1、管棚施工技術在北京地鐵黃莊站施工中的應用文章介紹北京地鐵十號線黃莊站施工過程中,在車站主體結構和1#、2#風道施工中采納159mm大管棚對車站暗挖結構進行超前支護的施工狀況,并對該項技術進行了評價。地面沉降監測表明,其最終沉降值都在事先預定允許的沉降范圍內,為暗挖施工供應了平安保障。管棚技術,即水平定向鉆進技術,屬非開挖技術,是從原始的鉆探技術衍生并漸漸進展起來的一種新興技術,是在不破壞地表的狀況下鋪設各種地下管線的技術。在城市地鐵、市政管線等地下工程施工中有著廣泛的應用前景。水平定向鉆進技術特點是利用鉆桿固有的剛度和柔性,在導向系統的監測下沿設計線路軌跡鉆進,到達目的地,卸下鉆頭換上擴孔器進

2、行回擴孔拖管或直接在管頭安裝擴孔器,一次完成管的安裝。北京地鐵十號線黃莊站勝利地利用了這一技術,在車站主體結構和1#、2#、4#風道施工中采納了159mm大管棚,對地層進行超前支護,為暗挖施工供應了平安保障。1 工程概況北京地鐵十號線黃莊車站是地鐵四、十號線的一個交叉換乘站,地鐵十號線是北京奧運工程之一,工期極為緊迫,該站地處中關村大街和海淀南路的交叉口,中關村大街雙向6車道,海淀南路雙向4車道,地面交通繁忙。車站主體位于中關村大街和海淀南路主路下,結構形式為單層雙跨三聯拱,交叉處為雙層雙跨三聯拱形式,結構跨度大。結構頂最大覆土厚度為14m,最小覆土厚度為8m,且在結構頂以上土層內有800、1

3、400mm自來水管及電力、電信管線等,距暗挖結構頂最小距離只有80cm。車站主體和部分風道主要采納暗挖法施工,暗挖隧道穿越砂卵石層、粉砂層、粉質黏土層,施工難度大。因此,為了確保施工的平安和進度,黃莊站車站主體和1#、2#、4#風道在進行施工設計時,采納了159mm大管棚作為超前支護,管棚沿初期支護拱部環向布置,環向間距0.4m,比初期支護開挖輪廓面抬高25cm。2 大管棚施工過程2.1 施工前預備狀況2.1.1 技術預備選擇159mm大管棚施工的鉆孔機械和注漿設備,參考北京市在施工程(如北京地鐵蒲黃榆站、國貿站等)應用該技術的狀況和所取得的經濟效益,初步擬定先在1#、2#風道采納42、45m

4、長各40根的管棚進行實地試驗,為車站主體159mm大管棚施工進行技術儲備。打算在1#風道采納FW-100水平鉆機,在工作面埋設導向管,采納膨潤土泥漿做護壁,利用導向系統,一次成孔安管;在2#風道選用FDP-15A型水平導向鉆機,沿工作面埋設的導向管,利用導向系統先成50mm的導向孔后,再氣夯安裝159mm管。本次實地試驗導向系統采納ECLIPSE無線地下定位系統,該系統包括地面接受器及遙控顯示,地面接受器通過接收鉆頭內無線探棒放射的信號,探測鉆頭的詳細位置,遙顯上顯示鉆頭鐘面值及溫度和接受器探測的鉆頭深度;鉆機操作人員依據接受器探測結果,在導向人員指揮下,對鉆頭偏離設計軌跡時準時進行調整,確保

5、鉆頭沿設計軌跡鉆進。2.1.2 設備預備本次1#風道大管棚施工采納FW-100水平鉆機,由于是一次成孔安管,所以,第一節159mm管內安裝無線探棒,便于地面探測接受儀器跟蹤成孔狀況,以便于在鉆進過程中采納糾偏措施,管端頭加工成45的斜角,斜面上焊接一塊比159mm管直徑大20mm的厚20mm的鋼板作為鉆頭。2.1.3 材料預備159mm大管棚材料、水泥、膨潤土進場,經監理驗收并復檢合格后,對進場的159mm管進行加工,由于受操作空間的限制, 159mm管加工成3m一節,主要采納絲扣連接,長度80mm,并輔以焊接(主要防止反鉆接管時管節松脫)。本次施工經過粉質黏土地層和粉細砂層,為了防止因鉆孔泥

6、漿護壁失穩造成地面消失大的沉降, 159mm管管身不鉆孔,在第一節管端加工成斜角的封端處鉆一個10mm的出漿孔,為鉆進供應泥漿,形成泥漿護壁。2.1.4 施工現場預備搭設管棚施工工作平臺,在工作面上按已施測的管棚位置點安裝200mm、長600mm的導向管,砌筑泥漿池,制備膨潤土泥漿。鉆機就位調試。2.2 施工實施過程(以1#風道管棚為例)施工預備就緒后,開動鉆機,安裝第一節159mm管,并在管內安裝無線探棒,初步設定上傾角為1,開動泥漿泵和鉆機開頭鉆進,地面探測儀器跟蹤鉆進進度進行監測,依據監測數據準時反饋到鉆機操作人員進行糾偏處理。為了探測鉆進過程 中所穿越地層的地質狀況,第一節管鉆進速度較

