大斷面矩形頂管在地鐵出入口施工中的應用

李澤輝

（中鐵一局集團城市軌道交通工程有限公司，江蘇 無錫 214000）

1 項目介紹

1.1 工程概況

工程位于佛山市順德區美的大道與G105國道東北角，采用矩形頂管施工，矩形頂管埋深6~6.5 m，均下穿佛山市順德區G105國道，并與林頭站車站主體合體相接。

矩形頂管選用C50預制構件鋼筋混凝土管，構造尺寸為7 000 mm×5 000 mm，壁厚為500 mm，抗滲等級為P8。頂管構造均為預制構件矩形鋼筋混凝土管節，連接頭為F型承接式。

1.2 工程地質

頂管施工區域內主要的地層為素填土、淤泥質土及淤泥質粉細砂層。

本車站主體范圍內無地表水體，僅在車站西端發育有上涌河，上涌河橫穿西北側出入口。河涌寬15~18 m，水深1~3 m。地下水存在主要是第四系地層中的上層滯水和孔隙潛水，主要賦存海陸交互相的淤泥質粉細砂<2-2>、淤泥質中粗砂<2-3>及沖洪積粉細砂<3-1>、中粗砂<3-2>、礫砂<3-3>中，地下水排泄途徑主要是蒸發。

1.3 周邊環境

東北側為加氣站及居民住房，西北側為空地，西南側為美的大道，東南側為105國道。本項目頂管施工主要穿越105國道，對周邊構建物影響較小。

2 頂管始發與接收施工技術

2.1 頂管始發站工程施工

（1）頂管機拼裝取得成功后，對全部頂管機機器設備開展一次系統調節，并立即處理調節中產生的問題。在明確吊裝機器設備處在較好的運行狀態后，將設備頂端放進間距加固層約10 cm的孔圈里。

（2）發動機過墻頂進：洞門被突破后，應該馬上采用機頭上掉。由于正面是加強筋土，因此頂進速率要適度減慢，以維護刀片和數控刀片，使刀片和數控刀片能完全激光切割水泥土的矩形橫斷面。

（3）依據頂管機出孔設計標高，在受端底端安裝混泥土梁，將運行架設定到孔內，使頂管機在出孔環節不叩頭。與此同時，頂管機到位時，頭頂部可略微拉高50 mm，頂管機離孔時有增長的趨勢。調節后排座主打液壓千斤頂的協力，數據加密精確測量液壓千斤頂出洞時的誤差，一旦發覺叩頭馬上用液壓千斤頂改正誤差。

（4）頂管穿越重生加固區，頂進速率操縱在5~10 mm/min，頂管均速推動。

2.2 頂管接收工程施工

（1）接收前，仍需保證接收端加固符合規定，防止門戶網損壞，安裝門戶網密封性設備。

（2）在頂管機抵達接收范疇前，分配精確測量組對頂管機狀態開展進行復測，并依據進行復測調整狀態，保證頂管機安全撤出。

（3）頂管進到縱向鋼筋區的時候，仍應遲緩勻稱，頂進速率應調節在5~10 mm/min。

（4）頂管至設計方案部位后，用水泥砂漿對頂管機尾端的第一個三通接頭開展預壓工程施工。預壓進行后，可根據代管缸將管與機分離出來，并可將沙漿外流。

3 頂管掘進防坍塌控制技術

3.1 頂管施工全過程中，推力伴隨著現澆板長短的提高而持續提升。推動力尺寸可依據日本廢水科學研究會或上海市的工作經驗計算公式。

3.1.1 日本下水道研究會經驗公式：

P=S×qr+（R×F+W×f）×L

式中：P代表頂力（t）、S代表刃刀的外直徑（m）、qr是頂端通道摩擦阻力（t/m）、R為土壤層與管道中間的滑動摩擦力（t/m2），F-管道的外直徑（m），W為管道的企業凈重（t/m），F為管道自身的摩擦阻力，L為頂進長度（m）。其中一些測算見表1。

3.1.2 上海經驗公式：應用觸變水泥砂漿頂管施工力計算方法：P=(8~12) xF。

文件格式中：P是頂力（kN），F為管路外界面積 P=8 X5 X7X62.2=17416 KN ≈ E1741.6T。

3.1.3 頂力剖析：從表1可以看得出，頂端工程施工前最大推力提升得更快的首要因素是頂端在結構加固段內，同時通道減少，觸邊沙漿無法產生更強的泥蓋。10環以后，因為觸變性沙漿抵抗力降低功效，最大推力提升遲緩。具體塔推力轉變低于上海經驗公式，與日本下水道研究會經驗公式測算值基本一致。

