管棚施工技術(shù)哈爾濱地鐵教化廣場(chǎng)站施工中的應(yīng)用

1、    管棚施工技術(shù)哈爾濱地鐵教化廣場(chǎng)站施工中的應(yīng)用    孫顯峰摘 要：簡(jiǎn)要介紹在哈爾濱軌道交通一號(hào)線教化廣場(chǎng)站施工過程中，在車站1、2號(hào)風(fēng)道施工中采用108大管棚對(duì)車站暗挖結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行超前支護(hù)的施工情況，并對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。地面沉降監(jiān)測(cè)表明，其最終沉降值都在事先預(yù)定的沉降范圍內(nèi)，為暗挖施工提供了安全保障。關(guān)鍵詞：非開挖；管棚技術(shù)；地下定位系統(tǒng)一、概述管棚法施工技術(shù)，是一種水平定向鉆進(jìn)技術(shù)，屬于非開挖技術(shù)的一種，衍生自原始鉆探技術(shù)并逐漸發(fā)展起來的一種新興技術(shù)，最早是作為隧道施工的一種輔助方法，是在不破壞地表的情況下鋪設(shè)各種地下管線的技術(shù)，因此，廣泛

2、應(yīng)用在城市地鐵、市政管線等地下工程施工中。管棚鉆機(jī)是管棚法施工技術(shù)中最關(guān)鍵的設(shè)備，它的作用是沿著隧道斷面外輪廓超前鉆進(jìn)并安設(shè)管棚。最早的管棚法施工采用的是普通水平鉆機(jī)，隨著管棚法大量應(yīng)用，專用管棚鉆機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，水平定向鉆進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)是利用鉆桿固有的剛度和柔性，在導(dǎo)向系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)下沿設(shè)計(jì)線路軌跡鉆進(jìn)，到達(dá)目的地，卸下鉆頭換上擴(kuò)孔器進(jìn)行回?cái)U(kuò)孔拖管或直接在管頭安裝擴(kuò)孔器，一次完成管的安裝。哈爾濱軌道交通一號(hào)線教化廣場(chǎng)站工程成功的應(yīng)用了這一技術(shù)，在車站1、2號(hào)風(fēng)道施工了108大管棚，對(duì)地層進(jìn)行超前支護(hù)，為后續(xù)采用暗挖工法施工風(fēng)道提供了安全保障并加快了施工進(jìn)度。二、工程概況教化廣場(chǎng)站位于西大直街與上夾樹街、

3、春明街交叉口，沿西大直街布置。西大直街路面車流量大，兩側(cè)建筑物較多，主要建筑為哈特商務(wù)酒店、工大集團(tuán)大廈、名人俱樂部、哈爾濱鐵路局工程總公司及物資公司、哈鐵五中、中國(guó)農(nóng)行黑龍江分行等。1、2號(hào)豎井分別為1、2號(hào)風(fēng)道明挖結(jié)構(gòu)。其中1號(hào)豎井位于車站的西北側(cè)的哈鐵五中后院內(nèi)；2號(hào)豎井位于車站的東北側(cè)。該站位于哈爾濱市市區(qū)內(nèi)繁華路段，是哈爾濱市的交通干道，地面交通繁忙，車站主體設(shè)計(jì)為地下兩層三跨框架結(jié)構(gòu)，地下一層為站廳層，地下二層為站臺(tái)層。車站外包長(zhǎng)度為142.2米，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬度24米，中跨最大凈高14.23米，標(biāo)準(zhǔn)段頂拱最小覆土厚度9.5米，風(fēng)道頂拱最小覆土厚度4.5米。在結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)，埋設(shè)有通信光纜

