APP下载

砂性土地层中土压平衡矩形顶管施工对管线影响的研究

2015-12-26许有俊文中坤白雪光刘晓喻张癑

铁道建筑 2015年2期
关键词:给水管顶管矩形

许有俊,文中坤,白雪光,刘晓喻,张癑

(1.内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头014010;2.包头城建集团股份有限公司,内蒙古包头014030; 3.北京恒祥基业投资有限公司,北京100026)

砂性土地层中土压平衡矩形顶管施工对管线影响的研究

许有俊1,文中坤1,白雪光2,刘晓喻3,张癑1

(1.内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头014010;2.包头城建集团股份有限公司,内蒙古包头014030; 3.北京恒祥基业投资有限公司,北京100026)

以内蒙古包头市阿尔丁大街行人过街地下通道为背景,制定了顶管下穿影响区域内的管线变形控制标准,在管线上方布设间接沉降观测点,按照一定的监测频率对既有管线的沉降变形进行监测。监测结果表明:在砂性土地层条件下,顶管顶进施工过程中,煤气管最大沉降变形为2.5 mm,给水管的最大沉降变形为4.5 mm,均未超过控制标准。雨水管的最大隆起变形为26.2 mm,已超过控制标准,主要是由于过大的注浆压力使地层抬升引起。给水管、煤气管上中间3个测点发生沉降变形,两边的测点发生隆起变形;管线横向沉降槽基本符合正态分布曲线。

土压平衡 矩形顶管 管线 砂性土地层

1 土压平衡矩形顶管法

整个控制系统以土压平衡为基础(见图1),通过大刀盘及仿形刀对正面土体作全断面切削,以改变螺旋机的旋转速度及顶进速度来控制排土量,使土压仓内的土压力值稳定并控制在所设定的压力值范围内,从而达到开挖切削面的土体稳定[2-3]。在同等截面积下,矩形隧道比圆形隧道可更有效地利用空间,其有效使用面积可增加20%以上,可减少地下掘进土方。顶管施工不受气候与环境的影响,而且对周边环境的影响也较小[4-5]。

图1 土压平衡顶管机工作原理

2 工程概述

2.1 工程概况

内蒙古包头市阿尔丁大街地下过街通道采用了土压平衡矩形顶管机施工。该通道长64.8 m,断面尺寸为5.5 m×2.5 m,通道平面呈“工”字形布置,在道路东西两侧各设置2个出入口。始发井位于阿尔丁大街东侧,接收井位于阿尔丁大街西侧,顶管自东向西推进,覆土厚度5.255~5.450 m,设计坡度+3‰,如图2所示。

图2 地下过街通道总体平面示意(单位:mm)

采用4.3 m×6.5 m多刀盘土压平衡矩形顶管机完成主通道的施工。刀盘三大三小,三个小刀盘在前,三个大刀盘在后,实现全断面土体的切削,见图3。

图3 顶管机刀盘布置示意

2.2 工程地质概况

根据岩土勘察报告,地层分布可划分为6层,场地表层被广泛的人工填土层所覆盖,然后是第四系全新统(Q4)现代冲洪积沉积物。上部主要是由粉砂、砾砂、圆砾层所组成,在其下部为第四系上更新统(Q3)河湖相沉积的黄绿色~黑灰色的粉质黏土及粉土互层所组成。钻探深度内可见地下水出现,且埋藏相对较浅。主通道主要处于圆砾地层中,如图4所示。在顶进区间内还存在钙结层,对钙结层钻芯取样,试验测得钙结层的抗压强度最高能够达到20 MPa,类似安山岩,且密实度高,切削困难,增大了顶管施工风险。

中国书画千年历史,不能断了香火,后辈学子首先是在老祖宗灵位前嗑头下跪,老老实实把老师那点东西学到手,添油加柴,把家传本领好好学到家。

2.3 地下管线情况

经调查,顶进轴线上主要存在3条地下管线:煤气管、给水管和雨水管,为顶管施工过程中的重大风险源,见表1和图5。其中,给水管及煤气管管线所有权单位改移管线时,直接将管线安放在原状土上,未对管线基础进行夯实处理,将导致管线在顶管之前不可避免地发生沉降变形,增大了管线变形及控制的风险。

