工程施工管幕法施工技术

工程施工管幕法施工技术

0 内容提要 隧道工程中的辅助工法 管幕工法概述 管幕工法设计概要 管幕工法施工 管幕－箱涵施工方法 工程实例 1 隧道工程中的辅助工法 目的：形成超前的预支护体系； 作用：维持掌子面稳定、控制地层变形、预防坍塌冒顶事故； 意义：直接关系到隧道的安全和经济效益； 种类：插板法、小导管超前注浆法、浅层地表锚杆注浆加固法、水平旋喷或搅拌法、冷冻法、管棚法、管幕法等。 掌子面 掘进方向 2 插板法 3 小导管超前注浆法 掘进方向 直径 φ32 ～ 60mm 长度 3 ～ 4m 外插角 5° ～ 30° 4 浅层地表超前锚杆注浆加固法 砂浆锚杆 5 水平旋喷或水平搅拌法 6 冷冻法 7 管棚法 管棚钢管 钢拱架 8 管幕法 9 管幕工法概述 利用小口径顶管设备建造大断面地下空间； 原理与管棚工法近似，属于大刚度管棚； 起源于日本，主要用于下穿工程。 10 管幕工法的特点 无需进行道路改建； 不影响地面的正常交通； 无需进行管线改接； 不抽取地下水； 无需加固房屋地基和桩基； 管幕钢管锁口注浆后可有效的防止渗漏水； 钢管铺设精度要求高； 工程投入大，单位延米造价高。 11 管幕工法的适用范围 12 管棚支护的力学机理 棚架原理 13 管幕支护的力学机理 简支梁 14 管幕的设计概要 设计内容 钢管配置 管幕内支撑布置 开挖顺序 开挖面稳定性评价 地表沉降分析与控制 土体加固设计 控制指标：管幕的容许变形量 [ δ ]=5mm 15 管幕的形状 16 扇形 半圆形 17 钢管配置 工况一 工况二 18 常用钢管锁口接头形式 公接榫 母接榫 19 管幕内支撑布置 管幕 角撑 垂直支撑 围檩 20 管幕工法施工 两大部分 钢管幕施工 管幕保护下地下结构施工 施工难点 管幕顶进精度控制 管幕施作时的地表变形控制 21 管幕工法步骤 1. 构筑顶管工作井和接收井； 2. 钢管顶进，钢管之间用锁口搭接，钢管锁口处涂刷止水润滑剂； 3. 钢管接头处注入止水剂； 4. 在钢管内注浆或注入混凝土； 5. 在管幕内开挖，边开挖边支撑； 6. 逐段构筑内部结构，并逐步拆除管幕内支撑，最终形成完整的地下通道。 22 管幕钢管铺设方法 定（导）向钻进法 ( Directional Drillin g) 水平螺旋钻进法 (Horizontal Auger Boring) 夯管施工法 (Impact Ramming) 顶管法 (Pipe Jacking) 微型顶管法 / 微型隧道施工法 (Micro Tunneling) 23 定（导）向钻进法 24 定向钻进铺管流程 25 导向孔施工 钻头大小 较大 中等 较小 孔内动力钻具 土质 淤泥质黏土 较干燥的软黏土、粗砂 等 硬黏土、致密砂 等 岩层 钻头构造 26 扩孔钻头与扩孔施工 翼状 / 碎石土 凹槽状 / 砂土 杆状 / 黏性土 牙轮式 / 硬岩 螺旋形 / 碎石土 扩孔时的钻具组合 最常用 27 钻进液 28 水平螺旋钻进法 29 夯管施工法 管径 /mm ≤250 350 ～ 800 800 ～ 1200 1200 ～ 1500 1500 ～ 2000 厚度 /mm ＞ 6 ＞ 9 ＞ 12 ＞ 16 ＞ 20 30 顶管法概述 弧形顶铁 环形顶铁 31 工作管或掘进机 手掘式顶管 挤压式顶管 气压平衡式掘进机 泥水平衡式掘进机 土压平衡式掘进机 敞开式掘进 32 手掘式顶管 33 挤压式顶管 土 管 34 泥水平衡式顶管的原理 砂 砂 砂 泥水 泥水 泥水 水 水 水 砂 砂 砂 35 两种平衡方式 单一泥水平衡式 机械平衡式 36 直径 φ 800mm 直径 φ1650mm 泥水平衡顶管掘进机 泥水仓 37 气压式泥水平衡掘进机 38 泥水平衡式顶管的特点 适用范围广； 掘进引起的地面沉降小； 适于长距离作业； 作业环境好、速度快。 成本较高（弃土、场地、设备）； 泥水处理量大； 覆土很薄或渗透系数特别大时易受阻。 