3.2 最大速率操縱

工程項目頂管施工橫截面大。土很深，施工過程中要遲緩而快速地往前推動。始發站接收環節不可以太快，一般在5~10 mm/min，一切正常工程施工環節可以調節在10~15 mm/min。

3.3 前土倉壓力操縱

3.3.1 土倉壓力的估算和操縱

倉筒的土壓力值應與地質構造土壓力和自流水壓力均衡，土壓力按壓力基礎理論計算公式：P=krz。

3.3.2 控制土倉的壓力設定

管道頂端前側安裝有5個脈沖阻尼器壓力表，在其中上端有兩個壓力表，下邊有三個壓力表。依據地質環境和離心式狀況，土倉壓力大部分是上壓力表60 kPa，下壓力表80 kPa，壓力表讀值偏差的變化范疇在20 kPa之內。

4 觸變泥漿研制及施工技術

4.1 觸變泥漿配備

①配置觸變泥漿的具體原材料包含鈉基膨潤土、水、碳酸氫銨、Na2C03和CMC。②原材料的占比為：其中，膨潤土用于配制渣土改良漿液及觸變泥漿。膨潤土根據工程進度采購進場，現場在堆放池儲備一定庫存，膨潤土堆放池尺寸為2.5 m×6.0 m×1.2 m；③觸變泥漿性能參數。膨潤土98 kg/m3、粘土392 kg/m3、水812 kg/m3。漿液的注入量在15%~30%，本工程頂管穿越區域為淤泥質粉細砂，地質性質較差，漿液注入量按25%計算，則渣土改良漿液需求量約為：7×5×62.2×25%=544.25 m3。

4.2 觸變泥漿拌制

①應用水泥漿攪拌器的泥漿。純堿和CMC要提早融解，CMC可以一邊混和一邊加入，再加上膨潤土并混和一段時間，泥漿要完全混和。②加油泵應用專用型泵固定在始發站，攪拌完成后先引入儲氣庫，形成的漿體在儲氣瓶時要通過一定時間（24個小時以上），才可以根據專用型泵運往井內。

4.3 觸變泥漿灌漿工程施工

①灌漿方法應遵循“先壓后頂、按上級填補水泥漿”的標準，以同歩灌漿為主導，以水泥漿輔助。在一切正常的整個過程中，也要時常檢驗各推動段的漿液狀況。②灌漿機器設備和管路應具備靠譜、充裕的氣體壓力和保持良好的密閉特性。灌漿中安裝節流閥，使漿體管內的土不產生倒流，從而阻塞灌漿孔，危害灌漿實際效果。③在灌漿全過程中，應依據操縱減阻和路面形變的具體數據監測，立即調節灌漿總流量和灌漿工作壓力等技術主要參數。

5 頂管施工造土技術改良

依據地質勘查結果及施工工地的具體情況，頂管施工開掘段上方為質地砂，下半邊分成粗砂。通過全過程時要改進沉渣。依據方形頂端管路機械設備的設計方案特性，渣改原材料選用礦物質類膨潤土泥漿，并設定坐落于頂端管路機床主軸中間的給油孔，在土倉內注入膨潤土液。

①原材料占比為水∶膨潤土比例=4∶1，這類膨潤土漿速度更快，它具備低過慮和保持良好的滋養特點。②灌漿壓渣提升灌漿壓力0.2~0.4 MPa。灌漿全過程中密切關注壓力表，不超出土壤層的處于被動壓力。③注入量沙漿的注入量應在改進渣量的15% ~30%正中間。與此同時，依據轉動皮帶運輸機的進料狀況，務必將筒倉內的沙子拌和成可塑性、流通性和水不動性更強的品質情況，那樣才可以均衡筒倉內的壓力。

6 頂管拼裝技術與混凝土工藝

6.1 管節制作工藝

（1）管節模具制作。鋼架結構模具進場前，應依據關節凈重、模具重量和作業流程中的別的負載，保證模具在應用全過程中不容易形變。尤其是長邊不易形成凹痕，模具測試是滾動軸承內部結構、外部的凈尺寸、滾動軸承內部結構、外界總寬凈規格、電源插座、內存插槽內部結構等。模胚的市場定位和平面度立即危害管段的成形品質，底端模具的部位是確保管段尾端平面度的根本性要素。底座模具安裝完成后，應最少應用8點精確測量高度，設計標高差由模具操縱，調節后電焊焊接才能夠固定，以確保底座水準。

