1,項目概述
廈門高旗立交線與鷹潭至廈門鐵路既有杏林大橋呈小角度相交,立交線穿隧道,分為兩線,左線78m,右線110m。隧道斷面表層為第四系全新統人工填土,結構松散,厚度約4m。其下為第四系全新統長樂組海相沈積、第四系更新統龍海組沖洪積沈積和燕山期花崗巖。隧道場地地表水以海水為主,廈門西海域附近有壹個大型養殖池塘。其水位受潮汐影響:地下水不發育,主要受大氣降水補給,地下水位受季節控制明顯。
隧道拱頂與地表之間的最小深度僅為2.5m,因此隧道施工必然會對周圍地層和上部立交橋產生壹定的影響。為確保隧道施工安全和隧道開挖過程中鐵路上部的安全,隧道施工時進行了超前支護,超前支護采用管幕支護,長度為110m。
2、管幕施工流程及技術要求
2.1管幕施工方法及工藝流程
管幕施工是將φ299×12mm鋼管沿隧道軸線水平鋪設在隧道開挖線外側400mm處的土體中,鋼管之間用鎖扣連接,在φ299鋼管的連接處打入φ60鋼花管,通過鋼花管對土體進行註漿加固,使φ299鋼管成為壹個整體。
根據本工程的具體地質條件和工程特點,夯管采用“先拔後夯”的施工方法,即先用水平導向鉆機鉆壹個φ127的水平孔。根據水平孔的精度,對擴孔作業進行分析,然後采用先拔後夯的方法:用拔管鉆將φ299鋼管穿過鉆桿和前端的接頭,將φ299鋼管拉入設計位置。在拉入過程中,如果出現回填土卡鉆現象,會用夯錘局部夯透。具體施工方法是:用φ127鉆桿在上部中間位置鉆壹個導向孔,這種導向孔的導向精度要控制在20cm以內。導孔完成後,根據具體地層情況判斷是否進行擴孔作業,提高鉆孔精度。擴孔作業應采用擠擴的方法,而不是通常的水循環大擴孔的方法,以防止地層擾動和地面沈降。擴孔完成後,拉入φ299鋼管,取消C梁。在起鉆過程中,由於回填和不均勻的硬地層,可能會造成卡鉆。某些情況下采用搗固法,在鋼管後方施加搗固力,使鋼管順利通過,直至鋼管被拉出對面隧道掌子面。然後進行第二次施工,待上述鋼管鋪設完畢後,在兩根鋼管之間進行註漿加固,直至所有鋼管鋪設完畢。φ299鋼管全部鋪設完畢後,將φ20mm鋼筋焊接成兩排,將兩端的管頭連接起來,使端部形成壹個整體。
管幕法的施工過程可概括如下:
施工準備→測量放線→設備安裝→有線導向鉆孔→擴孔拔管→單孔布管→管內灌漿→管外灌漿→下壹根鋼管施工(下壹循環)...畢竟把鋼管兩端連接起來,形成壹個整體。
2.2管幕施工技術要求
2.2.1掘進時,必須控制地表下沈,終孔後應進行註漿。灌漿必須保證管內外的空隙用填料填滿,施工必須按設計要求進行;
2.2.2施工時,先打導向孔,再擴孔拔管,最後進行管內外註漿:
2.2.3外部灌漿不能影響導向和擴孔,因此時間和空間位置應錯開。
2.3管幕施工的技術難點
2.3.1管幕施工要求導孔偏差不大於25cm,管圖偏差不大於15cm。本工程導程長,地層條件復雜且極不均勻,導孔設置和精度控制難度大。
2.3.2管幕距地表僅3m,且位置特殊,管幕施工時地面沈降控制難度大。
3.管幕由管道位置精確技術控制。
3.1定向鉆施工工作原理
定向鉆法是壹種非開挖管道施工方法。這種方法要求在鉆孔過程中能夠精確地確定鉆頭在地面中的位置和方向。根據鉆孔過程中鉆頭的位置和方向與設計軌跡的不同,使用方向可調的鉆頭(壹般為楔形鉆頭)可以改變鉆頭的鉆孔方向,從而完成鋪設工作。鉆頭鉆孔示意圖如圖1所示。
鉆頭內裝有特殊的傳感器,傳感器通過信號線與顯示屏相連。顯示屏顯示鉆頭的傾斜度和朝向角度(導板方向:導板向上時12指向,就像壹個鐘面)。如果鉆孔角度較低,可以將鉆頭調整到12,即導板向上,直接推入。此時,由於導板底板的傾斜表面積較大,鉆頭軌跡會因壹個向上的力而向上移動。同理,糾正6點鐘方向的偏差可以使鉆頭軌跡朝下,糾正9點鐘和3點鐘方向的偏差分別是左右方向。角度合適的話,鉆頭會勻速旋轉,鉆桿軌跡壹般是直的,所以導向鉆頭是上下糾偏的關鍵。
在導向鉆井中,導管是邊鉆邊打,導管就是護壁管,起到套管護壁的作用。
3.2鉆井工具要求
用水平鉆機完成鉆孔。臥式鉆機配有軌道,可以平移和提升鉆機平臺。全液壓水平鉆機的牽引力為50t,扭矩為23000Nm。最大導向孔直徑為φ325mm,在該類地層中壹次最大擴孔直徑可達400mm。鉆孔時用泥漿護壁,壹次成孔。然後用拔管器將擴孔頭從前面的鉆桿中拉出,萬向節連接φ299鋼管保證方向,拉動鋼管拉入。如果遇到障礙,管道在後面被夯實。
鉆桿為φ159mm×5鋼管,兩端為φ159mm×12mm,每根加工成6m。鉆頭為楔形鉆頭,斜板配硬質圓柱形合金,可破普通回填磚石。φ299管幕鋼管采用無縫鋼管,厚度10mm,鋼管之間加內連接管箍,管箍長400mm,直接對焊連接。
3.3水平定向鉆進控制技術
水平定向鉆可以鉆很遠的距離,而且質量可以保證,因為用楔掌斜板鉆頭鉆孔,在鉆頭後面200mm處安裝有線或無線導向探頭,操作臺上有顯示屏。如有偏差,可隨時調整角度,最終孔偏差可控制在25cm以內,滿足設計要求。
3.3.1使用φ159鋼管作為鉆桿,使用旋挖鉆機,使用有線和無線導向方式,嚴格控制導向精度。采用高精度有線導向器和管內光學測量系統,精度可控制在3%以內,采用無線導向器在地表測量定位,偏差可控制在20cm以內。如果導向孔偏差大於20cm,可用擴孔法將孔徑擴大到φ250-φ300,然後用前拉後搗的方法下管。
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