暗挖顶管技术在卵石层中的施工应用

暗挖顶管技术在卵石层中的施工应用

暗挖顶管技术在卵石层中的施工应用

【摘要】本文主要围绕着暗挖顶管技术展开了分析，首先论述了卵石层顶管穿越的难点，进而结合具体的工程案例分析了暗挖顶管技术在卵石层中的施工应用。

【关键词】暗挖顶管技术；卵石层；应用。

中图分类号：TU7文献标识码： A 一、卵石层顶管的难点

管道施工过程中不可防止出现穿越公路、铁路等设施的情况，通常情况下管道穿越等级公路、铁路等采用土压顶管或泥水平衡顶管等常规顶管方式，但是当穿越设施所处的地质条件为卵石层时，采取常规顶管方式存在一定难度：

1、在卵石层顶管易产生坍方、塌陷的情况，如处理不当，致使地层变形，道路承载力、稳定性和耐久性下降，从而导致地基下沉、路面沉降，影响车辆的正常、平安通行。

2、在涵管顶进过程中卵石层顶管相比其他地质条件下的摩擦阻力要大,纠偏难度也大；当遇见粒径较大的卵石时会阻碍涵管顶进，遇到该种情况，那么需要将其挖出或进行碎石处理，或者从接收坑进行反向顶进等措施，这样对工期和造价会造成很大的损失，如果措施仍不见效，那么需要废弃重新选择顶管路由。

二、暗挖顶管技术在卵石层中的施工应用

大唐煤制天然气管道工程在北京市密云县穿越新建西统路，穿越长度80m，穿越位置距离地面约6.8m,勘查资料显示穿越位置处于卵石层，卵石粒径不超过350mm，但由于实际地质情况无法真正明确判断，粒径大小无法确定，这给顶管穿越带来巨大的隐患。为了保证道路设施平安并且穿越成功，西统路穿越采用暗挖隧道初支加顶混凝土套管方式施工：暗挖采用一次衬砌，净空尺寸为圆形直径1900mm，顶进套管内径1500mm，暗挖完成后，利用原作业坑顶进钢筋混凝土套管。

1、工作坑施工

工作坑支护结构采用钢筋榀架+钢筋网片+锚喷混凝土的倒挂施工支护结构，并在井口处设置闭合的锁口圈梁。

1〕锁口圈梁:锁口圈梁采用C25混凝土结构，断面尺寸为1000×500mm，

2〕竖井钢格栅：竖井的锁口圈梁以下采用水平钢格栅(纵向连接筋)+钢筋网片+喷射混凝结构。

3〕侧墙网片:两竖井侧墙均采用φ6双层钢筋网片，网眼150mm×150mm。网片与竖向连接筋和钢格栅绑扎成一体。

4〕喷射混凝土强度C25，喷射砼墙体厚度350mm，

2、暗挖施工

采用一次衬砌结构型式，支护为格栅喷射砼结构，初支采用短台阶法施工，先采用超前小导管双液注浆加固土层，然后开挖隧道上拱土方、立格栅、焊纵向联接筋、绑钢筋网

片、喷射砼，上拱和边墙支护施工后，再挖除核心土，马上跟进底部施工，必须保证每榀封闭后再进行下一榀施工。完成整个断面的封闭。隧道形状为圆形，净尺寸为直径1900mm，衬砌厚度为250mm，喷射混凝土强度为C20。具体施工步骤如下：

1〕超前小导管双液注浆

工艺流程：布孔→钻孔→插管→注浆→封闭注浆孔。

开挖前，在圆形隧道上部240°范围内，沿拱部外轮廓利用风镐打入长1750mm长φ32钢制小导管，斜向上插角8°～10°，环向间距300mm。小导管一端加工成尖开，端头封严。

在开挖掌子面上部180°范围内打φ32钢制注浆小导管，长1750mm，每榀打设，搭接长度1000mm，环向间距300mm。

先将开挖工作面喷射100mm厚的C25砼作为止浆墙，然后将酸化的改性水玻璃和水泥浆经超前导管小孔一同注入周围土体中。注浆压力控制在0.2-0.4Mpa，全部导管注完半小时后即可开挖。

2〕土方开挖

工艺流程：采用台阶法开挖。开挖上台阶土方→支立拱部格栅→喷射混凝土→开挖下台阶土方→支立边墙和底板格栅→喷射混凝土→下一循环。

开挖时隧道超挖按5厘米考虑。视土质情况决定留置核心土的尺寸，开挖步距控制在500mm以内。拱部开挖后要尽早封闭，尽量减少顶部土方的悬空时间。

隧道出土利用开挖工作坑，工作坑上搭设平台，设立四角龙门架，利用卷扬机人工出土。

2〕网构格栅安装

工艺流程：钢筋格栅加设→安装外层钢筋网片→焊接纵向连接筋→安装内层钢筋网片

土方开挖后及时架立安装格栅，格栅间距0.5米。安装前应将格栅下虚土及其它杂物清理干净，并利用两侧的激光导向仪控制好格栅位置，格栅横向各分部之间设置螺栓接头，必要时进行绑焊连接；然后焊接双层的φ20@700的纵向联接钢筋。纵向连接筋下一循环的搭接长度应插入土体内预留。拱部挂双层φ6@150×150钢筋网片，搭接长度不小于2个网孔。

