上海过江倒虹管泥水平衡顶管施工技术
08-22 13:17:35 浏览次数:762次 栏目：结构设计
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图6 第5节和第10节顶进结束后的地表沉降变化图
5、泥水平衡顶管特殊施工技术
(1) 洞门止水技术
① 封门形式
在工作井洞门外侧无法设置有效的钢封门，虽制作时采用由双榀［16＃组成的直排内封门，但无法在井壁洞圈上安装有效的出洞止水装置，洞门与顶管机及管节间的建筑空隙难以处理，而内封门拔除时的土体损失又是巨大的。本着安全第一的原则，出洞过程中采用井内外封门的形式，以便于在井内拔除封门和封堵建筑空隙，见图7。
图7 封门改造图
在井内封门外侧安装一只方形钢箱，使其包络内封门所有双榀［16＃，两侧焊接在内封门外缘双榀［16＃上，上部开口，以拔除双榀［16＃，下部与底板预埋件相连接固定。方箱上设一预留孔。
在方形钢箱外侧安装一只圆形钢套，钢套与方形箱采用焊接方式连接可靠。其内布置有三道盾尾钢刷，并在相应两道钢刷之间沿外圈各布置球阀。另外，在钢套后部安装两道钢环板，以安装帘布止水橡胶带。
·止水橡胶带安装：
顶管机壳体与洞口的建筑空隙的止水密封，是保持仓压力的先决条件，必须在洞口设置密封性能良好的止水装置。其紧贴顶管机及管节外壳，在泥水压力作用下能更紧贴壳体，形成良好止水效果。
②洞门内油脂压注和粘土填充
·油脂压注：
为了确保顶管机正常出洞，防止润滑泥浆浆液及切口泥水后窜至井内，利用圆形钢套上所预留的压注孔在三道钢刷之间充分压注油脂，并且在顶进过程中不断地加注。
·洞门内填充粘土：
由于泥水平衡式顶管机必须具备正常的泥水压力后才能正常施工，所以洞门内一定要填充粘土，并具备一定的土压力，以形成正常的泥水平衡系统。
(2)管节止退技术
在顶管出洞段拼装管节过程中极易引起顶管机的后退，导致刀盘正面的切口水压突降，从而造成正面土体坍塌、泥水平衡效果破坏等严重后果。
① 特殊管节制作
由于顶管正面泥水压力偏大，较难采用常规的抱箍刹形式止退，需考虑在管节结构不受影响的前提下在管节前部设置预埋钢套环。
②止退装置安装
在钢套上焊接螺栓(F36mm)的固定支座，每节管节顶进结束后，在管节的预埋钢环上对应焊接固定支座，然后用螺栓将钢套和管节连接牢靠，避免在拼装过程中的管节后退，见图8。
图8 止退装置图
(3)隧道减阻技术
对于长距离顶管来说，为减小顶力，确保顶进顺利，其关键是在顶管顶进过程中向隧道外侧压注润滑泥浆以形成高质量的泥浆套。
① 浆液配比
顶管出洞试验段施工及室内试验证明，适合本工程的浆液配比(1m3)见表4：
② 注浆量
顶管全断面处于灰色砂质粉土层内，该土层土体流塑性大。
注浆量=理论建筑空隙×500%
单节管节注浆
单位：kg 指导配比 表4
膨润土
水
纯碱
CMC
稠度
400
850
6
2．5
12～14
浆液质量指标为：稠度12~14cm b.pH 9~10 c.析水率＜2%量
V=［3×3.14×(2.662-2.642)/4］×500%=1.25m3
③注浆顺序
地面拌浆→启动压浆泵→总管阀门打开→管节阀门打开→送浆(顶进开始)→管节阀门关闭(顶进停止)→总管阀门关闭→井内快速接头拆开→下管节→接2寸总管。
④注浆原则
合理布置注浆孔，使所注润滑泥浆在隧道外壁形成比较均匀的泥浆套。同时严格控制注浆量，防止单个注浆孔注浆量不足或超量。
压浆时必须坚持"先压后顶，随顶随压，及时补浆"的原则，泵出口处压力控制在03～0.4MPa。
利用中继间接力顶进时，使泥浆迅速填满工具管后管节周围出现的空隙，形成完整的泥浆套，达到最佳的减阻效果。同时，由于在顶进中泥浆的流失、渗透，在一号中继间以后的隧道沿线经常进行补压浆，保证整条顶管处在一个良好的泥浆套中。
