淺談矩形頂管機(jī)棄殼接收施工技術(shù)應(yīng)用

葉勝

廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司（廣東華頂工程技術(shù)有限公司） 廣東 廣州 510700

引言

隨著矩形頂管施工技術(shù)的日益成熟，在繁華城市地下隧道工程中，有時(shí)會(huì)因施工場(chǎng)地狹窄而無(wú)法進(jìn)行常規(guī)頂管接收，須采用無(wú)損棄殼方式，以有效解決頂管機(jī)不具備接收井接收的施工難題。但由于矩形頂管機(jī)棄殼接收過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)機(jī)殼接縫防水處理難、澆筑施工效率低等問(wèn)題，使頂管棄殼接收技術(shù)仍存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。為此，有必要對(duì)矩形頂管機(jī)棄殼接收施工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行深入研究，以確保地下隧道順利貫通。

1 工程概況

圖1 人行隧道工程平面圖

本工程為珠三角城際新塘經(jīng)白云機(jī)場(chǎng)至廣州北站項(xiàng)目中白云機(jī)場(chǎng)交通疏解配套工程的T1航站樓D出入口過(guò)街人行隧道工程，用于連接P2停車場(chǎng)與T1航站樓（如圖1所示）。該人行隧道原設(shè)計(jì)采用暗挖礦山法施工，后經(jīng)實(shí)地調(diào)查存在管線遷改變動(dòng)較大問(wèn)題，最終變更為矩形頂管法施工。D出入口人行隧道由西向東頂進(jìn)，下穿機(jī)場(chǎng)大道東，頂管隧道長(zhǎng)43.22m，管節(jié)外包尺寸7m×5m，壁厚500mm。頂管覆土厚約5.6m；頂管施工地層主要為粉質(zhì)黏土、中砂；水文地質(zhì)顯示，地下水豐富，地下水位標(biāo)高約為8.0m，位于頂管管頂以下1m左右。

本工程接收井受T1航站樓站場(chǎng)地占地及管線遷改的影響，導(dǎo)致頂管接收井無(wú)法采用常規(guī)接收井接收做法，只能采用頂管頂進(jìn)至頂管機(jī)碰壁P2停車場(chǎng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)后，鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在洞內(nèi)對(duì)頂管機(jī)拆解進(jìn)行“棄殼”（含殼體、內(nèi)支撐、隔板、糾偏節(jié)、齒輪箱等）接收。“棄殼”段后期現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌，人防段設(shè)置于頂管隧道現(xiàn)澆段。不過(guò)，“棄殼”接收施工，不單需要考慮頂管機(jī)解體后殼體是否可以承受周圍土體壓力的問(wèn)題，還需要考慮頂管機(jī)與已建停車場(chǎng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間土體加固止水、開(kāi)挖、結(jié)構(gòu)連接等問(wèn)題[1]。

2 頂管機(jī)接收的止水加固

2.1 加固方式

本工程由于采用棄殼接收，必須做好接收加固處理，防止發(fā)生水滲漏而導(dǎo)致地面坍塌。根據(jù)施工段地質(zhì)條件，本次頂管接收加固采用豎向引孔+MJS加固方式，確保加固質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。加固高度、寬度外包頂管3m，縱向長(zhǎng)度3m；利用既有場(chǎng)地、減少占用機(jī)場(chǎng)東路，頂管通道接收端布置22根MJS垂直樁，單樁深度13.9m，其中地面以下2.42m為空樁非加固區(qū)域；樁徑均為2m，樁體角度360°，咬合0.5m。在MJS加固前須采用測(cè)量?jī)x放點(diǎn)定出樁心位置，確保樁位精度準(zhǔn)確無(wú)誤；加固時(shí)除了嚴(yán)格遵循MJS工法成樁參數(shù)設(shè)定和施工工藝外，還要注意引孔+MJS加固施工的有效結(jié)合。

2.1.1 引孔作業(yè)需與MJS實(shí)樁噴漿錯(cuò)開(kāi)施工，避免受成樁噴漿影響，造成孔口翻漿或塌孔。

2.1.2 引孔施工不能完成引孔個(gè)數(shù)過(guò)多，容易發(fā)生塌孔與受成樁影響，發(fā)生孔口翻漿現(xiàn)象。

2.1.3 引孔作業(yè)，需與MJS施工相隔一段距離，避免發(fā)生翻漿。

2.1.4 應(yīng)對(duì)引孔作業(yè)時(shí)，遇復(fù)雜地層無(wú)法鉆進(jìn)或地下有空洞，采取灌注水泥漿液（有必須時(shí)添加水玻璃）改良地基，使其具備引孔施工條件。

