新管幕工法概述
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该车站为地下二层岛式车站 ,主体结构型式为单拱 钢筋混凝土结构。车站总长179. 8 m ,标准段宽度26. 2 m ,高度18. 9 m;标准段结构顶部覆土7. 6～11. 2 m ,底板 埋深26. 5～30. 1 m。车站设三个出入口、一个消防专用 出入口和两组风亭(见图 4) ,总建筑面积约9 800 m2 。
On Ne w Tubular Roof Method Xing kai , Che n Ta o , Hua ng Cha ngbo Abstract This p ap e r brief ly i nt r oduces a new t ubula r r oof met h od ( N T RM ) a nd its const ruction steps cha racte rs a nd app lication sp here , discusses t he key cont r ol p oi nts of a station in She nyang met ro based on t he sp ecific p roject e xa mp le . Key words new tubular roof met hod ; t renchless excavation ; steel pipe jacking First2author’s address The Pe ople ’s Gover n me nt of She nyang ,110013 ,She nyang , China
管幕工法的施工步骤一般可分为如下 6 步[2] : 1) 构筑顶管始发井和接受井 ; 2) 将钢管分节依次顶入土层中 ,钢管之间设有 锁口 ,使钢管彼此搭接 ,形成管幕 ; 3) 在钢管接头处注入止水剂 ,使浆液沿纵向流 动充满整个锁口侧的间隙 ,防止开挖时周围水渗入 管幕内 ; 4) 在钢管内进行注浆或注入混凝土 ,以提高管 幕的刚度 ,减小开挖时管幕的变形 ; 5) 在管幕内进行全断面开挖 ,边开挖边支护 , 直至形成从始发井到接受井的通道 ; 6) 依次逐段构筑混凝土内部结构 ,并逐步拆除 管幕内支撑 ,最终形成完整结构 。 管幕工法 采用的 顶管 钻 机 均 为 自 动 化 程 度 高 、精度较高的顶管机 ,还带有刀盘 ,切割土体钻 进 。因此 ,管幕工 法对 施工 质量 要求 较高 。其 在 施工中最大的难点在于管幕顶进的精度控制以及 管幕内水平注浆的质量 。因此 ,管幕工法的实施 应有 严 格 的 施 工 管 理 措 施 和 高 水 平 的 技 术 作 保证 。 1. 2 管幕工法的特点与适用范围 管幕工法除了具有非明挖方法普遍的特点外 , 还具有其独特的特点 。在决定是否采用管幕工法施 工之前 ,应根据工程的具体情况 ,从技术 、经济等多 方面进行可行性研究 。归纳起来 ,该工法具有以下 几个特点 : 1) 不影响地面的正常交通 ,无需进行道路改 建 ,保证道路的正常运行 。 2) 无需进行地下管线的的改移 ,因此不会发生 断水 、断电 、断气等影响居民生活的情况 。 ·64 ·
图 1 国外某穿越城市道路的地下人行通道
第 8 期
图 2 国外某穿越高速公路的地下通道施工现场
图 3 国外某地铁车站施工现场
3 新管幕工法工程实例
在国外新管幕工法技术已经很成熟 ,有很多成 功的案例 ,但在我国大陆还没有相关工程实例的报 道 。沈阳地铁某标段车站施工决定引进该工法 ,目 前已经展开相关工作 。 3. 1 沈阳地铁某站工程简介
2 新管幕工法概述
