暗挖隧洞鎖扣管幕施工關(guān)鍵工藝技術(shù)

□李 佳

管幕法是安全可靠的地下暗挖技術(shù)方法之一，利用鋼管在地下密排咬合預(yù)先形成鋼管帷幕，在此保護(hù)下進(jìn)行開挖施工。管幕可設(shè)計(jì)成各種形狀，如半圓型、圓型、門字型、口字型等，管與管之間采用鎖扣互相連接，不僅增加整體結(jié)構(gòu)支護(hù)強(qiáng)度，且能起到止水的作用。該方法適用于地質(zhì)情況復(fù)雜、地面沉降要求嚴(yán)、超淺覆蓋、基坑涌水等地下空間的建設(shè)，管幕支護(hù)措施是較優(yōu)的超前支護(hù)方案。管幕施工工藝不同分為：鉆進(jìn)法、夯管法、頂管法。其中，頂管法采用液壓千斤頂將鋼管按設(shè)計(jì)高程、方位、坡度頂入土層。施工優(yōu)點(diǎn)是采用暗挖施工影響小，噪音震動(dòng)輕微環(huán)境友好，支護(hù)安全性強(qiáng)于其他方法，綜合成本合理、可控。施工組織控制嚴(yán)格，施工人員專業(yè)技術(shù)能力強(qiáng)。適用于軟巖地層。

1.工程概況

文章研究對象為陽曲縣東干渠，里程D3+360～D3+547 與天然氣陜京三線管線交叉，交叉處燃?xì)夤軓綖?016 mm，設(shè)計(jì)壓力10 MPa。交叉段地面平緩，管線覆土厚度約3 m，為保護(hù)天然氣管道，在管道與渠道相交處采用鋼筋混凝土箱涵下穿。東干渠結(jié)構(gòu)體系由倒梯形明挖渠上游—倒虹進(jìn)口—倒虹底—暗渠—倒虹底—倒虹出口—倒梯形明挖渠下游構(gòu)成，主體結(jié)構(gòu)采用C40 混凝土，抗?jié)B等級(jí)P10，抗凍等級(jí)F200。東干渠采用框架箱涵結(jié)構(gòu)下穿燃?xì)夤艿?，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使用年限為100年，安全等級(jí)為一級(jí)。

2.施工流程與參數(shù)

2.1 施工流程

施工流程包括：管幕基坑開挖、管幕頂進(jìn)施工、管幕撤離、管內(nèi)灌漿、管棚基坑開挖、管棚頂進(jìn)施工、管棚灌漿填充、驗(yàn)收合格、箱涵頂進(jìn)。

2.2 施工參數(shù)

管幕主要施工參數(shù)：管幕管徑φ 426 mm×16 mm(Q345)、鎖扣角鐵75 mm×50 mm×8 mm、管幕間距480 mm、線路中部12 m×181 根、線路兩側(cè)7 m×54 根、管幕數(shù)量235 根、管幕工程量2550 m、管內(nèi)填充C35 混凝土。管幕施工典型橫、縱斷面分別見圖1、圖2。

圖1 管幕施工典型橫斷面

圖2 管幕施工典型縱斷面

管幕基坑參數(shù)：管幕基坑縱向凈長度不小于16 m、管幕基坑橫向?qū)挾容^側(cè)面管幕中心外擴(kuò)2 m、基坑開挖深度自管幕中心向下1.5 m、基坑后部應(yīng)開挖寬度不小于15 m 的作業(yè)平臺(tái)，用于材料堆放和吊車占地、管幕基坑沿管幕軸線開挖并外擴(kuò)，與燃?xì)夤芫€正交，與箱涵結(jié)構(gòu)45°交角、管幕基坑底板應(yīng)硬化C20 混凝土，厚度大于150 mm。

3.施工工藝技術(shù)要點(diǎn)

