浅谈微顶管工艺在高架工程中的应用及监理过程控制

浅谈微顶管工艺在高架工程中的应用及监理过程控制

Summary：在社会经济高速发展的背景下，作为推动城市可持续发展的关键因素，大型市政建设项目日益增多，施工操作空间受限及施工难度大等现象也越来越多，对监理过程控制及施工技术管理提出了更大的考验。本文以大型综合市政高架工程为实例，介绍了微顶管施工工艺在综合复杂型高架工程中的应用，以及施工监理过程中的控制要点。Keys：微顶管施工工艺市政高架工程监理过程控制引言：市政基础设施建设项目与其他工程建设项目差异较大，从本质上讲，它是一个公共的开放系统，也正因为他的开放性，建设管理者必须将其产生的社会效益放在第一位；同时它又具备很多复杂、不确定因素，特别是大型综合市政项目，地处市区交通枢纽位置，错综复杂的地下管线、既有建筑物、超高压架空线、地铁盾构结构等都会成为项目推进的不利因素。一、市政项目实例工程概况杨高路位于上海市浦东新区，是一条呈现西南向东北走向的主干道，包括杨高南路、杨高中路、杨高北路和杨高北一路，南起上南路，与林海公路相接，北至江海路，全长约28km。本项目位于杨高中路，西起罗山路立交，东至中环立交，采用“主线跨线桥+地面道路”的建设形式，主线高架均采用预制拼装施工工艺，包括钢结构箱梁、钢板梁、混凝土小箱梁、预制混凝土板梁、盖梁、立柱等；下部结构桥梁桩基大部分采用液压高频免振钢管桩工艺，局部特殊复杂地形采用传统钻孔灌注桩工艺；原状地面道路杨高中路下方存在轨道交通9号地下盾构、污水管道、雨水管道、通信、电力、超高压、燃气、自来水等各类管线；地面道路上方又是南北向横跨路口的高压铁塔线路；具有施工组织难度大、管线搬迁协调难度大、多体量大型吊装作业安全控制风险高、预制构件拼装质量要求高等特点，同时作为地面主干道路，交通流量大、安全文明施工压力较大，为建设管理组织工作带来了很大的难度。二、微顶管工程施工背景位于主线桥面起坡段投影面正下方，一根污水管道横穿桥梁多个承台结构，需要进行搬迁处理，但管线位置紧邻现状地面道路，如果采用传统大口径顶管工艺的话，施工现场不具备条件，施工周期也不满足项目整体进度计划；经项目部各方负责人讨论后，准备采用新型微顶管工艺实现污水管搬迁，相比于传统顶管工艺，它具有施工操作空间占地较小、施工周期较短等优点，能够满足本项目施工要求。三、微顶管施工工艺在本项目的应用介绍3.1钢筒井施工方法及工艺流程图本项目工作井及接收井施工采用机械操作，主机械为进口摇管机，辅助设备为两台不同型号的伸缩臂挖掘机；钢护筒壁厚为30mm，内径为3590mm，每2米一节，最下方钢护筒切割为锯齿状，齿深约为50mm；钢护筒之间采用密封连接焊接，采用360°环向满焊；传统沉井工艺过程中会出现突沉现象，造成周围土体流失，已建构筑物、管线等发生下沉现象；而摇管施工过程中采用的是钢制护筒，自重较轻，能够很大程度上对周围土体的扰动。同时为了监控工作坑施工对周围土体的实际影响情况，会事先在工作坑周边布置竖向位移、水平位移监测点。待摇管机将钢筒安装至设计标高后，沿着钢护筒外径两米左右进行高压旋喷桩土体加固，高压旋喷桩施工采用双重管法，材料使用普通硅酸盐水泥，两端与老污水管道连通处同样是采用高压旋喷桩进行土体加固；待高压旋喷桩桩身强度达到设计要求后，采用挖掘机将钢筒内的土取出，并将井内渗水抽干后立即采用C35水下砼进行封闭；若取土过程中发现井内有管涌、流沙等现象，需暂停取土施工，向井内注水使工作坑内外水压平衡后再进行水下取土、水下封底，避免出现突沉现象及周围土体扰动下沉现象。3.2微型顶管的工作原理本项目采用DN1200泥水平衡顶管掘进机进行顶管作业，泥水平衡顶管掘进机依靠机头前端的刀盘切削土体，通过泥水搅拌仓，把切削的土体搅拌成泥浆，利用泥浆循环系统，把泥浆输送到地面，通过泥水分离系统把泥浆中的砂、土分离出去，泥浆注入循环水箱内重复利用。并利用顶管机泥水仓的泥水压力来平衡顶管机所处土层中的土压力和地下水压力，同时利用排除的泥水来输送弃土的一种顶管施工工艺。