新管幕工法是对管幕工法的一种改进 ,但与管 幕工法有很大的区别 。新管幕工法所顶钢管均为大 直径钢管 (直径一般在1 800 mm 以上) 。采用大直 径钢管的目的 ,就是可以在施工后期直接将拟建结 构物外轮廓 (结构底板 、顶板 、墙体) 施做于所顶钢管 形成的管排内 ,从而完成地下结构的构筑 。从表 1 可以看出 ,管幕工法所顶钢管直径一般较小 ,拟建结 构物的外轮廓也只是构筑在管排的内侧 。广义地 说 ,其施工原理与矿山开挖中的管棚法相似 ,一般只 作为施工的临时支撑使用 。
施工技术
进方向为垂直于车站主体轴线方向 ,完成 1 号横通道 和 2 号横通道施工 ;第二期 ,以横通道端头处作为车站 主体施工作业面 ,钢管顶进方向平行于车站主体轴线。 3. 2 新管幕工法的具体实施方法
本文仅以 2 号横通道施工为例 ,简介新管幕工 法的具体实施方法 。
2 号竖井区地面标高为 47. 5 m ,地下水位埋深
表 1 管幕工法工程实例
工程名称
覆土厚度/ m
地层状况
钢管管径/ mm
顶进长度/ m
高雄市中博地下车行通道 三重市力行路穿越中山高速公路 台北市富民街穿越水源快速道路 台北市中山南路地下车行道 台北市复兴北路穿松山机场地下车行通道 East line subway extention in Atlanta ,U SA Flood Cont rol Channel in Lo s Angeles ,U SA Subway line at Alameda station in Lisbon 日本横滨高速铁路穿越东名高速公路箱涵 新加坡穿越 Ochard Road 地下人行道 马来西亚穿越 Jo hor Bahru 地下 ,行道
4. 0 2. 0～5. 0 2. 4～3. 8
8. 1 5. 0～16. 0
1. 7 2. 0 4. 0 5. 0～10. 0
回填土及砂土 回填土及卵砾石
回填土 砂土 黏土 回填土夹卵砾石 回填土 石灰岩 泥岩 、砂岩 粉土 砂质粉土
600 812 812 600 812 760 1 130 1 600 610 570 760
新管 幕 法 ( New Tubula r R oof Met h od , 简 称 N T R 工法) , 最早由比利时的 S met B ori ng 公司开 发 。新管幕工法相对于管幕工法是一种改进 。本文 将在介绍管幕工法的基础上 ,详述新管幕工法 。
1 管幕工法简介
管幕工法是非明挖工艺的一种 ,作为利用小口 径顶管机建造大断面地下空间的施工技术 ,国外已 有 20 年的发展历程 ,在日本 、美国 、新加坡和中国台 湾地区等应用于穿越道路 、铁路 、结构物 、机场等下 方的开挖工程 ,都取得了不错的效果 ,积累了一定的 施工经验 。表 1 列出国外及中国台湾省的一些工程 实例[1] 。在我国大陆该工法运用还很少 。
图 6 沈阳地铁某站横通道施工流程图
3. 3 新管幕工法的一些关键控制措施 由于首次在国内引用新管幕工法 ,为了保证引
进成功 ,需要一些严格的质量技术控制措施 。现对 施工中新管幕工法的一些关键点控制措施作简单 介绍 。 3. 3. 1 钢管顶进
1) 顶进力选择 。根据施工具体条件 ,上部断面 几排钢管顶进时采用 700 t 顶进力 ; 下部断面考虑 覆土深度 ,采用1 000 t 顶进力 ,并根据施工具体条 件适当调节顶进力 。
第 8 期
施工技术
新管幕工法概述
邢 பைடு நூலகம்1 陈 涛2 黄常波3
(1. 沈阳市人民政府 ,110013 ,沈阳 ; 2. 沈阳市地铁建设指挥部 ,110011 ,沈阳 ; 3. 中建市政建设有限公司 ,100073 ,北京 ∥第一作者 ,英国皇家注册建造师 ,国家一级注册结构工程师)
摘 要 新管幕工法相对于管幕工法是一种改进 。在介绍 管幕工法的施工步骤 、特点与适用范围基础上 ,介绍新管幕 工法的来源 、具体施工步序 ,并根据沈阳地铁某车站的工程 实例简介新管幕工法的关键控制点 。 关键词 新管幕工法 ; 非明挖 ; 顶管 中图分类号 TU 94 + 2
新管幕工法可广泛地应用于穿越城市公路 、铁 路的地下车道或人行道的施工 ,还可用于地下大断 面结构物的施工 ,比如地铁车站地下车库等的施工 。 图 1～3 为新管幕法应用的具体实例图 。
