中铁二十五局集团第五工程有限公司
摘要:广州地铁18号线沙溪站Ⅰa-Ⅰb出入口过街矩形顶管通道始发端掌子面完全位于富水砂层-淤泥质粉细砂层<2-2>中,原设计采用6排φ600@450单轴搅拌桩加固端头土体至管节底2.7m,由于施工场地受到限制,导致土体加固基本无效果。在顶管机始发破除洞门(800mm厚地下连续墙)前进行掌子面水平探孔时出现多处探孔漏水漏沙。针对这一情况,加之工期较紧,再对土体进行二次加固已然来不及,项目部技术人员研究开发了采用钢板桩临时支护破除洞门始发施工技术,通过该技术,安全顺利按期完成了顶管机始发,为进一步实施后续通道段掘进提供了基本保障。
关键词:富水砂层;矩形顶管;破除洞门;顶管始发
一、工程简介
(一)基本概况
该顶管通道为地下一层预制箱型结构,总长81.41m,预制管节(C50P8)长×宽×高=1500mm×7700mm×5100mm,管壁厚度550mm,管顶埋深约4.82m,采用7.7m×5.1m断面土压平衡式矩形顶管机施工。通道由Ⅰb出入口始发向西顶进至Ⅰa出入口吊出,出始发井围挡后依次下穿桥东路、侧穿华南快速番禺大桥桥桩进入接收井。Ⅰb出入口围护结构采用厚度0.8m的C30地下钢筋砼连续墙,主体结构侧墙采用厚度0.6m的C35P8钢筋砼。后靠背墙采用出入口主体结构侧墙+地下连续墙,墙后采用8排φ600@450单轴搅拌桩梅花形布置进行加固,深度同始发端头加固。始发井周边无特殊重要地下、地上管线。
图1.1 Ⅰa-Ⅰb出入口过街矩形顶管通道平面图
图1.2 Ⅰa-Ⅰb出入口过街矩形顶管通道三维示意图
(二)工程及水文地质
顶管通道管顶埋深4.82m,管底埋深9.92m。始发端头处地层从上往下依次为素填土<1-2>、淤泥质土<2-1B>、淤泥质粉细砂<2-2>、粉质粘土<5N-1>/<5N-2>、全风化泥质粉砂岩<6>。其中顶管通道掌子面全部位于淤泥质粉细砂<2-2>层中。
地下水位埋深1.9m-2.5m,地下水类型为第四系松散层孔隙水,主要富存于淤泥质粉细砂<2-2>层中,含水性能与砂的大小、级配、形状及黏粒含量等有密切关系,透水性为中等~强透水层。
(三)始发端头加固施工及效果验证情况
由于矩形顶管机有约10%开挖盲区,不具备使用刀盘刀具破除洞门(地下连续墙)砼的能力,需在洞门外侧土体加固效果良好,有自稳性且无流水的条件下,采用人工或炮机进行始发前洞门破除方可正常始发。
始发端头加固设计采用6排φ600@450单轴搅拌桩梅花形布置进行加固,加固深度从地面往下穿过填土层、淤泥质粉细砂层,进入管底以下粉质粘土层不少于1m,加固区沿通道轴线方向长2.85m,垂直通道轴线方向宽13.3m。
图1.3 Ⅰa-Ⅰb出入口过街矩形顶管通道始发端地质纵剖面图
图1.4 始发端掌子面水平探孔布置图
图1.5 始发端掌子面水平探孔验证效果图(左:中底部、右:顶部)
加固施工期间,由于施工围挡距离基坑边(地连墙外侧)距离仅3m-4.2m(围挡无外扩条件),且加固区有一根在用的DN500砼质排水管(埋深1.8m,南北走向,与加固体宽度方向平行,无迁改位置),搅拌桩机进场施工条件有限,大部分桩位无法施工。项目针对这一情况,经设计变更后,采用设备体积相对较小的二重管旋喷桩机,按照设计孔位及工艺要求对加固区土体进行了旋喷加固。
效果验证:加固施工完成28天后,在掌子面预埋钢环内施作水平探孔,探孔深度3.5m,打穿地连墙后顶部水平探孔未出现漏水及漏沙,中部及下部探孔出现较大漏水漏沙。
验证结论:始发端地层加固在预埋钢环上方加固效果满足始发破除洞门要求;掌子面内加固效果基本不满足始发破除洞门要求。
(四)处理措施
