淺析矩形頂管施工技術(shù)在城市地鐵過街通道中的應用

孫寬 傅金海 劉帥

摘?要：頂管施工主要借助頂管機的超挖以及千斤頂?shù)耐屏?，從始發(fā)井將頂管頂出，穿過地層，到達接收井的一種施工方法。本文以徐州地區(qū)實際施工情況為背景，通過對頂管的施工特點、設備選型、端頭加固、始發(fā)接收等方面進行分析，得到一些寶貴經(jīng)驗，對后續(xù)工程具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：矩形頂管;過街通道;始發(fā)接收;糾偏

文章編號：2095-4085（2020）06-0108-03

隨著我國城市建設腳步的加快，對地下空間的規(guī)劃及建設要求的不斷提高，既要保證居民的正常出行，又要展示城市面貌的美觀。傳統(tǒng)的工法具有一定的局限性，而非開挖施工法憑借其小開挖、占地少、對周圍環(huán)境影響較小的特點應運而生，這種施工方法對加強城市地下管網(wǎng)的合理規(guī)范化和環(huán)境保護具有積極的作用[1-3]。

1?地理位置及周邊環(huán)境

文博園站位于昆侖大道與緯一路的交叉路口，沿昆侖大道方向布置，車站4號出入口過街通道采用頂管法施工。頂管通道周邊主要是市政道路和綠地，但地下管線較為復雜，影響該附屬施工的有橫穿4號出入口頂管接收井的電力管溝、中壓煤氣管;橫穿頂管始發(fā)井的電視、通信管;以及跨路口段的電力、給水、雨水管道等。

2?管節(jié)介紹

出入口過街通道設計為矩形頂管結(jié)構(gòu)，頂管從北向南推進，通道共設33節(jié)管節(jié)，總長為49.5m，覆土約為4.5m。

2.1?結(jié)構(gòu)尺寸

管節(jié)結(jié)構(gòu)凈空為6m×4m，管節(jié)厚為0.5m，單節(jié)長1.5m。

2.2?預埋注漿孔

在管節(jié)插口處預埋10個注漿鋼管，中部均布10個糾偏注漿鋼管，注漿鋼管中部及兩端分別設止水鋼板和內(nèi)螺紋，內(nèi)外側(cè)分別連接注漿系統(tǒng)、并安裝單向閥。

2.3?鋼環(huán)設置

承口設鋼套環(huán)，厚14mm、寬418mm，和混凝土搭接150mm，插口混凝土外沿與承口鋼套環(huán)內(nèi)壁凈間距15mm。設置2根φ6mm止水環(huán)在鋼套環(huán)和混凝土搭接處內(nèi)側(cè)，止水環(huán)間用單組份水膨脹密封SM膠滿涂。

插口體設厚10mm，寬30mm的鋼環(huán)2道，環(huán)間采用止水密封膠條。

承插口內(nèi)側(cè)各設1道鋼環(huán)，厚10mm、寬60mm，鋼環(huán)便于后期管節(jié)之間連接。

2.4?接口止水

接口設置“F”型承插口止水，采用2道遇水膨脹橡膠復合止水膠條和楔形氯丁橡膠。

3?工程水文地質(zhì)情況

本場地的地下水類型分別為潛水和承壓水。潛水水位埋深0.3～4.2m，主要賦存于雜填土1-1層及粉土2-5-3層。承壓水主要貯存于灰?guī)r裂隙中，承壓水為裂隙巖溶水，該層地下水水頭埋深7.00m。

4?頂管施工方案及工藝技術(shù)

4.1?矩形頂管工法的設備選型

根據(jù)地質(zhì)情況，本工程采用JD7000×5000土壓平衡矩形頂管機。它由刀盤、刀盤驅(qū)動、前殼體、后殼體、糾偏系統(tǒng)、頂進系統(tǒng)組成。頂管機布置了6個刀盤，刀盤上下前后錯開，刀盤背部設攪拌棒。

4.2?工作井端頭加固

工作井圍護結(jié)構(gòu)采用SMW樁，進洞加固區(qū)以及后背加固區(qū)采用φ800@650三重管旋噴樁和φ800@600三軸攪拌樁。

5?頂管施工

5.1?施工流程

頂管施工主要流程：工作井施工及預制管節(jié)→始發(fā)井內(nèi)的設備安裝→頂管機組裝→設備調(diào)試→始發(fā)掘進→正常掘進→接收掘進→設備拆除→施作洞門環(huán)梁→觸變泥漿置換。

5.1.1?掘進參數(shù)

矩形頂管施工主要掘進參數(shù)包括土倉控制壓力、土倉改良漿液注入量、螺旋機出土速度、刀盤轉(zhuǎn)速及扭矩、推進速度、推進油缸推力等。

5.1.2?土倉控制壓力

頂管頂進時地表土體呈現(xiàn)隆起→沉降→趨于穩(wěn)定的總體趨勢;刀盤掘進過后由于土體和頂管機機殼或管節(jié)之間由觸變泥漿填充，土體會出現(xiàn)適當沉降;隨著頂管機向前推進，管節(jié)與土體之間空隙減小，呈泥膜狀態(tài)管節(jié)頂部土體趨于穩(wěn)定。設定土倉控制壓力為100kPa～140kPa，掘進過程中根據(jù)量測數(shù)據(jù)調(diào)整控制壓力。

5.1.3?土倉改良漿液注入量

矩形頂管掘進時，通過預留注漿孔向掌子面和土倉注入膨潤土泥漿，達到封閉掌子面水流通道和改良渣土和易性的效果。根據(jù)現(xiàn)場刀盤扭矩和渣土干稀控制注入量，改良土體，增加渣土的流塑性和和易性。同時要和推進速度和土倉壓力聯(lián)系起來，不能因改良漿液注入量過多引起土倉壓力值過高引起地表隆起。

5.1.4?螺旋出土器出土速度

出渣量的控制在掘進過程中是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在土倉壓力降低后會及時補充至土倉，所以滿倉掘進尤為重要，控制出渣關(guān)鍵在于螺旋機和土壓的控制。根據(jù)現(xiàn)場渣土的干稀程度及時調(diào)整螺旋機轉(zhuǎn)速，保證土倉壓力始終處于一個恒定值，波動范圍控制在10kPa～20kPa以內(nèi)。

5.1.5?推力

頂管掘進總推力包括刀盤正面阻力和管節(jié)摩阻力兩部分，隨著掘進長度增加推力呈增大趨勢。

5.2?頂管頂進技術(shù)

5.2.1?地面沉降控制

頂管始發(fā)前，首先在洞口處安裝密封簾布，其作用一是防止預埋鋼環(huán)和頂管機機殼間隙處涌水涌砂;二是防止頂進過程中壓入的減阻泥漿從這里流失。為避免機頭“磕頭”，頂管機進入原狀土后，宜適當提高頂進速度，以此來減少對正面土體的擾動及出現(xiàn)地面沉降。因機殼與始發(fā)洞門預埋鋼環(huán)間存在間隙，頂管機頭始發(fā)時易引起水土流失現(xiàn)象，為了確保頂管機頭始發(fā)安全，必須采取相應的措施。

（1）頂管機前置刀盤至前殼體距離922mm，工法樁型鋼拔除前無法形成密封。因此必須保證始發(fā)端頭加固質(zhì)量，確保工法樁型鋼拔除后掌子面不發(fā)生坍塌。