1、管幕法施工的关键技术摘要：管幕法是一种近距离穿越的非开挖施工工艺。本文结合珠海连接线工程，详细阐述了管幕法施工的关键技术。 关键词：管幕法，非开挖 中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号： 一、概述 管幕法是非开挖工艺的一种，作为利用小口径顶管机建造大断面地下空间的施工技术，国外已有 20 年的发展历程，在日本、美国、新加坡和中国台湾等应用于穿越道路。铁路、结构物、机场等下方的开挖工程，都取得了不错的效果，积累了一定的施工经验。该工法适用于回填土、砂土、粘土、岩层等多种地层。 二、工程实例 2.1 工程概况 （1）工程概述 珠海连接线工程拱北隧道中暗挖段起终点桩号为YK2+390Y
2、K2+645，长度为 255m。采用管幕进行超前预支护，采用冻结法进行管幕之间止水。暗挖段采用分部多台阶法进行开挖，采用三层衬砌进行支护。 本项目管幕顶进轴线为 80m 左右的缓和曲线加 170m 左右半径为 900m的圆曲线，总顶进长度为 255m。顶进方向是由东向西顶，即从缓和曲线向圆曲线方向顶进。本方案共布置 1800mm 大管幕 10 根，1440mm 小管幕 30 根，每两根大管幕之间布置三根小管幕：管幕之间的间距约25cm，小管幕与初期支护外侧的距离为 10cm，大管幕与初期支护焊接，形成大刚度框架体系。 管幕需要穿越的地层情况表 （2）顶管机选型 根据本项目管幕穿越地层的特点，采
3、用 2 台 1800mm、4 台 1440mm 的泥水平衡顶管掘进机，为了适应曲线顶管施工的需要，顶管机配备自动纠偏装置。管外壁单位面积摩擦阻力最小达到 1KPa 以内，本项目取4Kpa，最大顶力为 8765KN。 （3）管幕施工组织 东岸始发工作井基坑开挖施工试验管顶进西岸接收工作井基坑开挖施工东岸始发工作井中板下部内衬墙施工西岸接收工作井中板下部内衬墙施工中板附近管幕止水圈施工中板附近管幕顶进中板上部内衬墙施工按照设计顶进顺序在中板上下断面同时顶进管幕奇数管幕混凝土回填偶数管幕混凝土回填。 管幕顶进工序方案图 2.2 顶管主要方法 2.2.1 测量放样 根据设计和业主提供的座标基桩用全站仪
4、进行复核测量，并将复测结果报业主和监理工程师，以便确定这些基桩的可靠性；按照满足精度要求的基桩，对布设的其它点位进行，测量，测量主要分为距离测量和角度测量，测量精度严格按国家三等控制网的精度要求执行。 由于管道为曲线，由井下仪器墩上的仪器无法看到进入曲线段的顶管机头，因此测定机头中心位置以求出机头方向偏差的测量工作只能采用地下导线测量。顶管自动引导测量系统无需人工操作，顶管无需停止，在顶管顶进的动态过程中，系统由计算机控制，周而复始连续不断跟踪测。定机头的偏差，每 25 分钟测定一次，使得机头纠偏非常及时，因此能引导机头按设计曲线顶进，一般可控制偏差小于1cm，最大不大于3cm。这不仅大大提高
5、顶管进度，并使顶管质量得到了有力的保证。 2.2.2 顶管进出洞 （1）出洞口的施工流程 在连续墙上钻小孔，检验土体加固效果连续墙内侧洞口安装钢架洞口焊接安装组合止水装置并设置洞口内的延长导轨用风镐分层凿除连续墙、切割钢筋确认洞口无钢筋和障碍物时将机头推进洞口机头缓慢切削加固土体，直至进入原状土重复以上步骤进行第二根管子的施工。 （2）进出洞加固 洞门外土体加固采用 800mm 厚 C20 素砼墙，4500mm 厚由 1200900 三重管旋喷加固，搭接 150mm。加固后土体强度 qu1.2MPa，素砼墙进入深度到管幕群外轮廓线以下 3m。 （3）顶管出洞技术措施 1）在出洞施工之前，需要通
6、过开观察孔等手段，确认加固后的土体的止水性达到设计要求，防止由于加固效果不良，导致洞口泥水涌入。若土层加固未达到设计要求，则需要进行二次加固处理，直到确认安全后，才可进行顶管的出洞施工。 2）初始顶进防后退措施 由于在初始顶进阶段正面水土压力远大于管周围的摩擦阻力。具体防倒退措施为在初始顶进阶段，在主顶进油缸回缩前用钢板临时将管节焊接在导轨上，在安装好下只管节并且后座千斤顶顶上来后，再拆除防倒退焊接点。该措施应该持续到管外壁摩阻力大于掘进机正面水土压力为止。 3)顶管机出洞防磕头措施 本工程采用复合型土压和泥水平衡顶管机，自重大，极易造成磕头现象。拟采取如下施工措施：导轨铺设时在穿墙洞口内安装
