淺析城市地下軌道交通影響區域內的頂管施工

李新宇

一、工程概況及地質水文條件

1.工程概況

小西門泵站末端調蓄設施項目位于長沙市湘江東岸，為地下三層市政設施帶地下兩層建筑便民停車設施，地面為公共綠地、市政檢修孔洞、汽車坡道及出地面樓梯等。頂管工程貫穿湘江大道與泵站調蓄設施相連。頂管為DN2400鋼筋混凝土Ⅱ級管，長度約380米，埋深約8米，東北端馬路之隔為已運營的長沙地鐵2號線。

2.地質條件

場地四周地形、地物較復雜，周邊分布的地下管網也比較多。東、西、南、北各側地質情況為雜填土①、淤泥質粉質粘土②、砂質粉土③、橢圓礫④、粉質黏土⑤。

3.水文條件

從地質勘探報告得知，上層滯水和帶狀孔隙水是本項目主要地下水類型。上層滯水主要存在于上層雜填土的孔隙中，砂質粉土和橢圓礫中的孔隙中主要為帶狀孔隙水，本項目因距湘江河道很近，兩種地下水均對頂管施工產生較大影響。

二、頂管施工措施

根據本工程的實際情況，工程對地下軌道主要影響有工作井的開挖及頂進過程中對地層的持續性擾動。

1.實施全過程檢測

在臨近地下軌道的道路區域布置監測點，用于監測施工引起的地表環境變形；工作井及頂管范圍內布置監測點用于監測工作井變形及頂管周邊地表沉降是否控制在允許范圍內。當地下軌道周邊道路地表沉降變化速率達到3mm/d或累計值達到30mm將暫停施工，待查明原因進行處理。

2.地基加固

頂管作業區域為6～12m范圍內多為雜填土和淤泥質粉質粘土，在頂管施工影響范圍采取φ76@1500預先袖閥管注漿加固措施。加固范圍為排水管道周邊2～3m，加固采用兩排袖閥管注漿，注漿液為水泥水玻璃雙液漿，中間區域加固采用單液漿。

3.降水施工

在頂管工作井的一側設集水井，澆筑工作井底板時按規范要求設定坡度，由四周坡向集水井，頂管管道內流出的水及工作井內積水等匯入集水井后經安裝于集水井內的潛水泵排出工作井，為保證做業環境良好，工作井排出的水經沉淀池沉淀后排入市政管網。要有效控制降水高度，降水必須達到開挖面以下1m才能作業。

4.BIM技術

為保證盡量避免對地下軌道的影響，更為全面預判和掌握實際施工情況，本次頂管施工應用BIM模型開展技術交底。根據施工方案技術要求和現有的技術水平選擇有一定施工難度、具有代表意義的節點工程制作視頻并進行交底工作，包括工作井、接收井、推進方法、中繼間、測量監控等。同時通過BIM進行安全協同管理，接合“PDCA”工作方法，按照安全技術方案建立BIM模型，如圖1所示。頂進過程中所有安全問題均以BIM模型為基礎，施工過程中任何安全問題、安全定點巡視均通過手機端上傳云端，與模型關聯位置對應，保證施工質量。

圖1 BIM模型

三、頂管施工技術

1.地基加固

（1）本項目選用XY-1型鉆機施工，采用優質稀泥漿正循環鉆進，成孔深度達到設計要求、直徑為Φ110mm。

（2）下袖閥管

①鉆孔深度達到設計深度后，先用清水清洗鉆孔，在鉆孔清洗完成后馬上通過鉆桿泵將套殼料送到孔底，灌注套殼料自下而上進行，從孔口溢出的原漿液濃度符合要求后停止。

②依次將按注漿段配備且注入自來水的袖閥花管和實管下入鉆孔，直到孔底。

（3）澆注套殼料

用粘土和水泥配制成套殼料，粘土與水泥的配合比范圍為1∶0.3～1∶0.67，水灰比范圍為1∶1～1∶2，漿液的比重約為1.5，漿液的漏斗粘度24～26s；作業時套殼料的最佳配合比應通過現場及多組室內試驗獲得，其強度增長速率及凝固時長應滿足設計要求。

