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袖阀管关于顶管作业井的最新施工方法

1. 前言

目前城市燃气管道埋设中使用的非开挖穿越技术主要有定向钻和顶管两种。当遇到需要顶管穿越时,设计单位设计的顶管作业井的施工图普遍采用沉井。沉井的下沉方式有:排水下 沉、不排水下沉、中心岛式下沉3种。主要优点是安全、可靠。缺点是施工工艺复杂,造价太高,施工工 期长。当场地地下水位高、水量大。地层中含有淤泥 及松散砂层等不良地质条件时。采用排水下沉的方 式施工沉井亦存在不安全因素。



当地下水位高、水量大、地层中存在大量流砂等不良地质条件时开挖顶管作业井。开挖前首先应该进行止水、止流砂等预先支护加固的处理措施。工程上常用的止水防渗加固方法有:高压旋 喷注浆法、深层搅拌桩法、冻结法、袖阀管注浆法等。 在城市燃气管道埋设过程中。限于场地条件及周边建构筑物的影响。需使用大型机械设备施工的地基处理方法往往又不适宜采用,怎么办?



本文以深圳宝安大道次高压燃气管道穿越新沙路的顶管作业井为例。介绍一种新颖的顶管作业井的支护设计和施工方法。



2. 工程概况及工程地质条件



2.1 工程概况



宝安大道新沙路顶管工程有2段顶管,共4个作业井。接收井直径4.0m、工作井直径6.5m。两段顶管长度分别为100.85m和107.52m:开挖深度分别为8.6m和9.9m。场地原始地貌属滨海海陆交互相河流人海地段。其中。新沙路2#顶管工作井位于宝安大道与新沙路交汇处,交通流量非常大,场地狭小,不适宜大型机械进场进行作业井支护施工。



根据现场环境和地质条件,对地层进行预先支护加同的方法采用了微型桩+止水桩。施工使用的设备就是常规地质勘探使用的XY一1型钻机。其自重约1.5工,钻探机械占地仅仅1.5m*2.0m。



需要说明一点:这里所指的微型桩是岩土工程业界约定俗成的一种称谓。

特指由小型钻机施工的桩,也叫树根桩。

成桩工艺是:泥浆护臂钻孔-插管注浆、置换孔内泥浆-安放钢筋笼或工字钢-填碎石- 二次注浆。微型桩的直径一般小于0.4m。而本工程 微型桩桩径采用0.4m-0.6m,按照《建筑桩基技术规范》 (JGJ94—2008),桩径d介于250mm一800mm的桩归类为中等直径桩,d≤250mm才是属于小型桩。





2.2 工程地质条件



以2#工作井为例,根据钻探及实际开挖后修正的地层如下:



(1)0.00m一3.00m为杂填土:含砖块、混泥土石块,局部还埋藏有已废弃的建筑物钢筋混凝土基础,底部0.3m~0.5m为抛填的块石。

(2)3.00m~6.00m为淤泥:黑色,含腐殖质、细砂 和贝壳,很湿,软塑。



(3)6.00m~8.80m为细沙:浅灰一浅白色,较纯净, 粘性土含量小于7%,饱和,松散。

(4)8.80m以下为风化残积土(砂质粘性土)。黄褐色,湿,可塑。

(5)地下水位埋深2.40m,为孔隙潜水,地下水丰富。顶管工程地质剖面图见 图1



 

图1 顶管工工作井、接收井地质剖面图



3. 顶管作业井的支护设计及施工方法



3.1 支护设计

3.1.1 作业井主要设计参数

工作井直径6.5m;

接收井直径4.0m;

顶管洞口开口直径1.6m;

水泥套管内径1.2m;

顶管中心高程:1#作业井:-3.6m;2#作业井:-2.9m;

洞口底高出作业井底0.5m;

次高压燃气管道管径φ813mm。

作业井平面图及剖面结构图见图2、图3

 

图2 顶管工作井结构平面图



 

图3顶管工作井结构剖面图





3.1.2 开挖深度

1#工作井、接收井9.9m,封底厚度0.5m,有效井深:9.4m。

2#工作井、接收井8.6m,封底厚度0.5m,有效井深:8.1m。



3.1.3 微型桩

工作井桩径D=600mm,接收井桩径D=400mm, 桩长均为12m,内置18工字钢,通长配置。工作井沿直径D=7.8m园周均匀布置28根桩,接收井沿直径 D=5.1m圆周均匀布置24根桩,桩身混凝土强度:C20。



3.1.4 止水桩

桩径D=300mm,桩长12m,灌注素水泥浆,工作井桩数28根,接收井桩数24根,与微型桩搭接。



3.1.5 衬砌(挖孔桩护臂) 。

厚度350mm,按构造要求配筋,浇注C30混凝土





3.2 施工方法



3.2.1 微型桩施工工艺

(1)挖除填石平整场地:由于场地上部填土层中 含较多混凝土碎块、填石等硬杂质,局部埋藏有废弃的钢筋混凝土基础。微型桩施工前首先使用挖土机挖出作业井范围内混凝土、填石等障碍物后,再回填 粘性土,平整场地。