2.1.5 引孔過(guò)程若遇不明地下障礙物，需及時(shí)告知現(xiàn)場(chǎng)管理人員并做好標(biāo)識(shí)，同時(shí)記錄好施工得知的地層情況。

2.2 加固時(shí)間

由于目前市場(chǎng)矩形頂管機(jī)只適用于軟土地層，對(duì)硬土層及較堅(jiān)硬的加固區(qū)存在一定施工難度的特點(diǎn)，因此在頂管接收加固時(shí)，加固既要保證加固可靠性又要保證加固區(qū)的強(qiáng)度不能過(guò)高。MJS加固強(qiáng)度在砂層地質(zhì)會(huì)隨著加固后的凝固時(shí)間而變化，過(guò)早過(guò)晚加固都會(huì)影響加固的質(zhì)量。根據(jù)我司矩形頂管施工經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)本次頂管始發(fā)到達(dá)棄殼接收區(qū)約20d，考慮到MJS加固強(qiáng)度在15-20d強(qiáng)度能達(dá)10-15Mpa以上，因此在頂管機(jī)始發(fā)前便開(kāi)始實(shí)施接受區(qū)加固處理[2]。

3 頂管機(jī)的棄殼接收

在頂管機(jī)開(kāi)始進(jìn)入加固區(qū)前，分批對(duì)MJS加固進(jìn)行抽芯試壓監(jiān)測(cè)，確保加固區(qū)的加固強(qiáng)度。頂管機(jī)進(jìn)入加固區(qū)時(shí)，頂管操作手需要放慢頂進(jìn)的速度和頂管機(jī)的電流，盡可能避免頂管因推力過(guò)大而影響加固的質(zhì)量和使頂管機(jī)按設(shè)想完全進(jìn)入加固區(qū)。

當(dāng)頂管機(jī)頂進(jìn)至設(shè)計(jì)位置（刀盤碰壁）后停機(jī)，利用頂管機(jī)和后續(xù)管節(jié)預(yù)埋的注漿孔對(duì)頂管機(jī)及管壁外壁進(jìn)行注雙液水泥漿。注漿順序先從頂管機(jī)逐步向后管節(jié)注漿，注漿距離必須超過(guò)加固區(qū)。機(jī)內(nèi)注漿加固如圖2所示。

圖2 注漿示意布置圖

在注漿達(dá)到凝期后，打開(kāi)注漿頂管機(jī)和管節(jié)檢查孔，同時(shí)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻（頂管機(jī)刀盤前方進(jìn)行）打水平探孔，檢查判斷頂管機(jī)及管節(jié)內(nèi)注漿止水效果。如果均無(wú)出現(xiàn)漏水流沙情況，初步判斷頂管機(jī)已經(jīng)安全接收，可以在頂管機(jī)內(nèi)打開(kāi)頂管機(jī)泥水倉(cāng)進(jìn)入頂管機(jī)泥水倉(cāng)檢查，并開(kāi)始鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻，實(shí)現(xiàn)頂管機(jī)順利接收[3]。

4 頂管機(jī)的設(shè)備拆除

頂管機(jī)順利接收后，可進(jìn)行頂管機(jī)工具頭內(nèi)部動(dòng)力部件拆解回收工作。拆解回收的原則是在確保安全穩(wěn)固的前提下，盡可能保護(hù)各部件的完好性和回收性。

4.1 頂管機(jī)拆解前的準(zhǔn)備工作

首先在通道內(nèi)布設(shè)照明及通風(fēng)系統(tǒng)，保證棄殼拆解具有良好的工作環(huán)境；然后利用水泵抽排頂管工具頭內(nèi)部的積水；其次由于頂管工具頭底部凹凸不平，不利于拆解人員作業(yè)，需鋪拆解工作平臺(tái)；確保隧道內(nèi)人員的安全。

4.2 頂管機(jī)拆解的順序及要點(diǎn)

