地铁施工中顶管施工技术应用重难点分析

地铁施工中顶管施工技术应用重难点分析随着城市化的深入推进，越来越多的城市开始了地铁建设。在地铁建设中，为节约用地减少对城市主要道路的交通影响保证出入口过街通道的施工安全和施工方便，顶管施工技术在城市轨道交通施工中起到了不可替代的作用。1徐州市城市轨道交通2号线一期工程，线路长约23.9km，设站20座，全部为地下站。共5座换乘站，分别与1、3、、5号线换乘。为减少地铁施工对沿线交通影响，徐州轨道交通2号线线路采用路侧式设计车站位于市政道路一侧绿化用地范围道路另一侧设置出入口需下穿市政道路且通道较长为避免该侧出入口施工对地面交通影响下穿市政道路部分采用矩形顶管工艺施工。经统计，徐州市城市轨道交通2号线一期工程全线共有17个出入口过街通道采用矩形顶管工艺施工。2统顶进系统组成其基本原理是电机通过安装在隔舱板上的减速器驱动旋刀盘刀盘切削掌子面并将切削下来的泥土在土仓内进行土体改良形成塑性体团通过螺旋出土器控制排土量来平衡土压力和地下水压力顶管机下部设有螺旋输送机的喂料口，切削下来的土体通过螺旋输送机排出。33.13.1.1原因分析矩形顶管施工工艺为刀盘旋转开挖掌子面土体旋转同时由刀盘主轴中心预设管道及隔板预留注浆孔向掌子面及土仓注入渣土改良浆液渣土改良后由旋出土器排至机内渣土斗出土同时由始发井内推进油缸向前推进推进过程中通过管节预留注浆孔向管节壁后注入触变泥浆保持管节与土体之间润滑以减推进阻力掘进行程满足管节安装空间即停止掘进回收推进油缸拆除主机缆机各种管道安装管节重新连接主机电缆及各种管道然后开始下个循环进。由此可见矩形顶管施工工艺特点一是所有管节均由始发井安装逐节向前推进二是掘进过程中管节与土体之间始终由触变泥浆保持润滑三是管节安装时主机需断电以上三点也是矩形顶管施工工艺和盾构施工工艺的最大区别均不利于地表沉降及隆起控制地铁出入口顶管施工车流量都很大控制地表沉降及隆起是本工程的重点。3.1.2采取的措施⑴选取合理的土仓控制压力根据土体极限平衡原理土压力分为主动土压力、静止土压力和被动土压力，土仓压力控制在主动土压力与被动土压力之间地表不会出现沉降与隆起根据顶管施工工艺特点预留后期沉降量掘进土仓压力按照静止土压力至被动土压之间设定，根据掘进情况及时调整。⑵管节与土体之间形成有效的泥浆套顶管机壳体尺寸702＊5020mm大10mm从管节预留注浆管注入触变泥浆以减小土体与管节之间的摩擦力采用膨润土泥浆减阻泥浆容易被土体吸收失去润滑减阻效果本工程计划采用优质粘性土拌制浓泥结合膨润土泥浆共同减阻利用浓泥不易失水的特性确保管节与土体之间形成有效的泥浆套，解决管节顶部背土现象产生，控制地表沉降。⑶保证主机断电期间土仓压力不小于静止土压力管节安装时各种管线需要从管节内穿过因此需要断电主机断电期间若螺旋出土器出现喷涌将会造成土仓失压引起地表沉降为解决该问题采取如下措施，一是在断电前保证土仓压力高于设定压力0.2bar，抵消断电期间土仓压降二是断电前通过螺旋出土器预留注浆孔向出土器钢筒内注入浓泥起到堵水用，减少喷涌风]。3.23.2.1原因分析饱和砂土在地震动荷载或其他外力作用下受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象称为砂土液化。顶管施工时，由周边土层中的地下水补给引起更大范围的地下水渗流带动临近区域的砂土失水导致固有平衡破坏引起地面沉降本工程掘进土层以3粉土为主，为中等液化土易引起流砂，如何防止流砂现象发生是本工程的重难点。