下穿铁路超浅埋暗挖隧道超前预支护管幕施工工法

1下穿铁路超浅埋暗挖隧道超前预支护管幕施工工法工法编号：RJGF(闽)—14—2010完成单位：中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司主要完成人：何方颜振聪1前言1.0.1管幕法起源于日本，后在日本、新加坡、台湾获得推广应用。我国首个管幕工程是上海市中环线虹许路－北虹路下立交工程。随着国民经济和社会的不断发展，城市交通日趋发达，当前城市浅埋暗挖隧道以及地下通道日趋增多，与浅埋暗挖隧道相关的超前预支护管幕施工作业也必须相应的得到创新和发展。1.0.2隧道施工当中常见的其它主要预支护方法有超前小导管、水平旋喷、以及管幕法。管幕法属于大刚度管棚，是管棚中的特例，管幕不是单一的超前钢管，而是与施工方法相关的联动体系。1.0.3管幕施工时不必降低地下水位和大范围开挖，不影响城市道路、铁路正常运行;适用于回填土、砂土、粘土、软土和岩层等多种地层;可以有效控制地面沉降以及对周围环境的影响。这些特点和优点比较适合我国城市建设的国情。其中管幕精确定位是管幕施工工艺的关键过程，中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司2007年在厦门杏林大桥主体工程C标段工程的施工中，针对浅埋暗挖隧道超前预支护管幕施工关键工序进行研究，形成了下穿铁路超浅埋暗挖隧道超前预支护管幕施工工法，并总结形成本工法。1.0.4本工法由中铁二十四局集团福建铁路建设有限公司2007年在厦门杏林大桥主体工程C标段下穿铁路隧道内首次应用。2特点2.0.1本工法施工时不必降低地下水位和大范围开挖，不影响城市道路、铁路正常运行;2.0.2适用于回填土、砂土、粘土、软土和岩层等多种地层;2.0.3可以有效控制地面沉降以及对周围环境的影响；2.0.4作为管幕的钢管埋入土体后不能回收，成本较高3适用范围本工法适用于浅埋暗挖隧道超前预支护施工。4工艺原理24.0.1水平钻进无线导向前拉后夯：水平钻机设有轨道，能平移、升降钻机平台。全液压水平钻机回拖力50t，扭矩28000N·m，打设最大导向孔φ300mm，一次性最大扩孔直径在此类地层中可达400mm，打设时采用泥浆护壁，一次性成孔，前面用拉管机通过钻杆拉动扩孔头扩孔，并由万向节同φ299钢管连接保证方向，并拉动钢管，将钢管拉入，如遇障碍物不能拉动时，后面用夯管锤锤击。4.0.2定向钻进方法原理：在钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向。根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异，利用能调节方向的钻头（楔形钻头）改变钻头的钻进方向，从而完成铺设工作。钻头内装有特制的传感器，传感器发射信号在导向仪显示屏显示。显示屏显示钻头的倾角和面向角（导向板的方向：导向板朝上即为12点，如同钟面）。打设角度如偏下，可以把钻头调到12点，即导向板朝上，直接顶进，此时由于导向板底板斜面面积大，受到一个向上的力，钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下，9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适，钻机会匀速旋转钻进，此时钻杆轨迹一般是平直的，所以导向钻头是上下纠偏的关键。导向钻进中，导向管是随钻打入的，导向管就是护壁管，起到套管护壁作用。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程管幕施工工艺流程见图5.1-1具体工艺见后续拉管法和夯管法施工流程下一循环施工验收注浆管注浆在原孔位安装拉管机夯管锤设备进场钻机移至下一孔位前拉后夯施工否是是否扩孔泥浆制作、钻进监测仪器调试机械设备安装施工前的准备导向孔钻进管幕填充碎石混凝土3图5.1-1管幕施工工艺流程导向孔施工工艺流程见图5.1-2图5.1-2导向孔施工工艺流程气动夯锤施工工艺流程见图5.1-3图5.1-3气动夯锤施工工艺流程5.2操作要点根据编制单位要求该节不公开，如需要请与编制单位商取。