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1、地铁站过街通道管棚拉管法施工杨春明(中铁十八局集团有限公司 天津300222 )摘 要 超长管棚拉管法施工是在常规管棚施工的基础上发展起来的一项新技术 ,具有常规管棚施工无可比拟的优越性 。结合某地铁站过街通道施工实例 ,介绍拉管法施工超长管棚的施工工艺和相关措施 。关键词 地铁站 超长管棚 拉管法 过街通道工可以使一次成型管棚的长度大大增长 ,最大可以达到 150 m 左右 。在施工地段更长时 ,不需要和常 用管棚那样分段施工 。( 2 )结构受力合理 。采用拉管法施工的管棚由 于没有搭接长度和仰角 ,从而可以使土压力等荷载 均匀分布在杆体上 ,充分发挥管棚的梁效应 。( 3 )隧道施工安全
2、性强 。由于超长管棚拉管法 一次成型管棚的长度大 ,而且管棚位置精确 ,从而有 效地降低杆体的变形 ,防止围岩的崩塌和松弛 ,确保 隧道掌子面及其周边的稳定 ,并且能控制地表沉降 。( 4 )地面活动影响小 。由于超长管棚一次成型长度长 ,结构受力合理 ,安全性高 ,施工时对穿越的 道路不需要进行交通管制或交通转换 ,不影响地面 的活动 。1 引言管棚工法是在隧道开挖之前沿隧道开挖断面外 轮廓 ,以一定间隔与隧道平行钻孔 、插入钢管 ,再从 插入的钢管内压注充填水泥浆或砂浆 ,来增加钢管 外围岩的抗剪切强度 ,并使钢管与围岩一体化 ,由管 棚和围岩构成棚架体系 。其效果可归纳为 :梁效应 ,
3、壳效应和加强效应 。在隧道埋深浅且地表有结构物 存在时 ,或隧道开挖接近地中结构物 、地下埋设物 时 ,为把隧道开挖所产生的影响限制在最小范围内 , 要尽量防止围岩的松弛 ,采用管棚工法是最有效的 。超长管棚拉管法具有以下技术特点 :( 1 )一次成型管棚长度长 。超长管棚拉管法施收稿日期 : 2004 10 11; 修回日期 : 2005 01 23( 8 )及时施作二次衬砌空隙水调整所产生的附加应力是一个漫长的递 增过程 。对软弱富水地层 ,随着渗排水 ,地表会大范围沉降 ,初期支护的刚度与地层刚度的相互作用会愈来愈强 ,因此 ,对软土隧道 ,为了确保地层较快地 恢复稳定 ,二次衬砌应及时
4、施作 。月掘进 75175 m , 4 个掌子面 (双洞 ) 月掘进 20315m ,单洞二次模筑混凝土月 171 m ,双洞二次模筑混 凝土月 333 m 的佳绩 。参考文献王明新 ,李志业 ,刘智成 ,等. 软弱围岩 3孔小间距平行浅埋隧道施工力学研究. 铁道建筑技术 , 2002 (4)吴应明 ,王学斌. 地铁浅埋暗挖隧道地层沉降控制对策.城市轨道交通研究 , 2003 (4 )孙振川. 浅埋 、大跨 、软弱围岩城市地下工程中洞法施工 工艺. 铁道建筑技术 , 2000 (1 )程明薪. 城市浅埋洞室暗挖法施工技术 ,铁道建筑技术 ,2000 (1)15结语深圳地铁科华区间浅埋暗挖隧道施
5、工符合“技 术上可行 、安全上可靠 、经济上合理 ”的原则 , 在施 工过程中精心组织 、合理安排 ,防止了各种大的险情 发生 ,结合八条控制地表沉降主要对策的应用使地234道快速路 (宽 120148 m ) ,出口位于卫国道快速路左侧 ,2号出入口通道纵断面及地表管线情况如图 1所示。2工程概况某地铁站 2号入口通道位于车站北侧 ,横穿卫国图 1 2 号出入口通道纵断面及地表管线情况 (单位 : m m )2 号出入口通道场地土质表层为杂填土 , 下部为粉质黏土 、粉土和粉砂 , 土层地基承载力最大为170 kPa,通道覆盖层厚度为 3 m 左右 。地下水 位 为 017 215 m (高