39 土压平衡式顶管 土压力表 刀盘 泥土仓 螺旋输送机 主轴 40 土压平衡式顶管的特点 适用土质范围广 地面变形小 覆土厚度可以很小 弃土处理方便 操作方便、安全，作业环境好 砂、砾石层中需进行渣土改良 41 顶管法施工流程 42 顶管工作井及其布置 后座墙 顶铁 止水洞圈 导轨 主顶油缸 后靠背 测量装置 钢管 43 顶管进出洞技术 洞口土体加固 封门 洞口止水圈 44 洞口土体加固 黏性土洞口稳定性分析 加固区 45 两种常用封门形式 砌块式封门 钢板桩封门 46 洞口止水圈 47 顶管姿态控制与纠偏 导向系统 测量系统 纠偏系统 对机头偏转差 的针对性措施 海瑞克 ELS 激光导向纠偏系统 伊势机 RSG 反射诱导纠偏系统 48 49 注浆减阻技术 注浆孔 50 顶进过程中的沉降控制措施 严格控制顶进的施工参数 选择合适的建筑空隙 严格控制纠偏量 确保浆液压注质量 保证钢管锁口和洞口处的密封 必要的地面跟踪注浆 51 微型隧道施工法 分 类 特 点 先导式 先顶进先导管形成先导孔，随后扩大先导孔，同时顶进保护套管或永久管道 螺旋式 用切削钻头钻进成孔，并由螺旋钻杆排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道 泥水式 用切削钻头钻进成孔，利用循环浆液排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道。钻进时，用水压、浆压或机械压力来平衡工作面压力，维持工作面稳定 52 先导式微型隧道施工法 先导头结构 53 螺旋式微型隧道施工法 54 泥水式微型隧道施工法 55 钢管幕顶进顺序 以横断面中轴线为基准对称进行 由下往上 56 管幕顶进后的处理措施 置换触变泥浆（或管外回填注浆） 钢管锁口止水处理 钢管混凝土填充 钢管端部与工作井的连接 57 沉降监测 在管幕上方及周边的道路、重要建筑物及临近隧道埋设监测点； 施工前进行初始数据采集； 对于顶管施工中已经穿越或即将穿越，以及沉降变化量大的点，应适当加密监测频率； 注浆时应跟踪监测； 当监测值超过报警值时应立即采取相应措施。 58 管幕保护下地下结构施工 开挖方案 开挖方法：全断面法、台阶法、中隔墙法等。 箱涵顶进方案 边挖 边撑 加 固 施作 内衬 拆 撑 完 成 59 管幕－箱涵施工方法 推进方案（ RBJ 工法） 牵引方案（ FJ 工法） 推拉结合方案（ ESA 工法） 60 RBJ 工法 后背墙 千斤顶 工具头 61 网格工具头 62 中继间及其防水措施 63 FJ 工法 64 ESA 工法 65 管幕工法实例 厦门市高崎互通连接线下穿既有铁路 上海市中环线北虹路下立交工程 台北市 復興北路穿越機場地下道工程 66 高崎互通连接线下穿既有铁路 鹰厦铁路 高崎互通线 铁路穿越段 嘉禾路 公路穿越段 67 主要施工技术 线路加固 管幕超前支护 分部开挖 68 管幕 69 钢管铺设方法 水平定向钻进法＋夯管法 钻导向孔 70 扩孔钻头 施工中的管幕 C 型钢锁口 71 分部开挖 72 上海市中环线北虹路下立交工程 施工平面布置图 73 工程概况 管幕和箱涵位于③ 1 灰色淤泥质粉质粘土和④灰色淤泥质粘土层，为饱和软土。含水量大、承载力低、渗透系数小。 管幕顶部覆土层厚度： 4.5m ～ 5.0m 。 74 南北二座工作井的尺寸： L×B×H ＝ 24.6m×41m×17m ， 工作井采用地下连续墙法施工墙厚 B ＝ 0.8m ，入土深度 H=31m 。 南北二座工作井的出洞段土体加固范围： L×B×H ＝ 8m×38m×18m ； 加固强度： q u =0.8Mpa 。 75 钢管幕： 80 根 Φ970×10 带锁口的钢管，形成口字形管幕。锁口材料为角钢 100×80×10 ，管幕段长度 126m 。 箱涵：矩形双孔钢筋混凝土结构，为双向八车道。结构外包尺寸： 34.2m×7.85m ，箱涵共分 8 节。 76 管幕施作方案 8 套泥水平衡顶管掘进机由北井向南井顶进 基准管 77 箱涵推进方案 由南北二座工作井同时向中间推进箱涵； 在箱涵推进前，先完成 100 m 以上暗埋段结构施工，并以此作为箱涵推进的后靠结构； 出洞段 8m 范围先进行土体加固，以满足破墙后的开挖面稳定； 管幕内土体不加固，大网格内设小网格，以保持不同工况下的开挖面稳定； 在每座工作井内设置 80 只 2500kN 千斤顶，采用液压同步施工技术推进； 通过设置可靠的密封止水装置，在管幕与箱涵外壁之间压注优质的触变泥浆。 78 台北 復興北路穿越機場地下道工程 79 地质条件 80 平、纵断面图 81 隧道断面图 82 擋土連續排樁及 覆蓋逆築工法 83 管幕布设及传统开挖方式 84 钢管顶进 85 管幕传统开挖段施工 86 跑道段管幕 87 网格工具头 88 建成后的地下通道 89 完