管棚施工技术在北京地铁黄庄站施工中的应用

 

摘要:文章介绍北京地铁十号线黄庄站施工过程中,在车站主体结构和1#、2#风道施工中采用φ159mm大管棚对车站暗挖结构进行超前支护的施工情况,并对该项技术进行了评价。地面沉降监测表明,其最终沉降值都在事先预定允许的沉降范围内,为暗挖施工提供了安全保障。

关键词:管棚技术　地下定位系统　监测分析

 

      管棚技术,即水平定向钻进技术,属非开挖技术,是从原始的钻探技术衍生并逐渐发展起来的一种新兴技术,是在不破坏地表的情况下铺设各种地下管线的技术。在城市地铁、市政管线等地下工程施工中有着广泛的应用前景。水平定向钻进技术特点是利用钻杆固有的刚度和柔性,在导向系统的监测下沿设计线路轨迹钻进,到达目的地,卸下钻头换上扩孔器进行回扩孔拖管或直接在管头安装扩孔器,一次完成管的安装。北京地铁十号线黄庄站成功地利用了这一技术,在车站主体结构和1#、2#、4#风道施工中采用了φ159mm大管棚,对地层进行超前支护,为暗挖施工提供了安全保障。

1 工程概况

      北京地铁十号线黄庄车站是地铁四、十号线的一个交叉换乘站,地铁十号线是北京奥运工程之一,工期极为紧迫,该站地处中关村大街和海淀南路的交叉口,中关村大街双向6车道,海淀南路双向4车道,地面交通繁忙。车站主体位于中关村大街和海淀南路主路下,结构形式为单层双跨三联拱,交叉处为双层双跨三联拱形式,结构跨度大。结构顶最大覆土厚度为14m,最小覆土厚度为8m,且在结构顶以上土层内有φ800、φ1400mm自来水管及电力、电信管线等,距暗挖结构顶最小距离只有80cm。车站主体和部分风道主要采用暗挖法施工,暗挖隧道穿越砂卵石层、粉砂层、粉质黏土层,施工难度大。因此,为了确保施工的安全和进度,黄庄站车站主体和1#、2#、4#风道在进行施工设计时,采用了φ159mm大管棚作为超前支护,管棚沿初期支护拱部环向布置,环向间距0.4m,比初期支护开挖轮廓面抬高25cm。

2 大管棚施工过程

2.1 施工前准备情况

2.1.1 技术准备

      选择φ159mm大管棚施工的钻孔机械和注浆设备,参考北京市在施工程(如北京地铁蒲黄榆站、国贸站等)应用该技术的情况和所取得的经济效益,初步拟定先在1#、2#风道采用42、45m长各40根的管棚进行实地试验,为车站主体φ159mm大管棚施工进行技术储备。决定在1#风道采用FW-100水平钻机,在工作面埋设导向管,采用膨润土泥浆做护壁,利用导向系统,一次成孔安管;在2#风道选用FDP-15A型水平导向钻机,沿工作面埋设的导向管,利用导向系统先成50mm的导向孔后,再气夯安装φ159mm管。本次实地试验导向系统采用ECLIPSE无线地下定位系统,该系统包括地面接受器及遥控显示,地面接受器通过接收钻头内无线探棒发射的信号,探测钻头的具体位置,遥显上显示钻头钟面值及温度和接受器探测的钻头深度;钻机操作人员根据接受器探测结果,在导向人员指挥下,对钻头偏离设计轨迹时及时进行调整,确保钻头沿设计轨迹钻进。

2.1.2 设备准备

      本次1#风道大管棚施工采用FW-100水平钻机,由于是一次成孔安管,所以,第一节φ159mm管内安装无线探棒,便于地面探测接受仪器跟踪成孔情况,以便于在钻进过程中采用纠偏措施,管端头加工成45°的斜角,斜面上焊接一块比φ159mm管直径大20mm的厚20mm的钢板作为钻头。

2.1.3 材料准备

      159mm大管棚材料、水泥、膨润土进场,经监理验收并复检合格后,对进场的φ159mm管进行加工,由于受操作空间的限制, φ159mm管加工成3m一节,主要采用丝扣连接,长度80mm,并辅以焊接(主要防止反钻接管时管节松脱)。本次施工经过粉质黏土地层和粉细砂层,为了防止因钻孔泥浆护壁失稳造成地面出现大的沉降, φ159mm管管身不钻孔,在第一节管端加工成斜角的封端处钻一个10mm的出浆孔,为钻进提供泥浆,形成泥浆护壁。

2.1.4 施工现场准备

      搭设管棚施工工作平台,在工作面上按已施测的管棚位置点安装φ200mm、长600mm的导向管,砌筑泥浆池,制备膨润土泥浆。钻机就位调试。

2.2 施工实施过程(以1#风道管棚为例)

      施工准备就绪后,开动钻机,安装第一节φ159mm管,并在管内安装无线探棒,初步设定上倾角为1°,开动泥浆泵和钻机开始钻进,地面探测仪器跟踪钻进进度进行监测,根据监测数据及时反馈到钻机操作人员进行纠偏处理。为了探测钻进过程中所穿越地层的地质情况,第一节管钻进速度较慢; φ159mm管管节之间采用丝扣连接后,并进行了点焊连接,防止反转时管节脱落。钻孔采用跳孔法施工,每隔两个孔施作一个,防止泥浆护壁坍塌造成相邻孔位处地层扰动、贯通引起大面积地面沉降。在施工到第15号管时,在钻进过程中,由于施工人员吊运钢管操作失误,撞击工作平台造成

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