大斷面矩形頂管復(fù)雜工況下斜交進(jìn)洞施工關(guān)鍵技術(shù)

陶濤

（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

1 概況

上海軌道交通10號(hào)線伊犁路站位于上海市長寧區(qū)虹橋路北側(cè)（古北路—伊犁路），為標(biāo)準(zhǔn)地下二層島式車站，已于2010年4月開通運(yùn)營。目前開通的1號(hào)和4號(hào)共兩座出入口均位于虹橋路北側(cè)，隨著周邊商業(yè)的發(fā)展，人流進(jìn)出站體日漸擁擠，因此需要建設(shè)橫穿虹橋路的3號(hào)出入口地下過街通道。

3號(hào)出入口地下過街通道建設(shè)采用內(nèi)徑3.3m×6 m大斷面矩形頂管機(jī)（見圖1）施工。通道北側(cè)接通已建古北財(cái)富中心地下一層下沉式廣場，南側(cè)接通已建10號(hào)線伊犁路站站廳層，由于兩已建結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)施布置已完成，因此平面上始發(fā)井和接收井的位置均不能變動(dòng)，矩形頂管需要在兩工作井之間、與虹橋路呈38°大角度頂進(jìn)。

圖1 3.3 m×6 m矩形頂管機(jī)示意圖

矩形頂管頂進(jìn)期間需要穿越眾多沿虹橋路東西走向的市政管線，其中尤以緊靠接收井外側(cè)的110 kV電力箱涵保護(hù)難度最高；該管線為上海軌交3、4號(hào)線供電電纜，需要制定特殊的保護(hù)設(shè)計(jì)方案及精心施工，同時(shí)確保整個(gè)施工過程累計(jì)沉降不大于±10 mm。

同時(shí)由于上述電力電纜箱涵采取原位保護(hù)，接收井僅能設(shè)置在其與已建車站地墻之間3.5～4.5 m的狹小空間內(nèi)。本工程采用頂管機(jī)頭外形尺寸為4.2 m×6.9 m×4.5 m，因此工況不滿足常規(guī)進(jìn)洞條件要求。進(jìn)洞施工平面位置如圖2所示。

圖2 進(jìn)洞施工平面圖

2 矩形頂管進(jìn)洞方案比選及確定

矩形頂管進(jìn)洞方案需結(jié)合本工程特有的工況條件，著重解決以下難題：

（1）收井凈空不滿足機(jī)頭吊出要求，需要考慮機(jī)頭在接收井內(nèi)原位拆解；

（2）機(jī)頭拆解過程中，需要采取措施防止坑外水土沿機(jī)頭與洞圈之間間隙涌入接收井，機(jī)頭東側(cè)與接收井之間尚有2.2 m空擋，為方案考慮重點(diǎn)部位；

（3）由于38°大角度斜交進(jìn)洞，必然有部分機(jī)頭殼體留置在土體內(nèi)作為永久結(jié)構(gòu)，同時(shí)井接頭需要做特殊處理；

結(jié)合以上工程實(shí)際難點(diǎn)，主要有兩種進(jìn)洞方案。

一是機(jī)頭西側(cè)靠足車站地下連續(xù)墻之后，不再繼續(xù)推進(jìn)，井內(nèi)切割掉西側(cè)突出部分，東側(cè)的缺口部分需要在接收井內(nèi)向基坑外采用暗挖法施做，分上、東、下三個(gè)工作面分別焊接鋼板與機(jī)頭和井內(nèi)鋼洞圈連接，補(bǔ)齊缺口，完成進(jìn)洞及隧道的貫通，即“一次進(jìn)洞法”。一次進(jìn)洞施工流程如圖3所示。

圖3 一次進(jìn)洞施工流程圖

二是機(jī)頭西側(cè)靠足車站地下連續(xù)墻之后，井內(nèi)切割西側(cè)突出部分，形成空間后二次頂進(jìn)，把西側(cè)切割后的平口再次推進(jìn)至靠足車站地墻，東側(cè)可與接收井鋼洞圈封閉，最后切割二次推進(jìn)后進(jìn)入井內(nèi)的部分，完成進(jìn)洞及隧道的貫通，即“二次進(jìn)洞法”。二次進(jìn)洞施工流程如圖4所示。

