淺析矩形頂管施工技術(shù)在城市地鐵過(guò)街通道中的應(yīng)用

孫寬 傅金海 劉帥

摘?要：頂管施工主要借助頂管機(jī)的超挖以及千斤頂?shù)耐屏Γ瑥氖及l(fā)井將頂管頂出，穿過(guò)地層，到達(dá)接收井的一種施工方法。本文以徐州地區(qū)實(shí)際施工情況為背景，通過(guò)對(duì)頂管的施工特點(diǎn)、設(shè)備選型、端頭加固、始發(fā)接收等方面進(jìn)行分析，得到一些寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)工程具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：矩形頂管;過(guò)街通道;始發(fā)接收;糾偏

文章編號(hào)：2095-4085（2020）06-0108-03

隨著我國(guó)城市建設(shè)腳步的加快，對(duì)地下空間的規(guī)劃及建設(shè)要求的不斷提高，既要保證居民的正常出行，又要展示城市面貌的美觀。傳統(tǒng)的工法具有一定的局限性，而非開(kāi)挖施工法憑借其小開(kāi)挖、占地少、對(duì)周?chē)h(huán)境影響較小的特點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生，這種施工方法對(duì)加強(qiáng)城市地下管網(wǎng)的合理規(guī)范化和環(huán)境保護(hù)具有積極的作用[1-3]。

1?地理位置及周邊環(huán)境

文博園站位于昆侖大道與緯一路的交叉路口，沿昆侖大道方向布置，車(chē)站4號(hào)出入口過(guò)街通道采用頂管法施工。頂管通道周邊主要是市政道路和綠地，但地下管線較為復(fù)雜，影響該附屬施工的有橫穿4號(hào)出入口頂管接收井的電力管溝、中壓煤氣管;橫穿頂管始發(fā)井的電視、通信管;以及跨路口段的電力、給水、雨水管道等。

2?管節(jié)介紹

出入口過(guò)街通道設(shè)計(jì)為矩形頂管結(jié)構(gòu)，頂管從北向南推進(jìn)，通道共設(shè)33節(jié)管節(jié)，總長(zhǎng)為49.5m，覆土約為4.5m。

2.1?結(jié)構(gòu)尺寸

管節(jié)結(jié)構(gòu)凈空為6m×4m，管節(jié)厚為0.5m，單節(jié)長(zhǎng)1.5m。

2.2?預(yù)埋注漿孔

在管節(jié)插口處預(yù)埋10個(gè)注漿鋼管，中部均布10個(gè)糾偏注漿鋼管，注漿鋼管中部及兩端分別設(shè)止水鋼板和內(nèi)螺紋，內(nèi)外側(cè)分別連接注漿系統(tǒng)、并安裝單向閥。

2.3?鋼環(huán)設(shè)置

承口設(shè)鋼套環(huán)，厚14mm、寬418mm，和混凝土搭接150mm，插口混凝土外沿與承口鋼套環(huán)內(nèi)壁凈間距15mm。設(shè)置2根φ6mm止水環(huán)在鋼套環(huán)和混凝土搭接處內(nèi)側(cè)，止水環(huán)間用單組份水膨脹密封SM膠滿涂。

插口體設(shè)厚10mm，寬30mm的鋼環(huán)2道，環(huán)間采用止水密封膠條。

承插口內(nèi)側(cè)各設(shè)1道鋼環(huán)，厚10mm、寬60mm，鋼環(huán)便于后期管節(jié)之間連接。

2.4?接口止水

接口設(shè)置“F”型承插口止水，采用2道遇水膨脹橡膠復(fù)合止水膠條和楔形氯丁橡膠。

3?工程水文地質(zhì)情況

本場(chǎng)地的地下水類(lèi)型分別為潛水和承壓水。潛水水位埋深0.3～4.2m，主要賦存于雜填土1-1層及粉土2-5-3層。承壓水主要貯存于灰?guī)r裂隙中，承壓水為裂隙巖溶水，該層地下水水頭埋深7.00m。

4?頂管施工方案及工藝技術(shù)

4.1?矩形頂管工法的設(shè)備選型

根據(jù)地質(zhì)情況，本工程采用JD7000×5000土壓平衡矩形頂管機(jī)。它由刀盤(pán)、刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)、前殼體、后殼體、糾偏系統(tǒng)、頂進(jìn)系統(tǒng)組成。頂管機(jī)布置了6個(gè)刀盤(pán)，刀盤(pán)上下前后錯(cuò)開(kāi)，刀盤(pán)背部設(shè)攪拌棒。