6、 程 - 0106 3111 m ) ,并都具有微承压性 。主要受大气降水及地表河水补给 ,水位变幅为 110 210 m。对混凝土结构不具腐蚀性 ,对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中 、弱等 腐蚀 ,对钢结构中等腐蚀 。粉质粘土及粉土渗透系数为 012 m / d,粉砂的渗透系数为 1 m / d。 该工程具有以下特点 :( 1 )工程地处市区 ,施工环境复杂 ;( 2 )由于所处地层地质条件差 ,上部管线密集 。 地面道路车流量大 ,因而对地面沉降控制严格 ;( 3 )环境保护及文明施工要求高 。浅埋隧道荷载计算图式见图 2。图 2 浅埋隧道荷载计算图式 (单位 : cm )按荷载等效高度值
7、,并结合地质条件施工方法等因素综合判定 。本工程为浅埋隧道 。工程地层有 粉土 ,粉质黏土 、粉砂等土质 ,土质容重值相差不大 , 一般在 1820 kN /m3 ; 内摩擦角在 15 30 间 ; 粘 聚力在 15 30 kPa 间 。将多层地层产生的初始压 力简化为最不利情况 , 容重 = 20 kN /m3 取 , 内摩擦角 = 30 ,粘聚力 c = 15 kPa,埋置深度 H = 5 m。拱顶 G处荷载 pp =h将参数代入计算 , p = 011 M Pa。3过街通道施工方法选择鉴于 2 号出入口通道工程的特点和具体要求 ,经过方案比选 ,对管棚超前预支护拟采用超长管棚拉管法施工
8、,因此在通道中需要一次施工为m 超长管棚长度 。120148P 处的法向荷载pO PpO P为拱脚与边墙结合点 P 处 (拱肩 ) 的侧向水平压力 e和垂 直压 力 P 在 O P 方 向的 法向 荷载 之4超长管棚的设计4 11 超长管棚的计算管棚前端锚固在软弱围岩内 ,后端有钢拱架支 撑 ,管棚承压可简化为“一端固定一端简支 ”的受弯 构件 。( 1 )荷载计算和 , 即= e1 + p1 。pO PP 处侧 向 水平 压力 在 O P 方 向 的 分 力 值 e1 =2e sinGO P, e =H tan45 -, GO P = 55 , 将参2e1 = 0102 M Pa。数代入计算
9、得RA ILW A Y CO N S TRU C T IO N TEC HNO LO G Y 2 00 5 ( 2 )31P 处 垂 直 压 力 在 O P 方 向 的 分 力 值 p1 = pco sGO P, p =H, 将参数代入计算得 p1 = 01086 M Pa。 所以 , pO P = e1 + p1 = 01106 M Pa。考虑管棚注浆后填充 ,也可以以钢管混凝土计32算 。 E1 为钢材变形模量 , E1= 206 10 N /mm ; 水4泥砂 浆 按 C25 考 虑 , 变 形 模 量 E2 = 218 10N /mm2 。则钢管挠度拱顶 G与拱肩左右 。P 处所受法向
10、荷载均为 011 M Pa5 qL45 qL4fc =。384 E I 384 E1 I1 + 384 E2 I2用不同管径钢管间隔布置作为 管棚 。假设 岩(土 )体荷载由钢管承担 ,则每个钢管承担一定宽度 的岩柱或土体的压力 ,假定开挖长度一定 ,可求钢管 的间距 。( 2 )管棚受弯构件计算 管棚强度计算图式如图 3所示 。我们选用不同规格的钢管 (见表 1 ) ,分别以抗弯强度和抗弯刚度作为控制因素进行比选 。表 1 钢管规格及截面特性假设钢管间隔距离为 a ,此距离为两钢管中心距离相关数据带入抗弯强度与抗弯刚度公式 ,可以 反算出采用不同钢管做管棚的钢管间距 a ,见表 2。表 2
11、不同管径管棚间距计算结果图 3 管棚强度计算图式抗弯强度计算如图 3 所示 ,由于软塑黏土和粉砂土呈现散粒 体材料特性 ,固定端支点后移 L1 长度至图中支点位 置 。则412 超长管棚的设置根据计算以及实际施工需要 ,施工时大管棚采 用 108 6 的无缝钢管 ,每节长度为 6 m ,以长 15 cm 的丝扣连接 , 相邻钢管中心间距为 40 cm , 共布设 29根 ,钢管中心设于拱部外轮廓线外 20 cm。钢 管上间隔 25 cm 按梅花形钻 8 mm 的小孔 , 在钢管中注水泥浆液 , 其水泥浆水灰比控 制 在 1125 1 018 1 之间 , 注浆初压力 015 1 M Pa, 终
