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1、管幕法施工技术,1,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3260mm长度34m外插角530,5,浅层地表超前锚杆注浆加固法,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
2、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=5mm,16,管幕的形状,17,扇形,半圆形,18,钢管配置
3、,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(Directional Drilling)水平螺旋钻进法(Horizo
4、ntal Auger Boring)夯管施工法(Impact Ramming)顶管法(Pipe Jacking)微型顶管法/微型隧道施工法(Micro Tunneling),24,定（导）向钻进法,25,定向钻进铺管流程,26,导向孔施工,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,31,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
5、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800mm,直径1650mm,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,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
6、,顶管工作井及其布置,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,49,50,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,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
7、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,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）,61,RBJ工法,后背墙,千斤顶,工具头,62
8、,网格工具头,63,中继间及其防水措施,64,FJ工法,65,ESA工法,66,管幕工法实例,xx互通连接线下穿既有铁路xx路下立交工程xx北路穿越機場地下道工程,67,xx互通连接线下穿既有铁路,鹰厦铁路,xx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,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1灰色淤泥质粉质粘土和灰色淤泥质粘土层，为饱和软土。含水量大、承载力低、渗透系数小。管幕顶部覆
9、土层厚度：4.5m5.0m。,75,南北二座工作井的尺寸：LBH24.6m41m17m，工作井采用地下连续墙法施工墙厚B0.8m，入土深度H=31m。南北二座工作井的出洞段土体加固范围：LBH8m38m18m；加固强度：qu=0.8Mpa。,76,钢管幕：80 根97010 带锁口的钢管，形成口字形管幕。锁口材料为角钢1008010，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：34.2m7.85m，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10
10、0 m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,管幕法在国内外施工应用,
11、由上海城建集团市政二公司承建的中环线北虹路地道管幕法箱涵顶进工程，采用直径970mm(每根总长度126米)带有锁口的钢管、形成“口”字型矩形的管幕顶进工程。设计要求管幕钢管的施工精度控制在3cm，但是施工中出现了沉降严重超标的情况，一种是在管幕施工段造成地表沉降超过20cm，另一种在箱涵顶进阶段形成地表沉降高达26cm。,1.上海北虹路地道,2.崇文门车站,由北京中铁隧道集团承建北京地铁五号线崇文门车站采用了600超前咬合管幕方案。超前管幕在新建结构拱部上方300mm处布置,全长36m,钢管直径600mm,壁厚16mm。,3.国外,希腊雅典Aktor公司使用Bortec公司BM600L顶管机，
12、承建48米宽穿越双线铁路的地下通道、连接奥运会场和新闻中心的管幕施工。设计77根12.5米长的609*11mm的钢管组成的管幕，覆盖层仅60-90cm，路基约60cm，地层为密实的沙质粘土和道渣。钢管由两节6.25米焊接而成，顶进后灌混凝土。,北京地铁四号线西单站由中铁17局集团承建，上跨既有线下穿长安街，我公司承担了下穿长安街的暗挖管幕施工。管幕采用“前拉后夯”的施工方法，钢管直径为325mm，壁厚12mm，长度46.8m。管幕布置在长安街下面距地面约3.5m处。管帷幕距污水管上部约200mm，钢管之间横向中心间距为400mm，无扣件连接。管外跟进回填注浆采用60mm花管。,1.西单站,管幕
13、施工效果,管幕在施工过程各环节控制良好，开挖完成后地面沉降几乎为零，局部最大沉降在1mm。现在北京地铁4号线已全部贯通，将在月底开通运营。,2.鞍山,哈大高速铁路鞍山隧道下穿既有军用铁路专线，该隧道开挖断面尺寸13.4m11.3m，覆土层最小厚度为4m左右，暗挖隧道与既有铁路线小角度斜交，下穿段长度近50m。隧道穿越地层主要为粉质粘土层及粘土层，因此，为了确保施工安全和既有线路的正常运行，采用了长度为50m的299mm管幕作为超前支护，管幕沿隧道拱部及侧面密排法分布，管幕分布示意图如下。,管幕施工效果,本工程于2009年4月份开始施工，2009年6月份完工，现已开挖至15米左右，一切正常。,3
14、.厦门,厦门市高崎互通连接线同既有鹰厦铁路杏林大桥成小角度斜交，互通连接线采用下穿隧道方式通过。由中铁24局集团承建，隧道分左右两线，其中左线78m，右线110m。隧道拱顶距地表的最小深度仅为2.5m，而110m长的管幕施工在国内尚属首次。,管幕施工效果,厦门市高崎互通连接线下穿鹰厦铁路隧道长管幕施工工程进展顺利，在施工过程中各钢管安装方向控制较好，最大偏差在15cm以内。由于施工过程中注浆等施工措施及时到位，地表沉降较小，最大沉降在5mm以内。目前已全部贯通,（三）以厦门工程为例介绍管幕的施工过程,厦门市高崎互通连接线同既有鹰厦铁路杏林大桥成小角度斜交，互通连接线采用下穿隧道方式通过。隧道分
15、左右两线，其中左线78m，右线110m。隧道通过地段地表为第四系全新统人工填筑土，结构松散、厚度4m左右，其下为第四系全新统长乐组海相沉积层，第四系更新统龙海组冲、洪积层以及燕山期花岗岩。隧道拱顶距地表的最小深度仅为2.5m，而110m长的管幕施工在国内尚属首次。,施工方法及流程图,在隧道的开挖线外侧，按400mm间距，沿隧道轴线方向将299*10mm的钢管水平铺设在土体里，钢管之间采用锁扣连接，并在299钢管连接处打入60钢花管，通过60钢花管对土体进行注浆加固并使299钢管成为一个整体。,施工难点,（1）导向距离较长，导向孔偏差不能大于25cm，拉管 偏差不能大于15cm；（2）离地表距离4米，处于特殊地段；（3）地层复杂且极不均匀，导向孔打设难度大；（4）地处特殊地段，管幕打设中要避免引起地面沉降。,解决方法,其中精度控制主要依靠较先进的导向仪器；沉降控制则主要通过出土量、及时对管内管外进行回填注浆以及现场同步施工监测等综合措施来实现。,120,完,
