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1、管幕法施工技管幕法施工技术 同同同同济济大大大大学学学学20082008年年0909月月Pipe Roofing MethodPipe Roofing Method内容提要内容提要l隧道工程中的辅助工法隧道工程中的辅助工法l管幕工法概述管幕工法概述l管幕工法设计概要管幕工法设计概要l管幕工法施工管幕工法施工l管幕箱涵施工方法管幕箱涵施工方法l工程实例工程实例1隧道工程中的辅助工法隧道工程中的辅助工法l目的：形成超前的预支护体系；l作用：维持掌子面稳定、控制地层变形、预防坍塌冒顶事故；l意义：直接关系到隧道的安全和经济效益；l种类：插板法、小导管超前注浆法、浅层地表锚杆注浆加固法、水平旋喷或搅拌
2、法、冷冻法、管棚法、管幕法等。掌子面掌子面掘进方向掘进方向2插板法插板法3小导管超前注浆法小导管超前注浆法掘进方向直径直径3260mm长度长度34m外插角外插角5304浅层地表超前锚杆注浆加固法浅层地表超前锚杆注浆加固法砂浆锚杆5水平旋喷或水平搅拌法水平旋喷或水平搅拌法6冷冻法冷冻法7管棚法管棚法管棚钢管钢拱架8管幕法管幕法9管幕工法概述管幕工法概述l利用小口径顶管设备建造大断面地下空间；l原理与管棚工法近似，属于大刚度管棚；l起源于日本，主要用于下穿工程。10管幕工法的特点管幕工法的特点l无需进行道路改建；l不影响地面的正常交通；l无需进行管线改接；l不抽取地下水；l无需加固房屋地基和桩基；
3、l管幕钢管锁口注浆后可有效的防止渗漏水；l钢管铺设精度要求高；l工程投入大，单位延米造价高。11管幕工法的适用范围管幕工法的适用范围12管棚支护的力学机理管棚支护的力学机理棚架原理13管幕支护的力学机理管幕支护的力学机理简支梁14管幕的设计概要管幕的设计概要l设计内容钢管配置管幕内支撑布置开挖顺序开挖面稳定性评价地表沉降分析与控制土体加固设计l控制指标：管幕的容许变形量=5mm15管幕的形状管幕的形状16扇形扇形半圆形半圆形17钢管配置钢管配置l工况一工况一l工况二工况二18常用钢管锁口接头形式常用钢管锁口接头形式公接榫公接榫母接榫母接榫19管幕内支撑布置管幕内支撑布置管幕管幕角撑角撑垂直垂直
4、支撑支撑围檩围檩20管幕工法施工管幕工法施工l两大部分钢管幕施工管幕保护下地下结构施工l施工难点管幕顶进精度控制管幕施作时的地表变形控制21管幕工法步骤管幕工法步骤1.构筑顶管工作井和接收井；2.钢管顶进，钢管之间用锁口搭接，钢管锁口处涂刷止水润滑剂；3.钢管接头处注入止水剂；4.在钢管内注浆或注入混凝土；5.在管幕内开挖，边开挖边支撑；6.逐段构筑内部结构，并逐步拆除管幕内支撑，最终形成完整的地下通道。22管幕钢管铺设方法管幕钢管铺设方法l定（导）向钻进法 (Directional Drilling)l水平螺旋钻进法 (Horizontal Auger Boring)l夯管施工法 (Impa
5、ct Ramming)l顶管法 (Pipe Jacking)l微型顶管法 / 微型隧道施工法 (Micro Tunneling)23定（导）向钻进法定（导）向钻进法24定向钻进铺管流程定向钻进铺管流程25导向孔施工导向孔施工钻头大小较大中等较小孔内动力钻具土质 淤泥质黏土 较干燥的软黏土、粗砂等硬黏土、致密砂等岩层钻头构造钻头构造26扩孔钻头与扩孔施工扩孔钻头与扩孔施工翼状翼状 / 碎石土碎石土凹槽状凹槽状 / 砂土砂土杆状杆状 / 黏性土黏性土牙轮式牙轮式 / 硬岩硬岩螺旋形螺旋形 / 碎石土碎石土扩孔时的钻具组合扩孔时的钻具组合 最常最常用用27钻进液钻进液28水平螺旋钻进法水平螺旋钻进法