圖4 二次進(jìn)洞施工流程圖

兩種進(jìn)洞方案主要差別在于機(jī)頭西側(cè)頂進(jìn)至車站地墻后，東側(cè)缺口的處理問題。一次進(jìn)洞法采用暗挖的方式施工，在上海高水位的淤泥質(zhì)粘土中難度較大，需配合降水及加固等輔助措施，但坑外電力箱涵保護(hù)要求高，因此實(shí)施難度極大；二此進(jìn)洞法采用接收井內(nèi)切割部分機(jī)頭后進(jìn)行二次頂進(jìn)，后頂進(jìn)的殼體補(bǔ)齊東側(cè)缺口，工序較為繁瑣，處理周期長，但實(shí)施難度較小。經(jīng)過比選，決定采用二次進(jìn)洞法施工。

3 頂管二次進(jìn)洞方案實(shí)施

3.1 接收井內(nèi)填土

由于頂管在全斷面淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中頂進(jìn)，且坑外地下水位為地面以下約0.7 m，因此進(jìn)洞過程易出現(xiàn)向接收井內(nèi)的滲漏，對(duì)施工尤其是周邊管線的保護(hù)極為不利。為平衡坑外的水土壓力，進(jìn)洞前采用原狀土回填接收井，回填高度為頂管頂以上5 m。

3.2 拔除H型鋼

接收井圍護(hù)為SMW工法樁，頂管頂進(jìn)至接收井圍護(hù)外約0.5 m時(shí)暫停，等待H型鋼的拔除。H型鋼拔除按由一邊向另一邊一次拔除的原則進(jìn)行。起拔時(shí)，起重吊裝人員應(yīng)默契配合，保證H型鋼迅速、安全拔出。拔除后，在型鋼形成的空隙內(nèi)填注水泥漿。

3.3 機(jī)頭（西側(cè)）頂進(jìn)至靠足車站地墻

為增加頂進(jìn)距離，需要在車站地墻進(jìn)行局部開槽鑿除。鑿除范圍為5 m寬，50 cm厚，鑿除高度為接收井基坑底板至底板以上約6.5 m。機(jī)頭頂進(jìn)至回填土后的接收井內(nèi)，一直到西側(cè)部分靠足，如圖5所示。

期間保持機(jī)頭螺旋機(jī)正常出土，保持前方土壓，同時(shí)密切觀察接收井內(nèi)的土體變化，以反饋操作人員，主要目的在于均勻靠足地墻，避免壓力過大引起車站結(jié)構(gòu)變形。

3.4 注漿封閉土體

由于井內(nèi)切割機(jī)頭較為繁瑣，因此需要預(yù)先將機(jī)頭與土體之間的間隙進(jìn)行注漿封閉。注漿液體為水泥加水玻璃雙液漿，注漿孔為機(jī)頭內(nèi)預(yù)留，保證全斷面封閉坑外土體，為切割作業(yè)提供理想操作空間，保持坑外土體穩(wěn)定和電力箱涵安全。

注漿壓力控制在0.10～0.15 MPa，以封閉、填充土體為主；壓漿后需要觀察壓漿效果，坑內(nèi)土體挖除時(shí)進(jìn)行檢查和補(bǔ)缺。

3.5 接收井坑內(nèi)土體挖除

圖5 第一次頂進(jìn)到位（切割前）

注漿完成后48h后，進(jìn)行坑內(nèi)土體的挖除。由于坑內(nèi)空間狹小，需要采取地面長臂挖機(jī)和井下人工清除的方式，挖到坑內(nèi)機(jī)頭全部暴露。期間隨挖土面下降檢查上階段注漿效果，必要時(shí)采用快速水泥加鋼板焊接封堵，允許少量向坑內(nèi)的滲水，嚴(yán)禁漏泥漏沙。極端情況下采用油溶性聚氨酯封堵。

