矩形頂管“土中進(jìn)洞”施工技術(shù)探討

凌恒軍

南京同力建設(shè)集團(tuán)股份有限公司（210046）

1 工程概況

浦口大道地鐵十號線臨江站地下過街通道工程位于南京地鐵十號線臨江站東北側(cè)。通道整體以反“丁”字型布置，在浦口大道兩側(cè)共設(shè)置3 個出入口。1 號、2 號出入口位于浦口大道北側(cè)、臨江路西側(cè)；3 號出入口位于浦口大道南側(cè)臨江地鐵站綠地范圍內(nèi)，主通道接入臨江站地鐵預(yù)留出入口。工程地下過街段采用矩形頂管法施工。主通道橫斷面凈空為 3.3 m×6 m，壁厚為 45 cm；采用 4.2 m×6.9 m 矩形頂管進(jìn)行掘進(jìn)施工。

頂管主通道由浦口大道北側(cè)工作井始發(fā)，自北向南推進(jìn)至臨江地鐵站外掛接收井內(nèi)。頂管段總長約60.1 m，通道頂覆土5～5.5 m，平坡推進(jìn)。

接收井基坑圍護(hù)形式采用φ850@600SMW 工法樁密插，結(jié)構(gòu)長度為4.4 m、寬度為12 m。頂管到達(dá)地基加固采用2 排φ850@600 三軸攪拌樁。工法樁與地基加固攪拌樁之間采用高壓旋噴樁加固止水[1]。

2 土中進(jìn)洞施工技術(shù)

2.1 頂管進(jìn)洞施工風(fēng)險及對策分析

2.1.1 進(jìn)洞風(fēng)險分析

1）頂管機(jī)進(jìn)洞地層位于②1d3-4、②2b4 以及②2d3-4 土層。其中②1d3-4 及②2d3-4 土層滲透系數(shù)為3.0×10-3，含有一定的承壓。一旦出現(xiàn)滲漏，通道就會出現(xiàn)砂土快速流失現(xiàn)象，存在引起地面沉降甚至局部塌陷的風(fēng)險。

2）加固區(qū)厚度僅1.7 m（2 排攪拌樁加夾心旋噴）。頂管機(jī)刀盤鼻尖距SMW 工法樁0.4 m 時，暫停頂進(jìn)，開始拔型鋼。一旦拔型鋼過程中工法樁加固體出現(xiàn)裂縫，就會形成滲漏通道。此時無任何可堵漏的施工方法，只有快速頂進(jìn)，直至頂管機(jī)到達(dá)洞圈內(nèi)止水裝置起作用的位置。若型鋼一開始拔出時就出現(xiàn)滲漏，那將是災(zāi)害性的風(fēng)險。

3）因南側(cè)接收井緊臨地鐵十號線臨江站2 號出入口，考慮到需保證地鐵站的結(jié)構(gòu)安全，按設(shè)計文件要求不予設(shè)置降水管井。目前，加固體周邊無針對頂管進(jìn)洞而設(shè)置的降水井，如進(jìn)洞區(qū)域不能得到有效降水及控水，施工風(fēng)險系數(shù)必然加大。

4）目前接收井的長度不能滿足頂管機(jī)一次進(jìn)洞的要求，需分2 次進(jìn)洞。

2.1.2 頂管進(jìn)洞施工安全對策分析

1）土中進(jìn)洞工藝。采用土中進(jìn)洞工藝，需加長接收井長度。接收井設(shè)計長度為4.4 m，而頂管機(jī)刀盤到頂管機(jī)殼尾部的總長為4.65 m，無法完成頂管機(jī)一次進(jìn)洞。若要加長接收井長度，需提前將接收井與地鐵對接段底板、側(cè)墻結(jié)構(gòu)（地鐵預(yù)留墻體暫不破除貫通）先行施工完畢，方可達(dá)到一次進(jìn)洞要求。

2）輔助降水施工措施。降水對砂性地層降低水位、減小水頭壓力和施工風(fēng)險具有明顯的輔助效果。為此專門請專業(yè)降水單位，結(jié)合本工程實際工況，為頂管進(jìn)洞區(qū)域降水作專項設(shè)計。

CT掃描：采用16排螺旋CT掃描儀，設(shè)置參數(shù)：電壓：120 kV，電流：140～200 mA，層厚3～5 mm，間隔5 mm(美國 GE)，行常規(guī)軟組織窗和骨窗重建。

