關(guān)于人工頂管施工技術(shù)在引水隧洞工程的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間:2018-06-25 來源: 散文精選 點(diǎn)擊:
摘 要:通過介紹人工頂管施工技術(shù)在引水隧洞工程中的應(yīng)用,闡述其關(guān)鍵技術(shù)的重點(diǎn)、難點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的措施,同時(shí)提出“九宮格施工法”創(chuàng)新實(shí)踐。
關(guān)鍵詞:人工頂管 隧洞 九宮格
1.工程概況
本項(xiàng)目位于河源市源城區(qū)西南部,通過引水隧洞及輸水管線從新豐江水庫右岸引水至源城區(qū)自來水廠,供應(yīng)當(dāng)?shù)厥忻袷褂。其中引水隧洞為有壓輸水隧洞,全長約1.7818km。過水?dāng)嗝鏋閳A形斷面,內(nèi)徑3.6m,圍巖類型為II、III、IV、V類圍巖;噴錨支護(hù)采用C25噴射混凝土,側(cè)壁和拱頂掛Φ8@200x200鋼筋網(wǎng),錨桿采用Φ22的普通砂漿錨桿,襯砌混凝土為C25混凝土。遇圍巖破碎極不穩(wěn)定帶V類圍巖加強(qiáng)支護(hù):工字鋼調(diào)整為0.8米,Φ22系統(tǒng)錨桿為鋼拱架排距0.8米,環(huán)向間距1米(L=3m,梅花型布置),Φ8@200x200鋼筋網(wǎng)拱圈、側(cè)墻范圍內(nèi)全斷面布置掛網(wǎng),超前注漿小導(dǎo)管Φ45mm*5mm每環(huán)28根,排距1.6米,環(huán)向間距為0.3米,Φ20連接鋼筋(L=100cm)環(huán)向間距為1米,Φ22鎖腳錨桿4根/榀(L=3米)噴射混凝土為25cm。
2.施工條件分析
(1)圍巖地質(zhì)條件不穩(wěn)定:根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及鉆孔資料顯示,引水隧洞地層地質(zhì)構(gòu)造主要由第四系洪沖積層②層(Qpal)、坡積層③層(Qdl)及燕山三期黑云母花崗巖(γ52(3))、侏羅系下統(tǒng)藍(lán)塘群粉砂巖(J1lnb)組成,同時(shí)有人字石斷裂(F29)、羅坑斷層(F27),鶴子頂斷層(F22)、大水坑斷層(F7)從隧洞軸線垂直穿過,巖體風(fēng)化強(qiáng)烈,地表基本為全風(fēng)化巖,強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化巖出露少。
。2)地下水豐富:地下水非常豐富,水壓大,引水隧道取水口高程為88m 水庫施工期正常水位為113m有約25m的水頭差;為更詳細(xì)了解取水口段K0+005~k0+093的地質(zhì)情況,委托第三方進(jìn)行工程地質(zhì)補(bǔ)充勘察,其報(bào)告結(jié)論:根據(jù)鉆探結(jié)果,在鉆探控制范圍內(nèi)巖石極破碎,均是風(fēng)化作用造成,局部存在漏水、塌孔等。
3.施工技術(shù)
隧洞工程施工技術(shù)具有施工作業(yè)綜合性強(qiáng)、施工作業(yè)條件差、施工作業(yè)空間有限、施工作業(yè)力學(xué)環(huán)境動(dòng)態(tài)化以及作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn),選取的施工方案適用與否,關(guān)系到工程的成敗,尤其在軟弱圍巖中修建隧道,選取合適的方案更為重要。
根據(jù)已完成的豎井支護(hù)樁基、取水口閘室連續(xù)墻的地質(zhì)情況及隧洞掌子面揭露的圍巖情況,結(jié)合地質(zhì)資料分析:隧洞取水口段存在全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,局部穿越中風(fēng)化、微風(fēng)化花崗巖、孤石。工程地質(zhì)復(fù)雜多變、軟硬夾雜交替,對(duì)施工提出了很大的挑戰(zhàn)。取水口段隧洞施工若繼續(xù)采取常規(guī)襯砌開挖、噴錨支護(hù)施工方法,極有可能面臨崩塌、涌水等風(fēng)險(xiǎn),且施工進(jìn)度緩慢。本項(xiàng)目在施工方案比選中對(duì)比分析盾構(gòu)法、機(jī)械頂管和人工頂管三種技術(shù)方案,綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及施工進(jìn)度要求等因素,最終選取人工頂管方案。人工頂管,即手掘式頂管,是最早發(fā)展起來的一種頂管施工工藝,由于它采用了一定的輔助措施的后便具有施工操作簡便,設(shè)備少,施工成本低、施工進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)。
3.1施工流程
人工頂管施工程序,即先挖掘工作井(本項(xiàng)目利用已開挖豎井作為工作井),在工作井內(nèi)安裝頂進(jìn)設(shè)備,接著將管道按設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn),邊頂邊挖,直到頂至設(shè)計(jì)長度為止。
3.2關(guān)鍵技術(shù)
頂管工程的技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)為穿越復(fù)雜地層處理方法、管道偏差控制技術(shù)、頂力技術(shù)問題、排水措施等,具體如下:
