一种风积沙地区双排顶管防沉降施工工法
技术领域
本发明涉及双排顶管施工相关技术领域，具体为一种风积沙地区双排顶管防沉降施工工法。
背景技术
随着中国城镇化建设加快，综合管廊又称共同沟，它是实施统一规划、设计、施工和维护，建于城市地下用于敷设市政公用管线的市政公用设施，市政管道作为城市居民正常生产和生活的基础性条件，对于城市的可持续发展具有极为重要的意义；
在风积沙地区，由于风积沙特殊物理性质，砂子在轻微扰动下就会流动，并且形成巨大的沙漏，在该种地质结构内近距离顶管双排顶管，更加增大了对砂层的扰动，造成大面积地面沉陷，因此，我们提出一种风积沙地区双排顶管防沉降施工工法，以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风积沙地区双排顶管防沉降施工工法，以解决上述背景技术中提出的一般的施工功法，施工工期长，掌子面压力失衡，容易造成大面积塌陷的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风积沙地区双排顶管防沉降施工工法，施工工法包括以下几个步骤：
步骤一：施工准备；
步骤二：测量放样；
步骤三：顶管工作井施工；
步骤四：设备安装；
步骤五：出渣掘进。
优选的，所述步骤一中的施工准备包括：
1)探明地质情况，根据不同地质采用不同刀盘；
2)采用泥水平衡顶管工艺在风积沙底层中顶管施；
3)在顶进过程中需要时刻检测掌子面压力值，绘制压力曲线图，控制智能顶进系统，随时调整压力仓压力平衡；
4)准确计算放样管道顶进长度，在适宜位置加设中继间，并回收中继间；
5)控制顶管顶进过程中的轴线位置，实时掌握其顶进过程中的管道真实走向；
6)利用高压旋喷桩固结管道两侧风积沙，形成维护结构，从而降低周边建筑物的基础扰动；
7)在两排顶管外壁中间位置将风积沙固化措施。
优选的，所述步骤二中的测量放样包括：
1)对建设提供的控制点进行复测校核，校核采用中纬Zenith15ProGPS，动态校核确保甲方提供的控制点精度满足规范要求，在满足规范要求；
2)依据建设单位提供控制点作为首级及控制点，进行控制点加密；
3)制定详细的GPS静态布控方案。
优选的，所述施工工法还包括周边加固措施，且周边加固措施包括高压旋喷桩的控制和顶管坑土方开挖。
优选的，所述高压旋喷桩的控制包括：
1)施工前先进行场地平整，挖好排浆沟，做好钻机定位，要求钻机安放保持水平，钻杆保持垂直，其倾斜度不得大于1％；
2)桩喷浆量Q(L/根)可按下式计算：
Q＝H/V×q(1+β)
式中：H代表旋喷长度(m)，v代表旋喷管提升速度(m/min)，q代表泵的排浆量(L/min)，β代表浆液损失系数，一般取0.1～0.2；
3)喷到桩高后迅速拔出浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞，相邻两桩施工间隔时间应不小于48h，因本工程旋喷桩为满布，所以施工采用跳位施工的方式进行，每次间距不小于4～6m；
4)压力参数的确定；
5)旋转提升参数的确定；
6)喷嘴直径；
7)布孔形式。
优选的，所述顶管坑土方开挖严格按照现行施工规范，控制开挖速度及开挖方式，如发现地下水且砂质较差时，严格按每板不大于1.0m下挖，严禁超挖，基坑开挖5米范围内严禁堆载；工作坑施工至设计底标高后，应避免基坑底面暴露时间过长，加快施工进度尽快将底板砼施工完毕。
优选的，所述步骤一中的设备安装包括千斤顶安装调试和导轨安装；
其中，千斤顶安装调试时，将千斤顶放在固定支架上，应放置于管道中心线左右对称布置；千斤顶安装应于管道设计纵坡一致，且与管道轴线平行；使用前对千斤顶的缸体内进行多次排气，使缸体伸缩自如；千斤顶回收时，宜调整液压系统流量；
