大断面矩形顶管施工重要阶段安全风险控.pdf

第 3 期（总第 146 期）2023-09-25顶管施工特别适用于周边环境相对简单，且不适合明挖施工的工况，随着市政建设的高速发展，与城市道路的合杆工程理念一样，地下管线多位一体将逐步成熟。同时为了提高地下空间利用率及成本减负，大断面的矩形顶管工艺应运而生。矩形顶管的应用对于城市的快速建设、生态环境的可持续发展、人民群众的高质量生活起到了重要作用。由于地下工程本身安全风险较高，大断面的矩形顶管，对于其安全风险的控制也提出了更高要求，研究大断面矩形顶管施工安全风险控制至关重要。1 概述浦业路顶管通道全长102 m，顶管掘进由北向南水平顶进，顶管管节顶最深埋深 9.6 m，最小埋深 4.5 m，管节截面尺寸 7.4 m6.8 m，长 1.5 m，共 68 节，其中 65 节标准节，3 节工具管。顶管掘进土层位于 1 层淤泥质黏土。管节采用强度 C50混凝土预制,抗渗等级为 P8。顶管结构全部采用预制矩形钢筋混凝土管节，管节接口采用“F”型承插式。采用土压平衡式顶管工艺进行施工。见图1、图 2、图 3。图 1 顶进示意图 图 2 管节截面尺寸 图 3 管节截面实图2 大断面矩形顶管安全风险控制该桥跨 1#15#板本段穿越姚家浜顶管断面为7.4 m6.8 m，属于大断面矩形顶管工程，在顶进过程中易造成“背土”、周边沉降、顶管机头失稳、有限空间危害等安全风险。针对上述安全风险，需要采取相对应措施与技术准备。2.1 防“背土”措施2.1 防“背土”措施大断面的结构造成了刀盘上下面的高差较大，掘进时机壳体顶部与土层的接触面积大1，因此，在顶管机切口环处增加了帽檐结构，在帽檐结构内和铰接处预留触变泥浆孔，顶管掘进过程中，实时注入触变泥浆，使浆液均匀分布于土体和顶管机壳体之间，形成触变泥浆套，从而减少土体同壳体的摩擦力。顶管机在顶进时，每隔一段时间对顶管机后部已成管道高程做一次复测,一旦出现管道下沉情况严重时，立即对下沉部位进行底部注浆，防止由此引起的地面沉降。2.2 沉降控制2.2 沉降控制顶管需穿越过姚家浜驳岸，对顶管施工沉降控制要求非常高。顶管施工前，针对过姚家浜驳岸布置沉降控制监测点，每天及时收集沉降数据，调整合理 大断面矩形顶管施工重要阶段安全风险控制 陆 川摘 要城市综合管廊大断面矩形顶管施工时各个阶段都存在安全风险，例如工作井深基坑施工、管节及顶管设备吊装、顶管掘进施工等，均要求对安全风险进行严格控制。以浦业路一期 2 标的矩形顶管掘进施工为例，重点讨论顶管机进出洞门、标准段及浅覆土区域掘进三个重要阶段的安全风险控制。关键词 综合管廊 矩形顶管 重要阶段 安全风险控制市政设施管理Shizheng Sheshi Guanli工程管理-27-第 3 期（总第 146 期）2023-09-25的顶进、推进参数。控制开挖面的压力平衡，减少周围土体的扰动。为了能够及时反映测量数据，准确掌握顶管机姿态，本工程采用全自动测量，实时监控，增加测量频率，并在机头内增加倾斜仪器，顶进时根据机头姿态采取纠偏顶进方式。顶进过程中应遵循“勤测、勤纠、微纠，先纠高程、后纠平面，小角度连续”的纠偏原则，以减小纠偏对周边土体的扰动。2.3 顶管机头稳定性控制2.3 顶管机头稳定性控制因顶管施工区域位于 1 层淤泥质黏土，土层对顶管机头顶托力不足以支撑机头自重，为了防止顶管机头在出加固区与自然土层交界面时发生机头突沉，将机头与前 6 节管道间设置纵向拉结措施，提高前 10 m 左右范围内管道的整体性，并在拟合线路始发的基础上整体抬高 10 20 mm。最终顺利进入自然土层，未发生机头突沉。见图 4。图 4 前 6 节管节纵向拉结示意图2.4 有限空间作业安全管理2.4 有限空间作业安全管理顶管施工比较容易遭受的情况之一是由于含氧量不足引起的胸闷、晕眩等隐患。人员在管道内要消耗大量的氧气2，管道内会出现缺氧，影响作业人员的健康。由于管节顶进施工距离长，施工过程中，随着管道不断向前延伸，空气不流通，管内温度会逐渐增高，空气中的氧气逐渐稀少，管内湿度增大。为改善管内工作环境，在管道施工的全过程中采取通风措施，加大管道内空气流通量，营造良好的作业环境。