。1)穿越復(fù)雜地層處理方法:頂管施工時(shí),如遇強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖層,采用手?jǐn)y式風(fēng)炮機(jī)鑿除;如遇微風(fēng)化巖層,采用液壓劈裂機(jī)爆破;如遇孤石,先用鉆孔機(jī)在石頭上面鉆孔,再用巖石分裂機(jī)將石頭分裂成小塊取出;穿越流塑性較大且含水量較大的土層時(shí),利用工具頭的分成的九部分,依次進(jìn)行開挖,必須時(shí)通過分格封門的注漿口,對(duì)前方土質(zhì)注漿加固后再進(jìn)行依次開挖。
(2)管道偏差控制技術(shù):頂管推進(jìn)方向如果偏離設(shè)計(jì)軸線,容易使管道彎曲變形,頂力突然增加,影響正常施工,因此,頂管施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制方向和高程,防微杜漸,避免誤差積累。當(dāng)偏差較小的情況,可通過調(diào)整千斤頂?shù)暮狭ξ恢脕砑m偏,假如頂進(jìn)過程中出現(xiàn)“抬頭”現(xiàn)象,即調(diào)高合力作用點(diǎn)位置,假如管道偏離軸線方向,即將千斤頂往同一方向調(diào)整移動(dòng)。當(dāng)偏差大于20mm時(shí),將方木一端頂在管道偏離中心的一側(cè)管壁上,另一端靠在管前后座上,利用千斤頂施力于管道進(jìn)行強(qiáng)制校正。
。3)頂力技術(shù)問題:隨著頂管推進(jìn),管身受到滑動(dòng)摩擦力(f=μ×FN)必然會(huì)增加,但管道強(qiáng)度限制,頂力不能一直增加,否則導(dǎo)致管身變形破壞,因此在實(shí)踐中通常會(huì)采用兩種輔助工法:一是采用中繼接力技術(shù),通過在管道中設(shè)置中繼環(huán),平衡滑動(dòng)摩擦力,達(dá)到解決頂力不足的技術(shù)難題;二是采用潤滑劑減阻,即通過減少動(dòng)摩擦因數(shù)μ降低滑動(dòng)摩擦力。本工程屬短距離頂管,優(yōu)先采用注漿法輔助工法進(jìn)行減阻,敞開式頂管工具頭前面是敞開,若將觸變泥漿直接注入管道內(nèi),無法形成漿套。注漿材料改用鈉基膨潤土、水、碳酸鈉和CMC按一定的配比配制成膏狀的潤滑劑,既可以使管道減阻,又可以減少管道下部的石頭對(duì)管身表面防腐層的破壞。
。4)排水措施:地下水會(huì)軟化圍巖,降低其抗剪強(qiáng)度和剛度,使其承截力和穩(wěn)定性不能滿足施工要求,影響施工作業(yè)安全。該區(qū)間地下水豐富,因此在施工過程中須重視排水措施,為探明頂管前方巖石滲漏水情況,采用潛孔鉆鉆水平孔,探明滲漏水情況,若水量較大,則先對(duì)圍巖進(jìn)行灌漿固結(jié),穩(wěn)定后再繼續(xù)開挖頂進(jìn)。經(jīng)常性排水即通過在隧洞兩側(cè)設(shè)置排水溝,并分段設(shè)置集水坑,地下水順著排水溝降坡匯集于集水坑,隨后用泥漿泵將集水坑內(nèi)積水抽排出洞外。
3.3創(chuàng)新技術(shù)
不良地質(zhì)條件洞段開挖,應(yīng)根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào),針對(duì)其性質(zhì)和特殊的地質(zhì)問題,制定專項(xiàng)保證安全施工的工程措施。對(duì)于軟弱圍巖開挖,目前最為常用的施工方法是先分部開挖一小部分,再分部支護(hù),最后逐步擴(kuò)挖支護(hù)。但這種方法施工效率低下且施工成本高。
考慮到該施工段區(qū)間圍巖破碎且地下水豐富,為確保施工安全,在施工實(shí)踐中創(chuàng)造性提出“九宮格施工法”,即利用鋼隔板將頂管鋼管內(nèi)襯平均分成九格,同時(shí)做好九個(gè)封門,這樣的做法有兩方面好處,一方面可以大大增加鋼管內(nèi)襯剛度,抵抗變形,另一方面,九格獨(dú)立分部開挖,互不干擾。
在施工開挖時(shí),應(yīng)先開挖1~8區(qū),最后開挖9區(qū)。如發(fā)生坍塌涌水等現(xiàn)象,立即將封門關(guān)閉,并通過封門的預(yù)留孔注漿加固,這樣可以有效解決孤石、水涌和坍塌等突發(fā)事件,進(jìn)一步避免發(fā)生突水等災(zāi)難性事故。
4.結(jié)語
本工程的引水隧洞取水口段采取人工頂管施工方法,實(shí)踐證明該施工方法技術(shù)可行,經(jīng)濟(jì)實(shí)用,降低施工風(fēng)險(xiǎn),保證了工程質(zhì)量和工程進(jìn)度,收到預(yù)期的效果,對(duì)類似斷層及破碎帶、緩傾角節(jié)理密集帶、巖溶發(fā)育、地下水豐富等不良地質(zhì)軟弱圍巖地下洞室工程開挖的施工建設(shè)具有應(yīng)用價(jià)值和借鑒意義。需要注意的是,在應(yīng)用這一施工工藝需加強(qiáng)排水、加強(qiáng)監(jiān)測(cè),采取有效的支護(hù)措施,才能確保施工質(zhì)量安全。
參考文獻(xiàn):
[1]余彬泉,陳傳燦。頂管施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,1998.
[2]中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范(SL378-2007)[M].北京:中國水利水電出版社,2008.
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