4、（最大埋設(shè)深度1.9米）和上水管線（最大埋設(shè)深度3.4米）。車站主體結(jié)構(gòu)和風(fēng)道采用暗挖法進(jìn)行施工，因此為了保證安全和進(jìn)度，教化廣場(chǎng)站1、2、風(fēng)道在進(jìn)行施工設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)采用了108大管棚作為超前支護(hù)，管棚沿初期支護(hù)拱部環(huán)向布置，環(huán)向間距0.3m，比初期支護(hù)開挖輪廓面抬高15cm。三、大管棚施工過程（一）施工前準(zhǔn)備情況1.技術(shù)準(zhǔn)備熟悉設(shè)計(jì)圖紙，針對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇108大管棚施工的鉆孔機(jī)械和注漿設(shè)備，參考類似工程應(yīng)用該技術(shù)的情況和所取得的經(jīng)濟(jì)效益，初步擬定先在2號(hào)風(fēng)道35米長(zhǎng)的管棚進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)，為大規(guī)模施工進(jìn)行相關(guān)工藝和技術(shù)參數(shù)驗(yàn)證。通過考察選擇了兩個(gè)管棚施工單位，編制了施工方案，經(jīng)與甲方代表、監(jiān)理

5、、管棚施工單位共同對(duì)方案進(jìn)行了研究討論，決定在2號(hào)風(fēng)道采用北京中海恒通公司生產(chǎn)的水平鉆機(jī)進(jìn)行施工。其主要工作原理是：在作業(yè)面設(shè)置導(dǎo)向管，采用預(yù)拌制膨潤(rùn)土泥漿做護(hù)壁，利用導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行定向并進(jìn)行糾偏，鉆進(jìn)成孔一次完成并成孔安管；本次實(shí)地試驗(yàn)導(dǎo)向系統(tǒng)采用美國(guó)dci公司生產(chǎn)的eclipse無線地下定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括地面接受器及遙控顯示，地面接受器通過接收鉆頭內(nèi)無線探棒發(fā)射的信號(hào)，探測(cè)鉆頭的具體位置，遙顯上顯示鉆頭鐘面值及溫度和接受器探測(cè)的鉆頭深度；鉆機(jī)操作人員根據(jù)接收器探測(cè)結(jié)果，在導(dǎo)向人員指揮下，對(duì)鉆頭偏離設(shè)計(jì)軌跡時(shí)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保鉆頭沿設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)。2.設(shè)備準(zhǔn)備本次施工1號(hào)風(fēng)道大管棚施工采用北京

6、中海恒通公司生產(chǎn)的水平鉆機(jī)，一次成孔工藝，因此在首節(jié)108管內(nèi)即安裝無線探棒，便于地面探測(cè)接收儀器跟蹤成孔情況，以便于在鉆進(jìn)過程中采用糾偏措施，管端頭加工成45o的斜角，斜面上焊接一塊比159管直徑大20mm的20mm厚的鋼板作為鉆頭。3.材料準(zhǔn)備108大管棚主體材料以及水泥、膨潤(rùn)土等輔助材料進(jìn)場(chǎng)，經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收并復(fù)試合格后，方可對(duì)進(jìn)場(chǎng)的108管進(jìn)行加工。由于受豎井場(chǎng)地的限制，將整根108管加工成3米一節(jié)，每節(jié)在施工過程中采用焊接連接。本次施工經(jīng)過粉質(zhì)粘土地層，考慮地質(zhì)條件較差，為防止因鉆機(jī)施工而導(dǎo)致泥漿護(hù)壁失穩(wěn)造成地面出現(xiàn)大的沉降，造成阻斷交通的險(xiǎn)情發(fā)生，特別制定在108管管身不鉆孔，采取在第一