格栅钢架焊接完成后，在拱顶和两侧拱脚上方安装1-3根背后注浆管，并与格栅钢架焊牢，管头包裹密封。 4〕喷射混凝土

喷射砼按试验室给定的配比通知单进行配料施工，计量误差小于2%，掺有速凝剂的混合料应立即使用，存放时间一般不大于5分钟。喷射砼前应注意将施工缝用水或风冲净残留土。砼分层喷射时，每层7cm左右，喷射口距喷射面以0.8m-1.0m为宜，每层喷完后及时清理外表结构，使其平整度良好，严禁使用回填料。

5〕背后注浆

为保证初支与土体紧密，在初支后进行背后注浆，每掘进5m注浆一次，浆液为1：1的水泥浆。注浆孔布置在拱顶，Ф32mm钢管纵向间距2米，一根长度500 mm。注浆压

力控制在0.2-0.4Mpa以内。注浆反复补浆2-3次以上，直至完全密实为止。

3、暗挖的测量

暗挖施工采用连续测量与间断测量结合的方式。

1〕连续测量：在原顶进坑前方安放一台激光经纬仪，激光经纬仪按照设计顶进轴线方向测量管道中心线位置。隧道开挖、钢格栅安装时必须按照激光束位置施工。

2〕间断测量：每掘进1米后，测量人员对激光经纬仪进行校核，并且采用水准仪，测量高程偏差情况。

4、顶管施工

暗挖施工完成后，利用原有工作坑，在隧道内顶进钢筋混凝土套管。混凝土套管管径为Ф1500mm。套管外壁与隧道间有4cm空隙。

1〕顶管设施安装

在发送坑后壁平卧和立放两层枕木，并用吊车安装后靠背挡板，挡板规格为3m×3m，δ＝20mm厚钢板，然后在黄沙垫层上等距离放置标准枕木，在枕木上铺一层4m×4m，δ＝20mm厚钢板，保证施工精度。钢板上安装2台自制的升降式滚动导向支架，用角钢∠100×10加固焊接在底面钢板上，固定液压顶管机部件。

2〕顶进施工步骤

安装好顶铁挤牢，管前端已一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。

停止油泵，翻开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。

卸下顶铁，下管，用钢套环连接混凝土管，在混凝土管接口处放一圈麻绳，以保证接口缝隙和受力均匀或彩和其他防渗漏措施，保证管与管之间的连接平安。

重新装好顶铁，重复上述操作直至混凝土套管顶进完毕。

5、顶后处理

1〕混凝土套管顶进完成后，对暗挖的隧道与套管之间的缝隙进行封闭回填注浆，以防止长时间因缝隙原因造成路面塌陷。

2〕注浆：每两节混凝土管为一组进行注浆，从第一节管的注浆孔注浆，由第二节管的注浆孔排浆。注浆从管道一端开始，一次进行，注浆次数不少于三次，每两次间隔不大于24小时。

3〕注浆后，对注浆缝隙进行雷达监测，对于雷达监测由空隙的地方再进行注浆充填加固，直至监测合格。

三、风险分析及应对措施

1.风险：由于施工段距离较长，施工中会出现累计偏差，且套管直径较小，为1500mm，因此可能造成煤制天然气管道穿管困难。

应对措施：在施工过程中加强测量监控，出现偏差时及时调整，必要时加大暗挖隧道尺寸。

2.地面沉降预防措施

1〕掘进过程中，不间断连续匀速施工，合理缩短施工时间，减少对周边环境造成影响的时间；

2〕掘进过程中，做到不超挖，少挖勤顶，勤观测。

3)支护完成后，及时注浆加固，保证管道上部土体密实。

4)施工完成后，通知第三方监测单位及时进行雷达检测，并根据探测数据进行及时补充注浆等相关措施。

5)加强顶进过程中的监测，对于施工中出现的异常情况早发现、早解决，防止事态扩大对道路造成不必要的影响。

结束语

综上所述，在管道顶管穿越卵石层时，暗挖顶管相对与其他常规顶管方式，无论从保证道路设施平安还是施工效果方面来看，都具有一定的优势。所以，今后要更加重视研究暗挖顶管技术，针对暗挖顶管技术在卵石层中应用的问题进行分析，提升应用的效果。

【参考文献】

【1】夏于飞,史占华,陈亚军.卵石层地质条件下定向钻穿越工艺与设备优化[J].油气储运,2021,04:269-272+235.

【2】刘涛.合肥市顶管施工技术适应性评价研究[D].合肥工业大学,2021.

【3】王振峰.卵石地层中地铁隧道盾构施工引起的地表沉降研究[D].西安科技大学,2021.