4.2?工作井端頭加固

工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用SMW樁，進(jìn)洞加固區(qū)以及后背加固區(qū)采用φ800@650三重管旋噴樁和φ800@600三軸攪拌樁。

5?頂管施工

5.1?施工流程

頂管施工主要流程：工作井施工及預(yù)制管節(jié)→始發(fā)井內(nèi)的設(shè)備安裝→頂管機(jī)組裝→設(shè)備調(diào)試→始發(fā)掘進(jìn)→正常掘進(jìn)→接收掘進(jìn)→設(shè)備拆除→施作洞門(mén)環(huán)梁→觸變泥漿置換。

5.1.1?掘進(jìn)參數(shù)

矩形頂管施工主要掘進(jìn)參數(shù)包括土倉(cāng)控制壓力、土倉(cāng)改良漿液注入量、螺旋機(jī)出土速度、刀盤(pán)轉(zhuǎn)速及扭矩、推進(jìn)速度、推進(jìn)油缸推力等。

5.1.2?土倉(cāng)控制壓力

頂管頂進(jìn)時(shí)地表土體呈現(xiàn)隆起→沉降→趨于穩(wěn)定的總體趨勢(shì);刀盤(pán)掘進(jìn)過(guò)后由于土體和頂管機(jī)機(jī)殼或管節(jié)之間由觸變泥漿填充，土體會(huì)出現(xiàn)適當(dāng)沉降;隨著頂管機(jī)向前推進(jìn)，管節(jié)與土體之間空隙減小，呈泥膜狀態(tài)管節(jié)頂部土體趨于穩(wěn)定。設(shè)定土倉(cāng)控制壓力為100kPa～140kPa，掘進(jìn)過(guò)程中根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整控制壓力。

5.1.3?土倉(cāng)改良漿液注入量

矩形頂管掘進(jìn)時(shí)，通過(guò)預(yù)留注漿孔向掌子面和土倉(cāng)注入膨潤(rùn)土泥漿，達(dá)到封閉掌子面水流通道和改良渣土和易性的效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)刀盤(pán)扭矩和渣土干稀控制注入量，改良土體，增加渣土的流塑性和和易性。同時(shí)要和推進(jìn)速度和土倉(cāng)壓力聯(lián)系起來(lái)，不能因改良漿液注入量過(guò)多引起土倉(cāng)壓力值過(guò)高引起地表隆起。

5.1.4?螺旋出土器出土速度

出渣量的控制在掘進(jìn)過(guò)程中是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在土倉(cāng)壓力降低后會(huì)及時(shí)補(bǔ)充至土倉(cāng)，所以滿倉(cāng)掘進(jìn)尤為重要，控制出渣關(guān)鍵在于螺旋機(jī)和土壓的控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)渣土的干稀程度及時(shí)調(diào)整螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速，保證土倉(cāng)壓力始終處于一個(gè)恒定值，波動(dòng)范圍控制在10kPa～20kPa以內(nèi)。

5.1.5?推力

頂管掘進(jìn)總推力包括刀盤(pán)正面阻力和管節(jié)摩阻力兩部分，隨著掘進(jìn)長(zhǎng)度增加推力呈增大趨勢(shì)。

5.2?頂管頂進(jìn)技術(shù)

5.2.1?地面沉降控制

頂管始發(fā)前，首先在洞口處安裝密封簾布，其作用一是防止預(yù)埋鋼環(huán)和頂管機(jī)機(jī)殼間隙處涌水涌砂;二是防止頂進(jìn)過(guò)程中壓入的減阻泥漿從這里流失。為避免機(jī)頭“磕頭”，頂管機(jī)進(jìn)入原狀土后，宜適當(dāng)提高頂進(jìn)速度，以此來(lái)減少對(duì)正面土體的擾動(dòng)及出現(xiàn)地面沉降。因機(jī)殼與始發(fā)洞門(mén)預(yù)埋鋼環(huán)間存在間隙，頂管機(jī)頭始發(fā)時(shí)易引起水土流失現(xiàn)象，為了確保頂管機(jī)頭始發(fā)安全，必須采取相應(yīng)的措施。

（1）頂管機(jī)前置刀盤(pán)至前殼體距離922mm，工法樁型鋼拔除前無(wú)法形成密封。因此必須保證始發(fā)端頭加固質(zhì)量，確保工法樁型鋼拔除后掌子面不發(fā)生坍塌。