模具的安裝次序：基座模具部位固定支撐點視角模具，內部結構模具將全部鋼筋骨架懸架在鋼模板，上零件部位外界模具部位，調節里外模板規格，凝結防護層，查驗模具安裝查驗。

（2）鋼套環，鋼筋骨架，配件模具部位。基座模具，內部結構模具部位滾動軸承插進鋼環口槽鋼前框架總體提高模具滾動軸承插進鋼環錨電焊焊接及灌漿孔。調節孔預件精準定位頁面安裝止水帶模板精準定位固定不動查驗提前防止意外的產生。每一次拆模具都需要清除整潔，勻稱擦抹清潔劑。電源插座固定環、預備處理灌漿孔和吊裝孔應緊靠模板與結構加固籠電焊焊接，以避免制作過程中產生偏移。預埋件在承插連接的流水在澆筑混凝土前安裝，混凝土澆筑前要保證流水表層不干躁脹大。鋼筋骨架進到模具前，防護層墊應穩定在外環線梁主筋上，維護精確測量墊設定間距為每米1個，鋼筋骨架在安裝時要由專用型吊裝工具吊裝。保證成形鋼筋骨架的一致性。

（3）管節混凝土澆搗。①混凝土為自拌混凝土，選用門式起重機吊入模。②管接頭混凝土選用豎直（承插）震動成形技術性?；炷翝仓r，可依據管節相對高度方位分三層遍布。第一層布好后，插式震動器務必插進到離底端10 cm以內的地區。震動器豎向插點間隔不能超過30 cm（應用70震動器），宜交叉式振搗密實度。振搗第二層和第三層混凝土時，振搗棒務必刺進下一層表面，使前后雙層融合。③振搗時，防止撞擊建筑鋼筋。鋼筋聚集的位置，如埋件、鋼模板等，一定要多振搗，減少近點間隔，防止漏振和不密實度。④為確保混凝土的振搗品質，盡可能操縱混凝土的粘結力和塌落度。坍落度一般調節在110~130 mm范疇內，振搗后的管接頭上內孔應夯實打磨拋光，收面頻次不少于3遍。內孔應光潔整平。

（4）管路連接頭混凝土保養?；炷琳駬v密實度后，管路應立即遮蓋塑料膜，隨后在模具罩殼上加蓋密閉式白帆布罩，用蒸汽發生器加溫開展蒸氣保養。

（5）脫離?；炷林评浜螅瑢⑼换炷猎噳K送往試驗室開展水壓試驗。抗壓強度做到設計抗壓強度級別的85%后，就可以脫模吊裝。脫模時，管接頭溫度與工作溫度之差不能超過10 ℃，防止溫度差縫隙。脫模次序：最先開啟里外模的相接處，使里外模與管接頭徹底分離出來，將外模挪到安全性部位，用雙重螺釘折疊式芯模，輕輕地將管接頭吊走。脫模時禁止捶擊、敲打等野蠻實際操作。脫模后，立即將管接頭里外表面和邊緣清除整潔。務必清除模具和混凝土中間的接觸面積。

6.2 頂管拼裝

①管段距離為1.5 m，液壓千斤頂行程安排最多為3.3 m，假如頂端全過程達到管路下發規定，將終止斷電機構的管段吊裝工程施工。②為了避免插口收攏前管道倒退，請先安裝終止架。③吊裝前，專業技術解決防水施工狀況開展全方位查驗，達標后才可開展吊裝工作。吊裝前，務必有工程監理項目工程師審簽的吊裝安全操作規程。④方案設計中有吊裝用的預埋件孔。吊裝應用專用型吊裝專用工具，吊裝機器設備、鍍鋅鋼絲和扣鎖應拆裝和拼裝。使用提高專業工具來提高。經檢測均合乎建筑施工吊裝規定。⑤吊裝全過程中，下邊禁止逆向行駛，用繩索牽引帶。吊裝工作中由專職人員指引，遲緩開展，禁止大幅度升高和降低。⑥入井安裝前，在油氣田中溶解電纜線、自來水管、紙槳管等。⑦電纜線在井中安裝了聯接電源箱，有利于拆裝主電纜線。泥漿和上方部位設定高壓聯接塑料軟管，便于拆卸管道。⑧安裝部位架構。下卷要漸漸的貼近部位架構，不可以大幅晃動或撞擊。⑨進行矩形管道施工精準定位后，立即修補電纜線、自來水管，使用灌漿施工方法。

7 結語

總的來說，該管道的施工期比預期施工期提早25天，路面地表沉降最高值為8 mm，安全通道上方管道的較大沉降量為8 mm，地鐵出入口矩形管道的安裝品質均合乎工程驗收合格規定。