大直徑長管棚超前.doc

大直徑長管棚超前支護(hù)技術(shù)在花園東路站中的應(yīng)用摘要：介紹了北京地鐵十號線花園東路站中大直徑長管棚超前支護(hù)技術(shù)的施工工藝和技術(shù)保障措施，為大管棚技術(shù)的應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵詞：大直徑；管棚；超前支護(hù)1 引言近年來，在軟弱不良地層中修建地鐵構(gòu)筑物，為防止施工過程中地表下沉和圍巖過度松馳造成坍塌，在開挖之前對圍巖進(jìn)行超前加固的有效性已經(jīng)為業(yè)內(nèi)人士所公認(rèn)。目前發(fā)展起來的方法有超前錨桿,超前小導(dǎo)管注漿和超前管棚。而超前管棚因其支護(hù)長度大，支護(hù)有力填補(bǔ)了超前錨桿和超前小導(dǎo)管支護(hù)限制，在地鐵穿越軟弱松散、不穩(wěn)定的復(fù)雜地層，或上部有重要管線等工程建設(shè)中得到了廣泛使用。目前隨著工程的需要，管棚支護(hù)技術(shù)逐漸向大直徑、長管棚發(fā)展，對施工工藝提出了更高的要求。本文介紹北京地鐵十號線花園東路站中超前管棚支護(hù)技術(shù)的成功應(yīng)用，以期為類似工程提供借鑒。2 工程概況北京地鐵十號線花園東路站為北京地鐵十號線第七座車站，位于北京市海淀區(qū)花園東路與北土城西路交叉口南側(cè)的土城遺址公園下，整個車站總長326.80m，寬20.9m，共設(shè)四個出入口，總建筑面積13223m2。車站主體的東西兩端及兩側(cè)的風(fēng)道位于綠地內(nèi)，采用明挖法施工，均為兩層三跨框架結(jié)構(gòu)；中部穿越北太平莊路的北端，為了不影響道路交通并避免地下管線的改遷，采用暗挖法施工，為單層三跨連拱結(jié)構(gòu)。車站西北角為牡丹賓館、北京牡丹電子集團(tuán)公司；東北角為牡丹園東里、花園飯店、華盛家園小區(qū)及暫時停建的花園公寓；西南角為大片綠化帶；東南角為22路公共汽車總站；車站南側(cè)5-9m為現(xiàn)狀小月河明渠，渠水流向由西向東，車站中部南側(cè)約59m處為跨小月河的牤牛橋。位于暗挖主體開挖面正上方800mm有一條呈南北走向20002350mm的電纜溝。根據(jù)勘查資料所示管棚施工所處地層為粉質(zhì)粘土、1層，該層硬塑為主局部軟塑，Es為5.219.6MPa，屬中高壓縮性低壓縮性土，施工條件較好。根據(jù)勘察資料分析，管棚施工位置主要受層間潛水影響，含水層為第、層中的粉、細(xì)砂層及粉土層，該層地下水為局部賦存；潛水局部為填土層，透水性一般，與地表水聯(lián)系密切，其來源主要是大氣降水、管道和小月河滲漏水，主要以蒸發(fā)和向下越流補(bǔ)給下層潛水方式排泄，并隨季節(jié)性大氣降水及上下水管漏水的變化而變化。3 管棚設(shè)計(jì)方案根據(jù)花園東路站的地質(zhì)情況及管線情況，花園東路站選用大管棚對地層進(jìn)行超前支護(hù)。初始設(shè)計(jì)的超前大管棚是由東、西兩端分別打設(shè)，在車站中部搭接，每端長度約47m，后來由于西端已開挖，東端尚未動工的狀況，遂采取由西端一端通長打設(shè)管棚，管棚長度約92m。這樣，由于管棚打設(shè)的設(shè)備及泥漿循環(huán)系統(tǒng)只建立一次，節(jié)省了工時；同時整體性能好，由于不搭接，避免了中部向上高挑的缺陷。超前大管棚采用146熱軋無縫鋼管，壁厚8mm，間距400mm，設(shè)于拱部，沿開挖輪廓外布置，管口中心外放至距開挖輪廓線400mm，拱部管棚由于靠近電纜溝，其管棚中心距離開挖輪廓線為200mm，外插角均為0.1，管內(nèi)灌注水泥漿；長管棚從西端明挖基坑打設(shè)一次，長度92m，采取9m超長水平定向鉆機(jī)，控制長度每節(jié)9m。為了探明地層情況，應(yīng)先施工三連拱連接處的管棚，該處管棚施工完畢后待地質(zhì)情況了解后再施工中拱頂部管棚，由此向兩側(cè)施工。圖1 超前支護(hù)橫斷面示意圖圖2 管棚施工順序圖4 工程特點(diǎn)前期施工對圍巖多次擾動，地表沉降較大，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制地表沉降。施工工序繁雜，孔位交錯，施工干擾大?？