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浅谈单排钢筋混凝土顶管顶进碎石桩群施工监理控制要点

2019-01-15

治淮 2019年5期
关键词:顶力机头顶管

陆 飙

一、工程概况及难点

南水北调宿迁市尾水导流工程是国家南水北调和江苏省江水北调水质保障的重要规划项目,也是宿迁区域环境治理和河道水质达标的重点载体建设工程。该工程建设内容为:铺设管道总长约91.7km,兴建尾水调度泵站2 座,兴建污水处理厂内配套提升泵站5 座。工程核定投资概算54152.31 万元。

整个工程项目分两期完成,一期工程共分五个施工标段。其中,施工01 标的过S96 宿迁支线顶管工程属于南水北调宿迁市尾水导流工程重要节点、关键单体工程。工作井和接收井均设置在高速建控区以外,其中工作井位于高速公路东侧,井尺寸9.1m×8.5m,总 埋 深7.89m,沉井总高度6.75m,距高速公路隔离栅43m;接收井位于高速公路西侧,井尺寸8.1m×5.5m,井总埋深7.79m,沉井总高度6.29m,距高速公路隔离栅48m;顶管全长140m,采用DRCP Ⅲd1350×2000 钢筋混凝土管,壁厚13.5mm;强度等级不低于C50,抗渗标号S8,F 型承插接口;内衬DN1020×9 钢管穿越,管道与宿迁支线的交叉角度为87°。高速路面与现状地表土高差约为3.8m,顶管管道中心高程14.80m,管道管顶距现状高速公路路面埋深8.8m;根据地质勘测报告,顶管所处位置为黏土或粉质粘土层,满足顶管工程施工要求。

现状地质情况:根据江苏省高速公路管理局提供的资料,该处高速公路地基处理为φ500 的挤密碎石桩复合基础,顶管方向分布长度约为40m,碎石桩材质为20~40mm 级配碎石,桩长约13m,间距1.2m,呈梅花形布置,处理后地基承载力要求达到150kPa;桩顶高程20.0m,桩底高程7.0m。顶管管道穿越中心高程为14.80m,管道将横穿碎石桩群。

二、施工工艺

根据施工图设计要求和地质报告提供的资料,以及施工单位编制的顶管施工方案,建设单位组织国内专家进行论证,经研究分析确定使用砂砾顶管机进行顶管施工。该顶管机采用大刀盘泥水平衡掘进机,机头直径1620mm,长度4m,机头主刀盘配备两台22kW 电机;配备双作用双冲程等推力油缸4 只,每只油缸最大推力为2000kN。对机头刀盘进行了改进,把平刀盘加工为微圆锥型,刀盘上焊接具有破碎功能的钨钢刀,刀头高出机头约15cm,能进行二次破碎,并把没有破碎的大粒径石块旋转挤压到机头外壁,防止机头因卡阻抱死。在施工过程中根据地质变化情况督促施工单位采取应变措施,确保施工质量与安全。

三、顶管施工监理控制要点

1.施工前质量控制

首先要求施工单位根据标准规范、施工图设计文件、地质报告等因素编制过S96 宿迁支线顶管专项施工方案,并组织国内相关专业专家进行审查论证,根据审查意见进行优化,要求施工单位严格按照优化后的施工方案组织实施;要求施工单位在施工中注重管节外表面熔蜡、压注膨润土触变泥浆等减阻技术,应用顶管激光定向控制技术,做好定管轴线和高程质量控制。

监理机构根据施工专项施工方案编制监理工作细则。施工前加强对顶管等产品的质量控制:审核施工单位报送的管材生产厂家的资质,并现场考察生产厂家的设备、生产能力以及质量保证体系;督促施工单位对生产厂家进行技术交底,确保顶管生产符合设计要求;对管材生厂商的原材料进行抽样检测,不定期对生产过程进行监督;对混凝土成品管、橡胶密封圈和胶合板衬垫材料从外观尺寸及质量试验资料等进行详细检查,特别是检查管道外观有无裂缝、缺损、漏筋,钢套环尺寸有无变形,橡胶圈有无裂缝、老化、变质,成品管强度回弹等。同时,督促生产厂家加快生产进度,确保满足施工进度要求。顶进前督促施工单位重点做好以下工作:

(1)督促施工单位对顶管施工操作人员进行专项施工方案技术交底和安全培训,明确责任划分,确保施工过程中对顶力、纠偏、压浆、排泥等相关施工情况和问题及时记录和解决,沉井四周做好围挡及上下护笼爬梯。

(2)督促并配合施工单位对过S96宿迁支线顶管的顶力进行计算。根据计算,顶进工作最困难的地方为碎石桩群,掘进机正面阻力N=387kN,管壁每米摩阻力为33.15kN,按顶管140m 计算,顶力需达到387+33.15×140=5028kN,考虑安全系数0.6,顶管机装备顶力暂定为9000kN,经计算顶距140m 工作井顶力为2386.27kN<2500kN(设计工作井允许最大顶力);根据沉井顶力计算,考虑到顶管穿越碎石桩群,顶力将比穿越正常土质大。该项目在工作井后靠背采取土体加固措施,在井壁后8.5m×3.4m 范围内布设旋喷桩,桩径DN600,搭接200mm 均匀布置,共计168 根,经处理过的土体对工作井后壁起到较大支撑作用,使其承受的最大顶力远大于工作井的后座设计顶力(2500kN),满足顶管顶进需要。