7、导轨延伸段，防止顶管机进入洞口后由于力矩的不平衡头部向下。顶管机就位后，将机头垫高 3mm，保持出洞时工具头有一向上的趋势。顶管出洞时，在顶管重心未离开轨道前，将后部钢管节连接到位，或者采取适当的后部压重措施。调整后座主推千斤顶的合力中心，将合力中心设置为管中心以下 15cm。 （4）顶管进洞技术措施 进洞洞口顶进方向 5m 范围采用高压旋喷桩垂直旋喷加固，具体要求与管幕出洞相同，确保满足进洞加固体的强度、低渗透性和均匀性。 在接收井的进洞口地下墙上也应该预埋钢板，在机头将要到达接收井时，要精确测出机头姿态位置，尽量满足橡胶法兰与机头同心的要求。当测出顶管机进洞姿态后，在预埋钢板上焊接洞口止水
8、装置。 顶管进洞脱管措施：本工程拟投入的顶管机重量较大，特在顶管机后于管节连接段加设 4 只 50t 千斤顶。顶管机进入接收井后，启动千斤顶，将机头徐徐推出钢管节，从而安全的将顶管机脱离开管节。 进洞的施工流程；如同管幕出洞一样，在进洞的过程也要分层拆除地下墙，开小孔等，在确保安全的条件下进洞。 在穿墙管内机头轮廓外周注浆止水。顶管结束后，利用钢管首节与尾节和井壁预埋钢环连接，迅速作注浆密封处理，避免进洞风险。 2.2.3 洞口止水装置 采用可拆卸式折页压板帘布橡胶止水密封。每次顶管施工时，通过螺栓将止水装置安装于洞口环梁的预埋件上，施工完毕后再安装于下一处顶管施工位置，实现循环利用。通过连接
9、钢环实现单道折页式压板止水与双道折页式压板止水的转换，如果钢管埋深较浅，地下水压力较小时，可以采用较简单的单道折页式压板止水结构形式；在中板以下的顶管因水头压力较大，采用双道折页式压板止水结构形式。 2.2.4 曲线段开口量 该顶段顶进长度为 255m，设计曲率半径为 R=900m，钢管外径D=1800mm 或 D=1440mm，钢管管道长度 4m/节。曲线段开口夹角：=2sin-1（L/（2R-D）=0.2549（1800 钢管） ，=2sin-1（L/（2R-D）=0.2548（1440 钢管） 。曲线段开口量：=2Dsin（/2）8mm（1800 钢管） ，=2Dsin（/2）6.4mm
10、（1440 钢管） 。进入曲线段后管道单边张口拉开，钢管处于单边受力状态，为避免特殊管承插口处钢管与钢管直接接触，承口处设置 1 厘米以上厚度的木衬垫。 2.2.5 中继环布置 根据实际施工经验，1#中继间顶进中考虑机头正面土压力，要靠近机头，该段顶管前约 175m 处于曲线管道内，中继间距离间距在 50m 内，2#中继间距离控制在 100m 内，最后一环与主顶间距离控制在主顶允许顶距内。 综合曲线布置间距，该段顶管顶管施工中继环布置如下： 2.2.6 钢管幕中混凝土填筑 钢管混凝土压注前，先焊接二端闷板，并设置加强筋板。因钢管长255 米，单根管内混凝土方量较大，故管内混凝土宜分块浇筑。 2
11、.3 管幕施工关键技术措施 2.3.1 施工关键技术措施 （1）沉降控制 因本段顶管施工过程中需要穿越较多地下公用管线及地面构筑物，其对沉降相对要求较高，因此其穿越段失土率基本按 5%以内控制，其余部分失土率可按 9%以内控制。 1）设备地面沉降隆起与刀盘正面水压力、土压力有直接关系，顶管机具有自动平衡正面土压力、水压力的特点，故正面水土流失引起的地面沉降较易控制。穿越地物时可根据地面连续 50m 内三个断面的沉降监测点群将正面土压，水压调整到最佳值。 2）顶进轴线偏差也会引起较大的地面沉降，故在顶进操纵时，操纵人员要认真，仔细分析机头偏差量，谨慎纠偏，确保管道偏差控制在尽可能小的范围内。 3