表5.3劳动力组织一览表序号工程项目人数1准备工作（调整钻头、打出导向轨迹线、固定钻机）5人2导向钻进5人3焊管4人导向孔施工完毕夯管锤设备进场机械安装钢管准备夯管钢管准备是否接管清土是否施工准备设备安装、就位仪器调试导向钻进泥浆制作、钻进监测钻至接收预留孔回拖钢丝绳下一工序44架管8人5扩孔回拖13人6结束工作（卸钻头、钻机移位）5人6材料与设备6.0.1本工法所需材料如表6.0.1。表6.0.1材料表序号材料名称类型单位数量1无缝钢管φ299*12mm根按设计2水泥普通硅酸盐T按设计6.0.2本工法所需用机具设备如表6.0.2。表6.0.2机具设备一览表名称型号数量备注水平钻机HTG-300，ITG-5002台功率为110KW拉管机SYUG-3002台拉力80吨夯管机H2602台空压机TWES-11台20立方吊车1台定向钻进导向仪SE-1型水平导向仪4套泥浆泵（含注浆）BW-2502台功率为15KW搅拌箱立式离心泵循环搅拌2个电焊机BX1-5004台7质量控制7.1质量控制标准7.1.1单孔开孔间距为400mm。开孔孔位偏差≤±30mm，若须移位，应调整开孔角度进行回归；7.1.2开孔孔位不允许向下偏斜。设计向上偏角为0.1°；7.1.3钻管的偏斜应控制在3‰以内，终端最大控制间距为150mm；7.1.4终孔后，注浆压力要控制在0.5Mpa～0.8MPa之间，注浆压力不宜过大。注浆量以出浆口流出水泥浆为准；7.1.5下管管幕长度与设计长度误差不得大于200mm。7.2质量控制措施7.2.1生产主管、技术人员、机手在施工中应熟悉地层变化，分析偏斜规律，根据情况变5化适时调整技术参数和开孔角度；7.2.2各班记录人员准确丈量钻具，准确记录钻杆长度、根数。各种数据记录要及时。禁止追记或补记，及时校正孔深，交接班要交接清楚；7.2.3施工前向甲方详细了解地下障碍物分布情况，最大埋深。8安全措施8.0.1在施工过程中应严格遵循以下标准、规范：1《铁路工程施工安全技术规程》TB－10401.1，TB－10401.2。2《建筑机械使用安全操作规程》JGJ－33。8.0.2安全生产技术措施1施工现场做到布局合理，机械设备安置稳固，材料堆放整齐，用电设施安装触电保护器，场地平整、整洁，为安全生产创造良好环境。施工现场设醒目的安全标语和安全警示标志，提醒工人注意安全，施工便道边坡稳定，并做好必要防护。2所有起重设备、电器设备、运输设备等，加强保养，使其保持良好的工作状态并具有完备的安全装置，所有机具设备的操作人员均经严格训练，持证上岗，并严格遵守操作规程。3夜间施工，现场设置足够的照明设施，并有备用数量；夜间施工项目在白天交接班时，检查安全情况，进行记录。4交叉施工的工程项目，在施工前了解交叉施工工作内容、施工时间，安全注意事项等，必要时派专人进行协调、防护，确保安全。9环保措施9.0.1施工期间的主要污染源为施工中产生的废水、废气、噪声、扬尘等。主要污染物是施工期的废水包括生活污水和施工现场产生的污水、泥浆，固体废弃物等。9.0.2避免废水排放的措施1在施工区和生活区设置污水处理系统，并备有临时污水汇集沉淀设施，生产和生活中产生的污水、泥浆等废水经过净化处理达到《污水综合排放标准》GB8978规定，才能排放。2施工现场临时食堂，污水排放时设置简易有效的隔油池，定期清理，防止污染。工地临时厕所化粪池采取防渗措施，采用水冲式厕所，并洒药进行防蝇、灭蛆措施，化学用品、外加剂妥善保管、库内存放，不将含有污染物质或可见悬浮物质的水，排入水域或灌溉系统6中。9.0.3避免施工生活垃圾等废物排放的措施1保护施工区和生活区的环境，及时处理施工垃圾、生活垃圾等废弃物，将废弃物运至当地环保部门同意的指定地点弃置，并注意避免阻塞水流和污染水源。无法运走的，进行填埋等无害化处理。2在施工区和生活区设置足够的临时卫生设施，定期清扫处理。