12、压 力 为 5M Pa,注浆结束后用 M 10水泥砂浆填充 ,达到先支后 挖的超前支护目的 。L1 = L2 tan45 -2L2 取 112 m ,则 L1 = 0167 m。设离开挖面 1 m 内不设立钢拱架 ,一端固定一 端简支梁长为 L = 1 + L1 117 m。9 qL2则最大弯矩 M m ax = 128 , 其中 q为线均荷载 。抗 弯 强 度 应 满 足 M / ( W ) fN /mm2 ,取 1115 , W 为钢管截面抵抗矩 。抗弯刚度计算挠度按主梁设计 ,挠度 = L / 400 (考虑恒载 可变荷载组合 ) 。对于一端固定一端简支梁最大挠= 2145超长管棚拉管法
13、施工及相关措施511 施工方法采用装有导航装置的水平定向钻机拉管法施工 超长管棚 ,超长管棚拉管法施工顺序如图 4所示 。512 施工工艺流程 (图 5 )513 主要机械设备水平定向钻机选用南京地龙工程技术有限公司 生产的 DL280型水平定向钻机 ,钻进系统由全液度发 生 在 梁 x = 01442L 处 , 则 最 大 挠 度fm ax=01005 42 qL4,其中 E 为钢管变形模量 , I为钢管截面E I惯性矩 。管棚的抗弯刚度应满足 fm ax 要求 。因管棚钢管受周围土体约束 ,不发生侧向位移 ,整体稳定可不计算 。32压钢制履带自行式钻机和双泥浆泵循环搅拌系统组RA ILW
14、A Y CO N S TRU C T IO N TEC HNO LO G Y 20 05 ( 2 )控制因素管径108958976抗弯强度控制55 cm4215 cm37 cm26 cm抗弯刚度控制48 cm32 cm26 cm16 cm钢管规格截面特性截面惯性矩 I / cm4截面抵抗矩 W / cm3外径 108 mm ,壁厚 6 mm25019146146外径 95 mm ,壁厚 6 mm16618635113外径 89 mm ,壁厚 6 mm13514330143外径 76 mm ,壁厚 6 mm8114121142514 洞门套拱加固为了充分发挥大管棚的梁体效应 ,对通道进出口 进行
15、套拱加固 。加固采用 2 榀18 工字钢架 (或格栅 钢架 )并列与大管棚焊接成一个整体 ,拱圈采用模注 或喷射 C20混凝土 ,形成洞门套拱 ,如图 6所示 。图 6 洞门套拱加固6 超长管棚拉管法预支护效果监测为了检查超长管棚预支护的效果 ,判别洞室稳 定性状态 ,及时修正设计或采取其它措施 ,在开挖过 程中我们按设计要求的监控量测项目进行了设置 , 并对监控量测的成果进行评判 。611 地表沉降控制标准地表下沉量不允许超过 30 mm; 地表隆起量不 允许超过 10 mm;地表沉降槽曲线最大坡度不大于1 /300。612 监控量测效果( 1 )地表沉绛随通道开挖进尺的关系稳定 , 无 明
16、显加速 ,最大沉绛值为 10 mm ,地表隆起量最大为4 mm ,沉绛槽形状基本为正态型 。( 2 )实际收敛监控量测最大水平相对收敛值为0108% ,拱顶最大相对下沉值为 01082%。根据相关 规范可知 ,通道实测位移小于极限位移 ,通道稳定 。( 3 )在通道开挖的过程中 , 检测到的各部位围 岩压力相对较小 ,说明由于超长管棚预支护的有效 承载起了作用 。( 4 )检测到型钢架的受力合理 , 说明初期支护 系统安全 、稳定 。图 4超长管棚拉管法施工顺序图 5 超长管棚施工工艺流程成 ,钻进系统穿越最长距离达 500 m ,回拖最大管径1 100 mm。参考文献1 马 军. 软 流塑地层地铁暗挖超前预支护预加固施工技术. 铁道建筑技术 , 2002 (4 )RA ILW A Y CO N S TRU C T IO N TEC HNO LO G Y 2 00 5 ( 2 )33file:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txtdf机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56
