咬合大管棚自動取土頂進工法
中鐵隧道集團****馬鎖柱陳浩韓建坤
一、前言
採用暗挖法修建的大斷面地下工程不僅結構形式、施工工藝多種多樣，施工的輔助措施也不盡相同。「咬合大管棚自動取土頂進工法」。該工法控制地層變形效果顯著，施工工藝先進，地層適應性強，具有顯著的社會、經濟效益。
二、工法特點
1、咬合大管棚施工採用液壓頂進系統，螺旋鑽管內出土，根據沉降控制標準和地層情況，可以調整鑽頭與鋼管的相對位置，做到超前成孔或滯後出土，鑽頭超前時可以通過擴孔刀片進行擴孔操作。
2、採用幹取土作業方式，避免帶水成孔施工方法自身操作對地層的嚴重擾動，可以更可靠、更有效地控制地層變形。
3、咬合大管棚施工通過大管棚之間的咬合作用，能夠防止管棚上方土體的流失變形，同時增強管棚的整體剛度和定位的準確性。
4、可以附帶注漿管同時安裝就位，隨時進行定位注漿作業，確保對地層的影響更小，從而達到更高的控制標準。
三、適用範圍
本工法適用於非飽和含水的軟岩地層中鋼管管道或管幕施工，在卵石地層或含有建築垃圾的回填土地層中施工時，卵石或塊狀垃圾粒徑以不大於鑽桿外壁和鋼管內壁之間的空間為限。
四、工法原理及關鍵技術
1、水平液壓頂進螺旋鑽出土施工
大管棚施工系統由支架、液壓頂進系統和液壓螺旋鑽系統三部分組成，在施工過程中管棚和螺旋鑽系統由同一套頂進系統同步頂進，位置相對穩定。通過調節機頭框架可以調節螺旋鑽頭與管棚的相對位置，鑽頭的超前、超前距離、超前是否擴孔以及鑽頭滯後對地層的擾動變形和施工進度影響很大，在施工中根據需要進行控制和調整。
施工原理示意圖見圖1。
圖1 水平液壓頂進螺旋出土頂管施工原理示意圖
2、大管棚的咬合工藝
大管棚咬合設定根據施工工藝和施工需要進行設計，在施工中採用槽鋼和工字鋼作為咬合體系，可以使大管棚在施工和布設形式上有一定的調節空間，增強了大管棚施工的適應性。
大管棚的咬合體系見圖2。
圖2 大管棚咬合體系示意圖
3、大管棚跟蹤注漿施工
在大管棚的頂進過程中，為了避免相臨管棚施工或大管棚全部到位後引起地層擾動範圍的擴大而引起地層的較大沉降，在管棚施工過程中適時進行跟蹤注漿，補償地層的鬆散變形，能夠更加有效的控制地層的擾動變形。
跟蹤注漿採用袖閥式注漿管，硬pvc材質，每30cm一組溢漿孔，每節管長2m，管與管之間採用套扣連線。
注漿管通過鋼箍焊接固定在管棚鋼管上，管頭伸入焊接固定在鋼管上的一段封閉鋼套箍內，與管棚鋼管同步到位。
跟蹤注漿管布置及固定見圖3。
圖3 跟蹤注漿管布置及固定示意圖
4、施工監控量測與分析
在大管棚施工過程中，進行管棚中線、標高和頂推力的監測，通過監測資料的變化情況及時分析和反饋資訊，指導施工生產。
五、工藝流程及施工要點
1、施工工藝流程
施工準備測量放線裝置就位鋼管就位頂進施工跟蹤注漿下根鋼管施工（下一迴圈）
2、施工要點
⑴施工準備
大管棚施工準備工作主要包括頂管工作室的施工、頂管後背支撐牆的施工兩項內容。
頂管工作室要綜合考慮施工裝置、吊裝運輸、施工精度控制和施工現場條件等各種因素，工作室長度不易過短，至少要滿足不小於乙個頂進管節長度+裝置動力系統長度+1m操作空間之和，高度根據結構設計進行適當調整，滿足施工需要即可。