9.0.4避免废油排放的措施优先安排电动机械施工，对柴油机械、车辆安装防漏油设施，对机壳进行覆盖围护，避免在车辆停放、维修时漏油污染。9.0.5避免扬尘及有害气体的措施1主要施工场地进行硬化处理，施工便道定期压实地面。对施工场地、施工便道经常洒水，减少扬尘对周围环境的污染。装卸有粉尘的材料时，采取洒水湿润或遮盖，防止沿途撒漏和扬尘。2工地的烧煤茶炉、锅炉、炉灶等设置除尘装置，使烟尘降至允许排放范围。3施工现场道路指定专人定期洒水清扫，形成制度，防止道路扬尘。4车辆开出工地做到不带泥砂，基本做到不洒土、不扬尘。5禁止在施工现场焚烧油毡、橡胶、塑料、皮革、树叶、枯草、各种包装物等废弃物品以及其他会产生有毒，有害烟尘和恶臭气体的物质。6机动车安装减少尾气排放的装置；搅拌站封闭严密，并在进料仓上方安装除尘装置。9.0.6施工噪音控制措施1采用低噪声设备和工艺代替高噪声设备与加工工艺，在声源处安装消声器消声。合理布置各种施工工作区和生活区，对空压机、发电机等主要噪声源集中规划，布置在远离生活区的偏僻位置，机房的墙体采取隔声措施，必要时采用障壁防噪。2减振降噪：对来自振动引起的噪声，通过降低机械振动减小噪声，如将阻尼材料涂在振动源上，或改动振动源与其他刚性结构连接方式等设备选型优先考虑低噪声产品。选择低噪音的机械设备。3改革施工工艺和设备，机械尽可能采用液压设备，以摩擦压力代替机械振动降低噪声，以低噪声的工艺和设备替代高噪声的工艺和设备。4进入施工现场不得高声喊叫、乱吹哨、限制高音喇叭的使用，最大限度地减少噪声。出入现场的机械、车辆做到少鸣笛，不急刹车；车辆在等候装砟时待速或停机；加强设备维7修，定时保养润滑；对机械正确操作，使机械噪声维持其最低声级水平。10效益分析10.0.1社会效益超前预支护管幕法施工工艺经济、实用，保证了工程的高标准、高质量要求，对客城市超浅埋暗挖隧道施工具有很强的指导作用和重要意义，具有很高的推广价值，本工法具有良好的社会效益。10.0.2技术效益本工法实施的管幕法施工完全满足浅埋暗挖隧道超前预支护的技术要求，具有良好的技术效益。10.0.3经济效益本工法采用管幕法作为隧道开挖的超前预支护为交通干线提供了安全保证具有良好的经济效益。在厦门杏林大桥主体工程C标段施工中，通过运用本工法，在技术上进行了改进与优化，合理安排了施工工序，安全优质地完成了工程施工，节约施工成本103万元。11应用实例本工法先后成功地应用于厦门杏林大桥主体工程C标工程、厦门董任路下穿铁路隧道工程、厦门市中山医院下穿湖光路地下车库等工程，工程安全质量满足规范和合同要求。现以厦门杏林大桥主体工程C标工程为实例说明本工法应用情况。11.0.1工程概况厦门杏林大桥主体工程C标段，是连接杏林大桥和厦门高崎机场的公路过渡段。其中下穿铁路隧道部分洞顶覆土厚度1.6m～2.5m，铁路隧道左线长78m，右线长110m。暗挖隧道为分离式，外墙间最小净距为6.04m。隧道主体结构采用单层单跨的微拱形，开挖断面13.37宽×9.25高。为控制地表及铁路沉降，保证铁路的安全、畅通，超前支护采用φ299mm×6mm钢管管幕，并注浆加固掌子面地层，采用三层结构形式，即由喷混凝土、工字钢架、钢筋网组成的初期支护与两层模筑钢筋混凝土组成。11.0.2施工情况该工程从2007年9月20日开工至2009年9月25日建成通车。隧道暗挖采用“下穿铁路超浅埋暗挖隧道超前预支护管幕施工工法”进行施工。该工法解决了在修建城市隧道过程中，遇到地下空间非常有限、地下管线纵横交错、桩基等地下建筑物密布，地下环境复杂多8变的难题。为修建城市隧道、下穿铁路公路隧道提供了一种实用的施工方法。在施工期间，不影响嘉禾路地面交通及鹰厦铁路的使用，各类管线均可正常使用，实现了良好的社会效益。11.0.3工程评价该工程施工实现安全生产，未发生任何安全事故，沉降也符合要求，施工质量完全满足设计和相关规范的要求，施工过程满足节能环保要求。2009年11月7日，完成的《超浅埋下穿铁路、公路长管幕隧道施工技术》科研成果，通过福建省住房和城乡建设厅鉴定，该项研究成果达到国际先进水平。