7、節(jié)管端加工成斜角的封端處鉆一個(gè)直徑10mm的出漿孔，由此處在鉆進(jìn)過程中提供泥漿，經(jīng)過機(jī)器旋轉(zhuǎn)形成泥膜進(jìn)而形成泥漿護(hù)壁。泥漿池在豎井內(nèi)部不妨礙施工的位置設(shè)置。4.施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備在即將施工的位置，按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)位置，在外放10cm后，使用白色自動(dòng)噴漆，在圍護(hù)樁樁體上噴涂標(biāo)記出管棚位置，并使用水鉆進(jìn)行開孔作業(yè)，搭設(shè)管棚施工工作平臺(tái)，在工作面上按已施測(cè)的管棚位置點(diǎn)安裝200，600mm長(zhǎng)導(dǎo)向管，砌筑泥漿池，制備膨潤(rùn)土泥漿。鉆機(jī)就位調(diào)試。（二）施工實(shí)施過程（以1號(hào)風(fēng)道管棚施工為例）施工準(zhǔn)備工作完成后，啟動(dòng)鉆機(jī)，安裝首節(jié)108管，同時(shí)，在管內(nèi)安裝探測(cè)系統(tǒng)，設(shè)定上傾角設(shè)為1o，啟動(dòng)泥漿泵和鉆機(jī)開始鉆進(jìn)，地面探測(cè)

8、儀器跟蹤進(jìn)尺情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)測(cè)得的數(shù)據(jù)及時(shí)反饋到鉆機(jī)操作人員進(jìn)行糾偏處理。第一節(jié)管鉆進(jìn)速度不宜過快，主要是為了在鉆進(jìn)過程中所穿越地層的地質(zhì)情況；隨著管節(jié)輸入，108管管節(jié)之間進(jìn)行了點(diǎn)焊連接。為了防止泥漿護(hù)壁坍塌造成相鄰孔位處地層擾動(dòng)、貫通引起大面積地面沉降鉆孔采用跳孔法施工，每隔兩個(gè)施工一個(gè)。1#風(fēng)道108管長(zhǎng)35米，第一根管鉆進(jìn)用時(shí)約1小時(shí)，其它管平均用時(shí)約50分鐘。endprint（三）108管填充注漿管棚施工約10根后開始注漿，主要為了減小地面因管棚施工造成的沉降。每根管棚注漿一般分4次完成注漿。108管內(nèi)填充注漿采用水泥砂漿混合漿液，同時(shí)為改善水泥砂漿的和易性，按照質(zhì)量比摻入了粉煤灰，

9、初次配合比設(shè)計(jì)為水泥：粉煤灰：砂=1：0.5：1.5。為了驗(yàn)證配合比的合理性，將第一根管棚作為試驗(yàn)管，在管內(nèi)泥漿水流干后，采用高強(qiáng)快凝砂漿對(duì)管周圍空隙進(jìn)行了封堵，并使用鋼板焊接封閉管口，在此之前將安裝有閥門的注漿管焊接在鋼板之上，同時(shí)預(yù)留了排氣孔作為排氣之用。連接好注漿管，配置好水泥砂漿后開始注漿，根據(jù)導(dǎo)管的流量計(jì)算實(shí)際注漿量，與理論注漿量0.4m3對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際注漿量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論注漿量，而且注漿的壓力達(dá)到了1.0mpa以上，注漿管爆裂，針對(duì)此情況，現(xiàn)場(chǎng)立即停止注漿，組織技術(shù)人員和施工人員與監(jiān)理一道進(jìn)行分析產(chǎn)生此問題的原因，一致認(rèn)為是管內(nèi)排氣不暢、水泥砂漿粘度大、流動(dòng)性差等原因所致，并采取了

10、對(duì)策，反復(fù)調(diào)整水泥砂漿的配比，最終配合比水泥：粉煤灰：砂=1：0.6：1.5；采用直徑20mm的pvc管設(shè)置通長(zhǎng)的排氣管（34m），通過采取以上措施后，后續(xù)回填注漿量都大于理論計(jì)算量，滿足了設(shè)計(jì)預(yù)期要求，同時(shí)，經(jīng)過不間斷的監(jiān)測(cè)，管棚上方的西大直街地面沉降量，完全在預(yù)期設(shè)計(jì)的沉降范圍內(nèi)。四、地面沉降監(jiān)測(cè)在開始施工1、2號(hào)風(fēng)道管棚前1周左右，按照設(shè)計(jì)圖紙的要求并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在管棚施工范圍地面上布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)因管棚施工可能引起地面沉降的范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)完畢后，在管棚施工開始前，安排監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行量測(cè)取得初始值，此數(shù)值將作為原始數(shù)據(jù)，與后續(xù)測(cè)得同一點(diǎn)位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以期求出此點(diǎn)位的