综合考虑现场情况，前期管道距离短时采用换气效果较好的向外排风方式来使管内空气流通，管片节数达到 30 节后，则采用由外向机头送风方式，使井内空气与井外空气形成对流3。通过上述通风措施，保证管道内的氧气浓度不低于 20%，在地下作业点的新鲜空气量不低于每人每分钟 3 m,风速应大于 0.15 m/s,最大风速小于 6 m/s。在作业温湿度方面，控制作业面的温度不超过 32,相对湿度不超过 80%。3 顶管机进出洞安全风险控制进出洞是顶管施工的关键工序，也是安全风险管控的重要阶段，针对本段顶管进出洞阶段，必须充分认识到施工风险。在顶管施工中，随着管道的不断向前延伸，顶管出洞口土体会不断的沉降，需严防洞口喷水、涌砂，导致地面沉降。一般先根据管节拼装里程、顶进油缸长度、土压平衡矩形顶管组装位置要求、始发井结构、后靠背支撑长度及隧道线路设计轴线，定出土压平衡矩形顶管始发姿态空间位置，以确定洞门钢环的预埋中心位置，然后反推出始发台的空间位置，提前调整好始发井底板的标高、坡度等4。在始发井和接收井洞口设置降水井，在进出洞阶段提前降水，要求水位降到顶管底1 m以下。顶管进出洞前，提前打设探孔，探孔处必须无明水，不漏泥、漏砂，加固体取芯强度报告符合设计要求。见图 5、图 6。图 5 探孔位置示意图 图 6 探孔实例图始发井洞门采用钢翻板+帘布橡胶板组合成的止水防护，井壁内预埋注浆管道，当止水装置意外损坏出现渗漏时，向井壁内预埋的注浆管道压注聚氨酯或双液浆进行堵漏。机头进洞后可在管节外侧打入黏土对洞口四周空隙进行封堵。施工前应先对洞门环的安装位置进行复测，偏差不应大于20 mm，洞门复测完成后根据复测结果安装洞门密封装置与始发基座，以保证顶管机的出洞姿态和洞门防水的效果。见图 7、图 8。图 7 洞门止水环示意图市政设施管理Shizheng Sheshi Guanli陆 川：大断面矩形顶管施工重要阶段安全风险控制-28-第 3 期（总第 146 期）2023-09-25 图 8 钢翻板帘布橡胶板组合大样进出洞前做好洞口涌水、涌砂的防备措施，安排好抢险人员，准备好相关设备及材料。洞门应分层连续凿除。整个作业过程中，由专职安全员进行全过程监督，杜绝安全事故隐患，确保人身安全，同时安排专人对洞口上的密封装置做跟踪检查，监护密封装置是否完好。4 浅覆土顶进安全风险控制目前大断面顶管工程在下穿河道时，顶部最小覆土厚度 H，为满足安全和抗浮需要，一般不小于1.5 倍的管径，土压平衡顶管可在管外径的 0.8 倍的浅覆土状态下顶进。顶管断面为 7.4 m6.8 m，过河段覆土层厚约 4.5 m，属浅覆土层下顶管施工。当顶管隧道断面较大，建设环境有特殊限制，实际覆土厚度无法满足时，在顶管穿越施工中若由于开挖舱支护压力控制不当，造成前方开挖面失稳，容易出现河床穿透形成漏斗，造成顶管机头或者管节渗水，甚至工作井涌水、涌砂的风险。另外，河道覆土较浅，上部土体不足以抵抗管道的浮力，顶进施工时可能引起顶管机及管节产生上浮的趋势，难于掌控顶管方向，施工完成后存在不均匀沉降的可能5。针对这些顶管风险区域，编制以下针对性措施。本工程属浅覆土层中顶进，顶进过程中可能会受到较大浮力而出现机头上浮现象，必要时采取顶管管内配重以及调整顶管前方机头，使之略微下倾，从而预先使顶管产生一定量的下沉趋势等方式防止顶进轴线上漂。河底距管顶距离为 4.5 m，大于 4.25 m，能满足抗浮要求。但数值较为接近，出于安全考虑，顶进初期通过对河道加载进一步增加抗浮能力，同时也能作为防止浅覆土层被顶穿的措施。顶管顶进过程中，在浅覆土段顶进时，顶进注浆是防止顶管背土造成土体剪切破坏，导致河底穿孔的关键技术。严格控制管道顶部和顶部注浆孔的注浆压力，采用了河底铺设隔渗油布和模袋混凝土，有效防止了因注浆可能造成的河底穿孔。另外，改进注浆材料，在浅覆土段顶进时，为保证顶进安全及减少对上方土体的扰动，注浆浆液必须在克服土层摩擦力的同时，也必须增强泥浆套的稳定程度。只有泥浆在土层内形成致密的泥浆套，才能避免泥浆不会因浅覆土土层而发生流失现象，引发土层沉降和冒浆事故。由此可见，在浅覆土段顶进中，配置的膨润土浆液需在原有膨润土浆液基础上不断强化泥浆的稠度，降低泥浆的流动性6。