1、管幕法施工技術1內容提要隧道工程中的輔助工法管幕工法概述管幕工法設計概要管幕工法施工管幕箱涵施工方法工程實例2隧道工程中的輔助工法目的：形成超前的預支護體系；作用：維持掌子面穩定、控制地層變形、預防坍塌冒頂事故；意義：直接關系到隧道的安全和經濟效益；種類：插板法、小導管超前注漿法、淺層地表錨桿注漿加固法、水平旋噴或攪拌法、冷凍法、管棚法、管幕法等。掌子面掘進方向3插板法4小導管超前注漿法掘進方向直徑3260mm長度34m外插角5305淺層地表超前錨桿注漿加固法砂漿錨桿6水平旋噴或水平攪拌法7冷凍法8管棚法管棚鋼管鋼拱架9管幕法10管幕工法概述利用小口徑頂管設備建造大斷面地下空間；原理與管棚工法

2、近似，屬于大剛度管棚；起源于日本，主要用于下穿工程。11管幕工法的特點無需進行道路改建；不影響地面的正常交通；無需進行管線改接；不抽取地下水；無需加固房屋地基和樁基；管幕鋼管鎖口注漿后可有效的防止滲漏水；鋼管鋪設精度要求高；工程投入大，單位延米造價高。12管幕工法的適用范圍13管棚支護的力學機理棚架原理14管幕支護的力學機理簡支梁15管幕的設計概要設計內容鋼管配置管幕內支撐布置開挖順序開挖面穩定性評價地表沉降分析與控制土體加固設計控制指標：管幕的容許變形量=5mm16管幕的形狀17扇形半圓形18鋼管配置工況一工況二19常用鋼管鎖口接頭形式公接榫母接榫20管幕內支撐布置管幕角撐垂直支撐圍檁21管

3、幕工法施工兩大部分鋼管幕施工管幕保護下地下結構施工施工難點管幕頂進精度控制管幕施作時的地表變形控制22管幕工法步驟1.構筑頂管工作井和接收井；2.鋼管頂進，鋼管之間用鎖口搭接，鋼管鎖口處涂刷止水潤滑劑；3.鋼管接頭處注入止水劑；4.在鋼管內注漿或注入混凝土；5.在管幕內開挖，邊開挖邊支撐；6.逐段構筑內部結構，并逐步拆除管幕內支撐，最終形成完整的地下通道。23管幕鋼管鋪設方法定（導）向鉆進法 (Directional Drilling)水平螺旋鉆進法 (Horizontal Auger Boring)夯管施工法 (Impact Ramming)頂管法 (Pipe Jacking)微型頂管法 /

4、 微型隧道施工法 (Micro Tunneling)24定（導）向鉆進法25定向鉆進鋪管流程26導向孔施工鉆頭大小較大中等較小孔內動力鉆具土質淤泥質黏土較干燥的軟黏土、粗砂等硬黏土、致密砂等巖層鉆頭構造27擴孔鉆頭與擴孔施工翼狀 / 碎石土凹槽狀 / 砂土桿狀 / 黏性土牙輪式 / 硬巖螺旋形 / 碎石土擴孔時的鉆具組合 最常用28鉆進液29水平螺旋鉆進法30夯管施工法管徑/mm25035080080012001200150015002000厚度/mm6912162031頂管法概述弧形頂鐵環形頂鐵32工作管或掘進機手掘式頂管擠壓式頂管氣壓平衡式掘進機泥水平衡式掘進機土壓平衡式掘進機敞開式掘進3

5、3手掘式頂管34擠壓式頂管土管35泥水平衡式頂管的原理砂砂砂泥水泥水泥水水水水砂砂砂36兩種平衡方式單一泥水平衡式機械平衡式37直徑800mm直徑1650mm泥水平衡頂管掘進機泥水倉38氣壓式泥水平衡掘進機39泥水平衡式頂管的特點適用范圍廣；掘進引起的地面沉降小；適于長距離作業；作業環境好、速度快。成本較高（棄土、場地、設備）；泥水處理量大；覆土很薄或滲透系數特別大時易受阻。40土壓平衡式頂管土壓力表刀盤泥土倉螺旋輸送機主軸41土壓平衡式頂管的特點適用土質范圍廣地面變形小覆土厚度可以很小棄土處理方便操作方便、安全，作業環境好砂、礫石層中需進行渣土改良42頂管法施工流程43頂管工作井及其布置后座