所有配件的拆解需要利用叉車輔助配合在隧道內(nèi)運(yùn)輸至頂管始發(fā)井吊出；頂管機(jī)部件拆解順序如下。

4.2.1 拆除電控系統(tǒng)，兩側(cè)電箱及與其相連的電纜。

4.2.2 拆除泥漿循環(huán)系統(tǒng)，拆除進(jìn)排漿管上的壓力閥、工作閥、排漿管至安全閥前位置。

4.2.3 拆除動(dòng)力系統(tǒng)，自下而上拆除電動(dòng)機(jī)、行星減速器、行星減速器支座。

4.2.4 拆解液壓系統(tǒng)，由前往后拆解糾偏液壓站、潤(rùn)滑油脂泵、糾偏千斤頂。

4.2.5 待暗挖段上方土體置換完成且混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后，打開(kāi)倉(cāng)門，人工清除刀盤與端面板之間及刀盤周邊泥土。

4.2.6 拆解刀盤系統(tǒng)。拆除刀尖和內(nèi)部鎖母，然后在頂管的正前方架設(shè)“人字”龍門架，并在外殼中心位置與龍門架上焊接兩條#45工字鋼，作為橫梁，在橫梁上用10T手拉葫蘆懸掛刀盤，在刀盤的前方（橫梁的上方）懸掛5T手拉葫蘆，將刀盤往前拉，同時(shí)用千斤頂在刀盤后將中心刀盤往前頂，最終拆除中心刀盤并放置頂管機(jī)前端；同理對(duì)頂管機(jī)兩側(cè)邊刀盤進(jìn)行拆解回收。

4.2.7 中心齒輪箱拆解。松開(kāi)中心齒輪箱與中隔板螺栓；在橫梁前后掛分別個(gè)掛一個(gè)10T葫蘆，和頂管機(jī)內(nèi)部和頂管殼體中心前方分別掛一個(gè)5T葫蘆，與拆除中心刀盤方法將整個(gè)中心齒輪箱往頂管機(jī)前方慢慢移出，并放置地面上。拆除后的中心齒輪箱（重量約13T）。

4.2.8 頂管機(jī)的內(nèi)凈空拆除。最后割除頂管前段支撐立柱和其他多余的筋板，

4.2.9 部件的運(yùn)輸。利用叉車對(duì)各部件進(jìn)行先拆先運(yùn)、邊拆邊運(yùn)，將頂管機(jī)各大部件運(yùn)輸移置工作井中并吊裝出井。

5 殼體內(nèi)襯現(xiàn)澆混凝土

頂管機(jī)所有部件拆除完成后，將頂管機(jī)外殼（含前矩形體、后矩形體、側(cè)翼板糾偏裝置）留置在隧道內(nèi)，在頂管機(jī)外殼內(nèi)部鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)并支模與工具頭尾部管節(jié)水平，對(duì)“棄殼”段現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌。內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工工藝注意事項(xiàng)：

先綁扎頂板鋼筋，結(jié)構(gòu)鋼筋通過(guò)鋼筋與機(jī)殼頂板鋼板及肋板焊接連接。

頂板鋼筋完成后，安裝頂板模板。由于頂板混凝土澆筑時(shí)無(wú)法直接對(duì)混凝土進(jìn)行振搗，故頂板模板以鋼模為主，振搗器緊貼鋼模震動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的間接振搗。

由于機(jī)殼上縱橫均分布有加強(qiáng)肋板，切割后肋板仍剩余50mm高度，縱橫肋板將頂板頂面劃分成多個(gè)封閉的網(wǎng)格，各封閉網(wǎng)格內(nèi)混凝土可能無(wú)法灌注密實(shí)。為解決這一問(wèn)題，在每一個(gè)封閉網(wǎng)格范圍內(nèi)至少預(yù)埋1根?25的PE注漿管，當(dāng)頂板砼澆筑完成后，通過(guò)預(yù)埋的注漿管對(duì)頂管與機(jī)殼進(jìn)行壓漿。

最后在澆筑的棄殼段設(shè)置人防段，最終實(shí)現(xiàn)頂管隧道的完全貫通。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上的矩形頂管機(jī)在人行隧道施工棄殼接收實(shí)例中，研究、歸納總結(jié)出一套適用于大截面矩形頂管棄殼法接收的施工工藝，有效解決了工程項(xiàng)目因征地借地困難或地面空間不具備制作接收井，或施工場(chǎng)地管錢遷改耽誤工期等頂管機(jī)無(wú)法正常接收難題。實(shí)踐證明，該工藝對(duì)當(dāng)前已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的地鐵車站因各種原因預(yù)留或需新增出入口過(guò)街隧道特別適用，不僅可以直接連通運(yùn)營(yíng)的地鐵車站，還能為施工節(jié)省頂管接收井的工期與費(fèi)用，具有推動(dòng)城市建設(shè)快速、安全發(fā)展的重大意義，具有推廣應(yīng)用前景。