11、沉降情況，并依據(jù)數(shù)據(jù)的回歸曲線，對(duì)后續(xù)地表沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)。1、2號(hào)風(fēng)道108管棚施工完成，風(fēng)道在暗挖初支施工完成后，按照規(guī)范所規(guī)定的的監(jiān)測(cè)頻率進(jìn)行了地面沉降監(jiān)測(cè)，通過對(duì)地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在108管棚在施工過程中，很好的控制了地面沉降，都在事先預(yù)定的沉降范圍內(nèi)，保證了暗挖施工的施工安全。地面沉降監(jiān)測(cè)參數(shù)五、施工總結(jié)與評(píng)價(jià)本次管棚施工主要穿越了粉質(zhì)黏土層，在現(xiàn)有的地面監(jiān)控條件下，1#風(fēng)道采用北京中海恒通公司生產(chǎn)的水平鉆機(jī)，可以在一次施工中完成成孔跟進(jìn)安管，體現(xiàn)了工序少，施工速度快等特點(diǎn)。在顧及管棚施工速度的同時(shí)，108管棚的施工質(zhì)量總體較好，管棚作業(yè)過程中設(shè)備維修保養(yǎng)少，能保證管棚連續(xù)作業(yè)，

12、從而保證了管棚施工按計(jì)劃順利完成。管棚的施工完成質(zhì)量完全達(dá)到了設(shè)計(jì)和施工要求的效果，1號(hào)風(fēng)道開挖過程中，經(jīng)過檢查，施工的管棚形成的輪廓圓弧規(guī)則，形成一個(gè)完整的超前支護(hù)環(huán)，填充注漿效果通過在暗挖施工過程對(duì)108管棚的填充注漿進(jìn)行檢查，達(dá)到了預(yù)期效果。在對(duì)廢棄的108管切割后，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)填充密實(shí)，實(shí)踐證實(shí)了采用配合比水泥：粉煤灰：砂=1：0.6：1.5是可行的，增加通長(zhǎng)的pvc排氣管的方法是正確的。就此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景看，在暗挖風(fēng)道過程中以及施工風(fēng)道全部初支完成以后，通過對(duì)108管棚施工總體質(zhì)量進(jìn)行總結(jié)分析后，我們可以認(rèn)為：采用成孔與棚管安裝一次完成的施工工法，在質(zhì)量和進(jìn)度方面可以很好的滿足要求，因?yàn)槭┕C(jī)械的靈活性，可以在某些施工作業(yè)空間比較受限的地方進(jìn)行施工作業(yè)。雖然有數(shù)據(jù)表明世界上最長(zhǎng)的大口徑長(zhǎng)管棚是日本八戶市一段公路隧道施工采用的管棚，全長(zhǎng)180m，但是，成本和施工難度都是呈直線上升的，因此在成本和施工難度允許的話，108管棚長(zhǎng)度以80米為宜，否則，將難以保證施工質(zhì)量。六、結(jié)束語大量的工程實(shí)例證明，作為一種有效工法用管棚技術(shù)可以對(duì)地鐵暗挖施工的提供安全可靠的超前支護(hù)，對(duì)加固軟弱土體、提高不良地層剛度效果明顯，可以大大的的降低暗挖施工的風(fēng)險(xiǎn)程度。管棚施工質(zhì)量的好壞，關(guān)系著后續(xù)暗挖施工安全，因此，此項(xiàng)技術(shù)非常值得進(jìn)行深入研究。教