图4 顶管隧道所处的地层情况

表1 管线情况

图5 管线与通道纵剖面位置关系

3 管线监测

3.1 测点埋设方式

根据现场实际情况,采用汽车钻钻孔至管线上方0.5 m左右,换成洛阳铲继续挖至管顶。成孔后,先放置直径为30 mm的PVC管,用素填土填满PVC管外空隙,填土过程中需注意确保PVC管不弯曲。将已备好的光圆钢筋放入管内,光圆钢筋长度预留高出PVC管口约5 cm,并低于钢套筒,以确保钢套筒保护盖盖好后不接触钢筋。然后将已插入钢筋的PVC管内填充约1/3的细砂,用来固定钢筋,同时确保钢筋随着管线的沉降而产生竖向位移。测点埋设如图6。

3.2 管线测点埋设

为研究大断面矩形顶管施工对管线变形的影响,在顶管轴线两侧每隔5 m对称布置沉降监测点。设煤气管线沉降测点5个(MS1~MS5),给水管线沉降测点5个(YGS1~YGS5),雨水管线沉降测点5个(YS1~YS5),如图7所示。

图6 间接沉降监测点

图7 管线监测点布置(单位:mm)

3.3 变形控制值

根据北京、上海、广州等城市地铁施工对管线的监测控制标准,经过专家多次讨论,并针对本工程特点,确定管线变形控制标准[6-7],详见表2。

表2 地下管线变形控制值

监测的警戒值为控制值的70%,超过警戒值时,应加大监测力度。当监测数据达到或超过控制值时,应立即停止施工,只有在调整顶进参数后才能复工。

4 监测数据分析

采用精密水准仪,按照一定的监测频率,对顶管施工过程中既有地下管线监测点的高程进行观测,及时处理监测数据。根据沉降累计值和沉降速率两个指标与变形控制标准进行比较分析后,决定是否报警。

矩形顶管机从2012年12月4日开始顶进,12月8日冬季停工,2013年4月6日继续顶进。

4.1 煤气管监测数据分析

煤气管距离始发井出洞口9.75 m。根据监控量测数据,煤气管各测点竖向位移变化如图8和图9所示。

图8 煤气管监测点竖向位移随顶进距离变化曲线

图9 煤气管沉降分布曲线

由图8可知,当机头顶进至距离煤气管线约5 m时,煤气管各监测点竖向位移开始发生改变,测点MS2,MS3,MS4发生局部沉降,MS1,MS5发生局部隆起。随着机头的继续顶进及到达管线下方时,MS2,MS3,MS4沉降变形逐渐增大,MS1,MS5继续隆起,顶管轴线正上方的测点MS3的变化量最大。MS1,MS5在机头顶至煤气管正下方时隆起值基本达到最大且竖向位移变化开始逐渐趋于平缓。当机头顶过煤气管7 m左右时,测点MS2,MS3,MS4沉降值均达到最大,其中MS3的沉降值为2.5 mm。由图9可知,在顶进过程中,煤气管沉降槽基本符合正态分布曲线。

2013年4月6日开工复顶后,煤气管上各监测点的变形没有继续增加,变形已基本趋于稳定。在顶管施工期间,管线各个测点竖向位移均未超过控制值。

4.2 给水管线数据分析

给水管距离始发井出洞口11.625 m。根据监控量测数据,给水管各测点竖向位移变化如图10和图11所示。

由图10可知,当机头位置距给水管线约7 m时,给水管各监测点竖向位移开始发生改变,测点YGS2,YGS3,YGS4产生沉降变形,YGS1,YGS5隆起变形。随着机头的继续顶进,各测点竖向位移值逐渐增大,但方向不变,且中间点YGS3的变化量最大。YGS1,YGS5在机头顶至给水管正下方时隆起值达到最大且竖向位移变化开始逐渐趋于平缓。当机头顶过给水管7 m左右,YGS2,YGS3,YGS4沉降值均达到最大,其中YGS3的沉降值为4.5 mm,未超过控制标准。由图11可知,在顶进过程中给水管沉降槽基本符合正态分布曲线。

2013年4月6日开工复顶后,给水管上各监测点的变形缓慢增加,变形基本趋于稳定。在顶管施工期间,管线各测点竖向位移均未超过控制值。

4.3 雨水管线数据分析

雨水管距离始发井出洞口32.625 m。根据监控量测数据,雨水管各测点竖向位移变化见图12。

图10 给水管监测点累计沉降量随顶进距离变化曲线

图11 给水管沉降分布曲线

图12 雨水管监测点累计沉降量随顶进距离变化曲线

由图12可知,当机头顶进至距离雨水管线约7.5 m左右时,雨水管各监测点竖向位移开始发生改变,测点YS1,YS4,YS5发生局部沉降,且各测点随机头顶进竖向位移变化较平缓,未超过控制标准。随着机头的继续顶进,YS3先发生局部沉降后又局部隆起,在机头通过雨水管17.5 m左右时,该测点隆起达到最大值26.2 mm,已经超过控制标准。经调查该测点隆起过大主要由于注浆压力过大引起,施工单位派人进入雨水管线内部进行检查,未发现管线变形破坏现象。其它测点位移变化不明显。