3.2.2采取的措施根据流砂形成的原理液化土中水流带动砂土颗粒流动引起流砂因此防止流砂发生需从各个渗漏水环节着手，具体如下：⑴加强洞门止水密封始发井洞门采用橡胶止水帘布密封，不能采用水泥浆、双液浆等进行固结，必须保持管节滑动且不破坏橡胶帘布顶进过程中应尽量减少洞门处渗漏水杜绝漏砂采取的措施一是顶进全过程实时观察压板状况及时调整压板和管节之门1至2节管节注入浓泥，采用不透水的浓泥将填充止水帘布内侧管节与土体之间的空隙形成土塞，起到密封作用。⑵加强管节间止水密封管节之间采用二道楔形密封胶圈止水胶圈采用专用粘合剂固定在管节插预留凹槽内管节安装时应认真检查胶圈状态确保胶圈能够按照设计状态插入承口钢套环若出现胶圈破损翻起等情况必须重新安装确保胶圈起到密封用。⑶加强螺旋出土器闸门密封顶管机采用双螺旋出土器排渣当到达螺旋机出口的渣土过稀且有一定压时就会发生喷涌原因是土仓和螺旋机内的土体不能完全有效的抵抗开挖面上高的水压力从而在螺旋机的出土口发生喷水喷泥现象管节安装时顶管机主机处于断电状态无法进行操作螺旋机一旦发生喷涌很难控制进而会引起掌子面发生流砂现象，引起地面沉降。防止螺旋机喷涌主要采用以下措施一是土仓渣土必须充分改良及搅拌确保螺旋机排除渣土稠度适中且无明水排出二是螺旋机出土时必须严格控制仓压力维持在设定压力值确保地面稳定三是主机断电前观察螺旋机内渣土情况若地层以砂为主透水性较强断电前利用螺旋机预留注浆孔向螺旋机内入粘性土泥浆利用不透水的浓泥密封螺旋机四是及时清理螺旋机闸门槽内异物，确保螺旋机闸门闭合密实。3.33.3.1原因分析徐州市轨道交通2号线地质情况为顶管底板以下土层为粉土，局部夹杂粉砂以均为中等液化土为消除液化沉降风险顶管完成后采用花管注浆的方式对液化土层进行加固。φ50mm注浆管，每节16计168=8φ42m长6000mm比0.5～1注浆压力5～1a加固后的地基应具有良好的均匀性和自立性，其无侧限抗压强度为不小于0.8MPa于1.0s毕后应对加固体进行检验注浆完成后应采用微膨胀水泥砂浆填充封堵保证砂浆与螺纹紧密相连最后进行收面抹平底板预留孔渗漏水成型通道变形风险，且注浆效果检测困难，是本工程的难点。3.3.2采取的措施⑴采取有效措施防止注浆孔漏水及流砂管底注浆工序管节预留孔钻孔→花管插入→注浆→封孔管节预留注浆孔底距管节外壁50m，注浆前采用水钻取芯钻孔。管节混凝土开孔后，通道和通道底土层联通土层中地下水在水头差的作用下降流向通道内水流带动周边砂土一旦形成径流通道将发生涌水涌砂险情为防止险情发生采取以下措施一是准备带有密封垫片的专用堵头利用管节预埋注浆孔内螺纹进行临时封堵，一旦发生涌水立即采用堵头封堵注浆孔；二是花管端头设置内螺纹及堵头，花管插入及注浆前封堵花管三是注浆完成后加强注浆孔封堵采用膨胀水泥砂浆进行封堵为保证安全在膨胀水泥砂浆顶部增设水膨胀密封胶加强堵漏效果。⑵加强监控量测控制通道变形管底注浆过程中实时对通道变形进行监测无变形按照既定注浆方案进行注浆若注浆过程中发生隆起水平位移等情况立即停止注浆待通道稳定后开始管底注浆，必须保证成型通道变形不超过设计指标。⑶优化注浆参数确保注浆效果试验采取试验参数进行试注浆注浆完成后检验注浆质量达到设计要求后可进行正式施工注浆按照注浆压力和注浆量双控以注浆压力为主计算管土层被动土压力严格控制注浆压力不超过被动土压力大于被动土压力立即停止注浆，以免因压力过大引起地表隆起。结论：顶管施工技术将是今