6、墻頂鐵止水洞圈導軌主頂油缸后靠背測量裝置鋼管44頂管進出洞技術洞口土體加固封門洞口止水圈45洞口土體加固黏性土洞口穩定性分析加固區46兩種常用封門形式砌塊式封門鋼板樁封門47洞口止水圈48頂管姿態控制與糾偏導向系統測量系統糾偏系統對機頭偏轉差的針對性措施海瑞克ELS激光導向糾偏系統伊勢機RSG反射誘導糾偏系統4950注漿減阻技術注漿孔51頂進過程中的沉降控制措施嚴格控制頂進的施工參數選擇合適的建筑空隙嚴格控制糾偏量確保漿液壓注質量保證鋼管鎖口和洞口處的密封必要的地面跟蹤注漿52微型隧道施工法分 類特 點先導式先頂進先導管形成先導孔，隨后擴大先導孔，同時頂進保護套管或永久管道螺旋式用切削鉆頭鉆進

7、成孔，并由螺旋鉆桿排出鉆屑，同時頂進保護套管或永久管道泥水式用切削鉆頭鉆進成孔，利用循環漿液排出鉆屑，同時頂進保護套管或永久管道。鉆進時，用水壓、漿壓或機械壓力來平衡工作面壓力，維持工作面穩定53先導式微型隧道施工法先導頭結構54螺旋式微型隧道施工法55泥水式微型隧道施工法56鋼管幕頂進順序以橫斷面中軸線為基準對稱進行由下往上57管幕頂進后的處理措施置換觸變泥漿（或管外回填注漿）鋼管鎖口止水處理鋼管混凝土填充鋼管端部與工作井的連接58沉降監測在管幕上方及周邊的道路、重要建筑物及臨近隧道埋設監測點；施工前進行初始數據采集；對于頂管施工中已經穿越或即將穿越，以及沉降變化量大的點，應適當加密監測頻率

8、；注漿時應跟蹤監測；當監測值超過報警值時應立即采取相應措施。59管幕保護下地下結構施工開挖方案開挖方法：全斷面法、臺階法、中隔墻法等。箱涵頂進方案邊挖邊撐加固施作內襯拆撐完成60管幕箱涵施工方法推進方案（RBJ工法）牽引方案（FJ工法）推拉結合方案（ESA工法）61RBJ工法后背墻千斤頂工具頭62網格工具頭63中繼間及其防水措施64FJ工法65ESA工法66管幕工法實例xx互通連接線下穿既有鐵路xx路下立交工程xx北路穿越機場地下道工程67xx互通連接線下穿既有鐵路鷹廈鐵路xx互通線鐵路穿越段嘉禾路公路穿越段68主要施工技術線路加固管幕超前支護分部開挖69管幕70鋼管鋪設方法水平定向鉆進法夯管

9、法鉆導向孔71擴孔鉆頭施工中的管幕C型鋼鎖口72分部開挖73上海市中環線北虹路下立交工程施工平面布置圖74工程概況管幕和箱涵位于1灰色淤泥質粉質粘土和灰色淤泥質粘土層，為飽和軟土。含水量大、承載力低、滲透系數小。管幕頂部覆土層厚度：4.5m5.0m。75南北二座工作井的尺寸：LBH24.6m41m17m，工作井采用地下連續墻法施工墻厚B0.8m，入土深度H=31m。南北二座工作井的出洞段土體加固范圍：LBH8m38m18m；加固強度：qu=0.8Mpa。76鋼管幕：80 根97010 帶鎖口的鋼管，形成口字形管幕。鎖口材料為角鋼1008010，管幕段長度126m。箱涵：矩形雙孔鋼筋混凝土結構，

10、為雙向八車道。結構外包尺寸：34.2m7.85m，箱涵共分8節。77管幕施作方案8套泥水平衡頂管掘進機由北井向南井頂進基準管78箱涵推進方案由南北二座工作井同時向中間推進箱涵；在箱涵推進前，先完成100 m以上暗埋段結構施工，并以此作為箱涵推進的后靠結構；出洞段8m范圍先進行土體加固，以滿足破墻后的開挖面穩定；管幕內土體不加固，大網格內設小網格，以保持不同工況下的開挖面穩定；在每座工作井內設置80只2500kN千斤頂，采用液壓同步施工技術推進；通過設置可靠的密封止水裝置，在管幕與箱涵外壁之間壓注優質的觸變泥漿。79臺北復興北路穿越機場地下道工程80地質條件81平、縱斷面圖82隧道斷面圖83擋土