根据实际施工经验，在深层砂土中，静态和动态的周边阻力相差极为明显，一旦顶进中断时间较长，管节和周围土体固结，在重新起动时就会出现"楔紧"现象，一般顶力要达到正常情况的1.4～1.6倍。在顶管施工中，采取24h连续施工，使管节基本处于动态平衡之中，见图9。
图9 总顶力图
(4) 穿越江中段主要防范措施
①防止江底冒浆(防冒)措施
·合理控制顶进速度：
初始顶进时，顶进速度应缓慢调节至正常顶进速度。由于土仓体积较小，速度的突变将造成土仓外建筑空隙变小，导致泥水压力急剧上升。
·严格控制切口水压波动范围：
顶进过程中严格控制切口水压的波动范围，将切口水压控制在0.2±0.01MPa之间，若切口水压波动较大，则应立即转换到"旁路"状态，待切口水压恢复正常后方可继续顶进。
·严格控制润滑泥浆的注浆压力：
注浆压力一般控制在0.3MPa以下，以免注浆压力过高而发生泥浆冒顶现象。
·江底冒浆对策：
当发现江底冒浆时，如果是轻微的冒浆，在不降低开挖面切口水压下适当加快顶进速度，提高管节拼装效率，使顶管机尽快穿越冒浆区。当冒浆严重，则应采取如下措施：
将开挖面切口水压降低到与土压和水压之和相平衡为止。
适当提高泥水密度和粘度。
将开挖面水压返回到正常状态进行掘进。
② 防止江底土层沉降(防塌)
·按设计值设定切口水压：
顶进过程中应按设计值设定切口水压，并根据顶进时刻的潮位变化情况对其进行相应调整。由于设备原因使切口水压低于设计值时，应停止正常顶进，待切口水压恢复至设计值后，方能继续进行正常顶进。
·适当提高泥水密度及粘度：
顶进过程中应根据实际情况采用高质量的泥水(即高密度、高粘度的泥水)维持泥水平衡。
③ 防止吸口堵塞(防堵)措施
遇到切口不畅时，应及时转旁路，并通过大旁路和旁路的泥水进、排情况分析，找到不畅原因。如确定吸口堵塞时，应相应降低推进速度，同时按技术要求进行逆洗，待吸口畅通后恢复正常顶进。
④ 防止顶管机磕头措施
由于沿途穿越几处粉砂透晶体，容易出现顶管机磕头现象，需在顶进中特别加强顶管机的姿态监测，一旦发生"磕头"现象，要马上利用纠偏千斤顶进行纠偏，并适当提高泥水密度及粘度。
，上海过江倒虹管泥水平衡顶管施工技术
图6 第5节和第10节顶进结束后的地表沉降变化图
5、泥水平衡顶管特殊施工技术
(1) 洞门止水技术
① 封门形式
在工作井洞门外侧无法设置有效的钢封门，虽制作时采用由双榀［16＃组成的直排内封门，但无法在井壁洞圈上安装有效的出洞止水装置，洞门与顶管机及管节间的建筑空隙难以处理，而内封门拔除时的土体损失又是巨大的。本着安全第一的原则，出洞过程中采用井内外封门的形式，以便于在井内拔除封门和封堵建筑空隙，见图7。
图7 封门改造图
在井内封门外侧安装一只方形钢箱，使其包络内封门所有双榀［16＃，两侧焊接在内封门外缘双榀［16＃上，上部开口，以拔除双榀［16＃，下部与底板预埋件相连接固定。方箱上设一预留孔。
在方形钢箱外侧安装一只圆形钢套，钢套与方形箱采用焊接方式连接可靠。其内布置有三道盾尾钢刷，并在相应两道钢刷之间沿外圈各布置球阀。另外，在钢套后部安装两道钢环板，以安装帘布止水橡胶带。
·止水橡胶带安装：
顶管机壳体与洞口的建筑空隙的止水密封，是保持仓压力的先决条件，必须在洞口设置密封性能良好的止水装置。其紧贴顶管机及管节外壳，在泥水压力作用下能更紧贴壳体，形成良好止水效果。
②洞门内油脂压注和粘土填充
·油脂压注：
为了确保顶管机正常出洞，防止润滑泥浆浆液及切口泥水后窜至井内，利用圆形钢套上所预留的压注孔在三道钢刷之间充分压注油脂，并且在顶进过程中不断地加注。
·洞门内填充粘土：
由于泥水平衡式顶管机必须具备正常的泥水压力后才能正常施工，所以洞门内一定要填充粘土，并具备一定的土压力，以形成正常的泥水平衡系统。
(2)管节止退技术
在顶管出洞段拼装管节过程中极易引起顶管机的后退，导致刀盘正面的切口水压突降，从而造成正面土体坍塌、泥水平衡效果破坏等严重后果。
① 特殊管节制作
由于顶管正面泥水压力偏大，较难采用常规的抱箍刹形式止退，需考虑在管节结构不受影响的前提下在管节前部设置预埋钢套环。
