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顶管近距离穿越建(构)筑物及地下管线的保护措施

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第32卷第4期 V01-32 No.4 建筑施"1- BUILDING C0NSTRUCT10N 顶管近距离穿越建(构)筑物及 地下管线的保护措施 Protective Measures for Pipe-Jacking Closely Passing through Building IStructure)and Underground Pipeline 口 黄亮 (I-海市基础工程公司管道分公司 200433) 【摘要】在城市顶管施工中近距离穿越建筑物基础、地下管线时,由于顶进过程对土体的扰动和地层损失易造成建筑物不 均匀沉降和管线受损等事故,为降低施工风险,有必要采取措施对穿越区域的建(构)筑物及地下管线事先保护。通过工程实 例,介绍了顶管近距离穿越建(构)筑物及地下管线分别采取树根桩隔离板注浆加固的保护措施。实践证明。这些措施有效保 护了周边建(构)筑物和地下管线,大大降低了顶管施工风险。 【关键词】地下项管近距离穿越基础 树根桩隔离 注浆加固 【中图分类号】U455.47 ,文献标识码 B 【文章编号】1004—1001(2010)04—0304—03 0引言 8 mN9 m。项管共两段,其中DN2 000 mm项管从位于延安东 路的工作井始发,沿四川南路东侧项进至位于人民路的接收 在城市中埋设地下管道若采用明挖开槽的方法,一方面 井,总长305 nl。该段顶管顶覆土4.9 m-6.1 m,管节采用F 施工占道将对路面交通造成较大影响;另一方面由于降水、 型钢筋混凝土管,内径2 000 mm。从工作井出发沿曲率半径 基坑开挖等一些因素,不可避免地引起地层变形,造成周边 为2 836 Ill的圆弧顶进116 Ill,再直线顶进90 m,进入曲率 地段路面沉降和开裂,房屋受损。顶管施工作为一种非开挖 敷设地下管线的施工技术,与传统的开槽埋管相比具有对占 半径为413 Ill的圆弧段,顶进65 m,最后34 m直线段进入 人民路接收井。 地小、对路面破坏少、地层扰动小等特点。在闹市区施工地下 根据勘察报告,DN2 000 mm顶管所穿越的地层起伏不 管道,顶管比开槽埋管的优点更突出。 大,DN2 000 mm顶管穿越的土层主要为③和③ 层,③ 层为 城市中心区已有建(构)筑物和地下管线等密布,顶管距 砂质粉土夹层,在一定动水头作用下易产生流砂,顶管施工 离这些建(构)筑物的基础及地下管线较近,由于顶管施工本 时需根据实际情况控制施工参数。该区域人工填土较厚,局 身不可避免地造成土体扰动和地层损失 ,将有可能影响到 部地区达到4 m,在原状土较薄的情况下,顶管施工时地面 邻近建筑物和管线的安全。施工前对顶管穿越的重点部位进 沉降较大。 行预先处理,将大大降低施工风险。本文通过一顶管实例,介 绍在顶管穿越的重点区域对土体进行隔离、加固等措施以保 2周边情况 护邻近建筑物及地下管线,降低施工风险。 2.1建(构)筑物情况 1工程概况 四川I南路中心下原有一根DNI650 mm的雨水管,为避开 该雨水管,DN2000 mm顶管的设计轴线靠近四川南路东侧, 上海市黄浦区新延安东排水系统,管道施工在四川南路 这就造成顶管距离周边建筑的基础非常近,顶管的走向如图 下,自延安东路穿越金陵东路至人民路,该段属黄浦区老城 1所示。 厢地区,人流量特别大,交通繁忙,而且周边有大量房屋及地 下管线。工程主要由两个工作井、一个接收井、两段顶管及一 段箱涵组成。 顶管工作井及接收井的基坑采用SMW工法桩围护,挖深 —卜‘ 【作者简介】黄亮(1983-),男,硕士研究生,助理工程师。联 图i DN2 000i13r_n顶管走向示意图 系地址:上海市民星路231号3楼(200433)。 