管幕法施工技术

管幕法施工技术同济大学2008年09月PipeRoofingMethod1内容提要隧道工程中的辅助工法管幕工法概述管幕工法设计概要管幕工法施工管幕－箱涵施工方法工程实例2隧道工程中的辅助工法目的：形成超前的预支护体系；作用：维持掌子面稳定、控制地层变形、预防坍塌冒顶事故；意义：直接关系到隧道的安全和经济效益；种类：插板法、小导管超前注浆法、浅层地表锚杆注浆加固法、水平旋喷或搅拌法、冷冻法、管棚法、管幕法等。掌子面掘进方向3插板法4小导管超前注浆法掘进方向直径φ32～60mm长度3～4m外插角5°～30°5浅层地表超前锚杆注浆加固法砂浆锚杆6水平旋喷或水平搅拌法7冷冻法8管棚法管棚钢管钢拱架9管幕法10管幕工法概述利用小口径顶管设备建造大断面地下空间；原理与管棚工法近似，属于大刚度管棚；起源于日本，主要用于下穿工程。11管幕工法的特点无需进行道路改建；不影响地面的正常交通；无需进行管线改接；不抽取地下水；无需加固房屋地基和桩基；管幕钢管锁口注浆后可有效的防止渗漏水；钢管铺设精度要求高；工程投入大，单位延米造价高。12管幕工法的适用范围13管棚支护的力学机理棚架原理14管幕支护的力学机理简支梁15管幕的设计概要设计内容钢管配置管幕内支撑布置开挖顺序开挖面稳定性评价地表沉降分析与控制土体加固设计控制指标：管幕的容许变形量[δ]=5mm16管幕的形状17扇形半圆形18钢管配置工况一工况二19常用钢管锁口接头形式公接榫母接榫20管幕内支撑布置管幕角撑垂直支撑围檩21管幕工法施工两大部分钢管幕施工管幕保护下地下结构施工施工难点管幕顶进精度控制管幕施作时的地表变形控制22管幕工法步骤1.构筑顶管工作井和接收井；2.钢管顶进，钢管之间用锁口搭接，钢管锁口处涂刷止水润滑剂；3.钢管接头处注入止水剂；4.在钢管内注浆或注入混凝土；5.在管幕内开挖，边开挖边支撑；6.逐段构筑内部结构，并逐步拆除管幕内支撑，最终形成完整的地下通道。23管幕钢管铺设方法定（导）向钻进法(DirectionalDrilling)水平螺旋钻进法(HorizontalAugerBoring)夯管施工法(ImpactRamming)顶管法(PipeJacking)微型顶管法/微型隧道施工法(MicroTunneling)24定（导）向钻进法25定向钻进铺管流程26导向孔施工钻头大小较大中等较小孔内动力钻具土质淤泥质黏土较干燥的软黏土、粗砂等硬黏土、致密砂等岩层钻头构造27扩孔钻头与扩孔施工翼状/碎石土凹槽状/砂土杆状/黏性土牙轮式/硬岩螺旋形/碎石土扩孔时的钻具组合最常用28钻进液29水平螺旋钻进法30夯管施工法管径/mm≤250350～800800～12001200～15001500～2000厚度/mm＞6＞9＞12＞16＞2031顶管法概述弧形顶铁环形顶铁32工作管或掘进机手掘式顶管挤压式顶管气压平衡式掘进机泥水平衡式掘进机土压平衡式掘进机敞开式掘进33手掘式顶管34挤压式顶管土管35泥水平衡式顶管的原理砂砂砂泥水泥水泥水水水水砂砂砂36两种平衡方式单一泥水平衡式机械平衡式37直径φ800mm直径φ1650mm泥水平衡顶管掘进机泥水仓38气压式泥水平衡掘进机39泥水平衡式顶管的特点适用范围广；掘进引起的地面沉降小；适于长距离作业；作业环境好、速度快。成本较高（弃土、场地、设备）；泥水处理量大；覆土很薄或渗透系数特别大时易受阻。40土压平衡式顶管土压力表刀盘泥土仓螺旋输送机主轴41土压平衡式顶管的特点适用土质范围广地面变形小覆土厚度可以很小弃土处理方便操作方便、安全，作业环境好砂、砾石层中需进行渣土改良42顶管法施工流程43顶管工作井及其布置后座墙顶铁止水洞圈导轨主顶油缸后靠背测量装置钢管44顶管进出洞技术洞口土体加固封门洞口止水圈45洞口土体加固黏性土洞口稳定性分析加固区46两种常用封门形式砌块式封门钢板桩封门47洞口止水圈48顶管姿态控制与纠偏导向系统测量系统纠偏系统对机头偏转差的针对性措施海瑞克ELS激光导向纠偏系统伊势机RSG反射诱导纠偏系统4950注浆减阻技术注浆孔51顶进过