5 结语

1)在顶管顶进施工过程中,煤气管最大沉降变形为2.5 mm,给水管的最大沉降变形为4.5 mm,均未超过控制标准。雨水管的最大隆起变形为26.2 mm,已超过控制标准,主要的原因为过大的注浆压力抬升地层引起。

2)给水管、煤气管上中间3个测点发生沉降变形,两边的测点发生隆起变形;管线横向沉降槽基本符合正态分布曲线。

3)顶管轴线正上方监测点竖向位移最大,当机头距煤气管约5 m时,煤气管上各监测点竖向位移开始变化,当机头通过煤气管5 m左右时,沉降达到最大值。当机头距给水管约7.0 m时,给水管上各监测点竖向位移开始改变,当机头通过煤气管7.0 m左右时,沉降达到最大值。当机头距雨水管约7.5 m时,雨水管上各监测点竖向位移开始改变,当机头通过雨水管17.5 m左右时,隆起达到最大值。

4)2013年4月6日开工复顶后,给水管上各监测点的变形缓慢增加,煤气管上各监测点的变形基本保持不变,变形基本趋于稳定。

[1]林晓庆.矩形顶管施工对邻近地下管线的影响分析[D].广州:广州大学,2012.

[2]葛金科,沈水龙,许烨霜.现代顶管施工技术及工程实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[3]余彬泉,陈传灿.顶管施工技术[M].北京:人民交通出版社,1998.

[4]刘平,戴燕超.矩形顶管机的研究和设计[J].市政技术,2005,23(2):92-97.

[5]宋杰,侯艳春.矩形顶管法在城市轨道交通中的应用与设计方法[J].城市轨道交通研究,2010(10):67-70.

[6]张志勇.复杂环境下大截面矩形顶管施工管线保护技术[J].施工技术,2011,40(341):80-83.

[7]北京市住房与城乡建设委员会.DB 11/490—2007地铁工程监控量测技术规程[S].北京:人民交通出版社,2007.

Research on influence of EPB(Earth Pressure Balance)mode rectangular cross section pipe-jacking in sand stratum on pipeline of utility service

XU Youjun1,WEN Zhongkun1,BAI Xueguang2,LIU Xiaoyu3,ZHANG yue1
(1.The School of Architecture&Civil Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou Inner Mongolia 014010,China;2.Baotou Urban Construction Group Co.,Ltd.,Baotou Inner Mongolia 014030,China; 3.Beijing Hengxiang Foundation Investment Co.,Ltd.,Beijing 100026,China)

T aking the pedestrian underpass project of the Baotou Arden Street in Inner M ongolia as background,the pipeline deformation control standards of the pipe-jacking down-traversing the inference region was formulated,some indirect settlement observation points were set over the pipeline tomonitor the existing pipeline settlement deformation according to a certain monitoring frequency.T he monitoring results showed that the maximum settlement deformation of the gas pipe was 2.5 mm and the water supply pipe was 4.5 mm in the pipe-jacking construction under the condition of the sandy stratum,which didn't exceed the control standard,the maximum upward deformation of the rain pipe was 26.2 mm which exceeds the control standard and the main reason is the strata uplifting caused by the oversize grouting pressure,settlement deformation happened on the middle three monitoring points of the water supply pipe and the gas pipe and upward deformation happened on both sides of the measuring points,and the pipeline lateral settlement trough basically fitted the normal distribution curve.

Earth pressure balance(EPB);Rectangular cross section pipe-jacking;Pipeline;Sandy stratum

U455.47

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.02.19

1003-1995(2015)02-0069-05

(责任审编赵其文)

2014-04-25;

2014-12-10

内蒙古自然科学基金(2012MS0713);内蒙古科技大学创新基金(2011NCL006);内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目(NJZY14167);内蒙古科技大学产学研合作培育基金(PY-201206)

许有俊(1979—),男,内蒙古包头人,副教授,博士。

猜你喜欢

给水管顶管矩形
◆塑料管
塑料管
顶管工程土体沉降计算的分析与探讨
◆ 塑料管
顶管施工技术常见问题及处理办法
矩形面积的特殊求法
化归矩形证直角
球墨铸铁顶管喷敷工艺探讨
从矩形内一点说起
美国PVC给水管材的质量控制