导轨安装时，导轨安装应顺直、平行、等高，安装坡度应于管道设计纵坡一致；导轨安装后应牢固，保证在使用过程中不产生位移，并且在施工过程中需要经常检查；导轨安装的允许偏差为：轴线位置：3mm；顶面高程：0～±3mm；两轨内距：±5mm。
优选的，所述还包括顶进系统的控制，其中对顶进系统的控制有控制顶进系统、检测顶进压力值、监控出渣量和监控量测周边构筑物。
优选的，所述质量控制措施包括：
对测量仪器进行校验检核，经过鉴定合格后方可使用；
利用GPS静态加密控制点，控制点的精度控制在规范允许误差内，水准测量时，采用水准闭合路线，经过水准平差将高程值引致加密点，其允许误差不大于2mm；
在埋置控制点时，要考虑通视及测量距离，最大限度内缩小放样点的误差，并考虑仪器的架设位置，是否合理与方便；
及时测量管内激光线的长度和高度，以此计算轴线的偏差量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该风积沙地区双排顶管防沉降施工工法：
1.减少风积沙物理流动性，通过化学固化，降低风积沙漏斗效应，改善土体颗粒之间的内摩察角，消失塌缩带来的地面沉降；
2.利用中间隔离桩将双线顶管隔开，形成隔墙，顶管采用单排完成后再实施另一排，调节顶进速度，和水压力，减少穿堂风险；
3.利用泥水平衡顶管机平衡原理，控制掘进速度，观测顶进系统的压力值，保持掌子面压力平衡，防止坍塌造成的失衡。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图；
图2为本发明标芯安装示意图；
图3为本发明高压旋喷桩位置示意图；
图4为本发明旋喷桩施工主要技术参数参考示意图；
图5为本发明压力值显示示意图；
图6为本发明出渣量显示示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种风积沙地区双排顶管防沉降施工工法，施工工法包括以下几个步骤：
步骤一：施工准备；
步骤二：测量放样；
步骤三：顶管工作井施工；
步骤四：设备安装；
步骤五：出渣掘进。
本发明更进一步的，步骤一中的施工准备包括：
1)探明地质情况，根据不同地质采用不同刀盘；
2)采用泥水平衡顶管工艺在风积沙底层中顶管施；
一旦顶管机头前的压力失衡，就会造成机头的扰动土在机头上空溜塌现象，保证顶管机的压力始终处于平衡状态，当压力表显示为零或者下降明显时说明前方有塌落，立即补浆、降低刀盘转速，加快推进速度，直至压力值回升；
3)在顶进过程中需要时刻检测掌子面压力值，绘制压力曲线图，控制智能顶进系统，随时调整压力仓压力平衡；
4)准确计算放样管道顶进长度，在适宜位置加设中继间，并回收中继间；
5)控制顶管顶进过程中的轴线位置，实时掌握其顶进过程中的管道真实走向；
6)利用高压旋喷桩固结管道两侧风积沙，形成维护结构，从而降低周边建筑物的基础扰动；
7)在两排顶管外壁中间位置将风积沙固化措施；
风积沙地区近距离双排线顶管，土体会经受二次扰动，为了减少第二排顶管作业对周边土体的扰动，进而出现穿堂，造成触变泥浆流失，顶进压力失衡，需要在两排顶管外壁中间位置将风积沙固化措施，本工法采用的固化方法为高压旋喷桩。
本发明更进一步的，步骤二中的测量放样包括：
1)对建设提供的控制点进行复测校核，校核采用中纬Zenith15ProGPS，动态校核确保甲方提供的控制点精度满足规范要求，在满足规范要求；
2)依据建设单位提供控制点作为首级及控制点，进行控制点加密；
控制点之间距离不宜大于200m，距管道线轴线两侧50～100m以内，点之间至少有两个点通视；对所有GPS控制点的埋设选好位置后，先挖50CM深的桩孔，然后将带20CM长十字丝的铜质标芯固定在桩孔内，用长30CM直径为10CM的钢护筒加以保护，浇筑混凝土，保证标芯高于混凝土面5-10MM，养护保护；
