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袖閥管關于頂管作業井的最新施工方法

1. 前言

目前城市燃氣管道埋設中使用的非開挖穿越技術主要有定向鉆和頂管兩種。當遇到需要頂管穿越時,設計單位設計的頂管作業井的施工圖普遍采用沉井。沉井的下沉方式有:排水下 沉、不排水下沉、中心島式下沉3種。主要優點是安全、可靠。缺點是施工工藝復雜,造價太高,施工工 期長。當場地地下水位高、水量大。地層中含有淤泥 及松散砂層等不良地質條件時。采用排水下沉的方 式施工沉井亦存在不安全因素。



當地下水位高、水量大、地層中存在大量流砂等不良地質條件時開挖頂管作業井。開挖前首先應該進行止水、止流砂等預先支護加固的處理措施。工程上常用的止水防滲加固方法有:高壓旋 噴注漿法、深層攪拌樁法、凍結法、袖閥管注漿法等。 在城市燃氣管道埋設過程中。限于場地條件及周邊建構筑物的影響。需使用大型機械設備施工的地基處理方法往往又不適宜采用,怎么辦?



本文以深圳寶安大道次高壓燃氣管道穿越新沙路的頂管作業井為例。介紹一種新穎的頂管作業井的支護設計和施工方法。



2. 工程概況及工程地質條件



2.1 工程概況



寶安大道新沙路頂管工程有2段頂管,共4個作業井。接收井直徑4.0m、工作井直徑6.5m。兩段頂管長度分別為100.85m和107.52m:開挖深度分別為8.6m和9.9m。場地原始地貌屬濱海海陸交互相河流人海地段。其中。新沙路2#頂管工作井位于寶安大道與新沙路交匯處,交通流量非常大,場地狹小,不適宜大型機械進場進行作業井支護施工。



根據現場環境和地質條件,對地層進行預先支護加同的方法采用了微型樁+止水樁。施工使用的設備就是常規地質勘探使用的XY一1型鉆機。其自重約1.5工,鉆探機械占地僅僅1.5m*2.0m。



需要說明一點:這里所指的微型樁是巖土工程業界約定俗成的一種稱謂。

特指由小型鉆機施工的樁,也叫樹根樁。

成樁工藝是:泥漿護臂鉆孔-插管注漿、置換孔內泥漿-安放鋼筋籠或工字鋼-填碎石- 二次注漿。微型樁的直徑一般小于0.4m。而本工程 微型樁樁徑采用0.4m-0.6m,按照《建筑樁基技術規范》 (JGJ94—2008),樁徑d介于250mm一800mm的樁歸類為中等直徑樁,d≤250mm才是屬于小型樁。





2.2 工程地質條件



以2#工作井為例,根據鉆探及實際開挖后修正的地層如下:



(1)0.00m一3.00m為雜填土:含磚塊、混泥土石塊,局部還埋藏有已廢棄的建筑物鋼筋混凝土基礎,底部0.3m~0.5m為拋填的塊石。

(2)3.00m~6.00m為淤泥:黑色,含腐殖質、細砂 和貝殼,很濕,軟塑。



(3)6.00m~8.80m為細沙:淺灰一淺白色,較純凈, 粘性土含量小于7%,飽和,松散。

(4)8.80m以下為風化殘積土(砂質粘性土)。黃褐色,濕,可塑。

(5)地下水位埋深2.40m,為孔隙潛水,地下水豐富。頂管工程地質剖面圖見 圖1



 

圖1 頂管工工作井、接收井地質剖面圖



3. 頂管作業井的支護設計及施工方法



3.1 支護設計

3.1.1 作業井主要設計參數

工作井直徑6.5m;

接收井直徑4.0m;

頂管洞口開口直徑1.6m;

水泥套管內徑1.2m;

頂管中心高程:1#作業井:-3.6m;2#作業井:-2.9m;

洞口底高出作業井底0.5m;

次高壓燃氣管道管徑φ813mm。

作業井平面圖及剖面結構圖見圖2、圖3

 

圖2 頂管工作井結構平面圖



 

圖3頂管工作井結構剖面圖





3.1.2 開挖深度

1#工作井、接收井9.9m,封底厚度0.5m,有效井深:9.4m。

2#工作井、接收井8.6m,封底厚度0.5m,有效井深:8.1m。



3.1.3 微型樁

工作井樁徑D=600mm,接收井樁徑D=400mm, 樁長均為12m,內置18工字鋼,通長配置。工作井沿直徑D=7.8m園周均勻布置28根樁,接收井沿直徑 D=5.1m圓周均勻布置24根樁,樁身混凝土強度:C20。



3.1.4 止水樁

樁徑D=300mm,樁長12m,灌注素水泥漿,工作井樁數28根,接收井樁數24根,與微型樁搭接。



3.1.5 襯砌(挖孔樁護臂) 。

厚度350mm,按構造要求配筋,澆注C30混凝土





3.2 施工方法



3.2.1 微型樁施工工藝

(1)挖除填石平整場地:由于場地上部填土層中 含較多混凝土碎塊、填石等硬雜質,局部埋藏有廢棄的鋼筋混凝土基礎。微型樁施工前首先使用挖土機挖出作業井范圍內混凝土、填石等障礙物后,再回填 粘性土,平整場地。



