顶管施工过程中施工设备、工艺选择、技术措施、管理水平等参差不齐,在施工中常出现一些问题,影响施工进度、质量。在市政管网建设过程中,结合生产实际,选择合适的施工工艺应对这些问题和困难是市政顶管施工项目中的重点。
一、顶进过程中遇到未探明地质情况,顶力突然增大
1、问题原因分析
(1)顶管管道标高层地质复杂,上部存在空洞,顶管顶进对周围持力层挠度影响较大,导致土层塌方。
(2)顶管机头或顶进机械工具前端遇障碍物,出现较大弱风化孤石,使顶进阻力增大,持续到孤石解除后,数据恢复正常。
(3)顶管纠偏不及时,管道轴线偏差较大,进而摩阻力增大,此情况下顶管机控制室数据显示逐步增大。
(4)减小阻力的膨润泥浆配比不合适、膨润泥浆注入不及时、膨润泥浆注入量不足,减阻效果不佳,使摩阻力增大。
(5)机械顶管顶进施工过程中,因故停止顶管时间过久,机械顶管机头抱死、膨润泥浆减阻效果降低。
2、预防处理措施
(1)操作人员密切注意顶进轴线的控制,及时采取措施纠偏。
(2)遇到顶管过程中的孤石处理方式:顶管管径大于D1200,可更换强力机头刀片继续顶进;D1000混凝土管径无法更换,在可控的范围内缓慢进尺顶进。
(3)勤测量口,勤纠偏;减少管道偏差和管节错口,减小管道侧壁的阻力。
(4)提前介入地质勘察,按不同地质条件配制适宜的膨润泥浆,同步注浆,及时、足量地注入泥浆。
(5)机械顶管顶进过程中,停顶时间不能过久。停顶过久导致机头发生故障,如机头抱死、顶管开裂甚至破损等。
二、在施工顶进过程中管道出现裂缝
1、问题原因分析
(1)管材质量出现问题,检验批次不到位、不符要求,承受不住顶管机顶力导致出现裂缝。
(2)在管材生产过程、材料运输、装卸过程、码放安装等方法不当,造成管节出现较小裂缝,导致结构性损坏;顶管顶进过程中顶力超过管节的承压强度,或轴线偏差过大,顶管阻力增大,致使管节应力集中出现裂缝而损坏。
(3)顶管顶进过程中顶管上部遇到回填土、流沙层、含水率较高的淤泥等情况无法正常顶进。
2、处理方法
(1)出厂、进场、运输、装卸、安装过程环节,要有物资及质量部人员检验到位,确保产品质量合格;安装、上车及吊卸过程一定要确保全程不蛮干。
(2)在顶管管材开裂不严重、裂缝较小不影响整体结构和后期使用的情况下采用管道内衬法进行修复,主要采用3S模块法进行修复。
顶管进尺较短,顶管机前部遇到孤石或者弱风化岩层,采用将管材及顶管机机头全部拖出的方式,破除已经损坏的管材,更换机头刀片、或者采取人工顶管的方式破除顶管前部的孤石等。
顶管进尺较长且破损严重的情况下,停止顶管作业,采用人工破除的方式将破损的管道凿除,将破处后的管材废料运输到并外。
(3)在顶管施工前必须了解土层的变化情况,勘察清楚顶管部位的地质情况;对于要经过回填土、流沙层、含水率较高的淤泥地段,需要提前加固处理,以防顶管施工后地表有过大的下沉。
三、顶管顶进过程中遇到溶洞
1、工程概况
株洲市金山新城北部核心区污水干管工程E线 W34-W35 设计为机械顶管施工,设计长度约 94 m,工作坑 W34 设计深度为18.6m,接收井 W35 设计深度为 17.8 m。设计管道为 D1000Ⅲ级钢筋混凝土管,根据先期地勘资料显示该顶管施工地段区域为整片中风化岩石。
在顶管施工过程中,前11节顶管的顶进压为15~18MPa,且顶进过程逐步增大,根据数据初步判断为顶管轴线有偏移,阻力增大。在第12节顶管施工时发现,顶进压力突然增加至23 MPa,且第11、12节管材已经破损,施工立即停止。
实际上,在破除损坏的顶管后发现,确实在顶管段中存在大小不一的溶洞区,通过分析由于机头部位存在溶洞,导致机头受力不均,使得机头跑偏,从而使管道在受力上也不均匀,力较分散,造成管道局部损坏、出现裂缝。
2、处理方案
(1) 从接收井至工作坑整个施工线路进行大开挖。
优点:彻底解决孤石和溶洞问题,处理问题效率高。
缺点:开挖施工安全风险高、施工成本增加大,属深基坑开挖需进行论证、方案敲定、准备施工等待工时间较长,无法满足预定进度计划。
(2)采取地面中压注浆处理溶洞。
优点:成本相对降低、施工难度低、安全风险低且能够满足预定进度要求。
缺点:由于技术条件限制,无法准确探测到存在的所有溶洞,后续施工遇到相似问题的可能性依旧存在,注浆极有可能导致已经顶进的管道和机头出现抱死的情况,无法进行后续施工。
3、最终措施
对于分布在管道设计底部标高以下的溶洞,通过龙门吊垂直运输 C30 混凝土下井后,在由洞内人工水平运输混凝土对溶洞进行浇筑填补。对于分布在管道两侧及上部的溶洞,待管道顶进完成后再进行超量的壁后注浆。在溶洞影响区域,对于顶进过程中,由于机头下沉,导致管道上部的欠挖部分采用人工凿除的方式处理。
在处理完毕后,反向顶进施工,机械顶管施工方法无法适用的情况下,采取人工水磨钻施工的方式进行,施工直径1850 mm,每段施工水磨钻施工完毕后及时顶进D1500Ⅲ级钢筋混凝土管做防护,待管道拉通后按照原设计完成D1000Ⅲ级钢筋混凝土管施工,在 D1000 管道和 D1500 管道之间的空隙进行注浆填充,在水磨钻施工的过程中出现的溶洞等,亦采取注浆填补的方法处理。
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