基于工期紧张,场地围挡无外扩条件,重新加固来不及,同样面临搅拌桩设备无法作业的情况。为了安全顺利进行洞门破除达到顶管机始发条件,项目部根据施工现场实际条件制定了钢板桩临时止水支护体系辅助破除洞门方案:即在确定地连墙外侧无较大鼓包的情况下(因之前紧贴地连墙外壁施工了一排间距450mm的旋喷桩,由此确定),紧贴地连墙外侧施作一排SP-IV型拉森钢板桩,桩长12m,伸入管节底2m,宽度等同加固区宽度。接着在每根钢板桩U型弯与地连墙间的空隙处采用小型钻注一体机进行后退式双液注浆。浆液达到自稳强度后(水平钻孔验证),安装延长钢环(由于地连墙厚度800mm,结构墙厚度600mm,两者之和为1400mm,顶管机刀盘最前方恰好顶到钢板桩时,方能转动刀盘而不破坏洞门帘幕橡胶板。为保证钢板桩不被刀盘顶弯,而导致拔不出来,特将洞门钢环延长20cm)及洞门帘幕橡胶止水圈,接着分层分块自上而下破除洞门,洞门破处后将顶管机往前顶,顶至距离钢板桩10cm处,再通过顶管机内螺旋机反转往土仓内及钢板桩与设备间的空隙处注满塑性泥,观察土仓压力,使顶部土压达到0.6bar,稳定24h(同时观察帘幕橡胶圈的密封止水情况)。最后将洞门预埋钢环范围内的钢板桩予以拔除,顶管机进行后续通道正常顶进。
图1.6 钢板桩平面布置图
图1.7 钢板桩深度布置图
二、施工工艺
矩形顶管施工端头土体加固一般采取注浆或水泥土搅拌加固方式,加固体达到设计强度,通过水平探孔验证无漏水漏砂等情况,基本可满足安全破除工作井围护墙的要求。
此次在地面加固条件受限,搅拌桩机施工场地不够,旋喷桩机对砂层效果不好,加固效果不好的情况下采取钢板桩辅助破除洞门,该处端头全断面位于淤泥质粉细砂层中,富含地下水,自稳性较差。这就对钢板桩桩间互锁结构止水的要求非常高,要求钢板桩间基本不漏水漏砂,且钢板桩宽度方向布置范围须超出掌子面宽度一定距离,并针对钢板桩与地连墙形成的U型空隙进行水泥水玻璃双液注浆处理,杜绝渗漏水的可能。
图2.1 钢板桩辅助破除洞门始发工序图
1.场地平整,标高复核,确定钢板桩打设平面位置及高程控制点;
2.钢板桩进场(包含设备进场报验)报验,因防水要求较高,采用全新钢板桩;
3.钢板桩采用山东临工E6420FP型(215KW柴油)钢板桩机进行施工,施工时严格控制钢板桩紧贴地连墙及本身的垂直度及咬合(咬合接缝施打前抹满黄油,保证施打、拔除顺利,加强防渗);
4.采用MX-120A2型钻注一体机对钢板桩与地连墙间形成的U形空间进行后退式双液注浆(P.O42.5水泥,水玻璃35°Bé,水灰比1:1,水玻璃:水泥浆=1:1),主要针对砂层部分注浆。作用:在有限空间内将砂挤密,提高自稳性,进一步提高钢板桩接缝抗渗性能;
5.注浆完成后等待2-3天,在预留洞门钢圈内采用水钻施作水平探孔,打穿地连墙,检查是否有流水流砂;控制深度,注意不要钻破钢板桩;
6.安装延长钢环,因空间长度需要,将原预留钢环延长20cm(重新定做一节20cm长钢环,尺寸与预留钢环一致,与预留钢环采用焊接连接);然后按设计方案要求安装整圈帘幕橡胶圈及折页压板,检查安装质量;安装时在钢环四边各预留2处D50注浆球阀,作为顶管机进土体后帘幕处漏水漏砂应急注浆使用;
7.破除洞门地下连续墙,由于作业空间狭小,采用人工风镐由上往下,分层破除,清理干净,注意施工时不要破坏帘幕橡胶圈;
8.将顶管机向前顶进,顶进至刀盘距离钢板桩最小距离10cm处;
9.通过顶管机的螺旋出入口注入塑性泥,将土仓填满,封闭螺旋机出口,保持顶部仓压0.6bar(根据通道管节顶部埋深确定);保证24h内无降压即可;
10.拔除洞门钢圈范围内钢板桩,顶管机向前顶进,完成始发;剩余钢板桩择机拔除。
三、总结语
本项目端头加固效果不理想,地面地基加固条件限制较多,工期较紧。在顶管机面临即将始发的情况下,项目通过采用“钢板桩辅助洞门破除的始发施工技术”迅速安全的完成顶管始发。该方法操作安全,工艺便捷、适用范围较广、工期短、费用低。
根据广州地铁18号线沙溪站Ⅰa-Ⅰb出入口过街矩形顶管通道采用钢板桩辅助洞门破除的始发施工技术,技术人员主要从可行、安全、工期、经济等多方面进行研究、对比,提出了该施工技术,本技术成功的关键是钢板桩体系的止水有效性及具备破除洞门后支撑外部土压力的强度和刚度,通过实践证明该施工技术是可行、有效的,并能为其他类似工程提供借鉴与参考依据。
参考文献
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[2]王海明. 钢板桩止水帷幕在深基坑支护中的应用. 《低碳地产》2016年7月第14期,2016.11.
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[4]张畅.李琳.那雯祺. 地下综合管廊与矩形顶管施工. 吉林建筑大学,吉林 长春130118