長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖段施工技術(shù)研究

黃雷

摘要：為優(yōu)化矩形頂管穿越硬巖施工，以深圳市16號線共建管廊工程項目為例，開展長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖施工技術(shù)的研究。為確保工程的順利開展，應(yīng)根據(jù)項目特點做好頂管施工前設(shè)備選型、場地布設(shè)、觸變泥漿設(shè)計與測量點位布設(shè)等；在遇硬巖時，根據(jù)實際情況，及時調(diào)整施工工藝，以此來實現(xiàn)矩形頂管穿越硬巖段施工。通過實例應(yīng)用，指出矩形頂管在硬巖施工中存在的不足，為后續(xù)工程在此方面設(shè)計和施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：長距離；大斷面矩形頂管；硬巖凸起；方案優(yōu)化

0? ?引言

長距離大斷面矩形頂管施工技術(shù)作為一種先進的非開挖工程技術(shù)，廣泛應(yīng)用于城市地下管網(wǎng)建設(shè)、交通設(shè)施改造等工程項目中。施工中，其利用切削刀盤和液壓缸共同作用，將預(yù)制管節(jié)逐節(jié)頂入地層中，直到達到預(yù)定位置[1]。該技術(shù)具有工期短，精度高，對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)勢，尤其在穿越建構(gòu)筑物、既有線施工時，能夠解決傳統(tǒng)開挖方式難以解決的問題，有效提高工程的可靠性和安全性。

與傳統(tǒng)的開挖方式相比，矩形頂管施工技術(shù)在應(yīng)用中，對設(shè)備的要求較高，需要使用專用設(shè)備。矩形頂管在軟土和軟巖地層中技術(shù)較為成熟，在硬巖地層中，矩形頂管施工目前尚且存在困難，所以對于復(fù)雜的地質(zhì)條件，施工前需進行詳細的勘察和評估，以確保施工的安全性和可行性。為深化此項技術(shù)的應(yīng)用，本文以深圳市16號線共建管廊工程項目為例，開展長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖施工技術(shù)的研究。

1? ?工程概況

1.1? ?工程基本情況

昌盛路頂管區(qū)間位于深圳市16號線共建管廊坪山段，區(qū)間穿越未開發(fā)山林地塊，區(qū)間起訖里程KE0+000-KE0+214.232，全長214.232m，設(shè)始發(fā)井和接收井各1座[3]。頂管段全長183m，管節(jié)結(jié)構(gòu)采用矩形斷面，外尺寸7.7m×4.5m，壁厚700mm，結(jié)構(gòu)覆土厚度約為4～6m，頂進坡度為18‰。采用土壓平衡頂管機施工，區(qū)間頂進施工過程中，下穿廢棄廠房，上跨地鐵16號線盾構(gòu)區(qū)間隧道。

1.2? ?地質(zhì)狀況

根據(jù)地質(zhì)縱斷面圖及詳勘報告可知，頂管區(qū)間穿越地層主要為粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土素填土和砂質(zhì)粘性土，上部為素填土（填黏性土為主），下部為花崗巖。由于地塊條件限制，靠近接收端位置在詳勘階段勘測點位布設(shè)間距較大，詳勘報告中對該區(qū)域巖層分界線無準確界定。為明確巖層分界線，施工前對靠近接收端范圍重新進行了地質(zhì)補勘。補勘結(jié)果顯示，頂管接收井開挖范圍內(nèi)存在中、微風(fēng)化花崗巖，位于結(jié)構(gòu)底板以上高度2.1～7.2m。緊接接收井里程KE0+016.36～KE0+030.25，長約13.9m的頂管段，存在微風(fēng)化花崗巖凸起，實測巖石單軸抗壓強度30.5～58.8MPa，侵入頂管區(qū)間底板高度0～2.56m。

2? ?長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖段施工方案

根據(jù)地質(zhì)補勘結(jié)果可知，在接收端13.9m范圍內(nèi)存在硬巖凸起，頂管無法頂進，需調(diào)整設(shè)計方案。在綜合比選地面鉆孔碎巖、接收井開挖后水平鉆孔碎巖、變更明挖施工等方案后，最終決定將接收井向始發(fā)井方向調(diào)整擴大16m，將凸起硬巖調(diào)整至接收井范圍內(nèi)，減少16m頂管頂進長度，增加16m明挖長度?；诖?，設(shè)計施工技術(shù)如下。

2.1? ?頂管施工現(xiàn)場準備

在施工前，先做好頂管施工現(xiàn)場的布置，以便于后續(xù)頂管施工。頂管設(shè)備的運行需要動力，因此在現(xiàn)場電源接入點處安裝800kW及以上的變壓器，并與井上井下設(shè)備連接。及時對場地進行清理，合理布置監(jiān)控室、操作室、注漿泵、空壓機及管線位置，合理規(guī)劃管節(jié)存放及吊車行走站位[4]。

本工程采用300t履帶起重機，以進行管節(jié)、頂管機各部件的吊裝以及井下渣土提升。在工作井場地內(nèi)還需設(shè)置一個渣土坑，用來存放頂進渣土[5]。頂管機采用1臺土壓平衡頂管機，頂管結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計如下表1所示。

完成施工現(xiàn)場的準備工作后，在施工前，先將測量控制點布設(shè)在工作井四周及工作井中，以便在頂進過程中完成頂管機姿態(tài)測量以及周邊地表、建筑物沉降與位移監(jiān)測。