由于顶管进、出洞口处土体地基软弱,强度低,含水量高,因此该工程顶管进、出洞口技术措施及地基改良措施是施工成败的关键。在进出洞口先进行地基改良加固,地基改良采用水泥旋喷桩,在进洞口处采用水泥旋喷桩加固土体;此外在进出洞口过程中还应保留井点降水措施。另为防止遇到软弱土层,施工单位计划将机头与后面3 节管子连成整体,确保在软弱土层中保持不磕头、不飘移。

(3)对施工单位顶管配备人员及进场机械进行检查。顶管施工人员每天配备2 个班组不间断施工,另有带班组长、安全员及技术负责人在岗;测量放样仪器、通讯监视系统、起吊设施、泥浆管道系统、操作系统、顶管材料、顶管机具、供电设施及备用电源等全部设备经检查试运转均满足施工要求。

(4)检查施工单位工作井出洞口止水圈和封门板设置情况,确保双道止水圈在整个顶管过程中能有效防止水土和触变泥浆的流失;检查测放管道轴线、导轨安装定位情况,确保单独固定设置的激光水准仪轴线与管道的设计中心线一致。

(5)注重膨润土触变泥浆拌合,提高减阻泥浆的效果。在顶管施工过程中,采用顶管掘进机尾部同步注浆和后面管段补浆两种方式进行减阻。补浆管一般于每三节顶管(长度控制在8m 内)布置1 道,补浆孔按90°设置4 只,每道补浆环有独立的单向阀门。通过注入的润滑泥浆在管子的外围形成一个完整的减阻浆套。顶进时压浆与补浆同步、持续推进,掘进机尾部的压浆孔及时有效地进行注浆,确保能形成完整有效的泥浆环套。压浆时必须坚持“先压后顶、随压随顶、及时补浆”的原则。

(6)顶进结束,对已形成的泥浆套的浆液进行置换,置换浆液为水泥浆,在管内用单螺杆泵压注。每段注浆从第一孔开始,直注至下一孔出浆,依次注完。每段注浆后,静止6~8h后进行第二次注浆。第二次注浆压力不变,直至压不进为止。压浆体凝结后(一般为24h)拆除管路封闭注浆孔,用环氧水泥将孔口堵抹平。

2.施工中质量控制

顶管开始顶进前,监理单位首先复核第一根管的就位情况,确认管子前后高程及方向是否符合设计要求。顶进过程监理单位全程旁站,每天检查顶进顶力、轴线偏差及出土等各项顶进参数情况,监督控制室操作人员当班期间按规范记录监控数据。顶进期间要求施工单位确保无人员机械碰撞激光水准仪,定期复核激光水准仪激光轴线是否与管道的设计中心线一致。检查减阻泥浆膨润土配比情况。在管顶进时做好顶进记录和监控数据的分析,根据实际情况调整顶进工艺和设备参数。

在10月3日下午5 点顶进24 节管材时进入碎石桩群,碎石粒径在20~40mm 时机头电流约为70A,顶进速度明显减慢。在10月3日夜里11点半时,机头出现停机现象,经现场排查及泥浆池排出的碎石分析,机头处出现碎石堵住机头孔隙现象,打开机头后仓进行人工捣通。14 点15 分基本疏通后开始进行顶进作业,距离高速路中央还有11 节管道,现场在泥浆池中对碎石进行测量,出现大粒径碎石,最大粒径60mm,现场机头电流为70A。为确保现场顶进顺利实施,增加为4 个千斤顶。10月4日至上午9 点顶进35 根管道进入道路中央,机头电流为65~70A。截至10月6日16 点50 分,顶入94m,顶出高速公路碎石桩群。顶管结束后,分析机头抱死现象为机头破碎功能不理想,在机头制作时候应根据现场碎石桩具体情况制定较为合理的破碎方案,使机头能更好地进行破碎。

3.施工后监理控制

每段顶管完成后,监理单位督促施工单位立即进行管外空隙压注M15水泥砂浆置换出膨润土,压浆体凝结后拆除管路封闭注浆孔。要求施工单位及时做好顶管出入洞口钢筋混凝土锚固,确保已顶进完成的管节固定不位移,并进入顶管内部进行全部管节质量检查,检查管道有无破损渗水情况。经施工单位自检,监理复核,业主委托第三方检测,均能满足施工设计及《给排水管道施工及验收规范》(GB50268-2008)要求。

四、结语

南水北调宿迁市尾水导流工程实施过程中,施工监理人员抓住钢筋混凝土顶管质量控制要点,做好事前、事中、事后质量控制。针对地质条件的变化,及时组织业主、设计、施工等技术人员分析、论证、优化施工工艺。在遇到碎石桩群的特殊条件下要求施工单位减慢顶进速度,注意观察泥浆池碎石粒径大小,控制泥水仓压力和顶力,保证了顶管顺利顶进。针对碎石桩群设计方案,核算论证顶管顶力,对顶管机刀盘进行革新改进,根据计算结果配置千斤顶,对沉井后背土体承载力进行复核加固,完善顶管排泥系统操控,收到了较好的工程效果■

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