3)制定详细的GPS静态布控方案；
加密点外业观测时间不小于120min，测量完成后采用专业的GPS数据处理软件进行处理，在加密网中最弱相对误差控制在1/100000，基线边方向中误差不大于1.7＂，空间三维无约束平差后，全网最弱边边长相对中误差为小于5ppm，平面二维约束平差后，全网最弱边边长相对误差小于10ppm；高程采用苏一光DSZ2型水准仪进行测设闭合差不大于±20。
本发明更进一步的，施工工法还包括周边加固措施，且周边加固措施包括高压旋喷桩的控制和顶管坑土方开挖。
本发明更进一步的，高压旋喷桩的控制包括：
1)施工前先进行场地平整，挖好排浆沟，做好钻机定位，要求钻机安放保持水平，钻杆保持垂直，其倾斜度不得大于1％；
2)桩喷浆量Q(L/根)可按下式计算：
Q＝H/V×q(1+β)
式中：H代表旋喷长度(m)，v代表旋喷管提升速度(m/min)，q代表泵的排浆量(L/min)，β代表浆液损失系数，一般取0.1～0.2；
旋喷过程中，冒浆量控制在10％～25％之间，对需要扩大加固范围或提高强度的地段采取复喷措施，即先喷一遍清水，再喷一遍或两遍水泥浆。
3)喷到桩高后迅速拔出浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞，相邻两桩施工间隔时间应不小于48h，因本工程旋喷桩为满布，所以施工采用跳位施工的方式进行，每次间距不小于4～6m；
4)压力参数的确定：一般情况下采用加大泵压力来增加其流量及流速，进而增大喷射力；
5)旋转提升参数的确定：根据施工经验，旋喷提升速度宜控制在20～25cm/min范围内，旋转速度宜控制在20～28r/min范围内；其中在顶部1m应选用较慢的转速和提升速度；一般为20～25cm/min速度提升，20r/min旋转；
6)喷嘴直径：喷嘴安装在钻头侧面，是旋喷注浆的关键部分，喷嘴直径大小对喷射流速度影响很大，一般单管注浆中喷嘴直径选2.0～3.2mm；
7)布孔形式：根据现场实际情况，沿逆作法护壁外侧矩形布孔；桩径500mm，两桩之间咬合100mm，桩间距400mm，两排桩交错布置。
本发明更进一步的，顶管坑土方开挖严格按照现行施工规范，控制开挖速度及开挖方式，如发现地下水且砂质较差时，严格按每板不大于1.0m下挖，严禁超挖，基坑开挖5米范围内严禁堆载；工作坑施工至设计底标高后，应避免基坑底面暴露时间过长，加快施工进度尽快将底板砼施工完毕。
本发明更进一步的，步骤一中的设备安装包括千斤顶安装调试和导轨安装；
其中，千斤顶安装调试时，将千斤顶放在固定支架上，应放置于管道中心线左右对称布置；千斤顶安装应于管道设计纵坡一致，且与管道轴线平行；使用前对千斤顶的缸体内进行多次排气，使缸体伸缩自如；千斤顶回收时，宜调整液压系统流量；
导轨安装时，导轨安装应顺直、平行、等高，安装坡度应于管道设计纵坡一致；导轨安装后应牢固，保证在使用过程中不产生位移，并且在施工过程中需要经常检查；导轨安装的允许偏差为：轴线位置：3mm；顶面高程：0～±3mm；两轨内距：±5mm。
本发明更进一步的，还包括顶进系统的控制，其中对顶进系统的控制有控制顶进系统、检测顶进压力值、监控出渣量和监控量测周边构筑物。
其中，控制顶进系统时，为了保证顶进轴线控制在设计轴线允许偏差范围内，在顶进过程中要加强检测，轴线测量的控制系统设在工作井内液压主顶装置中间；施工中需经常对控制台进行复测，以保证测量精度，控制台基础应用混凝土浇筑在底板上；
按独立坐标系放样后用测量控制台使它精确地移动至顶管轴线上，用它正确指挥顶管的施工方向；
管道水准测量，水准仪器加测斜仪，定时进行顶管轴线及标高复测，防止造成误差，影响质量；
控制顶进系统时应该注意的是：