新管幕工法适用于回填土 、砂土 、黏土 、岩层等 各种地层 ,必要时工程不需降水 ,在施工中采取止水 措施处理 。
约为 12. 7 m 。地层情况见表 2 。
表 2 2 号竖井地层情况
m
地层名称
地层情况
杂填土层
层底埋深 1. 5 m ,层厚 1. 5 m
粉质黏土 ④21
层底埋深 8. 5 m ,层厚 7 m ,可塑 , f ak = 150 kPa
砾砂 ④24
层底埋深 13. 2 m ,层厚 4. 7 m ,中密～ 密实 , f ak = 500 kPa
圆砾 ④25 、⑤25
层底埋深 24. 2 m ,层厚 11 m ,中密～密 实 , f ak = 600 kPa
泥砾 ⑦21
层底埋深 40 m ,层厚 15. 8 m ,饱和 、密 实 , f ak = 500 kPa
注 : f ak为地基承载力特征值
横通道结构外包尺寸 (高度 ×宽度) 为22. 149 m ×11. 8 m 。所顶钢管共 23 根 ,形成门字形 ;顶部 一排 5 根钢管及底角 2 根钢管直径为2 300 mm ,其 余 16 根钢管直径为2 200 mm ,钢管壁厚为 18 mm 。 1 号横通道钢管顶进长度为 35. 4 m ,2 号横通道钢 管顶进长度为 46. 8 m (见图 5) 。
81 56 25 46～51 78～103 55 44 20 66 26 65
·63 ·
城市轨道交通研 究
管幕工法以单管顶进为基础 ,各单管间依靠锁 口在钢管侧面相连形成管排 ,并在锁口空隙注入止 水剂以达到止水要求 。管排顶进完成后 ,形成管幕 , 然后对管幕内的土体视土质情况决定是否进行加固 处理 ;随后在内部一边支撑一边开挖 ,直至管幕段开 挖贯通 ,再浇筑结构体 。管幕可以为多种形状 ,包括 半圆型 、圆型 、门字型 、口字型等 。管幕由刚性的钢 管形成临时挡土结构 ,以减少开挖时对邻近土体的 扰动并相应地减小周围土体的变形 ,达到开挖时不 影响地面活动并维持上部建 (构) 筑物与管线正常使 用功能的目的 。 1. 1 管幕工法的施工步骤
2) 先导管设置 。先导管位于整根顶管的最前 端 ,其设计及加工是顶管施工中的一个关键环节 。 先导管制作选用相同直径普通钢管在其管内侧加焊 一圈 10 mm 厚钢板 ,管外侧加焊一圈 8 mm 厚钢 板 ,并形成刃口 ,以增加管口的强度 、刚度和切削性 能 。由于先导管外侧加焊 8 mm 钢板 ,比普通钢管 直径略大 ,在钢管四周与土层之间形成空隙 。空隙 内同步注入膨润土类浆液作润滑 。先导管另外一个 重要作用就是导向 。先导管与后续标准管之间为活
2009 年
3) 无需通过降低地下水位来保证施工正常进 行 ,对地面沉降影响较小 。
4) 施工对周边建 (构) 筑物影响小 ,无需对其进 行地基加固等处理 。
5) 顶管施工时无噪声 、无振动 ,可以 24 h 连续 施工 。
6) 管幕钢管锁口注浆后可有效地防止渗漏水 。 7) 使用小型顶管机进行施工 ,要求顶管机具有 较高的顶进精度和顶进速度 。 8) 埋入钢管不能回收 ,成本较高 。 该工法适用范围较广 。从国外已有的工程实例 来看 ,管幕工法适用于回填土 、砂土 、黏土 、岩层等各 种地层 ,具有广阔的应用前景 。
图 4 沈阳地铁某站总平面图
整个车站决定采用新管幕工法施工 ,施工分为两 期进行。第一期 ,以两组风亭作为施工作业面 ,钢管顶
图 5 2 号横通道横断面图 (尺寸单位 :mm)
·65 ·
城市轨道交通研 究
针对该车站横通道的具体情况 ,制定了新管幕
2009 年 工法的具体施工流程 ,详见图 6 所示 。
合理 、有效地利用城市空间已成世界各大城市 共同面临的问题 , 尤其是对地下空间合理的开发和
利用 。面对城市拥挤的交通 、建筑结构物的林立和 地下管线的密集 , 如何选用适当的施工方法来开发 利用地下空间是各方所关心的问题 。以往的那种直 接开挖施作结构的方法逐渐被人摒弃 , 暗挖等一些 非明挖方法日益受人推崇 , 避免或尽可能地减少对 周边环境的影响已经成为各方的共识 。新管幕工法 就是这样一种非明挖的方法 。