2.2? ?觸變泥漿配合比設(shè)計與頂進糾偏

2.2.1? ?觸變泥漿配合比設(shè)計

注漿是減小頂管阻力的最有效途徑之一，注漿液在管節(jié)外壁上形成一層泥漿潤滑層，可以減小頂管頂進過程中與地層的摩擦阻力，從而減小液壓缸頂進壓力，提升頂管施工效果[6]。在長距離頂管施工中，壓漿裝置的供漿量直接關(guān)系到頂管施工的質(zhì)量。依托工程一次頂進長度，安裝1～2臺注漿設(shè)備，用于觸變泥漿的施工，并在頂進過程中不間斷地進行補漿。遵循“同步注漿”、“先上后下”、“適時注漿”等原則。

頂進過程中，應(yīng)注意每一個推進區(qū)段是否均有注漿。為降低啟動壓力，在每次停止后重新啟動前都要對壁后進行補漿。有地下水時，漿液的注漿壓力要高于地下水水壓20～40kPa。同時，漿液的注漿壓力不宜太大，以免打穿地層，從而影響注漿效果[7]。觸變性泥漿的設(shè)計參數(shù)如表2所示。

在長距離的頂管施工中，頂管壁后的減阻潤滑是影響頂管施工的關(guān)鍵。本工程采用大斷面矩形頂管施工，地層變化復(fù)雜，施工距離長，采用單一的觸變性泥漿已不能滿足施工需要，觸變性泥漿的參數(shù)應(yīng)隨穿越地層的不同而實時調(diào)整。

2.2.2? ?頂進糾偏

在淤泥質(zhì)、粉質(zhì)土地段頂管施工中，易發(fā)生上抬現(xiàn)象。在粉砂、細砂、中砂、礫砂段等地層中，泥漿易漏失而產(chǎn)生沉陷。為排除相關(guān)因素對施工的影響，應(yīng)及時進行頂進糾偏，即通過使用全站儀等定位設(shè)備，結(jié)合地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)，進行實時位置、軸線監(jiān)測，以確保頂管能夠沿著設(shè)計軌道準確前進。

2.3? ?硬巖段明挖施工設(shè)計

當施工到硬巖（本工程接收端）時，提前進行明挖施工。在明挖施工過程中，需要密切關(guān)注地下水位變化，采取相應(yīng)的安全和技術(shù)措施，以確保工程的順利完成。硬巖段明挖施工步驟如下所示。

2.3.1? ?準備工作

在轉(zhuǎn)變?yōu)槊魍谑┕で?，需要進行一系列準備工作。其中包括清理擴大后接收井范圍內(nèi)地表雜物，施工場地硬化，進行場地布置，并準備好明挖施工所需各類機械設(shè)備、器具。

2.3.2? ?圍護結(jié)構(gòu)施工

根據(jù)變更設(shè)計圖紙確定明挖圍護結(jié)構(gòu)施工邊界，重新進行測量放樣，施作圍護結(jié)構(gòu)，對接收端洞門土體進行加固。接收井圍護結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁，接收洞門范圍將鉆孔灌注樁鋼筋更換為玻璃纖維筋，洞門土體加固采用高壓旋噴樁。

2.3.3? ?開挖及支護

使用適當?shù)耐诰驒C械，進行接收井范圍內(nèi)土石方開挖，同時根據(jù)開挖深度，及時施作混凝土支撐、鋼支撐和樁間網(wǎng)噴混凝土。根據(jù)實際情況，及時采取降排水措施，以確保挖掘過程的基坑的安全和穩(wěn)定。

2.3.4? ?施工臨時封底

在基坑開挖完成后，及時施工臨時結(jié)構(gòu)封底。

2.3.5? ?頂管接收

接收井開挖及臨時封底完成后，進行接收洞門破除，安裝洞門止水裝置和接收軌道。接收準備工作完成后，將頂管機繼續(xù)頂進至接收井內(nèi)，完成解體接收。

3? ?方案對比

完成工程變更設(shè)計后，對變更前后工程量進行統(tǒng)計對比，相關(guān)內(nèi)容如表3所示。

分析表3可知，變更明挖施工工藝后，為（轉(zhuǎn)下頁）（接上頁）確保結(jié)構(gòu)安全，在硬巖地層段設(shè)計方面仍做了全面且充分的考慮。例如，在鉆孔灌注樁（入巖）中，原設(shè)計工程量為180m，變更設(shè)計工程量為330m，用增大鉆孔灌注樁的數(shù)量，來確保基坑的穩(wěn)定性。類似地，在三管旋噴樁方面，原設(shè)計工程量為399.24m，而變更設(shè)計工程量為636.96m，未因硬巖地層而減少旋噴樁設(shè)計。

此外，冠梁、擋土墻和樁間網(wǎng)噴混凝土等工程項目均隨明挖施工長度的增加而作了相應(yīng)調(diào)整。設(shè)計變更前后工程量的變化，為后續(xù)工程在做此方面的優(yōu)化設(shè)計和工序安排提供了參考，方便類似工程在此方面做出更好的調(diào)整。

4? ?結(jié)束語

本文以深圳市16號線共建管廊工程項目為例，對長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖段施工技術(shù)展開了研究。在實際應(yīng)用中，需要注意設(shè)備的選擇和維護、材料的儲存和使用、現(xiàn)場勘察和評估等方面的問題。在未來的工程實踐中，建議進一步優(yōu)化該技術(shù)的施工流程并提高設(shè)備的通用性，以降低成本，提高市場競爭力。同時，應(yīng)加強技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)交流，為該技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供有力支持。

參考文獻

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