頂管後背支撐牆根據頂管所需頂推力進行設計，要滿足頂推力需要並有一定的安全儲備，同時要有足夠的剛度。
⑵測量放線
在大管棚施工掌子面和後背支撐牆按照設計位置測設出每根鋼管的中心位置和標高，用來控制裝置和鋼管的就位以及施工過程中的檢查和調整，保證鋼管的施工精度。
⑶裝置就位
根據預備施工管棚鋼管的中線和標高進行裝置就位和調整，調整過程中根據地層情況使裝置頂推中線有乙個上仰角，用來消減由於管頭下垂造成的鋼管在重力方向的偏差。裝置標高和中線調整到位後進行固定。
⑷鋼管就位
裝置就位完成後進行鋼管的吊裝就位和螺旋鑽的安裝，鋼管安裝在頂管裝置支架的滑動托架上。鋼管到位後進行中線和標高的調整，調整到位後固定在滑動托架上，螺旋鑽調配好鑽桿和鑽頭位置後和螺旋鑽動力頭連線牢固。
⑸頂進施工
準備就緒後進行大管棚的頂進施工，在頂進施工時要特別注意以下內容：
①控制開始幾公尺的施工精度，防止鋼管的上浮，若發生超出允許標準的上浮時需要拉出鋼管重新進行頂進。
②頂進過程中隨時檢查鋼管和裝置的中線和標高，隨時進行調整和修正。
③在一節鋼管頂進完成進行下一節焊接時，要根據前節鋼管的中線進行適當的調整，不允許介面處出現錯口和中線折角。
④頂進過程中通過控制螺旋鑽的出土速度和鑽頭的位置決定頂進的速度，防止管頭前方的土體坍落。
⑤盡量縮短鋼管焊接的時間，避免由於停止頂進時間過長出現「抱管」現象，造成再次啟動頂進時的頂推力過大。
⑥在頂進過程中如果頂推力過大，可以通過注漿管在管壁注入膨潤土類潤滑劑來減小摩擦力。
⑦在相臨鋼管施工過程中，咬合系統的準確定位十分關鍵，一般需要在咬合位置焊接定位銷鍵，防止管棚施工偏差造成咬合系統與鋼管貼死而增加頂推力，甚至無法頂進。
⑧如果頂進前方遇到較大卵石等障礙物，可以通過調整螺旋鑽桿使鑽頭超前成孔，從而使障礙物隨螺旋杆旋出。
⑨在頂進施工過程中，要作好跟蹤注漿管溢漿孔的保護工作，通常採用固定鋼箍兼做刮土保護裝置。
⑹跟蹤注漿
在大管棚施工過程中，適時進行跟蹤注漿能夠有效的控制地層的變形，控制結構物的變形。選擇好注漿漿液和注漿順序，袖閥注漿管可以作到多次注漿。跟蹤注漿一般在一根鋼管施工完成後進行。
跟蹤注漿漿液型別有緩凝低強度漿液和純水泥漿液，在施工過程中為防止注漿對後續管棚施工的影響，一般首先採用緩凝低強度漿液進行補償注漿，待整個大管棚施工完成後在對地層進行純水泥漿的填充加固注漿。
⑺監控量測
監控量測在大管棚施工過程中分為兩部分內容，一部分是對在施管棚的監控量測，另一部分是對頂推力和地層變化情況的監控量測，量測專案見表1。
大管棚施工監測專案彙總表
表1六、機具裝置
咬合大管棚施工機具裝置見表2。
咬合大管棚施工機具裝置表
表2七、勞動組織
勞動力組織見表3。
勞動力組織表
表3八、質量控制
大管棚施工過程中質量控制要嚴格從以下幾個方面進行：
⑴裝置基架中線與管棚中線重合，偏差不大於2mm。
⑵鋼管就位進行中線調整和固定，偏差不大於2mm。
⑶頂進時動力軸線和鋼管中線重合，偏差不大於5mm。
⑷管棚鋼管進行現場對接焊接時首先要保證每節鋼管中線重合，焊接對稱進行，防止焊接變形，對接偏差不大於2mm。
⑸管棚就位標高偏差不大於10mm，在施工過程中隨時檢查管棚標高變化情況，如鋼管發生垂頭或上揚超出控制範圍，採用調整鑽頭位置、出土與頂進速度的措施進行糾偏。