7、慢; 159mm管管節之間采納絲扣連接后,并進行了點焊連接,防止反轉時管節脫落。鉆孔采納跳孔法施工,每隔兩個孔施作一個,防止泥漿護壁坍塌造成相鄰孔位處地層擾動、貫穿引起大面積地面沉降。在施工到第15號管時,在鉆進過程中,由于施工人員吊運鋼管操作失誤,撞擊工作平臺造成工作平臺移位,未引起鉆機操作人員的留意、地面導向系統跟進不準時,造成15號管偏差過大,已有的糾偏措施已不能處理,因此,造成15號管棚廢棄,移位后在旁邊增加1根。在后續159mm管施工中,對工作平臺進行了加固,地面導向人員隨管棚施工同步在地面采納導向系統監測,隨時供應導向數據,使鉆機在鉆進過程中準時糾偏,保證了后續管棚的施工質量。1#

8、風道159mm管長42m,第一根管鉆進用時約20h,其它管鉆進平均用時約16h,為了保證施工的進度,后采納2臺FW-100水平鉆機,滿意了施工的需要。2.3 159mm管填充注漿為了減小地面因管棚施工造成的沉降,管棚施工約10根后開頭注漿,分4次注漿完畢。159mm管內填充注漿采納水泥砂漿混合漿液,為改善水泥砂漿的和易性,考慮外摻粉煤灰,初次協作比設計為水泥粉煤灰砂=10.41.6。第一根作為試驗管,在管內泥漿水流干后,對管四周空隙采納高強快凝砂漿進行了封堵,管口用鋼板焊接封閉,鋼板上焊接填充注漿管,并預留了排氣孔,連接好注漿管,配置好水泥砂漿后開頭注漿,依據導管的流量計算實際注漿量與理論注漿

9、量0.84m3對比后發覺,實際注漿量遠遠小于理論注漿量,而且注漿的壓力達到了1.0MPa以上,注漿管爆裂,針對此狀況,現場馬上停止注漿,組織技術人員和施工人員與監理一道分析產生此問題的緣由,全都認為是管內排氣不暢、水泥砂漿黏度大、流淌性差等緣由所致,并實行了對策,反復調整水泥砂漿的配比,最終協作比為水泥粉煤灰砂=10.61.5;采納直徑20mm的PVC管設置通長的排氣管(42m),通過實行以上措施后,后續回填注漿量都大于理論計算量,滿意了設計的要求,使地面沉降掌握在預定的范圍內。3 地面沉降監測在1#、2#風道管棚開頭施工前,根據設計圖紙的要求在地面上布設監測點,對因管棚施工可能引起地面沉降的

10、范圍進行監測,監測點布設完畢后,測得初始值,作為對后續測得監測數據進行分析的對比值。1#、2#風道159mm管棚開頭施工后,根據設計圖紙要求的監測頻率進行了地面沉降監測。地面沉降監測施工第1天第14天,每天監測2次,第15天第28天每天監測1次,第28天后每周(月)監測1次(對地面沉降數據進行分析后確定)。地面沉降擬定值10mm。地面沉降曲線如圖1所示。 CENTER/CENTER通過對地面沉降監測數據進行分析,在159mm管施工過程中,1#風道地面沉降比2#風道的沉降大,主要緣由是由于采納水鉆;鉆頭直徑大于159mm管的直徑,成孔后孔壁與管之間有間隙;注漿不能準時進行所致。在159mm管棚全

11、部施工完畢,且地面沉降穩定后,1#、2#風道的最終沉降值基本接近,都在事先預定的沉降范圍內。4 施工總結與評價從技術方面看,本次管棚施工主要穿越了粉質黏土層,在現有的地面監控條件下,1#風道采納FW-100水平鉆機,一次成孔跟進安管技術,工序少,速度快, 159mm管棚的施工質量總體較好;2#風道采納的FDP-15A型水平導向鉆機,利用地面定位系統先鉆導向孔,在無糾偏措施的狀況下,沿導向孔用氣夯送管,送管過程中若消失導向孔坍塌或孤石,使送管難度增大,嚴峻導致了159mm管的偏位。從設備性能方面看,FW-100水平鉆機的性能優于FDP-15A型水平導向鉆機,管棚作業過程中設備修理保養少,能保證管

12、棚連續作業,從而保證了管棚施工按方案順當完成。從施工完成質量上來看,1#風道開挖過程中管棚形成的輪廓圓弧規章,形成一個完整的超前支護環;而2#風道管棚成型質量差,部分管侵入了開挖的輪廓內,最終割掉廢棄。從填充注漿效果來看,在開挖過程中,對159mm管棚的填充注漿質量也得到了驗證,在對廢棄的159mm管切割后,發覺管內填充密實,實踐證明了采納協作比為水泥粉煤灰砂=10.61.5是可行的,增 加通長的PVC排氣管的方法是正確的。從應用前景來看,在開挖過程中和開挖完成后,通過對159mm管棚施工總體質量進行總結分析后認為,采納一次成孔跟進安管的施工工法,在質量和進度方面能滿意施工的需要,可以在施工工

13、作空間受限制的狀況下進行,但159mm管棚長度超過80m后,在現有的技術、工作環境和狀態下,施工質量很難保證。5 結束語本次1#、2#風道管棚施工利用施工豎井搭設操作平臺,由于1、2風道穿越車站主體的南北兩端,故主體結構管棚施工的操作空間及地層地質狀況與1#、2#風道管棚施工環境類似,從而初步確定了相宜黃莊車站主體在黏土層施工管棚的施工工藝。事實證明,用管棚作為暗挖車站施工的超前支護,對加固土體、提高地層剛度效果明顯,能有效地降低暗挖施工的風險。但由于管棚施工操作工人水平所限;地面探測儀器跟進由于受路面交通的影響,使地面監測只能選擇在車輛相對少的時間段進行,不能做到實時監控;管棚施工機械的性能不能滿意長大管棚施工的需要;