11、連續排樁及覆蓋逆築工法84管幕布設及傳統開挖方式85鋼管頂進86管幕傳統開挖段施工87跑道段管幕88網格工具頭89建成后的地下通道管幕法在國內外施工應用 由上海城建集團市政二公司承建的中環線北虹路地道管幕法箱涵頂進工程，采用直徑970mm (每根總長度126米)帶有鎖口的鋼管、形成“口”字型矩形的管幕頂進工程。設計要求管幕鋼管的施工精度控制在3cm，但是施工中出現了沉降嚴重超標的情況，一種是在管幕施工段造成地表沉降超過20cm，另一種在箱涵頂進階段形成地表沉降高達26cm。1.上海北虹路地道2.崇文門車站 由北京中鐵隧道集團承建北京地鐵五號線崇文門車站采用了600超前咬合管幕方案。超前管幕在新

12、建結構拱部上方300mm處布置,全長36m,鋼管直徑600mm,壁厚16mm。3.國外 希臘雅典Aktor公司使用Bortec公司BM600L頂管機，承建48米寬穿越雙線鐵路的地下通道、連接奧運會場和新聞中心的管幕施工。設計77根12.5米長的609*11mm的鋼管組成的管幕，覆蓋層僅60-90cm，路基約60cm，地層為密實的沙質粘土和道渣。鋼管由兩節6.25米焊接而成，頂進后灌混凝土。 北京地鐵四號線西單站由中鐵17局集團承建，上跨既有線下穿長安街 ，我公司承擔了下穿長安街的暗挖管幕施工。 管幕采用“前拉后夯”的施工方法，鋼管直徑為325mm，壁厚12mm，長度46.8m。管幕布置在長安街

13、下面距地面約3.5m處。管帷幕距污水管上部約200mm，鋼管之間橫向中心間距為400mm，無扣件連接。管外跟進回填注漿采用60mm花管。1. 西單站管幕施工效果 管幕在施工過程各環節控制良好，開挖完成后地面沉降幾乎為零，局部最大沉降在1mm。現在北京地鐵4號線已全部貫通，將在月底開通運營 。2. 鞍山 哈大高速鐵路鞍山隧道下穿既有軍用鐵路專線 ，該隧道開挖斷面尺寸13.4m11.3m，覆土層最小厚度為4m左右，暗挖隧道與既有鐵路線小角度斜交，下穿段長度近50m。隧道穿越地層主要為粉質粘土層及粘土層，因此，為了確保施工安全和既有線路的正常運行，采用了長度為50m的299mm管幕作為超前支護，管幕

14、沿隧道拱部及側面密排法分布，管幕分布示意圖如下。 隧道開挖線管幕 管幕布置示意圖管幕施工效果 本工程于2009年4月份開始施工，2009年6月份完工，現已開挖至15米左右，一切正常。3. 廈門 廈門市高崎互通連接線同既有鷹廈鐵路杏林大橋成小角度斜交，互通連接線采用下穿隧道方式通過。由中鐵24局集團承建，隧道分左右兩線，其中左線78m，右線110m。 隧道拱頂距地表的最小深度僅為2.5m，而110m長的管幕施工在國內尚屬首次。管幕施工效果 廈門市高崎互通連接線下穿鷹廈鐵路隧道長管幕施工工程進展順利，在施工過程中各鋼管安裝方向控制較好，最大偏差在15cm以內。由于施工過程中注漿等施工措施及時到位，

15、地表沉降較小，最大沉降在5mm以內。目前已全部貫通（三）以廈門工程為例介紹管幕的施工過程 廈門市高崎互通連接線同既有鷹廈鐵路杏林大橋成小角度斜交，互通連接線采用下穿隧道方式通過。隧道分左右兩線，其中左線78m，右線110m。隧道通過地段地表為第四系全新統人工填筑土，結構松散、厚度4m左右，其下為第四系全新統長樂組海相沉積層，第四系更新統龍海組沖、洪積層以及燕山期花崗巖。 隧道拱頂距地表的最小深度僅為2.5m，而110m長的管幕施工在國內尚屬首次。 施工方法及流程圖 在隧道的開挖線外側，按400mm間距，沿隧道軸線方向將299*10mm的鋼管水平鋪設在土體里，鋼管之間采用鎖扣連接，并在299鋼管連接處打入60鋼花管，通過60鋼花管對土體進行注