(2)測量、放線:按設計管道走向測量頂管作業井 中心位置,沿直徑D=7.8m(工作井)、D=5.1m(接收 井)圓周均勻布設微型樁樁中心點28個、24個。



(3)鉆機就位-復核樁中心-開鉆-泥漿護壁成孔-插入注漿管至孔底-灌注水泥漿置換孔內泥漿-插入18工字鋼-填人碎石-二次注漿-結束。

(4)重復工藝(3)間隔-孔跳鉆下一孔,直至全部完成。



3.2.2 止水樁施工工藝

泥漿護壁鉆孔-插管-注漿-結束。



3.2.3 襯砌施工工藝

采用自上而下開挖和支護的逆作法施工襯砌。以人工挖孔樁方式挖孔-鋼筋制作安裝-制模-澆注混凝土。每節高度1.0m,第一節護壁與微型樁樁頂 冠梁同一批次澆注混凝土。



3.2.4 封底

底板鋼筋制作安裝一澆筑混凝土。



3.2.5 頂管洞口開口及封門



工作難點:由于頂管洞口開口部位位于細砂層中,若直接在井壁開口將會有大量泥沙涌人作業井,引發地面塌陷。

解決辦法:開口前,在支護結構外圍 施工兩排注漿孔,共17孔。采用袖閥管注漿法加固 洞口外圍砂層,止水防滲。

加固結構見圖4

開口后 洞口采用砌磚封門。





圖4頂管洞口止水及加固平面圖



4. 基坑支護施工效果評述



在地層中存在較厚淤泥及砂層且地下水豐富等不良地質條件下,開挖基坑、作業井、挖孔樁等地下洞室工程,關鍵處理技術是止水防滲和超前支護,若處理不當。在施工過程中很容易發生基坑或其他洞室工程塌方、地面沉陷等造成財產或人員傷亡的工程事故。



新沙路頂管作業井由于采用了微型樁+止水樁作為超前支護加同的處理措施。在隨后的作業井土方開挖及襯砌施工過程中進行得很順利。



無論在淤泥還是在砂層中,開挖外徑達到7.2m(每節土方量40.7m3)的圓形工作井??扇?個工人4個作業班組同時作業,每天能順利開挖深度1m、并澆筑一節 護臂。由于有了微型樁+止水樁的超前支護和其良好的止水、固砂支護效果,即便在淤泥和流砂層中開挖土方。井下作業的工人都覺得很安全。





5. 技術經濟比較



新沙路頂管作業井支護工程原設計圖的支護方式是:



首先在外圍采用人工挖孔樁護臂方式開挖,護臂厚度350mm。開挖完成后再在內圈澆筑厚度為 450mm的鋼筋混凝土襯砌。工程造價預算:4個頂管作業井造價合計142.47萬元。



工程經過招投標后。一家中標的巖土工程施工單位進場施工前。在2#工作井位處進行超前鉆。發現地層中存在上述的淤泥、流砂、且地下水大等不良地質條件。按原設計的施工圖開挖作業 井很不安全,后經過幾次會議協調,決定采用微型 樁+止水樁+護臂的支護方式。



即首先施工微型樁+ 止水樁。替代原設計的挖孔樁護臂。然后再開挖,澆筑護臂,由于有了微型樁的超前支護,內圈的襯砌厚度減少到350mm。其工程造價省了:作業井深度、內徑等尺寸與原設計一致。



巖土工程施工單位承諾:愿以不超過總造價89.21萬元完成4個作業井支護工程,與原造價相比下降37.4%??鄢┕挝蛔栽赴匆欢ū壤赂≈袠藘r等因素。微型樁施工的簡單易 行、造價低廉、經濟實用是顯而易見的。





6. 結束語



微型樁是由意大利的F.Lizzi提出的,后來逐步推廣到整個歐洲和北美洲。其主要特點有:施工機具小,適用于狹窄的施工作業區;對土層適應性強;施工振動、噪音小,樁位布置形式靈活。我國于1981年開始研究。



目前,微型樁主要應用于以下幾個方面:

1)建筑物增層及改造;

2)地基不均勻沉降事故中的基礎托換;

3)岸(基坑)邊及地下洞室土方建筑物的基礎托換。



本文謂之為一種新穎的頂管作業井支護方法,是因為微型樁用于頂管坑的支護方面的報道還不多見。微型樁甚至還沒有列入我國的樁基礎規范。本工程難點是地質條件較復雜,地下水大,存在流砂、淤泥等不良地質條件,施工場地狹窄,大型機械不宜進場施工。



微型樁的使用成功的解決了上述難題,與原設計采用的支護方法相比,施工更簡單,開挖的安全性更好,工期更短,造價更省。

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