3.1 鎖扣管幕施工

根據(jù)暗挖通道設(shè)計(jì)支護(hù)施工要求，管幕施工采用“鋼管液壓頂進(jìn)，管內(nèi)螺旋出土”的施工方法?！颁摴芤簤喉斶M(jìn)，管內(nèi)螺旋出土”即管幕鋼管作為套管，內(nèi)部安裝帶有專門鉆頭的螺旋鉆桿。按設(shè)計(jì)參數(shù)要求制作鎖扣焊接并在平臺(tái)上固定，將管幕鋼管裁剪成需要的長度，再按公母扣方向放入不等邊角鐵，自動(dòng)形成設(shè)計(jì)扣型，角鐵和鋼管通過半自動(dòng)二保焊機(jī)焊接，焊接縫長200 mm，間隔焊接。與鋼管兩側(cè)端頭部位雙面焊接，焊接長度300 mm。加工過程中禁止連續(xù)焊接超過500 mm，避免鋼管受熱變形損壞。管幕施工現(xiàn)場見圖3。

圖3 管幕施工現(xiàn)場

管排管幕頂進(jìn)施工技術(shù)進(jìn)行管幕施工，該技術(shù)以管排鋪設(shè)為基礎(chǔ)，管排各鋼管同時(shí)頂進(jìn)，進(jìn)行管幕施工。施工范圍內(nèi)素填土、中粗砂層、粉質(zhì)黏土層，鉆進(jìn)過程中利用激光測量和安裝角度傳感器、嚴(yán)格控制導(dǎo)向精度、實(shí)時(shí)監(jiān)控頂進(jìn)角度,及時(shí)作出相應(yīng)的調(diào)整，在不同地層內(nèi)變換不同的施工工法。結(jié)合已施工孔位對施工管排的限位作用，最大程度的限制了施工管排的偏移，降低了管幕施工糾偏頻次，有效保證施工精度。該技術(shù)現(xiàn)已成功應(yīng)用于太原迎澤大街下穿火車站管幕工程、沈陽地鐵10 號(hào)線盾構(gòu)下穿既有輸水管線工程等洞內(nèi)洞外的管幕工程。

3.2 管幕孔施工

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)孔施工數(shù)據(jù)制定常規(guī)管管頭形式，調(diào)整入孔傾角和軸線，安裝測量管。常規(guī)管頭公鎖扣插入標(biāo)準(zhǔn)管母鎖扣30 cm，復(fù)核入孔傾角和軸線后，直接頂進(jìn)鋼管，完成設(shè)計(jì)長度鋼管頂進(jìn)后，回拔螺旋鉆并重新測量復(fù)核。糾偏控制方法，管幕精度控制采用楔形板鉆頭進(jìn)行糾偏，即在管內(nèi)螺旋鉆具端頭安裝楔形板鉆頭，標(biāo)記12 點(diǎn)位置，根據(jù)測量數(shù)據(jù)調(diào)整至需要的糾偏方向，頂推鋼管帶動(dòng)楔形板鉆頭前進(jìn)，楔形板不對稱斜面產(chǎn)生向下、向上的滑移，使鋼管前進(jìn)軌跡發(fā)生改變，達(dá)到糾偏目的。

3.3 管口封閉與管內(nèi)填充

3.3.1 管口封閉

管幕鋼管頂進(jìn)完成后，應(yīng)立即進(jìn)行管口封閉，包括鋼管外圍縫隙和管口堵板封閉。管口鋼板封閉焊接按設(shè)計(jì)要求和規(guī)范進(jìn)行，必要時(shí)加設(shè)筋板以加固。

3.3.2 管內(nèi)填充

設(shè)計(jì)采用C35 混凝土填充，從泵車始發(fā)端灌注，接收端排氣方式填充，混凝土充盈系數(shù)應(yīng)≥0.95%。注漿順序由拱腳向拱頂逐管注漿，嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿材料，以具備良好的粘結(jié)力和較高的早期強(qiáng)度。

3.4 涌水控制

管幕暗挖施工過程中容易發(fā)生基坑涌水，為避免發(fā)生基坑涌水，在基底開挖揭露細(xì)粉砂、粉砂層時(shí)，應(yīng)根據(jù)基坑深度適當(dāng)加深止水帷幕的有效深度，穿過粉砂層，防止基坑外側(cè)的地下水涌進(jìn)基坑?；娱_挖前，在基坑四周設(shè)排水溝及擋水墻，防止地面水流入基坑內(nèi)。挖土?xí)r挖到距基坑底0.4 m～0.6 m處為止。備足排水設(shè)備，隨挖方隨排水，排水設(shè)備根據(jù)水量配置，排水量大于進(jìn)水量。在基坑涌水過大時(shí)，立即停止開挖，施工人員、機(jī)械撤離現(xiàn)場，采用碎石、砂袋進(jìn)行回填處理并分析原因，進(jìn)行處理后才能繼續(xù)開挖。采用雙液注漿法對基坑涌水地段進(jìn)行封堵處理。操作中由兩臺(tái)壓漿泵把主劑和固化劑從不同回路壓入混合器內(nèi)混合，然后灌入土層。兩種漿液混合后的凝固時(shí)間一般很短，漿液的配合比需要定量控制，達(dá)到快速止水目的。