(2)测量、放线:按设计管道走向测量顶管作业井 中心位置,沿直径D=7.8m(工作井)、D=5.1m(接收 井)圆周均匀布设微型桩桩中心点28个、24个。



(3)钻机就位-复核桩中心-开钻-泥浆护壁成孔-插入注浆管至孔底-灌注水泥浆置换孔内泥浆-插入18工字钢-填人碎石-二次注浆-结束。

(4)重复工艺(3)间隔-孔跳钻下一孔,直至全部完成。



3.2.2 止水桩施工工艺

泥浆护壁钻孔-插管-注浆-结束。



3.2.3 衬砌施工工艺

采用自上而下开挖和支护的逆作法施工衬砌。以人工挖孔桩方式挖孔-钢筋制作安装-制模-浇注混凝土。每节高度1.0m,第一节护壁与微型桩桩顶 冠梁同一批次浇注混凝土。



3.2.4 封底

底板钢筋制作安装一浇筑混凝土。



3.2.5 顶管洞口开口及封门



工作难点:由于顶管洞口开口部位位于细砂层中,若直接在井壁开口将会有大量泥沙涌人作业井,引发地面塌陷。

解决办法:开口前,在支护结构外围 施工两排注浆孔,共17孔。采用袖阀管注浆法加固 洞口外围砂层,止水防渗。

加固结构见图4

开口后 洞口采用砌砖封门。





图4顶管洞口止水及加固平面图



4. 基坑支护施工效果评述



在地层中存在较厚淤泥及砂层且地下水丰富等不良地质条件下,开挖基坑、作业井、挖孔桩等地下洞室工程,关键处理技术是止水防渗和超前支护,若处理不当。在施工过程中很容易发生基坑或其他洞室工程塌方、地面沉陷等造成财产或人员伤亡的工程事故。



新沙路顶管作业井由于采用了微型桩+止水桩作为超前支护加同的处理措施。在随后的作业井土方开挖及衬砌施工过程中进行得很顺利。



无论在淤泥还是在砂层中,开挖外径达到7.2m(每节土方量40.7m3)的圆形工作井。可容8个工人4个作业班组同时作业,每天能顺利开挖深度1m、并浇筑一节 护臂。由于有了微型桩+止水桩的超前支护和其良好的止水、固砂支护效果,即便在淤泥和流砂层中开挖土方。井下作业的工人都觉得很安全。





5. 技术经济比较



新沙路顶管作业井支护工程原设计图的支护方式是:



首先在外围采用人工挖孔桩护臂方式开挖,护臂厚度350mm。开挖完成后再在内圈浇筑厚度为 450mm的钢筋混凝土衬砌。工程造价预算:4个顶管作业井造价合计142.47万元。



工程经过招投标后。一家中标的岩土工程施工单位进场施工前。在2#工作井位处进行超前钻。发现地层中存在上述的淤泥、流砂、且地下水大等不良地质条件。按原设计的施工图开挖作业 井很不安全,后经过几次会议协调,决定采用微型 桩+止水桩+护臂的支护方式。



即首先施工微型桩+ 止水桩。替代原设计的挖孔桩护臂。然后再开挖,浇筑护臂,由于有了微型桩的超前支护,内圈的衬砌厚度减少到350mm。其工程造价省了:作业井深度、内径等尺寸与原设计一致。



岩土工程施工单位承诺:愿以不超过总造价89.21万元完成4个作业井支护工程,与原造价相比下降37.4%。扣除施工单位自愿按一定比例下浮中标价等因素。微型桩施工的简单易 行、造价低廉、经济实用是显而易见的。





6. 结束语



微型桩是由意大利的F.Lizzi提出的,后来逐步推广到整个欧洲和北美洲。其主要特点有:施工机具小,适用于狭窄的施工作业区;对土层适应性强;施工振动、噪音小,桩位布置形式灵活。我国于1981年开始研究。



目前,微型桩主要应用于以下几个方面:

1)建筑物增层及改造;

2)地基不均匀沉降事故中的基础托换;

3)岸(基坑)边及地下洞室土方建筑物的基础托换。



本文谓之为一种新颖的顶管作业井支护方法,是因为微型桩用于顶管坑的支护方面的报道还不多见。微型桩甚至还没有列入我国的桩基础规范。本工程难点是地质条件较复杂,地下水大,存在流砂、淤泥等不良地质条件,施工场地狭窄,大型机械不宜进场施工。



微型桩的使用成功的解决了上述难题,与原设计采用的支护方法相比,施工更简单,开挖的安全性更好,工期更短,造价更省。

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