【收稿日期】2010—03—23 4层的1、4号楼房为条形基础,埋深2 m-2.5 m;8层的 4/201O 黄亮:顶管近距离穿越建(构)筑物及地下管线的保护措施 第4期 2号楼和4层的3.5号楼基础为木桩,2、3号楼房桩底距地 面约9 m,5号楼房木桩桩底距地面约5.2 m,其中2号楼房 为历史优秀建筑。顶管轴线的上方有一排电线杆,埋深仅 2 m-2.5 m。顶管与这些建(构)筑基础的距离约O.6~2.8 m, 如图2所示。 i 桩 。 \圃n 壁塑 虚堕.§ 塑婴 煎照 。D N200Q臻弱 汁 = 图2顶管与周边建筑物基础相对位置 顶管在顶进过程中要上穿东西走向的延安路隧道南北 两线,两者垂直净距分别为2.3 m和3.2 m,夹角约85。和 76。,如图3所示。言l  照.婴』二  !鹰堕~,壅 堕.婴』娜 壁 壅 图3 顶管上穿延安路隧道 2.2地下管线情况 根据管线资料与样洞情况,顶管穿越区域上方管线较 多,电力、信息、煤气、上水等管线埋深一般在1 m左右,延安 东路至金陵东路有~段DN1650 mm雨水管,埋深2.7 m,与 顶管的水平净距约O.一 6 m~1.2 m,如图4所示。在出洞口位 置和金陵东路路口有两个四通井,顶管与四通井的位置如图 5所示。 西  ̄lJtl南路 东} 图4顶管与DN1650雨水管相对位置 3保护措施 根据本工程的特点及以往的顶管经验,由于工程条件复 杂,特别是需穿越地面建筑物和众多地下管线,对地面的沉 图5顸管与四通井相对位置 降控制要求较高;顶管出洞时需穿越土体加固区,对掘进机 机头的切削能力也有一定的要求。综合以上因素,为了减小 土体沉降,有效地保护地下管线、周围构(建)筑物,选用大刀 盘泥水平衡顶管掘进机,利用具有一定的泥水与土的混合体 作用在顶管开挖面上形成一层泥浆层(泥浆护壁)。泥水压力 透过泥浆层与开挖面上的水、土压力相平衡,保持开挖面不 会发生坍塌,尽量减小由于土层损失、扰动等因素给地面造 成的沉降。 顶管施工在项进过程中不可避免地对土体挤压和松动、 加载与卸载、孔隙水压力上升与下降叫,就可能引起地面沉 降过大。本次DN2 000 mm顶管距离建(构)筑物和地下管线 的距离非常近,如果土体变形过大,就会导致路面沉降、建筑 物开裂、管线断裂等情况,因此必须采取一定的措施来减小 顶进中对周围土体的扰动。 为了减小对顶管周围土体的扰动程度和范围,采用对周 围土体加固和隔离的方法来保护建(构)筑物和地下管线。顶 管沿线地面交通繁忙,管线密布,为减小对行人和车辆以及 环境的影响,保护措施施工占路不易过大,同时考虑保护措 施施工对已有建筑的影响,选择树根桩和压密注浆的方法进 行保护措施施工。主要原则为:①对距离项管较近的房屋基 础,采用树根桩隔离顶管和建筑物基础:②对于与距离较近 四通井和一些树根桩无法实旋的地方,采用注浆法加固周围 土1本。 3.1树根桩 起隔离作用的树根桩,直径不宜过小,一般在300 111111N 400 nlm。桩底为顶管底下1.5-2倍直径,桩顶地面下 O.5 mlllN l m。钢筋笼外径小于桩径5O mm。主筋直径采用 18 mm螺纹钢,箍筋直径8 mm,间距200 illm。作为侧向受力 的隔离桩,注浆采用水泥浆,浆液水灰比0.4-0.5。 树根桩施工前对打设位置开样洞,一方面探清地下管线 情况,如有管线或障碍物,一般避开该位置:另一方面防止泥 浆溢出地面,造成环境污染。 其主要施工流程为:桩孔定位一桩机就位一钻孔一清 孔一拔钻杆一插钢筋笼和注浆管一填碎石一注清水一压 浆一桩头处理。 通过树根桩对顶管和建筑物基础进行隔离,顶管在顶进 时,对土体的挤压作用,不直接作用于建筑物的基础,树根桩 的强度和弹性模量远大于土体,顶管对土体的扰动范围大大 减小,从而有效地对建筑物的基础进行保护。 第4期 黄亮:顶管近距离穿越建(构)筑物及地下管线的保护措施 4,2010 保护措施施工中,由于3号建筑附近的地下管线过于密 集,树根桩无法施工,其余1、2、4、5号建筑均用树根桩进行 了保护。 3.2注浆法 顶管沿线有两处四通井,距离顶管都很近,而且都位于 道路交叉口,为减小对交通的影响,采用压密注浆对四通井 周围的土体进行加固,加固范围为四通井周围2 m。注浆压 力控制在0.2-0.6 MPa,浆液采用Po42.5普硅水泥配制,水 灰比O.5,注浆流量小于20 L/min。 