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矩形顶管法在浅层地下空间施工中存在的主要问题及控制措施

  • 2022-11-28

  • 运营部

本文依托深圳市轨道交通8号线深外高中站B2出入口人行通道矩形顶管工程,对矩形顶管法在施工中遇到的问题和一系列解决措施进行分析,为今后顶管设计、施工提供借鉴参考。

1. 工程概况

工程长度:75m

通道断面尺寸:6.9m×4.9m

工程地质:地质复杂,基本为人工填筑地层

周边环境:下穿DN400污水管、DN800给水管,管线覆土厚度最浅处直线净距约1.7m左右,给水管线距始发井最近处直线净距约2.38m,污水管线距始发井直线净距约3.68m。

选用机型:6.92m×4.92m多刀盘组合式土压平衡顶管机


顶管通道地质剖面图(单位:m)

 

. 施工中的主要问题原因分析及解决措施

2.1地质突变施工

本工程始发掘进施工时,发现地层中块石、碎石较多,由于本工程地质剖面图显示,主要穿越为素填土地层,部分地段中含碎石、块石,因此未予以重视,掘进到约3m左右时遇到孤石,同时发现部分块石,碎石粒径达30~50cm,且地层中碎石、块石含量及地层延续远超地质剖面图所示,此段每掘进0.5~1.0m就必须打开顶管机螺旋出土器清理积聚在出土口的碎石、块石,严重影响掘进速度,直至掘进到约33m时,顶管机前遇到大块孤石,刀盘夹死,左侧搅拌棒、刀盘相继断裂,掘进失败


螺旋出入器出土口处块石、卵石


螺旋出入器出土口处搅拌棒

 

2.2掘进失败原因分析

一是地质情况突变导致掘进失败。二是通过地质剖面图及地质情况说明可推测,本工程掘进地层中含块石、碎石,顶进前未充分考虑到地层变化,并预测相关可能性做好顶管机适应性选型,该工程顶管机较为适应软土地质顶进,对于本工程突变后穿越地层呈现的上软下硬特质顶进施工较为不利。

3. 本工程解决方案及效果

本工程对于地质突变情况,处理措施分为两阶段。

第一阶段慢磨掘进。施工中采取的措施是土体改良,配合打开螺旋出土器人工取石

(1)顶管工程理论正常顶进速度为10~20 mm/min,本工程发现地质变化后正常顶进速度减少为5~10mm/min

(2)通过顶管机及刀盘上注浆孔向顶管机顶进前方掌子面注浆,来对掌子面土体进行改良,注浆比例中膨润土用量以可以均匀包裹地层中碎石、块石、卵石为准,同时根据出土情况及地质剖面图判断土质变化,及时调整膨润土注入比例,改良后出渣土具有良好的塑性、流动性和止水性可以使块石、碎石、卵石等随泥浆均匀的通过出土螺旋器。

(3)通过观察顶管机土压力表及刀盘电流,初步掌子面土体情况,如发现某时段刀盘电流变化较大或者土压力变化幅度较大的情况,停止顶进

(4)发现(3)所述情况后,首先顶管机停机,同时为防止顶管机停机期间管节及顶管机整体后退,油缸保持压力。其次打开胸板及螺旋出土器上预留观察孔,通过预留观察孔观察掌子面障碍物情况,判断是否开仓。最后采取措施如障碍物较小,可直接启动顶管机,通过刀盘、胸板预留注浆孔注入高压水及泥浆,将掌子面前障碍物冲刷到螺旋出土器出入口通过螺旋出土器排出;如障碍物较大,积聚在出土口的块石、碎石无法排除,则需停机时打开螺旋出土器直接取出,对于粒径大于螺旋出土器口的块石、孤石,或刀盘无法磨碎的孤石,打开顶管机或者胸板上观察孔,采用风镐切割、破除后取出

此阶段虽掘进速度较慢,但从发现大量碎石、块石进行处理起至掘进失败累计推进16节管,共约24m。


出土及螺旋出土器中取出石块现场图

 

第二阶段为顶管机刀盘损坏、掘进无法进行的弃壳接收阶段。因本工程顶管机设计为可拆分模块化结构,方便了顶管机在通道内进行弃壳拆解施工。

本工程弃壳接收完成后顶管通道共施工33m原定靠近车站处三角区域进行矿山法暗挖施工,现剩余42m均采取矿山法暗挖施工。

4. 结语及建议

本文探讨了矩形顶管施工中问题出现的原因及控制解决措施,并提出以下几点关于地下工程的建议供设计、施工等相关从业人员进行参考借鉴:

(1)在地下工程施工中,对地质水文条件的了解程度是地下工程施工成败的关键之一。因此地下工程施工前,必须进行提前探勘,同时利用互联网+的优势,建立不同地域地质水文条件及施工具体经验总结数据库,甚至可对各公司数据进行互联互通,共享数据及经验。

(2)顶管机的性能决定了顶管工程在浅层地下空间顶管施工中的适应能力。通过施工前的设备选型及对顶管机刀盘、刀具、螺旋出土器、注浆系统、土体改良系统等的改进,顶管机在浅层地下空间中用途会越来越广。

(3)管节、顶管机模块化生产可提高矩形顶管在地下空间施工的竞争力。目前顶管机及管节进场、转场远距离主要依靠公路运输,超重、超大设备物流成本越来越高,顶管机及管节的模块化生产可有效降低运输成本、方便现场安装拆解等施工作业。

(4)针对不同工况下出现的问题灵活应用解决措施是施工管理的关键之一。地下工程中发生地质原因问题较为常见,灵活运用解决措施的能力需要施工团队多年在项目现场施工的经验累积。

(5)施工管理决定了顶管工程施工质量的优劣。顶管施工过程中,规范化、高质量的施工管理及团队协作,可以减少施工风险发生几率、提高施工效率、减少资源浪费,规范化、高质量管理必然是企业、社会的未来发展方向。

 

本文由唐兴装备整理自《矩形顶管法在浅层地下空间施工中存在的主要问题及控制措施》李俊玲,转载请注明出处,如有侵权请联系删除。

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