3.5 沉降控制

管幕鋼管鎖扣側(cè)面附帶1～2 根通長注漿小導(dǎo)管，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行控制注漿，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定既有建構(gòu)筑物有微小沉降趨勢時(shí)，及時(shí)通過調(diào)整管幕出土量控制沉降。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定既有建構(gòu)筑物有一定數(shù)值的沉降時(shí)，立即通過小導(dǎo)管進(jìn)行補(bǔ)償注漿，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定既有建構(gòu)筑物沉降達(dá)到報(bào)警線前，通過小導(dǎo)管注漿未能有效控制，應(yīng)停止管幕作業(yè)，對已施工鋼管和管外小導(dǎo)管進(jìn)行全面注漿填充，控制沉降，施工沉降數(shù)據(jù)穩(wěn)定或受控后方可恢復(fù)管幕作業(yè)。管幕施工前對地表或建構(gòu)筑物進(jìn)行監(jiān)控量測，管幕施工期間對沉降進(jìn)行監(jiān)控和測量，按規(guī)范建立預(yù)警機(jī)制。管幕施工依據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，發(fā)生沉降超標(biāo)立即采取補(bǔ)注漿措施。管線下方時(shí)注意頂進(jìn)速度和出土控制，鋼管吃土頂進(jìn)，禁止鉆頭伸出管外，現(xiàn)場儲(chǔ)備應(yīng)急物資，發(fā)生超標(biāo)沉降立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

3.6 施工監(jiān)控

3.6.1 水位平衡測量

水位測量軟管安裝在注漿導(dǎo)管內(nèi)并固定，管幕施工過程中，持續(xù)向連通管中注入連通液，連通液不斷從連通管出口流出。測量時(shí)關(guān)閉進(jìn)液閥門，因連通管入口液位與連通管出口液位保持一致，可直接讀取管頭與管口位置高差。

3.6.2 激光靶標(biāo)測量

管幕螺旋鉆具或鋼管間鎖扣框內(nèi)安裝激光靶標(biāo)、激光發(fā)生器和高清攝像頭，通過攝像機(jī)將激光在靶標(biāo)上的照射位置反饋至外部顯示屏，操作人員可直接觀察到鋼管管頭的全景軌跡狀態(tài)。采用激光測量施工軌跡精度可達(dá)到2/12000。

3.6.3 多種測量驗(yàn)證

管幕施工中間水位測量和激光測量有機(jī)結(jié)合起來，通過水位測量數(shù)據(jù)判斷管幕的施工方向，可快速施工。當(dāng)發(fā)生偏差和糾偏調(diào)整時(shí)，啟動(dòng)激光測量，精確糾偏參數(shù)和效果。粗、細(xì)搭配，快速判斷和精細(xì)調(diào)節(jié)。

3.6.4 糾偏調(diào)向

管幕糾偏調(diào)向采用楔子板糾偏。管幕施工過程中，根據(jù)水位測量數(shù)據(jù)進(jìn)行糾偏控制。

4.結(jié)語

文章對渠道下穿天然氣管道的鎖扣管幕施工工藝技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。該區(qū)域管幕施工下穿復(fù)雜管線，確定埋深、大小、結(jié)構(gòu)類型等參數(shù)并明確交底后方可施工，并做好施工期間地表變形和建構(gòu)筑物的監(jiān)控量測，控制涌水與施工沉降。優(yōu)化施工工藝，必要時(shí)制定專項(xiàng)施工方案并組織專家審查論證，進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場管理，分析施工風(fēng)險(xiǎn)源，細(xì)化施工措施，針對既有線完善工序流程，制定施工應(yīng)急預(yù)案。