上穿延安路隧道时,可能会产生几种情况:①接近隧道时 由于顶管机对隧道周围土体挤压,使隧道管片产生变形;② 顶管机在隧道上方穿越时,由于土体的扰动以及卸载,隧道 顶部土压力减小,产生变形;③顶管机头穿越后,后续管节 仍然运动,对隧道周围土体的扰动,使隧道变形。 在穿越前对隧道上部土体注浆,一方面增加上覆土压 力,以减小项管穿越后造成的土体卸载;另一方面可加固该 处土体,减小项管穿越时对隧道的扰动程度。注浆范围为顶 管在隧道的投影面外廷2m,隧道结构顶部0.5 Tll至顶管顶 部2 m。 在隧道项部注浆时需严格控制下钻深度,防止超钻。钻 杆就位后注浆,提升高度20 cm/次,以确保注浆质量。同时 控制注浆压力,不宜过大,采取低压缓注的方法。 工程施工中,对两个四通井、隧道项部以及电线杆也进 行了注浆保护。 4顶管施工参数 根据地质情况预先对顶管施工参数进行计算,在近距离 穿越建(构)筑物基础及地下管线时,再根据监测数据反馈的 数据及时调整施工参数,做到信息化施工。 4.1后座顶力 后座顶力由两部分组成,一是机头正面阻力,二是顶管 侧壁摩阻力。机头正面阻力随机头所处的地质情况而变化, 顶管侧壁摩阻力随地质情况和顶进距离而变化。在穿越建筑 物基础时,后座顶力需略微降低,放慢顶进速度,以减小对周 边土体的扰动范围和程度。 4_2泥浆舱泥水压力及出泥量 大刀盘泥水平衡顶管机头的泥浆舱泥水压力应与机头 正面水土压力相当,同时为保证进、排泥量,舱内泥水压力要 略大于机头正面水土压力,一般为1.1倍~1.2倍。 穿越建筑物基础时,出泥量随顶进速度的降低而降低, 同时适当增加泥水压力,以减小地面沉降。 4.3顶进速率 顶管掘进机正常的顶进速度为25 mm/min,但由于本工 程顶管路线为曲线,而且周边环境复杂,因此实际顶进速度 较正常速度要小,尤其在穿越复杂地质环境下,需降低速度, 本次旌工中穿越不利环境下的速度控制在10 ̄12 mm/min。 考虑到泥水平衡,出土量的速率是顶进速度的主控因素。在 顶管顶进施工的初始阶段,对掘进机出土量进行现场实测, 并进行科学的计算,从而确定顶管顶进速度等旌工参数。 4.4减阻泥浆 穿越建筑物基础期间,减阻泥浆不但起到减小顶进阻力 的作用,更重要的是在顶管周边土体形成一层泥浆保护套, 减小了顶管项进时由于摩擦而携带土体流失情况。本次施工 的减阻泥浆压入量为管道外周环空隙的2N2.5倍,注浆压力 为顶管正面静止土压力的3倍左右,这样可以使泥浆保护套 渗入周边土层更深,有效地减小了顶管对周边土体的扰动和 土体流失。 5 沉降预测及监测结果 5.1经验公式 Peck(1969年)提出地面沉降槽呈拟正态分布,认为土体 移动是由土体损失引起的。假定土体不排水、体积不可压缩 (泊松比0.5),则沉降槽体积应等于土体损失体积,得到横向 地面沉降估算公式为: 立 s(x)一'5『 e (1) I, 5 =一 、研 (2) 式中: 一距管道轴线的横向水平距离(m); S(x>__一x处地面沉降量(m): 广管道周线上方的最大地面沉降量(m); V 一管道单位长度的土体损失i(m3/m); 卜一地面沉降槽宽度系数(m)。通过现场观测得到f和管 道半径R的关系为: h n 1 尺(景) (3) h一管道轴线至地面距离(m); n=O.8-1.0,土越软,n越大。 本工程中R=I.2 nl,h=6.2 m,n取O.9,通过计算,/=3.3。 代入公式(2)得S ̄=18.4 mm,即预测地面最大沉降为 18.4 mm。 6结语 本工程的实践证明,采用树根桩隔离和注浆法加固顶管 影响区域,对重点部位进行保护,能够减少顶管对土体的扰 动,对控制地面沉降、保护建筑物和管线有很大帮助,极大地 降低了施工风险。 在近距离穿越建筑物及地下管线时,需根据机头所处位 置的地质情况和周边环境,预先计算施工参数,施工中适当 降低顶进速度和出泥量,同时根据监测数据及时进行施工参 数调整,可以有效地降低顶管施工风险。 参考文献(略) 

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