12、）适当控制泥浆排除量同样可降低地面沉降量，根据经验数据调整出浆量来控制。 4）认真控制触变泥浆注入量，适当补浆有效填充管道空隙，也是控制地层沉降的有效措施。 5）顶管段的沉降监测点由第三方进行，监测后数据要求 2 小时内反馈至我方操作台。 监测频率为穿越当天每 4-6 小时监测一次，过后每天监测一次连续15 天。 （2）曲线段纠偏及开口量控制 机头前、后两只钢壳相套而成，为二段一铰的焊接钢结构圆筒，纠偏油缸设置在前、后壳体之间，可使前、后两壳体在三维作相对作用后产生折角纠偏。 顶进轴线的偏差与管道顶进阻力、地面沉降、管道接口的水密性及管道水力条件有很大关系，根据测量的机头位置数据，结合机头的前
13、后壳体间折角、机头滚动角,倾斜仪读数,即可算出机头的现存偏差及发展趋势。 根据发展趋势确定是否需要纠偏，决定纠偏时动作不要过大，根据管道行程可逐渐放大，如偏差较大时不可在同一节管道内完成纠偏动作，应根据机头偏移值计算其偏离角度同纠偏最大机头折角比较，估算纠偏油缸伸出量，通过一段管道长度修正偏移值。 顶管管道将要进入曲线段前，将机头和管道连接部位的右侧拉杆螺丝拧松，根据前面曲线段开口量计算，预留 8mm 或 6.4mm 的距离，以便管道进入曲线段后的开口量的顺利形成。 （3）土层突变 刀盘电流过大，说明土质较硬，应减小水流量，降低水压力、减慢顶速并关注地面的沉降；刀盘电流过小，说明土层较软，应加
14、大顶速并关注地面沉降。上述两种情况都易引起地面冒水开裂。且各顶管管道埋深深度不一致，每段顶管所遇土层情况差异较大，易引起机头方向纠偏困难，应及时在钢管上加垫接口钢垫片等的强制措施，避免发生方向失控。 （4）管幕曲线顶进轨迹控制 从东岸工作井始发，先顶进缓和曲线段，再顶进圆曲线段。应用高精度自动引导测量系统。采用带自动纠偏装置的顶管机。应用可调节管节张开量的 F 型接头。为了能及时进行纠偏，控制顶进状态，接头处设置纠偏千斤顶。 2.3.2 顶管施工质量控制措施 （1）主要施工技术参数的控制 顶管顶进速度是保证切口土压力稳定、正面出土量均匀的主要手段，所以在顶进时，应对顶进速度作不断的调整，找出顶
15、进速度、正面土压力、出土量三者的最佳匹配值，以保证顶管的顶进质量，也能让顶进设备以最和顺状态工作。 （2）顶进轴线的控制 顶管在正常顶进施工过程中，必须密切注意顶进轴线的控制。在每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以避免土体出现较大的扰动。 （3）管节减摩 制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行。为使顶进时形成的建筑间隙及时用润滑泥浆所填补，形成泥浆套，达到减少摩阻力及地面沉降。压浆时必须遵循“随顶随压、逐孔压浆、全线补浆、浆量均匀”的原则，注浆压力控制在 0.5kg/cm2 左右。 每个注浆断面布置 4 个注浆孔，注浆孔布置在管节中部。为保证形成
16、良好的泥浆套，顶管机头后 8 节钢管每节布置 4 只注浆孔，其余注浆孔纵向间距为 8m，即每两节钢管布置 1 组注浆孔，每组 4 只，呈 45。环向布置。注浆为三条线，一是机尾同步注浆，二是沿线的管道补浆，三是洞口处的注浆。 （4）顶进技术措施 穿越前对全套机械设备进行彻底检查，保证其顶进时具有良好的性能。严格控制顶管的施工参数，防止超、欠挖。在顶进过程中应严格控制顶管顶进的纠偏量，尽量减小对正面土体的扰动。施工过程中顶进速度不宜过快，一般控制在 15mm/min 左右，尽量做到均衡施工，避免在途中有较长时间的耽搁。在穿越过程中，必须保证持续、均匀压浆，使出现的建筑空隙能被迅速得到填充，保证管道上部土体的稳定。 三、结语 管幕法作为一种非开挖施工技术，具有广泛的应用前景。随着管幕法施工技术的不断提高，将越来越多的被应用于更多的近距离穿越施工中。 参考文献 1 马锁柱大直径超前管幕施工沉降试验研究J铁道工程学报，2006(6)：6466 2 刘泽，何宝成浅埋暗挖地铁超长管棚施工J铁道标准设计，2005(2)：6768 3 王梦恕地下工程浅埋暗挖技术通论M合肥：安徽教育出版社，2004：572577