6、29夯管施工法夯管施工法管径/mm250350800 80012001200150015002000厚度/mm6912162030顶管法概述顶管法概述弧形顶铁环形顶铁31工作管或掘进机工作管或掘进机l手掘式顶管l挤压式顶管l气压平衡式掘进机l泥水平衡式掘进机l土压平衡式掘进机敞开式掘进敞开式掘进32手掘式顶管手掘式顶管33挤压式顶管挤压式顶管土土管管34泥水平衡式顶管的原理泥水平衡式顶管的原理砂砂砂砂砂砂泥水泥水泥水泥水泥水泥水水水水水水水砂砂砂砂砂砂35两种平衡方式两种平衡方式单一泥水平衡式单一泥水平衡式机械平衡式机械平衡式36直径直径800mm直径直径1650mm泥水平衡顶管掘进机泥水平衡
7、顶管掘进机泥水仓37气压式泥水平衡掘进机气压式泥水平衡掘进机38泥水平衡式顶管的特点泥水平衡式顶管的特点l适用范围广；l掘进引起的地面沉降小；l适于长距离作业；l作业环境好、速度快。l成本较高（弃土、场地、设备）；l泥水处理量大；l覆土很薄或渗透系数特别大时易受阻。39土压平衡式顶管土压平衡式顶管土压力表土压力表刀盘刀盘泥土仓泥土仓螺旋输送机螺旋输送机主轴主轴40土压平衡式顶管的特点土压平衡式顶管的特点l适用土质范围广l地面变形小l覆土厚度可以很小l弃土处理方便l操作方便、安全，作业环境好l砂、砾石层中需进行渣土改良41顶管法顶管法施工流程施工流程42顶管工作井及其布置顶管工作井及其布置后座墙
8、后座墙顶铁顶铁止水洞圈止水洞圈导轨导轨主顶油缸主顶油缸后靠背后靠背测量装置测量装置钢管钢管43顶管进出洞技术顶管进出洞技术l洞口土体加固l封门l洞口止水圈44洞口土体加固洞口土体加固黏性土洞口稳定性分析黏性土洞口稳定性分析加固区加固区45两种常用封门形式两种常用封门形式砌块式封门砌块式封门钢板桩封门钢板桩封门46洞口止水圈洞口止水圈47顶管姿态控制与纠偏顶管姿态控制与纠偏l导向系统l测量系统l纠偏系统l对机头偏转差的针对性措施海瑞克海瑞克ELS激光导向纠偏系统激光导向纠偏系统伊势机伊势机RSG反射诱导纠偏系统反射诱导纠偏系统4849注浆减阻技术注浆减阻技术注浆孔注浆孔50顶进过程中的沉降控制措
9、施顶进过程中的沉降控制措施l严格控制顶进的施工参数l选择合适的建筑空隙l严格控制纠偏量l确保浆液压注质量l保证钢管锁口和洞口处的密封l必要的地面跟踪注浆51微型隧道施工法微型隧道施工法分 类特 点先导式先顶进先导管形成先导孔，随后扩大先导孔，同时顶进保护套管或永久管道螺旋式用切削钻头钻进成孔，并由螺旋钻杆排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道泥水式用切削钻头钻进成孔，利用循环浆液排出钻屑，同时顶进保护套管或永久管道。钻进时，用水压、浆压或机械压力来平衡工作面压力，维持工作面稳定52先导式微型隧道施工法先导式微型隧道施工法先导头结构先导头结构53螺旋式微型隧道施工法螺旋式微型隧道施工法54泥水式微