掘进机完全进入土层以后，拆除电缆、泥浆管，吊下第一节顶进管，通过油缸推到掘进机的尾套处，与掘进头连接管顶进以后，挖掘终止，液压慢慢收回，另一节管道又吊入井内，套在第一节管道后方，连接在一起，重新顶进，这个过程不断重复，直到所有管道被顶入土层完毕，完成一条永久性的地下管道。掘进机在掘进过程中，采用了激光导向控制系统。位于工作井后方的激光经纬仪发出激光束，调整好所需的标高及方向位置后，对准掘进机内的定位光靶上，激光靶的影像被捕捉到机内摄像机的影像内，并输送到挖掘系统的电脑显示屏内。操作者可以根据需要开启位于掘进机内置式油缸进行伸缩，为达到纠偏的目的，调整切削头上下左右高度。3.3泥浆系统顶管施工采用独立的进排泥浆系统，由密封的管道组成，能够很好完成渣土输送工作及平衡地下水。土体通过机头循环，形成泥浆混合物，由排泥管排出，最后沉淀在地面上的泥浆存储水箱内，泥浆通过众多的排泥泵被排出。再由进水泵进水送入机头，排泥由变速的排泥泵进行控制。机坑旁通装置可控制进排泥浆的速度、方向，以防止泥渣堵塞管道，淤积现场。当挖粘土时，有一定的粘合度，可以直接将泥浆排入泥浆池内，但是当挖沙土时，泥浆中必须添加一定的粘合剂(诸如膨润土等)以增加泥浆粘度，以达到排渣的最终目的。夹带泥砂的泥浆，可通过振动筛、循环沉淀器、干燥器等，处理分离渣质，泥浆被再用，渣质被积累后处理。处理渣土采用翻斗车，泥浆用罐车运出场区，堆置于郊外，处理时注意不得污染路面等环境。进排泥水系统的第二个优点是在有地下水存在的施工区域，掘进机表面的压力可以降低到小于水中的压力。这样就避免了抽地下水的需要。进排泥水系统中的压力感应器可测出地下水的压力。机内泥水循环系统，电磁阀，旁通装置及载水阀可以起到调节水压的作用。机内电磁阀和旁通系统，可以阻止水压的变化，保持水压，在加管道时，不至于减小机头的水压，保证内部压力平衡。利用独立的泥水管道输送弃土，相比于传统的吊运或者人工搬运方式，能够很大程度地减少危险施工作业。3.4微顶管施工操作介绍四、微顶管施工监理控制要点4.1前期准备工作控制要点根据项目进展及需求，首先应审查施工单位编制的专项施工方案，检查其编制是否合理，是否能够指导现场施工作业，如涉及深基坑施工作业，应按照规范要求进行方案专家评审；其次应对专业分包单位进行资质、生产能力实地考察，了解其是否具备专业队伍，是否能够按照项目要求，在计划周期内保质保量的完成施工作业。另外对施工作业所涉及材料、机械，应严格按照流程进行进场验收及资料审查工作；并应对关键原材料进行第三方平行抽检，保证进场材料满足设计要求。4.2顶管施工控制要点首先，在顶管正式开始施工前，因先检查掘进机头安装位置情况，对顶管机头前进方向及标高进行测量复核，包括从井上轴线和标高引入顶管工作井下的轴线和标高的控制点，必须确保在可控误差内；检查顶管顶进系统和后靠背的布置情况，顶管导轨安装准确牢固，两根导轨的中轴线与顶管设计轴线偏差应小于±3mm，两根导轨的高差为3mm以内，确保顶进方向准确无误；检查接收井出洞位置之水措施落实情况，洞外土体加固效果，加固结构（高压旋喷桩）必须要达到设计强度后靠背安装情况，保证土体稳定，止水措施要保证管节与钢筒内壁间不漏泥漏水，确保内外水压稳定，顶管设备能够顺利出洞；其次，在顶管施工作业过程中，要加大巡查力度，实时动态关注中央控制设备情况，如发生位置偏移，应及时分析原因并在顶进过程中纠偏，宜采用小角度逐渐纠偏，最大允许纠偏值应参照设计图纸或相关规范要求；在软土层中顶管施工时，为防止管节飘移，可将前3-5节管与工具管联成一体；另外，为保证顶管施工质量，相邻井位整段管节顶管施工应连续进行作业，直到整段管节顶管施工完成，并应及时进行管节外壁与洞口的封闭工作，保证不渗不漏。五、结语相比于传统顶管工艺，微顶管泥水平衡顶管工艺适用的范围更广，如在地下水压力很高，以及变化范围很大的条件下，均可使用；采用钢筒沉井工艺，可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管道周围的土体扰动比较小，更加适合用于长距离顶管；而且对施工场地要