顶管施工顶管穿越S沪芦高速保护方案

6.1本段施工概况 16.2针对性措施 16.2.1事前筹划 26.2.2事中控制 56.1本段施工概况本工程LG4#～LG5#井顶管DN1500顶管轴线穿越S2沪芦高速公路，顶管底标高-2.13m，顶管顶距高速公路地面7.08m，需要穿越高速公路主线和匝道的水泥搅拌桩地基加固区，加固区长度约45m。穿越过程中，高速公路不封闭，因此对顶管顶进施工，尤其是沉降及变形控制提出了较高的要求。图6.1-1顶管穿越S2水泥土地基加固区示意图6.2针对性措施为减少施工期间对S2高速公路的影响，在顶管施工前需征得S2高速管理部门同意后再行实施。顶管穿越S2高速公路时，拟采取的顶管施工控制措施如下：由于顶管施工不可避免地产生不同程度的地层损失，从而引起地表变形，为减少地表土体位移和沉降对S2高速公路的影响，针对顶管施工引起的地表变形，顶管施工中拟采用事前筹划、事中控制，并结合针对性保护方案中辅助加固措施的方法，以有效地控制沉降范围和沉降量，从而保证S2高速公路的安全。沉降控制内容如下所示。图6.2-1地表变形控制措施6.2.1事前筹划（1）技术准备顶管正式穿越前，组织精干的地下工程技术人员，根据我公司多年顶管施工经验及顶管专家的咨询意见，以及结合S2高速公路管理部门的意见，本穿越方案拟按下述内容实施。穿越掘进的主要技术参数为：1）采用大刀盘泥水平衡顶管掘进机施工；2）推进速度：50~60mm/min，均匀、慢速；3）顶管在穿越时，每隔20～30cm后，复核顶管纠偏量，并根据监测数据及时调整施工参数，并提高施工参数调整精度，始终控制土体损失量在0.5%以内；4）本段顶进采用激光经纬仪引导测量，做到勤推、勤测、勤纠；5）水土压力设定值取静止土压力的1.00-1.05倍左右。水土压力波动值尽量要小，减小对地层的扰动；本工程采用的大刀盘泥水平衡顶管掘进机具有自动化泥水平衡控制装置，泥水压力控制精度为0.01MPa；6）纠偏角的设定与控制，水平与垂直纠偏幅度差尽量要小，控制纠偏角小于0.3度，本工程纠偏角确定为0.1度；7）减少掘进机外径与管外径之间的建筑空隙，本工程顶管管节外径为1900mm，顶管机外径设计为1920mm，外周建筑间隙为10mm；8）选用优质的触变泥浆材料和成熟的注浆工艺，以便在顶进过程中在管外壁形成完整的泥浆润滑套，减少对周围土体的扰动，对本工程采用的触变泥浆材料拟事先经过试验研究，确定选用合适的膨润土材料和最佳配比，以及通过试验段确定完善的注浆操作规程。（2）人员准备对项目组的人员进行调整充实，在穿越前对全体施工人员进行全面的详细的技术交底，以便使穿越方案中拟定的各项技术措施得到切实的落实。（3）设备及物资准备在穿越推进期间，关键岗位机电工建立24小时现场值班，一旦发生问题，及时修复。在其它物资供应上，物资部门将通力合作，确保施工物资材料的及时供应。本工程LG4～LG5顶管区间需要穿越S2高速公路地下的水泥搅拌桩加固体；因此我司采用大功率（4×15KW）顶管机，并且在顶管机刀盘上增加3把保边刀和16把撕裂刀(详见下图)，以确保顶管机能够切削水泥搅拌桩，保证顶管顺利贯通。撕裂刀保边刀（4）通过试顶调整参数本工程LG4#～LG5#顶管区间的前60m作为顶进试验段，为后续顶进的穿越高速公路优化调整相关参数，争取通过试验段形成和完善整个顶管工程的施工操作规程。通过试验段顶进熟练掌握顶管机在工程地层中的操作方法和顶管机推进各项参数的调节控制方法，熟练掌握触变泥浆注浆工艺、测试地表隆陷、地中位移等。