頂管底部埋深約為10 m，埋深11～17 m 處為厚約 6 m 的砂性土，埋深 17～19 m 處為厚約 2 m 的粉質(zhì)黏土夾粉土層。依據(jù)地質(zhì)勘察報告，②-4d3-4 粉質(zhì)黏土夾粉土層為微透水層，結(jié)合工作井施工期間降水情況，其隔水性相對可靠。本次擬布置的降水井的深度為16 m，基本不進(jìn)入②-4d3-4 粉質(zhì)黏土夾粉土層，主要為防止②-4d3-4 層下部厚度較大的②-4d1-2、②-5d1 粉砂、細(xì)砂層產(chǎn)生越流補(bǔ)給。

結(jié)合上述頂管穿越期間地下水風(fēng)險分析，本次頂管進(jìn)出洞輔助降水井主要布置于工作井與井外加固體角部和頂管即將進(jìn)入加固體區(qū)域。每側(cè)各布置降水井1 口，共布置4 口。為避免降水井施工于加固影響范圍內(nèi)或頂管穿越范圍內(nèi)，降水井與加固體邊線或頂管邊線預(yù)留1.5 m 的安全距離。另在通道斷面中間設(shè)置一口PVC 材質(zhì)的觀察井，用于降水凈水位觀測。

受限于降水井深度和互層土降水特性的影響，本工程降水井較難控制的地下水位于洞門底部1 m處。本次在各洞門區(qū)域布置4 口降水井，盡量降低頂管穿越期間含水層的水位。

根據(jù)專業(yè)降水單位的降水設(shè)計，布設(shè)4 口真空降水井后，地下水位明顯下降，水位降至地下7～8 m。但由于受地層特性及環(huán)境的影響，矩形頂管通道斷面水位還是不能整體降到通道底部。靠進(jìn)洞最中心區(qū)域的正常水位在地下7～8 m，通道中心區(qū)域為地下7 m，基本處于通道斷面的中上部，無法完全隔絕地下水。為此即使采取了輔助降水措施，頂管進(jìn)洞施工風(fēng)險既然存在。

2.2 土中進(jìn)洞施工技術(shù)

2.2.1 地面準(zhǔn)備

1）盡快找到回填土源，根據(jù)籌劃聯(lián)系好運進(jìn)場區(qū)回填的時間。同時現(xiàn)場準(zhǔn)備好回填所需的施工道路及場地，協(xié)調(diào)好回填土運輸路線和交通。

2）回灌水采用從降水井抽出的水。故在進(jìn)洞前應(yīng)檢查降水井情況，做好降水井抽水回填施工準(zhǔn)備。建設(shè)好地面排水溝渠，規(guī)劃好排水路線。

3）落實現(xiàn)場正常施工照明和應(yīng)急照明設(shè)施的布設(shè)。

2.2.2 接收井內(nèi)布置

待接收工作井長度增擴(kuò)后，割斷洞圈底部型鋼，安裝雙道鋼止水裝置（也可采用氣囊，沿洞圈一周，使用橡皮帶穿入止水鋼板預(yù)留焊燒孔內(nèi)，綁扎固定牢靠）。同時為防止頂管機(jī)進(jìn)入接收井內(nèi)時，由于回填土松軟，出現(xiàn)頂管機(jī)“磕頭”現(xiàn)象，在接收井內(nèi)布設(shè)混凝土接收底座，底座高度不超過洞圈底部10 cm。并在洞圈內(nèi)側(cè)端設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。

2.2.3 井內(nèi)回填

井內(nèi)準(zhǔn)備工作就緒后，進(jìn)行井內(nèi)土體回填?；靥罡叨葹槎慈σ陨?.5～2 m。接收井尺寸為6.3 m（長）×12 m（寬）×7.15 m（高），回填土方量約為 540 m3。

2.2.4 施工要點

1）考慮到臨邊為地鐵車站內(nèi)襯墻結(jié)構(gòu)，為減小接收井內(nèi)頂進(jìn)頂力，減少對正面車站內(nèi)襯的影響，回填土應(yīng)盡量采用淤泥土，避免采用砂性土。

