离轨迹纠正。将钻头楔面调动至偏斜方向，回转停止且加力顶进。钻头因为楔面的作用而发生偏斜，进行修正可以通过调整钻进方向5。装在钻头后部的导向探头可以监测钻头的朝向和偏斜方位，经过导线连接到显示屏，操作员可以方便地调整钻进方向，钻头工作的原理见图 3。根据图 3 中的原理图，可以看到钻头内部安装了一个传感器，该传感器由 15V 直流电源供电。通过显示屏可以实时显示钻头的倾角和朝向角度。调整导向板的方向是钻头纠偏的关键步骤。当导向板朝上时，表示为 12 点，就像一个钟面一样。当打设角度偏下时，把导向板朝上，即把钻头调到 12 点，使导向板底板面积变大，随后顶进，钻头收到向上的力，就会朝上运动。同理导向板朝下纠偏钻头朝下运动，3 点、9点方向代表右、左纠偏方向。4.4 注浆注浆施工在管幕完成后进行，使用符合设计要求的准42*4mm 注浆管附着在管幕钢管外，纵向沿管幕钢管通长布设并焊接，作为开挖沉降补偿注浆措施的实施载体应用于管幕施工和隧道施工。使用水泥浆注浆，控制注浆压力在 0.51MPa。施工中如有渗水涌水险情，采用双液浆注浆泵进行抢险处理。（图 4）4.5 沉降控制原则自动监控测量装置需安装在管道处，且能够及时报送价值工程图5现场作业示意图图6现场作业示意图准确的测量数据，设立应急机构、人员及机械物资，建立沉降应急预案；必须设立沉降监测预警机制，施工控制流程按照相应的级别启动；作业人员必须在施工前进行沉降应急预案交底及演练；随着沉降数据的变化，施工过程及措施应相应改变，避免东扶西倒；必须及时准确记录沉降控制措施和效果并反馈。注浆顺序需严格把控，使用导管稳固地层须在阶段管幕施工完成后立即实施；以少量多次补充为原则进行沉降控制，避免出现忽上忽下的现象；项目负责人必须对较大沉降进行现场指挥控制，责任到人。现场作业见图 5、图 6。5 结论与建议文林山隧道出口左线 ZK3+806耀ZK3+716 和右线YK3+800耀YK3+710 暗挖段采用管幕支护，设计单线管幕75 根，管幕材料 准29910mm 无缝钢管，施工长度为 90m，共计 13500m。业主要求 2019 年 6 月 30 日前完工，管幕成型示意图见图 4。将单管顶进和双管按 2 台套设备数量施工做如下方案对比。淤采用单管顶进：顶进速度 50m/天 2 台，计划 3 月 15日开工，至 8 月 15 日完成；技术方案可行，单管顶进速度快，顶进力较大，能够实现一定长度的钢管顶进，但多管间相对位置控制难度大；总体进度慢，危险源存在时间长，施工精度要求高，影响质量的因素较多，安全性满足施工要求。于采用双管顶进：顶进速度 40m/天 2 台 2 根，计划 3月 15 日开工，至 6 月 30 日完成；技术方案可行，双管同时顶进，管间位置准确，顶进力大，钢管组合刚度增大，能够实现长距离支护；线型较易控制，施工效率高；双管顶进经验丰富，施工周期短，危险源存在时间相对较短，双管相互制约，施工质量高；双管顶进工艺先进，施工参数控制简易施工效率高工期短。从工期、技术、安全质量等方面经过比选，采用双管顶进施工技术可满足设计及合同工期的各项要求。参考文献院1王录林.关于浅埋隧道管幕法施工对环境保护作用的探讨J.价值工程，2019，38（09）：105-107.2孟庆一.管幕施工技术在超浅埋大断面隧道中的应用J.价值工程，2020，39（27）：98-99.3李松延.浅埋暗挖隧道管幕施工控制措施J.建筑技术开发，2022，49（06）：42-44.4宋鹏杰.新型半包管幕法在地铁过街通道中应用研究J.铁道建筑技术，2021（02）：151-155.5黄博.长管棚技术在新鼓山隧道浅埋下穿高速公路的应用J.建筑机械，2019（04）：23-25.图4管幕成型示意图350350管幕中心环向轴线图3钻头工作原理钻头有线探棒夹拾器管幕钢管钻杆出土栏顶推盘钻杆连接法兰动力头显示屏顶块后背顶推油缸动力头调整油缸夹拾器移动油缸丝杠