（4）固管止漿

①袖閥外花管內徑為48mm，袖閥管所鉆射漿孔尺寸為Φ6@300。對應花管每排孔眼套上長10cm、厚2mm的橡皮箍并固定。

②在距離孔口上部1m的孔段用注漿管壓入止漿固管料，直至孔口返出止濃漿為止。漿固管料的水灰比為0.45，凝劑宜用氯化鈣或水玻璃。

（5）待凝

待凝時間為在套殼料和花管安裝工序完成后2～10d，達到待凝時間方能灌漿。

（6）開環灌漿

①灌漿前期用稀漿或清水加壓開環，開環的壓力控制在0.35MPa。隨時觀察加壓情況，在加壓過程中如出現進漿量突增或者壓力突然下降，則說明已經開環，開環后即用配比滿足設計要求的漿液進行正式注漿。

②灌漿用雙栓塞心管自下而上分段施工，每排孔眼為一個灌漿段，漿料填充飽滿。

③注漿料水灰比宜為0.4～0.45，用425普通硅酸鹽水泥配制，注漿壓力控制在0.5～0.8MPa。

④在施工中如注漿壓力達到1～1.5Mpa，每分鐘注漿量＜25L，持續時間達到25min，則達到終止灌漿標準。

⑤每個孔注漿完成后，用直徑36mm、長約30～50mm的塑料軟管插入袖閥管的注漿孔內，用清水將其沖洗干凈，再進行下一個注漿孔注漿。注漿完成后按規范要求對檢查孔進行抽檢，當被抽檢的檢查孔全部合格后，用水泥漿封閉所有注漿孔，結束注漿并拆除設備。

2.頂管設備及布置

（1）千斤頂頂力的合力和頂進抗力在靠近管底30～40cm的軸線上，以確保管節按照預設的方向前進。為保證頂管施工的安全，頂鐵用鋼板焊接而成，鋼板厚度為20mm，頂鐵設U型鎖定卡。

（2）在管道與導軌接觸面設置圓角角鋼，導軌底座按設計要求澆筑鋼筋混凝土，導軌的縱向坡度與管道設計坡度一致。

（3）管道軸線與頂鐵軸線平等、對稱，頂鐵與軌道的接觸面不得污染，用緩沖材料襯墊在頂鐵和管口之間。

（4）油缸的總推力的取總推力、工作井最大承受頂力和管材軸向允許最大推力的最小值。

3.管道頂進

（1）管道軸線、高程應在安放第一節頂管時進行復核，核準無誤后才能開始進行管道頂進作業。

（2）在管道頂進時應勤頂少開挖，挖土的長度每次不得超過1m，挖土要自上而下分層開挖，遇到管道前端土質軟硬不均勻時，應少挖軟土，多挖硬土，防止管道管頭向下傾斜或向上仰起。派一名具有豐富施工經驗的專業施工人員持續觀察土層及其含水量狀況，一旦有異常情況及時撤出作業人員并馬上向上級報告，待相關工作人員查明情況并處理完成后，再繼續進行頂管施工。

（3）在管道頂入前對管身做好潤滑處理，必要時候應進行鉆孔注泥漿進行護壁以保持管身潤滑。

（4）頂管管內出土斗車安裝凹形鋼輪，兩端安裝拉環，將管內人工開挖土方裝至斗車，通過繩索將斗車沿軌道運至工作坑。

（5）管道頂進施工需持續作業，盡可能避免頂進施工而增加摩擦力，給后續頂進施工造成麻煩，管道沒頂到下一個檢查井不得停止作業。

四、結語

通過本次頂管工程施工，結合過程中收集的檢測數據等資料，總結出以下經驗：頂管地基加固時先進行注漿封邊施工，確保漿液不會向加固范圍以外擴散，且加強頂管施工過程的觀察、周圍地表位移及變形進行觀測，將位移及變形有效的控制在標準和規范的允許范圍內，并將其注漿孔口周圍進行封閉，防止漿液外竄。采用“間隔跳打”的方式注漿，即根據灌漿量大小及冒漿情況采用梅花型布置的注漿點隔一打一或隔二打一進行注漿。注漿的控制以注漿量為主，注漿壓力為輔。