2）在回填過程中，洞圈內(nèi)應(yīng)盡量密實，避免產(chǎn)生空洞，引起積水。

3）土體回填后，考慮到回填土的密實性，可適當(dāng)往井內(nèi)加注一定量的水，以起到一定的水夯密實作用。

4）回填土前，可考慮在井內(nèi)洞圈兩側(cè)設(shè)置簡易降水疏干井。一方面可以檢驗洞圈注漿效果，另一方面能夠疏干和降低回填土內(nèi)水份。

3 進(jìn)洞施工控制措施

3.1 進(jìn)洞過程控制

1）SMW 支護(hù)型鋼在井內(nèi)回填后，即可進(jìn)行拔除。型鋼拔除后其空隙應(yīng)及時用水泥漿進(jìn)行回填。若型鋼拔除過程中頂管已進(jìn)入地基加固區(qū)，則頂管機(jī)應(yīng)在SMW 工法樁前0.5 m 處暫停頂進(jìn)。

2）型鋼拔除、空隙回填后，頂管機(jī)按原設(shè)計頂進(jìn)里程頂進(jìn)到位。即管節(jié)距洞圈前端25 cm 時停止頂進(jìn)。進(jìn)行漿液置換和土體固化。若止水裝置采用氣囊，在頂管頂進(jìn)到位并開啟氣囊后，再進(jìn)行洞圈注漿。

3）待漿液置換、土體固化并養(yǎng)護(hù)3～5 d，在井內(nèi)預(yù)埋簡易降水井，對接收井內(nèi)進(jìn)行降水。待井內(nèi)水位降到一定程度后，停止降水，觀察井內(nèi)水位變化，以此判斷加固效果。若井內(nèi)水位始終保持一定的高水位，則說明洞圈效果不佳，需進(jìn)行注漿加固。

4）待判斷洞圈加固效果較好、漿液已固化后，進(jìn)行井內(nèi)回填土體清理。清理時應(yīng)開啟井內(nèi)外降水井，以降低井內(nèi)外水位差，減少洞圈封堵壓力。清理應(yīng)分層、逐層清理，每層清理高度盡量不超過2 m。清理到頂管斷面時，應(yīng)派專人觀察洞圈是否有滲漏情況及滲漏量的大小。

3.2 洞門封堵

開挖到位后，應(yīng)及時將頂管尾部與第一節(jié)管節(jié)分離。分離后及時用預(yù)制好的鋼板進(jìn)行焊接封堵。焊接必須采取滿焊的方式，并在焊接過程中監(jiān)控洞圈是否有滲漏情況。封堵完成后，再對洞圈進(jìn)行注漿加固。

采用氣囊作為止水裝置的，在鋼板將洞圈封堵后，卸掉氣囊內(nèi)的氣，再進(jìn)行洞圈注漿加固。

3.3 應(yīng)急措施

1）若進(jìn)洞時出現(xiàn)輕微滲漏，可采取加強(qiáng)壁后注漿和壓注聚氨酯的方法進(jìn)行封堵。

2）頂管機(jī)本體暴露后出現(xiàn)洞圈滲漏時，可在采取上述第（1）條的方法進(jìn)行封堵的同時，盡快將頂管機(jī)尾部與第一節(jié)管節(jié)脫離，并及時用預(yù)制鋼板進(jìn)行洞圈封堵。待鋼板間洞圈與管節(jié)間空隙封堵后，再采取注漿的方法將建筑空隙充填密實并固化。

3）現(xiàn)場規(guī)劃一塊臨時堆放開挖土的場地，在接收機(jī)回填土開挖清理過程中，如果出現(xiàn)因滲水現(xiàn)象嚴(yán)重、井點降水效果不好而導(dǎo)致正面無法封堵的情況時，可利用開挖出來的土和降水井及時進(jìn)行抽水回灌，實現(xiàn)井內(nèi)水壓平衡。在采取其他方式進(jìn)行洞圈注漿堵漏后，再次開挖。

4 結(jié)語

頂管機(jī)進(jìn)出洞的風(fēng)險較大，而頂管施工重點主要在于前期的風(fēng)險分析、預(yù)控和應(yīng)急響應(yīng)措施的可行性。其中，降水是控制頂管作業(yè)成敗與否的關(guān)鍵所在。因此，根據(jù)不同的地質(zhì)條件，需制訂出針對性、安全可靠性較高的施工方案，并結(jié)合專業(yè)的施工經(jīng)驗與技術(shù)創(chuàng)新，對施工工藝和控制措施進(jìn)行優(yōu)化和改善。