土压平衡矩形顶管推进，按照计划推进时间12 h 完成一环，在该一环推进的时间内，需要完成如下工作。见图 9。顶进出土（1土斗）恢复顶进管节安装出土吊装（1土斗）拆电缆、管路、吊顶铁安装电缆、管路、吊顶铁15 min平均1环/12 h总计用时约10 h30 min30 min30 min30 min13个循环图 9 顶管施工作业循环示意图在浅覆土段采用膨润土原土、聚丙烯酰胺配置而成的膏状泥浆。该泥浆物理性质呈膏状，具有良好的粘聚性和可塑性，可以弥补传统液态泥浆的不足，可以分多次多处注入该泥浆来填充管节与土体之间的间隙，补充地层损失。另外，该泥浆具有良好的黏聚性、保水性与减阻性，可用于砂性土层中泥浆套的形成及管节的减阻，构建泥浆套，可以有效控制顶进摩阻力和地面沉降。5 结语上海经济在不断地发展，五大新城的快速建设，使市政工程行业迎来了春天，在地下管网发达的地区，综合管廊的大断面矩形顶管施工需求日益增大，随着管廊断面越来越大，对周边环境的安全造成一定影响，因此在管廊顶管施工期间和建成后应做好陆 川：大断面矩形顶管施工重要阶段安全风险控制市政设施管理Shizheng Sheshi Guanli-29-第 3 期（总第 146 期）2023-09-25嘉定新城远香湖会客厅整体品质提升项目对原设计的沪宜公路钢拱桥位置进行了调整，平面位置向湖中平行移动约4 m，跨度增加到48 m。这一调整使主跨钢拱梁的安装施工难度增加。由于场地条件受限，超过600 t的起重机无法展开作业，而采用常规施工方法，不但影响施工进度且成本过高。1 工程概况沪宜公路桥位于上海市嘉定区远香湖公园 J 区，沪宜公路与天祝路交叉口西南侧约100 m处，周边各类管线密集、早期永久结构物承载标准受限、实际场地狭窄、新建场地周围地形受限。沪宜公路桥桥梁上部结构采用箱型断面钢板梁；下部结构采用埋置式桥台，墩台桩基础均为800 钻孔灌注桩，共计 16 根。具体布置及数据见表 1、表 2 和图 1、图 2、图 3。表 1 沪宜公路桥概况表项目名称桥面净宽斜交角度桩基根数每根桩长沪宜公路桥6 m016 根28 m两侧引道总长钢梁总重钢筋混凝土12 m104.973 t33.791 t264 m表 2 沪宜公路桥钢梁厂家细化设计单件结构尺寸和重量序号编号单重/t数量单件重量/t结构尺寸/mm1GQ131.254131.25415 3113 5002 0752GQ232.581132.58115 3133 5002 0753GQ3 北岸桥台埋件4.74714.7472 7913 5002 0754GQ431.644131.64414 7983 5002 0755GQ5 南岸桥台埋件4.74714.7472 7883 5002 0756GQ1 GQ2 GQ4组合件95.44645 4223 5002 075大跨度钢拱桥整体吊装施工关键技术研究 武 政摘 要随着城市现代化迅速发展，大跨径桥梁在公路和城市道路中越来越重要。其中薄壁钢箱梁桥集合了箱型截面抗弯抗扭刚度大，同时具有钢结构强度高、自重轻、施工工期短、安装方便快捷、美观等优点，已然成为大跨径桥梁的主要结构形式。文章以嘉定新城远香湖会客厅整体品质提升项目为例，着重对大跨度钢拱桥整体吊装施工关键技术进行研究和分析。关键词 大跨度 钢拱桥 整体吊装市政设施管理Shizheng Sheshi Guanli工程管理环境安全保障措施，确保实现“工程优质、环境优美”的目标。参考文献1 黄怿杰.大断面类矩形顶管下穿既有箱涵粘弹塑性安全控制研究 D.同济大学,2018.2 杨转运.市政项目中长距离顶管工程若干问题探讨 J.非开挖技术,2008,25(1):102-106.3 黄永春.超大直径混凝土顶管长距离顶进施工控制措施J.城市道桥与防洪,2018(7):5.4 薄利.大直径铁路盾构机始发施工技术J.城市建设理论研究:电子版,2014(8):1-6.5 韩建东.超大断面矩形顶管浅埋过河施工技术J.工程技术研究,2019,4(10):2.6 李响.浅谈大管径的浅覆土顶管施工 J.四川水泥,2017(6):2.（作者单位：上海建工一建集团有限公司，收稿日期：2023-07-05）-30-