九、安全措施
1、認真貫徹「安全第一，預防為主」的方針，建立健全安全管理體系，設專職安全員和班組兼職安全員，安全責任落實到人，作到人人懂安全，人人抓安全。
2、機械裝置加強維護保養工作，嚴格執行操作規程，非專職操作人員不得操作機械裝置。
3、加強液壓管線、壓漿管路和裝置的檢查工作，工作期間高壓管線附近嚴禁站人。
4、加強用電的管理工作，線路嚴格按照相關規範布設，不得私拉亂接電線。
5、加強電焊機的安全檢查，作好接地保護工作。
6、在洞內進行吊裝作業時，作業前應檢查被吊物、場地、作業空間等，確認安全後方可作業。
7、吊裝作業時必須緩起、緩轉、緩移，並用控制繩保持吊物平衡。
8、吊裝作業時，作業人員必須聽從統一指揮，協調一致。
9、施工人員必須把安全防護用品佩帶齊全。
10、注漿幫浦及高壓管路必須試運轉，確認機械效能、各種閥門管路和壓力表完好後方可施工。
十、效益分析
1、社會效益
⑴該工法避免了施工震動，對地層適應性強，在既有線下回填土地層中施工，解決了頂管前方遇到的槽鋼、原木及建築垃圾等障礙物的影響，使大管棚順利施工到位，為確保既有地鐵的結構和運營安全提供了有力保證。
⑵該工法近距離下穿既有地鐵線，不中斷地鐵運營，保證了人員的正常生活，社會意義重大。
⑶該工法為國內首次在下穿既有地鐵線中應用，取得了成功的經驗，將為以後城市地下工程在類似情況下的施工提供可靠的決策依據和技術指標。
2、經濟效益
⑴該工法的成功施作，保證了既有地鐵的結構安全和運營安全，在施工期間地鐵正常運營創造經濟效益。
⑵該工法施工裝置簡單，使用維護較容易，避免了其他工法昂貴的裝置採購費用。
⑶該工法施工速度和輔助措施較少，節約了工期和大量的輔助技術措施的投入。
十一、施工例項
該工法在北京地鐵五號線崇文門車站過既有地鐵環線區間施工中創造性的進行了應用。在崇文門車站中洞施工階段,大管棚距離既有地鐵結構僅1.0m,施工36m長，φ600鋼管14根，在施工階段有效的控制了既有線結構的變形沉降，在列車動載的作用下,在回填建築垃圾地層中，大管棚施工完成後，既有線結構變形縫處最大變形為4.
85mm。開挖後檢測大管棚施工精度，標高偏差±20cm，中線偏差±10cm，達到了較高的施工精度，滿足設計和施工標準。
隧道洞口大管棚施工方案
目錄1編制依據 1 1.1編制說明 1 1.2編制依據 1 2工程概況 1 2.1大管棚設計要求 1 2.3大管棚設計圖 2 3施工機械 裝置和人員配置 3 4施工準備 4 4.1技術準備 4 4.2試驗準備 4 4.3場地準備 4 4.4用電準備 4 4.5物資準備 4 5 施工方案 5 5.1 ...
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10.乙方要選用熟練的操作工使用自己的工程機具,每個工種應選用合理的機具進行工作,如操作不熟練,選用機具不合理而造成事故的由乙方負全責,並罰款10 5 元以上。11.棚工組和木工組應選用好可靠材料,按照國家有關施工規範,按甲方的施工要求和安全要求搭設棚架,搭設要堅固,使用材料必須符合有關規定,搭設完...