On Ne w Tubular Roof Method Xing kai , Che n Ta o , Hua ng Cha ngbo Abstract This p ap e r brief ly i nt r oduces a new t ubula r r oof met h od ( N T RM ) a nd its const ruction steps cha racte rs a nd app lication sp here , discusses t he key cont r ol p oi nts of a station in She nyang met ro based on t he sp ecific p roject e xa mp le . Key words new tubular roof met hod ; t renchless excavation ; steel pipe jacking First2author’s address The Pe ople ’s Gover n me nt of She nyang ,110013 ,She nyang , China
管幕工法的施工步骤一般可分为如下 6 步[2] : 1) 构筑顶管始发井和接受井 ; 2) 将钢管分节依次顶入土层中 ,钢管之间设有 锁口 ,使钢管彼此搭接 ,形成管幕 ; 3) 在钢管接头处注入止水剂 ,使浆液沿纵向流 动充满整个锁口侧的间隙 ,防止开挖时周围水渗入 管幕内 ; 4) 在钢管内进行注浆或注入混凝土 ,以提高管 幕的刚度 ,减小开挖时管幕的变形 ; 5) 在管幕内进行全断面开挖 ,边开挖边支护 , 直至形成从始发井到接受井的通道 ; 6) 依次逐段构筑混凝土内部结构 ,并逐步拆除 管幕内支撑 ,最终形成完整结构 。 管幕工法 采用的 顶管 钻 机 均 为 自 动 化 程 度 高 、精度较高的顶管机 ,还带有刀盘 ,切割土体钻 进 。因此 ,管幕工 法对 施工 质量 要求 较高 。其 在 施工中最大的难点在于管幕顶进的精度控制以及 管幕内水平注浆的质量 。因此 ,管幕工法的实施 应有 严 格 的 施 工 管 理 措 施 和 高 水 平 的 技 术 作 保证 。 1. 2 管幕工法的特点与适用范围 管幕工法除了具有非明挖方法普遍的特点外 , 还具有其独特的特点 。在决定是否采用管幕工法施 工之前 ,应根据工程的具体情况 ,从技术 、经济等多 方面进行可行性研究 。归纳起来 ,该工法具有以下 几个特点 : 1) 不影响地面的正常交通 ,无需进行道路改 建 ,保证道路的正常运行 。 2) 无需进行地下管线的的改移 ,因此不会发生 断水 、断电 、断气等影响居民生活的情况 。 ·64 ·
图 1 国外某穿越城市道路的地下人行通道
第 8 期
图 2 国外某穿越高速公路的地下通道施工现场
图 3 国外某地铁车站施工现场
3 新管幕工法工程实例
在国外新管幕工法技术已经很成熟 ,有很多成 功的案例 ,但在我国大陆还没有相关工程实例的报 道 。沈阳地铁某标段车站施工决定引进该工法 ,目 前已经展开相关工作 。 3. 1 沈阳地铁某站工程简介
2 新管幕工法概述
新管幕工法是对管幕工法的一种改进 ,但与管 幕工法有很大的区别 。新管幕工法所顶钢管均为大 直径钢管 (直径一般在1 800 mm 以上) 。采用大直 径钢管的目的 ,就是可以在施工后期直接将拟建结 构物外轮廓 (结构底板 、顶板 、墙体) 施做于所顶钢管 形成的管排内 ,从而完成地下结构的构筑 。从表 1 可以看出 ,管幕工法所顶钢管直径一般较小 ,拟建结 构物的外轮廓也只是构筑在管排的内侧 。广义地 说 ,其施工原理与矿山开挖中的管棚法相似 ,一般只 作为施工的临时支撑使用 。
施工技术