1、顶进测量:初始顶进每1米测量一次，并做记录；正常顶进时，每顶进3米测量一次，遇有纠偏每1米测量一次，测量时要注意照射到机头激光靶上的激光点和管道中心轴线的一致性，若出现偏差通知操作员及时调整；
2、顶进纠偏:顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10’～20’不得大于0.5°；不断地观察光靶上激光点的行走轨迹，如发生偏移大于20毫米，预测机头又有向偏差大的方向发展的趋势时，要采取纠偏措施；纠偏时开动纠偏千斤顶；纠偏时每1米测量一次，并做机头和机尾的数据比较，有回归趋势时，保持段顶进距离后，要停止纠偏，防止左右摆动；纠偏的原则是勤纠、微纠，每次纠偏量不要过大，而且要注意发展趋势，当上下、左右均发生偏差时，先纠上下、后纠左右；
3、顶进速度:顶进速度控制在30毫米-50毫米/分钟，人洞后的前10米以及纠偏时用较低速度，以后视出土情况、刀盘扭矩情况适当加快顶进速度。
其中，检测顶进压力值时，时刻观测顶进压力表显示压力值，并填写顶进记录，分析顶进过程中的压力值变化情况，保证压力系统时刻处于平衡状态，绘制顶进压力曲线图，结合出渣量分析机头掌子面压力值变化，防止砂体空隙密封不严实，造成掌子面压力失衡，一旦出现压力值陡然变化，幅度超出允许范围时，立即减缓刀盘转到速率，从而降低土体扰动，通过注浆系统加压注浆，增强顶管机的压力仓气密性，密切观察地表沉降情况，必要时采用地面压浆固化顶管机头前地面土体，防止塌缩造成漏斗。
其中，监控出渣量时，根据顶管机掌子面断面尺寸可以计算出每掘进一米理论出渣量，用理论出渣量和实际出渣量的偏差来时刻判断机头的工作状态，从而判断掘进是否正常，如果每米出渣量增加，说明上部有塌空，如果每米掘进量减少说明前方有空洞；应该加大顶进压力，快速通过前方孔洞。
本发明更进一步的，质量控制措施包括：
对测量仪器进行校验检核，经过鉴定合格后方可使用；
利用GPS静态加密控制点，控制点的精度控制在规范允许误差内，水准测量时，采用水准闭合路线，经过水准平差将高程值引致加密点，其允许误差不大于2mm；
在埋置控制点时，要考虑通视及测量距离，最大限度内缩小放样点的误差，并考虑仪器的架设位置，是否合理与方便；
及时测量管内激光线的长度和高度，以此计算轴线的偏差量。
该风积沙地区双排顶管防沉降施工工法的原理为：
由于风积沙特殊物理性质，砂子在轻微扰动下就会流动，并且形成巨大的沙漏，在该种地质结构内近距离顶管双排顶管，更加增大了对砂层的扰动，造成大面积地面沉陷，本工法通过高压旋喷桩预支护体系，在双线顶管轴线位置采用高压旋喷桩，固结顶管线路两侧砂体，有降低四周沙体流动性；顶进过程中严格控制顶进顺序，随时监测顶进系统顶进压力指标，绘制顶进图，防止掌子面压力失衡，造成大面积塌陷，利用隔墙防止出现穿堂效应；固结风积沙改善砂颗粒之间的内摩擦角，进一步防止砂体塌缩效应的出现，保证顶管可以顺利进行；
减少风积沙物理流动性，通过化学固化，降低风积沙漏斗效应，改善土体颗粒之间的内摩察角，消失塌缩带来的地面沉降；
利用中间隔离桩将双线顶管隔开，形成隔墙，顶管采用单排完成后再实施另一排，调节顶进速度，控制水压力，减少穿堂风险；
利用泥水平衡顶管机平衡原理，控制掘进速度，观测顶进系统的压力值，保持掌子面压力平衡，防止坍塌造成的失衡；
泥浆形成机理泥水平衡式顶管机中，减小土体扰动采用内向削土刀片组合，利用向内水枪，将控制水压力的冲击方向，尽可能减少对周边土体的扰动，以利用旋转刀盘上的刀片将土层切割成为泥浆；
通过改变泥水仓的送、排泥水量和顶进速度来控制排土量，使泥水仓内的泥水压力值稳定并控制在所设定的范围之内，从而达到开挖面的稳定；
通过在管壁外压注触变泥浆，形成一定厚度的泥浆套，使顶管在泥浆套中顶进，以减少阻力。