程中的沉降控制措施严格控制顶进的施工参数选择合适的建筑空隙严格控制纠偏量确保浆液压注质量保证钢管锁口和洞口处的密封必要的地面跟踪注浆52微型隧道施工法分类特点先导式先顶进先导管形成先导孔，随后扩大先导孔，同时顶进保护套管或永久管道螺旋式用切削钻头钻进成孔，并由螺旋钻杆排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道泥水式用切削钻头钻进成孔，利用循环浆液排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道。钻进时，用水压、浆压或机械压力来平衡工作面压力，维持工作面稳定53先导式微型隧道施工法先导头结构54螺旋式微型隧道施工法55泥水式微型隧道施工法56钢管幕顶进顺序以横断面中轴线为基准对称进行由下往上57管幕顶进后的处理措施置换触变泥浆（或管外回填注浆）钢管锁口止水处理钢管混凝土填充钢管端部与工作井的连接58沉降监测在管幕上方及周边的道路、重要建筑物及临近隧道埋设监测点；施工前进行初始数据采集；对于顶管施工中已经穿越或即将穿越，以及沉降变化量大的点，应适当加密监测频率；注浆时应跟踪监测；当监测值超过报警值时应立即采取相应措施。59管幕保护下地下结构施工开挖方案开挖方法：全断面法、台阶法、中隔墙法等。箱涵顶进方案边挖边撑加固施作内衬拆撑完成60管幕－箱涵施工方法推进方案（RBJ工法）牵引方案（FJ工法）推拉结合方案（ESA工法）61RBJ工法后背墙千斤顶工具头62网格工具头63中继间及其防水措施64FJ工法65ESA工法66管幕工法实例厦门市高崎互通连接线下穿既有铁路上海市中环线北虹路下立交工程台北市復興北路穿越機場地下道工程67高崎互通连接线下穿既有铁路厦门杏林大桥主体工程C标段隧道开挖平面布置图鹰厦铁路高崎互通线铁路穿越段嘉禾路公路穿越段68主要施工技术线路加固管幕超前支护分部开挖69管幕70钢管铺设方法水平定向钻进法＋夯管法钻导向孔71扩孔钻头施工中的管幕C型钢锁口72分部开挖φ299钢管锁脚锚管道中隧线下穿铁路施工步骤φ42超前注浆小导管l=3.5m，间距0.3m2m一环网格间距20cm*20cm喷C25砼，厚25cmφ8钢筋网：单层设置，L=3.0mI25a竖撑I20a横撑二次模筑砼防水层一次模筑砼φ8双层钢筋网15cm*15cmI25a型钢钢架喷射C25砼厚35cmφ299管幕网格间距20cm*20cm喷C25砼，厚30cmφ8钢筋网：双层设置，73上海市中环线北虹路下立交工程施工平面布置图74工程概况管幕和箱涵位于③1灰色淤泥质粉质粘土和④灰色淤泥质粘土层，为饱和软土。含水量大、承载力低、渗透系数小。管幕顶部覆土层厚度：4.5m～5.0m。75南北二座工作井的尺寸：L×B×H＝24.6m×41m×17m，工作井采用地下连续墙法施工墙厚B＝0.8m，入土深度H=31m。南北二座工作井的出洞段土体加固范围：L×B×H＝8m×38m×18m；加固强度：qu=0.8Mpa。76钢管幕：80根Φ970×10带锁口的钢管，形成口字形管幕。锁口材料为角钢100×80×10，管幕段长度126m。箱涵：矩形双孔钢筋混凝土结构，为双向八车道。结构外包尺寸：34.2m×7.85m，箱涵共分8节。77管幕施作方案8套泥水平衡顶管掘进机由北井向南井顶进基准管78箱涵推进方案由南北二座工作井同时向中间推进箱涵；在箱涵推进前，先完成100m以上暗埋段结构施工，并以此作为箱涵推进的后靠结构；出洞段8m范围先进行土体加固，以满足破墙后的开挖面稳定；管幕内土体不加固，大网格内设小网格，以保持不同工况下的开挖面稳定；在每座工作井内设置80只2500kN千斤顶，采用液压同步施工技术推进；通过设置可靠的密封止水装置，在管幕与箱涵外壁之间压注优质的触变泥浆。79台北復興北路穿越機場地下道工程80地质条件81平、纵断面图82隧道断面图83擋土連續排樁及覆蓋逆築工法84管幕布设及传统开挖方式85钢管顶进86管幕传统开挖段施工87跑道段管幕88网格工具头89建成后的地下通道90