进方向为垂直于车站主体轴线方向 ,完成 1 号横通道 和 2 号横通道施工 ;第二期 ,以横通道端头处作为车站 主体施工作业面 ,钢管顶进方向平行于车站主体轴线。 3. 2 新管幕工法的具体实施方法
本文仅以 2 号横通道施工为例 ,简介新管幕工 法的具体实施方法 。
2 号竖井区地面标高为 47. 5 m ,地下水位埋深
表 1 管幕工法工程实例
工程名称
覆土厚度/ m
地层状况
钢管管径/ mm
顶进长度/ m
高雄市中博地下车行通道 三重市力行路穿越中山高速公路 台北市富民街穿越水源快速道路 台北市中山南路地下车行道 台北市复兴北路穿松山机场地下车行通道 East line subway extention in Atlanta ,U SA Flood Cont rol Channel in Lo s Angeles ,U SA Subway line at Alameda station in Lisbon 日本横滨高速铁路穿越东名高速公路箱涵 新加坡穿越 Ochard Road 地下人行道 马来西亚穿越 Jo hor Bahru 地下 ,行道
4. 0 2. 0～5. 0 2. 4～3. 8
8. 1 5. 0～16. 0
1. 7 2. 0 4. 0 5. 0～10. 0
回填土及砂土 回填土及卵砾石
回填土 砂土 黏土 回填土夹卵砾石 回填土 石灰岩 泥岩 、砂岩 粉土 砂质粉土
600 812 812 600 812 760 1 130 1 600 610 570 760
新管 幕 法 ( New Tubula r R oof Met h od , 简 称 N T R 工法) , 最早由比利时的 S met B ori ng 公司开 发 。新管幕工法相对于管幕工法是一种改进 。本文 将在介绍管幕工法的基础上 ,详述新管幕工法 。
1 管幕工法简介
管幕工法是非明挖工艺的一种 ,作为利用小口 径顶管机建造大断面地下空间的施工技术 ,国外已 有 20 年的发展历程 ,在日本 、美国 、新加坡和中国台 湾地区等应用于穿越道路 、铁路 、结构物 、机场等下 方的开挖工程 ,都取得了不错的效果 ,积累了一定的 施工经验 。表 1 列出国外及中国台湾省的一些工程 实例[1] 。在我国大陆该工法运用还很少 。
图 6 沈阳地铁某站横通道施工流程图
3. 3 新管幕工法的一些关键控制措施 由于首次在国内引用新管幕工法 ,为了保证引
进成功 ,需要一些严格的质量技术控制措施 。现对 施工中新管幕工法的一些关键点控制措施作简单 介绍 。 3. 3. 1 钢管顶进
1) 顶进力选择 。根据施工具体条件 ,上部断面 几排钢管顶进时采用 700 t 顶进力 ; 下部断面考虑 覆土深度 ,采用1 000 t 顶进力 ,并根据施工具体条 件适当调节顶进力 。
第 8 期
施工技术
新管幕工法概述
邢 பைடு நூலகம்1 陈 涛2 黄常波3
(1. 沈阳市人民政府 ,110013 ,沈阳 ; 2. 沈阳市地铁建设指挥部 ,110011 ,沈阳 ; 3. 中建市政建设有限公司 ,100073 ,北京 ∥第一作者 ,英国皇家注册建造师 ,国家一级注册结构工程师)
摘 要 新管幕工法相对于管幕工法是一种改进 。在介绍 管幕工法的施工步骤 、特点与适用范围基础上 ,介绍新管幕 工法的来源 、具体施工步序 ,并根据沈阳地铁某车站的工程 实例简介新管幕工法的关键控制点 。 关键词 新管幕工法 ; 非明挖 ; 顶管 中图分类号 TU 94 + 2
新管幕工法可广泛地应用于穿越城市公路 、铁 路的地下车道或人行道的施工 ,还可用于地下大断 面结构物的施工 ,比如地铁车站地下车库等的施工 。 图 1～3 为新管幕法应用的具体实例图 。
新管幕工法适用于回填土 、砂土 、黏土 、岩层等 各种地层 ,必要时工程不需降水 ,在施工中采取止水 措施处理 。
约为 12. 7 m 。地层情况见表 2 。
表 2 2 号竖井地层情况
m
地层名称
地层情况
杂填土层
层底埋深 1. 5 m ,层厚 1. 5 m