10、型隧道施工法泥水式微型隧道施工法55钢管幕顶进顺序钢管幕顶进顺序l以横断面中轴线为基准对称进行l由下往上56管幕顶进后的处理措施管幕顶进后的处理措施l置换触变泥浆（或管外回填注浆）l钢管锁口止水处理l钢管混凝土填充l钢管端部与工作井的连接57沉降监测沉降监测l在管幕上方及周边的道路、重要建筑物及临近隧道埋设监测点；l施工前进行初始数据采集；l对于顶管施工中已经穿越或即将穿越，以及沉降变化量大的点，应适当加密监测频率；l注浆时应跟踪监测；l当监测值超过报警值时应立即采取相应措施。58管幕保护下地下结构施工管幕保护下地下结构施工l开挖方案开挖方案 开挖方法：全断面法、台阶法、中隔墙法等。l箱涵顶进
11、方案箱涵顶进方案 边挖边挖边撑边撑加加固固施作施作内衬内衬拆拆撑撑完完成成59管幕箱涵施工方法管幕箱涵施工方法l推进方案（RBJ工法）l牵引方案（FJ工法）l推拉结合方案（ESA工法）60RBJ工法工法后背墙后背墙千斤顶千斤顶工具头工具头61网格工具头网格工具头62中继间及其防水措施中继间及其防水措施63FJ工法工法64ESA工法工法65管幕工法实例管幕工法实例l厦门市高崎互通连接线下穿既有铁路l上海市中环线北虹路下立交工程l台北市復興北路穿越機場地下道工程66高崎互通连接线下穿既有铁路高崎互通连接线下穿既有铁路鹰厦铁路鹰厦铁路高崎互通线高崎互通线铁路穿越段铁路穿越段嘉禾路嘉禾路公路穿越段公路
12、穿越段67主要施工技术主要施工技术l线路加固l管幕超前支护l分部开挖68管幕管幕69钢管铺设方法钢管铺设方法l水平定向钻进法夯管法钻导向孔钻导向孔70扩孔钻头扩孔钻头施工中的管幕施工中的管幕C型钢锁口型钢锁口71分部开挖分部开挖72上海市中环线北虹路下立交工程上海市中环线北虹路下立交工程施工平面布置图施工平面布置图73工程概况工程概况l管幕和箱涵位于1灰色淤泥质粉质粘土和灰色淤泥质粘土层，为饱和软土。含水量大、承载力低、渗透系数小。l管幕顶部覆土层厚度：4.5m5.0m。74l南北二座工作井的尺寸：lLBH24.6m41m17m，l工作井采用地下连续墙法施工墙厚B0.8m，入土深度H=31m。
13、l南北二座工作井的出洞段土体加固范围：LBH8m38m18m；加固强度：qu=0.8Mpa。75l钢管幕：80 根97010 带锁口的钢管，形成口字形管幕。锁口材料为角钢1008010，管幕段长度126m。l箱涵：矩形双孔钢筋混凝土结构，为双向八车道。结构外包尺寸：34.2m7.85m，箱涵共分8节。76管幕施作方案管幕施作方案l8套泥水平衡顶管掘进机由北井向南井顶进基准基准管管77箱涵推进方案箱涵推进方案l由南北二座工作井同时向中间推进箱涵；l在箱涵推进前，先完成100 m以上暗埋段结构施工，并以此作为箱涵推进的后靠结构；l出洞段8m范围先进行土体加固，以满足破墙后的开挖面稳定；l管幕内土体不加固，大网格内设小网格，以保持不同工况下的开挖面稳定；l在每座工作井内设置80只2500kN千斤顶，采用液压同步施工技术推进；l通过设置可靠的密封止水装置，在管幕与箱涵外壁之间压注优质的触变泥浆。78台北台北復興北路穿越機場地下道工程復興北路穿越機場地下道工程79地质条件地质条件80平、纵断面图平、纵断面图81隧道断面图隧道断面图82擋土連續排樁及擋土連續排樁及覆蓋逆築工法覆蓋逆築工法83管幕布设及传统开挖方式管幕布设及传统开挖方式84钢管顶进钢管顶进85管幕传统开挖段施工管幕传统开挖段施工86跑道段管幕跑道段管幕87网格工具头网格工具头88建成后的地下通道建成后的地下通道8990