并据此及时详细分析在不同地层中各种推进参数条件下的地层位移规律和结构受力状况，以及施工对地面环境的影响，并及时反馈调整施工参数，确保全段顶管安全顺利施工。顶管机初始顶进是顶管施工的关键环节之一，其主要内容包括：出洞口前土体加固、设置顶管机始发基座、顶管机组装就位调试、安装密封胶圈、顶管机试运转，拆除洞口临时墙、顶管机贯入作业面加压和顶进等。1）试顶参数的确定在顶管机顶进中，泥浆的压力、浓度对保持挖掘面的稳定性起着关键作用。泥浆浓度根据土质变化及时调整。泥水舱泥浆压力取决与地下水、土压力，施工过程及时测得数据，确定泥水压力，使泥水舱压力始终大于泥水压力。2）试顶时检测内容顶管工程施工前，先确定顶管顶进时的各项参数，在施工时候对这些参数进行检测，如果达不到要求，或者跟原确定参数有出入，及时查找原因，及时调整参数，保证后续顶管的顶进工作的顺利进行。试顶时候，记录和调整的参数包括水土压力、顶进速度、出土量、触变泥浆、顶力等的各项数据。3）调整参数试顶结束后，根据现场的检测情况，包括地面的沉降，地层情况以及触变泥浆的减阻效果，进行顶管参数的调整。监测结果表明地面沉降较大或者达不到允许要求时候，调整顶力的大小以及触变泥浆的性能指标，同时应该在后续顶进过程中减少出土量，使后续顶进过程中的地面沉降达到允许沉降值，以保证顶管的整体顶进质量。如果试顶时候顶管的顶进力与计算不相符合，立即根据现场的土层情况及时调整计算参数，使之与现场条件相符合，以便于后续顶管顶进的需要。触变泥浆的减阻效果根据试顶压力变化观察，如果与估算值有较大出入，必须对触变泥浆进行参数调整以及注浆效果检查，使之符合现场土层情况。6.2.2事中控制（1）选择大刀盘泥水平衡顶管掘进机进行施工大量工程实际表明：大刀盘泥水平衡顶管掘进机对地表变形控制精度较好，本工程将用泥水平衡顶管掘进机进行施工，以满足对地表变形的控制要求。面板式的大刀盘对开挖面的土体进行全断面切削，被切削的土体从主切削刀刃的缝隙中进入泥水舱，泥水舱内土体在刀盘后的搅拌棒和泥水的共同作用下破碎成为泥浆，然后操作人员通过控制泥水舱的泥水压力来平衡开挖面的水土压力。使开挖面始终处于稳定状态。面板式大刀盘的切削刀的设计和布置满足最佳的切削效果，同时使得进泥流畅，对开挖面的扰动又最小。我们将控制好二个关键：一是对泥水系统的泥水比重及含泥量的控制。二是对泥水压力的控制。另外，我们将根据事先计算和试验段提出具体控制参数。在初始的推进过程中，再根据监测成果用信息反馈技术对原始参数进行优化，使得开挖面处于最佳的平衡状态。（2）强化对触变泥浆压浆工艺的管理，使整个管道形成完整泥浆套实践证明：只要在管外壁与土层之间形成良好性能的触变泥浆套。不仅会使顶进阻力成倍的下降，而且会使地表变形控制得最小。顶管施工过程中的建筑空隙、纠偏和管外壁背土现象都会引起建筑空隙增加，进而影响沉降。但是，这些问题又都可以通过及时压注具有一定压力的优质触变泥浆，填充建筑空隙得到解决。所以，触变泥浆润滑套是影响顶管地表变形的主要环节。过去，顶管往往重视前段的压浆，而忽视出洞口的注浆，实际上，我们要解决整环的完整泥浆套，就要从整体抓。第一，出洞口的止水装置要确保不渗漏，管接口密封性能保持良好，这些都是管道形成浆套的先决条件，一定要认真做好。第二，压浆一定要从出洞口开始压浆，出洞口的压浆可以避免管子进入土体后被握裹，进而引起背土的恶劣情况。管道在背土条件下的运动将对土体产生很大的扰动。