3.6 切割西側(cè)部分機(jī)頭

切割前，在機(jī)頭內(nèi)部拆除螺旋機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、糾偏油缸等內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過始發(fā)井一側(cè)吊出地面，只剩殼體部分保留。切割為內(nèi)外同步進(jìn)行，沿預(yù)先設(shè)置好的切割線逐步割除，期間需要同步切割機(jī)頭內(nèi)部筋板，工程量較大；考慮到機(jī)頭僅一側(cè)進(jìn)入接收井，仍存在較大風(fēng)險(xiǎn)。切割后平面與剖面位置如圖6所示。

3.7 胸板補(bǔ)焊

本工程采用的機(jī)頭為封閉式土壓平衡設(shè)備，土壓倉后部的胸板擋住開挖面水土。切割機(jī)頭西側(cè)導(dǎo)致部分胸板被割穿，因此在二次頂進(jìn)前需要將胸板的缺口補(bǔ)齊，材料采用20 mm厚鋼板，沿胸板的切割線進(jìn)行修補(bǔ)，保證焊接質(zhì)量。

3.8 坑內(nèi)二次填土

二次頂進(jìn)前需要坑內(nèi)二次填土至頂管頂以上3 m。由于頂進(jìn)時(shí)機(jī)頭向前運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致前階段的注漿封閉破壞，坑外水土將沿機(jī)頭殼體與土體間縫隙涌入接收井，因次提前進(jìn)行二次填土平衡接收井內(nèi)外水土壓力，保證坑外土體穩(wěn)定及周邊管線安全。

圖6 第一次頂進(jìn)到位（切割后）

3.9 機(jī)頭二次頂進(jìn)

在二次填土完成后，進(jìn)行二次頂進(jìn)，將切割后的機(jī)頭西側(cè)頂進(jìn)至靠足地墻，此時(shí)機(jī)頭東側(cè)殼體將進(jìn)入接收井預(yù)埋的鋼洞圈，形成東側(cè)的封閉，如圖7所示。頂進(jìn)時(shí)的措施同第一次填土。

圖7 第二次頂進(jìn)到位（切割前）

3.10 二次注漿封閉

機(jī)頭需要二次切割，同樣切割前需輔助二次注漿封閉措施，要求同第一次注漿封閉。

3.11 坑內(nèi)土體挖除，機(jī)頭切割到位

注漿封閉達(dá)到強(qiáng)度后，二次挖除坑內(nèi)土體，切割機(jī)頭至接收井內(nèi)壁平，形成最終結(jié)構(gòu)，如圖8所示。

圖8 第二次頂進(jìn)到位（切割后）

3.12 施做井接頭，完成隧道貫通

由于進(jìn)洞時(shí)西側(cè)為鋼筋混凝土管節(jié)，東側(cè)為機(jī)頭殼體，因此需要先將東側(cè)殼體內(nèi)現(xiàn)澆200 mm厚自密實(shí)混凝土，最終井內(nèi)設(shè)置圈梁將管節(jié)、殼體和接收井整體拉結(jié)，形成整體。

4 周邊環(huán)境影響

二次進(jìn)洞法施工周期長，工序復(fù)雜繁瑣，對(duì)周邊土體形成二次擾動(dòng)。本工程周邊環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)為110 kV電力電纜箱涵，在特殊的進(jìn)洞加固和整體懸吊等措施的聯(lián)合作用下，采用二次進(jìn)洞法施工整個(gè)過程箱涵累計(jì)沉降為-7 mm，施工效果良好，達(dá)到了保護(hù)管線的目的。

5 結(jié)語

大斷面矩形頂管法作為城市繁華街區(qū)施工地下通道的一種特殊的工法，正得到越來越廣泛的應(yīng)用，工法的推廣也面臨著周邊建筑、管線等既有結(jié)構(gòu)通常較為復(fù)雜，保護(hù)要求高等不利因素。矩形頂管設(shè)備截面大，操作空間小，在一些特定的工況條件下實(shí)施難度頗高。筆者曾參與20余座大斷面矩形頂管通道的施工，本工程進(jìn)洞方案的實(shí)施無論是在施工難度上還是在施工精細(xì)化要求上，都較為完備，對(duì)周邊主要管線的保護(hù)效果良好。希望本文對(duì)類似工程的研究有所裨益。