孜欢喑驶⌒尾贾?，鉆機(jī)就位困難。管棚深度長，直徑大，施工難度大。位于隧道開挖面正上方有一條呈南北走向20002350mm的電纜溝，距離較近，大管棚施工精度及地表沉降難以控制。5 管棚施工根據(jù)工程設(shè)計(jì)，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合施工場區(qū)地面條件，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，采用“有線儀器定向，一次性跟管鉆進(jìn)法”，即成孔和埋設(shè)管棚一次完成。5.1 水平定向鉆進(jìn)原理水平定向鉆進(jìn)方法是非開挖管線施工的一種方法。該方法要求在鉆進(jìn)過程中能準(zhǔn)確測定鉆頭在地下的位置和方向。根據(jù)鉆頭在鉆進(jìn)過程中的位置和方向同設(shè)計(jì)軌跡的差異，利用能進(jìn)行調(diào)節(jié)方向的鉆頭（一般為楔型鉆頭）改變鉆頭的鉆進(jìn)方向，從而按設(shè)計(jì)要求完成各種管線的鋪設(shè)。鉆頭示意圖如下：如圖所示：鉆頭內(nèi)裝有特制的傳感器，傳感器直接由15V直流供電。顯示屏顯示鉆頭的傾角(水平角度)、面向角(導(dǎo)向板的方向： 導(dǎo)向板朝上即為12點(diǎn)，如同鐘面)。打設(shè)角度如果偏下，可以把鉆頭調(diào)到12點(diǎn)，即導(dǎo)向板朝上，直接頂進(jìn)，此時由于導(dǎo)向板底板斜面面積大。受到一個向上的力，鉆頭軌跡就會朝上運(yùn)動。同理在6點(diǎn)糾偏可以使鉆頭軌跡朝下，9點(diǎn)、3點(diǎn)分別是為左、右糾偏方向。如果角度合適，鉆機(jī)會勻速旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，此時鉆桿軌跡一般是平直的。所以導(dǎo)向鉆頭是上下糾偏的關(guān)鍵。至于左右偏差根據(jù)傳感器尾端的發(fā)光裝置來定，通過儀器測量參數(shù)來糾偏。5.2 棚管打設(shè)工法根據(jù)本工程的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、施工場區(qū)環(huán)境等具體情況，為防止鉆進(jìn)過程中地下水及泥沙涌出，確保管棚打設(shè)工程質(zhì)量，采用如下程序進(jìn)行管棚打設(shè)：1.開孔：用專用開孔鉆機(jī)開出長約300mm-1000mm的200孔位，然后預(yù)埋200的孔口管；2.用1468mm鋼管做鉆具，前端裝有導(dǎo)向探頭的導(dǎo)向?qū)Ｓ勉@頭，采用泥漿護(hù)壁，利用有線導(dǎo)向儀監(jiān)控，隨鉆進(jìn)加尺（方位、角度發(fā)生變化時，隨時進(jìn)行修正），將棚管依次打入。同時將鋼管接口焊接嚴(yán)密，直至達(dá)到設(shè)計(jì)長度。5.3 施工工藝施工工藝流程：三通一平人員設(shè)備進(jìn)場鋪設(shè)H鋼軌道設(shè)備組裝調(diào)試埋設(shè)孔口管調(diào)試鉆機(jī)（方位、傾角）鉆具組裝進(jìn)孔沖洗液循環(huán)導(dǎo)向鉆進(jìn)回次加尺（接線、接口補(bǔ)焊）孔斜測量導(dǎo)向鉆進(jìn)直至設(shè)計(jì)深度終孔回取探頭盒管內(nèi)及環(huán)狀間隙注漿移至下一孔位。 5.3.1 調(diào)試鉆機(jī)（方位、傾角）鉆機(jī)入孔的方位角及傾角，必須在測量隊(duì)提供的可靠的測量數(shù)據(jù)上進(jìn)行；孔位確需移動時，須計(jì)算回歸角度；根據(jù)試驗(yàn)檢驗(yàn)導(dǎo)向鉆頭的糾偏能力，在施工經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，確定開孔方位和傾角是否增加糾偏角，并以書面形式通知機(jī)臺；計(jì)算傾角時應(yīng)將隧道坡度考慮在內(nèi)，鋼管打設(shè)時原則上不允許向內(nèi)偏斜。5.3.2 沖洗液流通系統(tǒng)沖洗液具體配比由專業(yè)泥漿工程師根據(jù)具體地層情況確定。泥漿需經(jīng)充分?jǐn)嚢?，均勻配制而成。