②止退装置安装
在钢套上焊接螺栓(F36mm)的固定支座，每节管节顶进结束后，在管节的预埋钢环上对应焊接固定支座，然后用螺栓将钢套和管节连接牢靠，避免在拼装过程中的管节后退，见图8。
图8 止退装置图
(3)隧道减阻技术
对于长距离顶管来说，为减小顶力，确保顶进顺利，其关键是在顶管顶进过程中向隧道外侧压注润滑泥浆以形成高质量的泥浆套。
① 浆液配比
顶管出洞试验段施工及室内试验证明，适合本工程的浆液配比(1m3)见表4：
② 注浆量
顶管全断面处于灰色砂质粉土层内，该土层土体流塑性大。
注浆量=理论建筑空隙×500%
单节管节注浆
单位：kg 指导配比 表4
膨润土
水
纯碱
CMC
稠度
400
850
6
2．5
12～14
浆液质量指标为：稠度12~14cm b.pH 9~10 c.析水率＜2%量
V=［3×3.14×(2.662-2.642)/4］×500%=1.25m3
③注浆顺序
地面拌浆→启动压浆泵→总管阀门打开→管节阀门打开→送浆(顶进开始)→管节阀门关闭(顶进停止)→总管阀门关闭→井内快速接头拆开→下管节→接2寸总管。
④注浆原则
合理布置注浆孔，使所注润滑泥浆在隧道外壁形成比较均匀的泥浆套。同时严格控制注浆量，防止单个注浆孔注浆量不足或超量。
压浆时必须坚持"先压后顶，随顶随压，及时补浆"的原则，泵出口处压力控制在03～0.4MPa。
利用中继间接力顶进时，使泥浆迅速填满工具管后管节周围出现的空隙，形成完整的泥浆套，达到最佳的减阻效果。同时，由于在顶进中泥浆的流失、渗透，在一号中继间以后的隧道沿线经常进行补压浆，保证整条顶管处在一个良好的泥浆套中。
根据实际施工经验，在深层砂土中，静态和动态的周边阻力相差极为明显，一旦顶进中断时间较长，管节和周围土体固结，在重新起动时就会出现"楔紧"现象，一般顶力要达到正常情况的1.4～1.6倍。在顶管施工中，采取24h连续施工，使管节基本处于动态平衡之中，见图9。
图9 总顶力图
(4) 穿越江中段主要防范措施
①防止江底冒浆(防冒)措施
·合理控制顶进速度：
初始顶进时，顶进速度应缓慢调节至正常顶进速度。由于土仓体积较小，速度的突变将造成土仓外建筑空隙变小，导致泥水压力急剧上升。
·严格控制切口水压波动范围：
顶进过程中严格控制切口水压的波动范围，将切口水压控制在0.2±0.01MPa之间，若切口水压波动较大，则应立即转换到"旁路"状态，待切口水压恢复正常后方可继续顶进。
·严格控制润滑泥浆的注浆压力：
注浆压力一般控制在0.3MPa以下，以免注浆压力过高而发生泥浆冒顶现象。
·江底冒浆对策：
当发现江底冒浆时，如果是轻微的冒浆，在不降低开挖面切口水压下适当加快顶进速度，提高管节拼装效率，使顶管机尽快穿越冒浆区。当冒浆严重，则应采取如下措施：
将开挖面切口水压降低到与土压和水压之和相平衡为止。
适当提高泥水密度和粘度。
将开挖面水压返回到正常状态进行掘进。
② 防止江底土层沉降(防塌)
·按设计值设定切口水压：
顶进过程中应按设计值设定切口水压，并根据顶进时刻的潮位变化情况对其进行相应调整。由于设备原因使切口水压低于设计值时，应停止正常顶进，待切口水压恢复至设计值后，方能继续进行正常顶进。
·适当提高泥水密度及粘度：
顶进过程中应根据实际情况采用高质量的泥水(即高密度、高粘度的泥水)维持泥水平衡。
③ 防止吸口堵塞(防堵)措施
遇到切口不畅时，应及时转旁路，并通过大旁路和旁路的泥水进、排情况分析，找到不畅原因。如确定吸口堵塞时，应相应降低推进速度，同时按技术要求进行逆洗，待吸口畅通后恢复正常顶进。
④ 防止顶管机磕头措施
由于沿途穿越几处粉砂透晶体，容易出现顶管机磕头现象，需在顶进中特别加强顶管机的姿态监测，一旦发生"磕头"现象，要马上利用纠偏千斤顶进行纠偏，并适当提高泥水密度及粘度。
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