粉质黏土 ④21
层底埋深 8. 5 m ,层厚 7 m ,可塑 , f ak = 150 kPa
砾砂 ④24
层底埋深 13. 2 m ,层厚 4. 7 m ,中密～ 密实 , f ak = 500 kPa
圆砾 ④25 、⑤25
层底埋深 24. 2 m ,层厚 11 m ,中密～密 实 , f ak = 600 kPa
泥砾 ⑦21
层底埋深 40 m ,层厚 15. 8 m ,饱和 、密 实 , f ak = 500 kPa
注 : f ak为地基承载力特征值
横通道结构外包尺寸 (高度 ×宽度) 为22. 149 m ×11. 8 m 。所顶钢管共 23 根 ,形成门字形 ;顶部 一排 5 根钢管及底角 2 根钢管直径为2 300 mm ,其 余 16 根钢管直径为2 200 mm ,钢管壁厚为 18 mm 。 1 号横通道钢管顶进长度为 35. 4 m ,2 号横通道钢 管顶进长度为 46. 8 m (见图 5) 。
81 56 25 46～51 78～103 55 44 20 66 26 65
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管幕工法以单管顶进为基础 ,各单管间依靠锁 口在钢管侧面相连形成管排 ,并在锁口空隙注入止 水剂以达到止水要求 。管排顶进完成后 ,形成管幕 , 然后对管幕内的土体视土质情况决定是否进行加固 处理 ;随后在内部一边支撑一边开挖 ,直至管幕段开 挖贯通 ,再浇筑结构体 。管幕可以为多种形状 ,包括 半圆型 、圆型 、门字型 、口字型等 。管幕由刚性的钢 管形成临时挡土结构 ,以减少开挖时对邻近土体的 扰动并相应地减小周围土体的变形 ,达到开挖时不 影响地面活动并维持上部建 (构) 筑物与管线正常使 用功能的目的 。 1. 1 管幕工法的施工步骤
2) 先导管设置 。先导管位于整根顶管的最前 端 ,其设计及加工是顶管施工中的一个关键环节 。 先导管制作选用相同直径普通钢管在其管内侧加焊 一圈 10 mm 厚钢板 ,管外侧加焊一圈 8 mm 厚钢 板 ,并形成刃口 ,以增加管口的强度 、刚度和切削性 能 。由于先导管外侧加焊 8 mm 钢板 ,比普通钢管 直径略大 ,在钢管四周与土层之间形成空隙 。空隙 内同步注入膨润土类浆液作润滑 。先导管另外一个 重要作用就是导向 。先导管与后续标准管之间为活
2009 年
3) 无需通过降低地下水位来保证施工正常进 行 ,对地面沉降影响较小 。
4) 施工对周边建 (构) 筑物影响小 ,无需对其进 行地基加固等处理 。
5) 顶管施工时无噪声 、无振动 ,可以 24 h 连续 施工 。
6) 管幕钢管锁口注浆后可有效地防止渗漏水 。 7) 使用小型顶管机进行施工 ,要求顶管机具有 较高的顶进精度和顶进速度 。 8) 埋入钢管不能回收 ,成本较高 。 该工法适用范围较广 。从国外已有的工程实例 来看 ,管幕工法适用于回填土 、砂土 、黏土 、岩层等各 种地层 ,具有广阔的应用前景 。
图 4 沈阳地铁某站总平面图
整个车站决定采用新管幕工法施工 ,施工分为两 期进行。第一期 ,以两组风亭作为施工作业面 ,钢管顶
图 5 2 号横通道横断面图 (尺寸单位 :mm)
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城市轨道交通研 究
针对该车站横通道的具体情况 ,制定了新管幕
2009 年 工法的具体施工流程 ,详见图 6 所示 。
合理 、有效地利用城市空间已成世界各大城市 共同面临的问题 , 尤其是对地下空间合理的开发和
利用 。面对城市拥挤的交通 、建筑结构物的林立和 地下管线的密集 , 如何选用适当的施工方法来开发 利用地下空间是各方所关心的问题 。以往的那种直 接开挖施作结构的方法逐渐被人摒弃 , 暗挖等一些 非明挖方法日益受人推崇 , 避免或尽可能地减少对 周边环境的影响已经成为各方的共识 。新管幕工法 就是这样一种非明挖的方法 。