配制時，必須嚴(yán)格執(zhí)行配比；沖冼液必須先配制好后使用，嚴(yán)禁使用中同時加清水、加料。沖洗液流通系統(tǒng)：沖洗液制備儲漿池泥漿泵送水器鉆具管外環(huán)狀間隙孔口回水閥門高吊管回漿管（溝）。鉆進(jìn)過程中必須保持上述各流通環(huán)節(jié)的暢通。在施工過程中，應(yīng)根據(jù)不同地層，合理調(diào)節(jié)泵壓、泵量，以免因沖洗液不足引起通道堵塞或因過大導(dǎo)致過量泥沙外排。此工程中，一般宜取中低壓、中小水量。5.3.3 導(dǎo)向鉆進(jìn)導(dǎo)向鉆進(jìn)前應(yīng)對鉆機(jī)定位情況、方位、傾角情況，孔口管對中情況，沖洗液流通以及導(dǎo)向儀顯示情況進(jìn)行全面復(fù)檢，確認(rèn)正常后進(jìn)行試鉆；鉆進(jìn)前須先開泵，待沖洗液流通正常后，方可鉆進(jìn)。鉆進(jìn)時，泵壓應(yīng)控制在0.6-1.0MPa，泵量為10-30L/min為宜。保持中低壓力，勻速中速鉆進(jìn)；為防止水土流失，控制沉降，必要時需采用孔內(nèi)保壓措施。要始終保持回水量小于或等于進(jìn)水量。導(dǎo)向技術(shù)人員隨著不斷鉆進(jìn)，必須時刻觀察探頭角度變化情況，角度偏差大于0.3時，應(yīng)及時糾偏。當(dāng)糾偏無效、偏差大于0.6時，應(yīng)停止鉆進(jìn)，及時報(bào)告項(xiàng)目經(jīng)理，研究對策后再施工?，F(xiàn)場須及時進(jìn)行導(dǎo)向數(shù)據(jù)記錄和鉆具前端長度及每次加管長度詳細(xì)記錄。鉆孔出現(xiàn)涌水時，應(yīng)盡量保持泵壓，泵量不能變小，以平衡孔內(nèi)壓力；沖洗液不正常時，嚴(yán)禁繼續(xù)鉆進(jìn)。泵工應(yīng)注意觀察沖洗液變化情況，及時上報(bào)有關(guān)負(fù)責(zé)人；導(dǎo)向鉆進(jìn)至20及40米時，應(yīng)分別進(jìn)行一次測斜。發(fā)現(xiàn)超限，及時補(bǔ)救。5.3.4 回次加尺、接線、焊接每根管在下坑前必須進(jìn)行質(zhì)量檢查。管材不得有彎曲，絲扣四周壁厚均勻，絲扣完好合格。管材內(nèi)的鐵屑、贓物及銹皮等必須清除干凈。下坑時避免與硬物相碰，以免損傷管扣。鉆進(jìn)中，每次加尺后，須先鉆進(jìn)后起出進(jìn)行棚管絲扣接縫焊接（即先鉆后焊），以免鉆進(jìn)時的扭力造成開焊。要求每個接縫焊接進(jìn)行自檢，保證焊接質(zhì)量。連接的電線應(yīng)選用導(dǎo)電性能好，外殼絕緣性能好且耐磨的電線。接頭處要用兩層熱縮套管套好，用熱吹風(fēng)機(jī)吹烤貼牢。回次加尺、接線、接管以及焊接過程中，均注意不得將異物遺留或掉入打設(shè)管內(nèi)。5.3.5 探頭盒回取及終孔注漿用8mm的鋼絲繩將探頭盒取出，取出時應(yīng)每10米測量一次孔斜情況；單孔打設(shè)驗(yàn)收合格后，通過管內(nèi)壓注水泥漿，對管內(nèi)及管外環(huán)狀間隙進(jìn)行充填；單孔驗(yàn)收合格后，在現(xiàn)場立即辦理驗(yàn)收合格簽證，再轉(zhuǎn)入下一孔位施工。6 施工主要難點(diǎn)及應(yīng)對措施管棚深度長，鉆進(jìn)時有可能會大量出水、出泥沙。為避免這種情況的出現(xiàn)，施工中采用先進(jìn)的導(dǎo)向定位儀器隨鉆定位鉆頭的傾角，利用泥漿護(hù)壁循環(huán)鉆進(jìn)(沙層可加潤滑劑減小摩擦力)。在孔口安裝法蘭、節(jié)門，控制出漿，保持孔內(nèi)壓力，在終孔后立即注漿，防止沉降。管線較復(fù)雜，附近有電力管道和降水井，且電力管道距離開挖線只有30cm左右。施工中為保障距電力管道較近的幾個管棚的打設(shè)安全，開孔角度定為0度，以水平角度一直鉆進(jìn)，直到下穿通過電力管道2米后上調(diào)，一根鉆桿內(nèi)調(diào)到設(shè)計(jì)角度。施工場地小、鉆機(jī)支架固定困難。針對這種情況采取的解決辦法是在平臺上鋪“工”字鋼軌道，鉆機(jī)支架安在軌道上，利用油缸，可以自由升降和水平移動，而支架和鉆機(jī)用鋼管與鋼筋相焊接保證穩(wěn)定性。時逢雨季，影響進(jìn)度。施工中由于主要是在鉆機(jī)平臺上作