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北京新机场施工挑战困难一段: 永兴河北路综合管廊下穿大广高速

发布日期:2019-04-24 作者:北京晚报 点击:


4月24日,中建一局北京新机场永兴河北路综合管廊工程开始下穿大广高速。随着轰隆隆的巨响,中建一局刚组装完成的“钢铁穿山甲”开始挖掘坑道。钢铁穿山甲长9米、高5米,也叫矩形混凝土预制顶推设备。这是北京地区首次应用该技术。


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中建一局北京新机场管廊工程全长12公里。在新修道路下方4.5米,是一条平行于道路的巨大水泥管廊,内含电力、信号、燃气、自来水和消防水等通路。建成后,新机场的用电、用水、燃气与信号均从这条通路输入,换句话说,该项目将打通新机场的生命线。这也是体现京津冀一体化的重要战略工程。永兴河北路第五标段道路全长1.62公里,项目距离北京大兴国际新机场9.8公里,位于北京与河北交界,是新机场大动脉的最难一段。

中建一局北京新机场管廊工程这一关乎民生的工程面临的最大问题,是如何跨越大广高速。大广高速设计时速北起黑龙江省大庆市,南至广东省广州市,是连接东北、华北、华中与华南的交通大动脉。管廊要通过大广高速,必然会扰动高速路基。现场土壤为黏质粉土和粉细砂,并有滞水,一旦开工,沉降是很难避免的。而业主提出的需求是工程造成沉降不得超过1.5毫米。


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一般管廊施工分为两种,一种是明开断路,即暂时断开高速,露天开挖。由于大广高速通车量大,地位重要,中建一局北京新机场管廊工程项目经理朱军立决定:“坚决不能断路,我们再想想其他办法!”

于是,项目不得不考虑第二种方案浅埋暗挖。按一般的施工工艺,坑道分解为几小块依次人工开凿,按照“挖一段支护一段”的方法进行。但这样一来,地表道路沉降很难控制,施工人员安全风险高。而且工期将长达12个月。

如何既保证路面通行,又保障施工安全?项目多番查阅资料发现,有一种国内尚未推广的矩形盾构顶推施工新工艺,不仅能控制沉降,而且能将工期缩短一半。但相关设备仍处于非标准化阶段。项目部查阅相关的工程资料,前往各地实地考察技术,研究后认为,矩形盾构顶推设备可以现场组装,在大广高速下施用。在项目经理的带领下,中建一局团队经过不懈努力,比选多种技术路线,多次组织专家论证,最终确定了矩形盾构顶推施工方案。

下穿大广高速的管廊总长129米,设计为“电力舱、水信舱、燃气舱、水舱”四舱,截面为矩形,尺寸为15.1米*4.7米。矩形盾构顶推采用并行两孔顶进,先凿通横截面尺寸9.1米*5.5米的一孔,再凿通7米*5米的另一孔。目前市面上只有一种盾构机尺寸与本项目相匹配,另一孔尺寸却没有与之匹配的盾构机,于是本项目加大投入,定做了一台土压平衡式顶管机。


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施工的第一步是挖掘和支护工作井,第二步是300吨级大吊车将穿山甲的零件吊下始发井,现场组装。随着顶管机头部挖掘前进,地面上预制的矩形管片也将被一节节吊运下井,添加到顶管机的尾部,形成管廊。顶推到大广高速另一侧后,设备从接受井吊起。

与一般盾构机只有一个旋转刀盘不同,矩形顶管机的头部,是大小不一的7个刀盘(最大的直径4.2米)。多刀盘切削面积只占矩形断面的83%左右,刀盘切削不到的土体是通过挤压、搅拌而被排出的。边缘机壳上还设有合金铲齿来铲碎盲区的土体。最终可挖出一个矩形的坑道。

钢铁穿山甲的尾巴是一节一节的预制管片组成。管片为抗渗高强度混凝土,之间依靠F型承插结构和钢垫圈,紧密结合,不留空隙。

穿山甲向前的动力,来自于尾巴后端24台千斤顶,液压油缸组提供的3千多吨推力。施工过程中为控制高速路面的沉降、隆起在规定允许范围内,水土压力感应器和激光经纬仪将实时监测,顶进中机头一旦出现微小转角,刀盘就会反转,以回纠角度。

施工前,在洞口采用旋喷桩加固了坑道土体,防止顶推机进入时涌水涌泥,地面塌陷。另外,顶管机切削下来的泥土,将在泥土仓内变成“牙膏”——塑性体泥团,通过螺旋出土器排出。排土量要控制好,配合穿山甲的前进速度,以平衡土压力和地下水压力。

另一项技术创新,是从管节的孔洞向外喷射一种“壁压注触变泥浆”,在穿山甲壳外形成一层润滑界面,不仅减小阻力,还能消除对上部土体的扰动。管廊内部最后将布置防水材料层,避免土壤水分渗漏进管廊。

为控制土压力平衡,顶推作业为24小时连续顶推,极大缩短了工期,比浅埋暗挖人工作业节省5个多月。顶推施工后,新管廊将与明挖段的较宽的管廊连接,形成一个喇叭口的形状。据项目部技术人员介绍,宽大的地下管廊,今后可供人员轻松进出穿越,为检修和设施扩建提供了极大方便,不必再“封路扒路,开膛破肚”。

另外,中建一局还负责修筑跨越大广高速的路桥,全桥总长579米,正与地下管廊同时推进。

                                                                  来源:北京晚报








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