第三，机尾的同步压浆也很重要，要使浆套随机头不断延伸，若不及时压浆，机壳外面也很容易产生背土现象。第四，要对管道沿线定时进行补浆，不断弥补浆液向土层的渗透量。关于顶管注浆工艺，关键是抓管理；按照操作规程的要求，一丝不苟，认真操作，严格控制注浆量和注浆压力，以及对材料的配方，搅拌、水化反应时间和压注方法的控制。在完整泥浆套作用下，对减小地表沉降一定会产生重要的影响。（3）做好泥浆置换工作当顶进结束后，在拆除触变泥浆压注孔接头之前，必须对每个孔的球阀内用纯水泥浆置换触变泥浆，以避免管道的后期沉降。置换浆的工作应依次按顺序进行，边放浆边压注水泥浆，直到整个管道全部完成。（4）做好二次注浆工作当泥浆置换结束，立即对S2高速公路边线10m范围内进行二次注浆加固。注浆技术参数a.水灰比：0.5配合比为水泥：水：水玻璃=1：0.55:0.2b.注浆压力：压力应小于1MPa，控制在0.4～0.5Mpa左右。c.水泥用量：普硅PO42.5。d．浆液流量：7～10L/min。e.浆液注入率：20%。注浆孔布置本工程顶管管节长度为3m，每节管节预先设置3组注浆孔，每组间隔1m，每组4个注浆孔。（详见二次注浆加固平面图、剖面图）图6.2-2二次注浆加固平面图图6.2-3二次注浆加固剖面图（5）加密设置地表监测点，加强施工监测监测工作由具有良好信誉的第三方单位进行。对S2高速公路的监测，由相关专业单位执行。顶管施工引起的地层损失和顶管隧道周围受扰动或受剪切破坏的重塑土的再固结，是地面沉降的主要原因。采用信息化施工，利用监测结果指导施工，不断优化施工参数，提高掘进水平，加强对掘进水土压力、泥浆比重、推进姿态、推进速度、同步注浆等管理，有效控制地层损失，将地面变形控制在最小的范围内。（6）合理设置水土压力值，防止超挖和欠挖根据已有的施工经验及研究成果可知，顶管施工参数中对周围环境和邻近S2高速公路隆沉变形有明显影响的是：正面水土压力、顶管推进速度、同步注浆量、补浆、泥浆比重、顶管姿态等。为确保S2高速公路的稳定，顶管施工前，在路面沿顶管推进方向设置沉降观测孔。顶管推进时，根据地面沉降监测信息的反馈，精确测定地层的变形，及时调整水土压力和泥浆比重，从而科学合理地设置泥浆压力值及相宜的推进速度等参数，同时可根据地面荷载的情况，重新计算水土压平衡设定值，并根据地面隆陷值加以调整，使顶管匀速推进，防止超挖和欠挖，以减少对土体的扰动。（7）降低推进速度，严格控制顶管方向，减少纠偏，特别是大量值纠偏1）顶管推进速度对周边土体的隆沉变形有明显的影响，所以该段采取慢速、匀速推进；2）顶管推进速度与泥水仓正面水土压力、土体性质等因素有关，本工程采用自动化控制平台，各相关参数将通过试验段调整达到均衡；3）在顶管机穿越S2高速公路前，对导线控制网及井下、隧道内的测量控制点进行复测。在确认无误的情况下，顶管机根据测得的姿态，将轴线误差调整到小于10mm，以准确的姿态进行穿越的推进。4）由于施工机械的精度、人工控制的误差、土层的不均匀性以及顶管本身设计轴线的曲率变化等原因，顶管推进过程中其轴线不可能始终与隧道轴线平行，即顶管姿态会随顶管的推进而变化。顶管姿态的变化包括水平姿态变化以及竖直姿态变化，其变化将在顶管四周产生空洞区和扰动挤压区，对周围环境产生影响，由此本工程的姿态控制将尽可能地减少顶管的姿态变化值，使之始终控制在1cm以内。5）在穿越S2高速公路的推进过程中，根据激光经纬仪引导轴线控制，顶管司机根据偏差及时调整顶管机的推进方向，尽可能减少纠偏，