地下對接技術(shù)在長距離曲線頂管隧道中的應(yīng)用

(湖北省電力勘測設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430040)

1 頂管對接技術(shù)

頂管作為非開挖技術(shù)由于其各方面的優(yōu)勢目前在電力行業(yè)應(yīng)用越來越多。由于場地和地下構(gòu)筑物的限制，頂管往往需要一次頂進較長距離，并且為避讓障礙物頂管路徑呈現(xiàn)多向曲線，而長距離曲線頂管是頂管施工中的難題，施工時頂力大，頂進曲線精準度難以控制。

頂管對接技術(shù)是近些年來開始發(fā)展的技術(shù)，該技術(shù)通過對頂管掘進機改造、掘進軸線控制、對接區(qū)域加固和掘進設(shè)備的拆卸、內(nèi)襯混凝土澆筑等措施，對長距離曲線頂管進行分段施工，保證頂管隧道順利貫通。頂管對接的實現(xiàn)能有效減少頂管工作井對場地的占用，減少城市密集區(qū)管線搬遷量，減輕對交通和居民生活的影響。

2 玉帶門電纜隧道

舵落口變－玉帶門變220 kV輸電線路工程起點為舵落口變電站，終點為玉帶門變電站，線路全長約為11.59 km；頂管段約1.2 km，具體路徑為：在宗關(guān)變電站對面解放大道上設(shè)置1#工作井，在漢西一路輕軌站旁設(shè)置T10#工作井，頂管分別由1#工作井和T10#工作井沿解放大道向簡易路頂進，最終頂管在簡易路附近交匯形成頂管隧道，見圖1。頂管管節(jié)采用預(yù)制鋼筋混凝土管，為內(nèi)徑3 m的大直徑頂管。

圖1 頂管頂進路徑

由于解放大道沿線有輕軌相隨，同時建設(shè)大道處又有二環(huán)線橫穿，頂管路徑沿線都需要避讓輕軌橋墩及二環(huán)線橋墩，并保證與橋墩樁之間的安全距離，所以頂管路徑呈現(xiàn)復(fù)雜的曲線形式。

曲線頂管一次頂進長度不宜過長，設(shè)計時最初考慮在簡易路附近設(shè)置一個工作井用于接收頂管機。但是由于需要避讓沿線橋墩，簡易路路口井位位于機動車道，施工時需占用大面積機動車道來完成工作井施工及頂管機吊裝，這對沿線的交通會造成重大影響。考慮到對周圍交通的影響，經(jīng)過設(shè)計院與業(yè)主、施工單位多次討論，確定采用頂管對接技術(shù)解決這一問題。

3 頂管對接技術(shù)要點

3.1 對接施工工序

頂管對接施工工序見圖2。

圖2 頂管施工工序

其中有幾大關(guān)鍵工序，詳見下述。

3.2 對接區(qū)域的土體加固

本工程地屬于堆積平原區(qū)，其原始地貌單元為長江、漢江的Ⅰ級階地，屬軟土底層，沿線地下水主要有上層滯水和孔隙承壓水，地下水豐富。為了防止頂管對接地方機頭發(fā)生下沉、周圍土體滲水，對頂管對接區(qū)土體采用Φ650三重管高壓旋噴樁加固處理。采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.8，摻入量20%左右，加固土體無側(cè)限抗壓強度＞2.0 MPa，加固深度為管底以下2 m，管頂以上3 m，平面加固范圍4.0 m×7.25 m。對接區(qū)域土體加固平面、剖面圖見圖3、圖4。

圖3 土體加固平面

圖4 土體加固剖面

3.3 頂管掘進機改造

本工程頂管主要穿越粘土層、淤泥質(zhì)粘土和粉土夾粘性土，根據(jù)地質(zhì)條件、施工條件及本工程的施工特點，采用土壓平衡頂管機，并對頂管機進行雙向切口結(jié)構(gòu)改造，在頂管機外殼端部增加導(dǎo)向圈，一個導(dǎo)向圈設(shè)置在一個頂管機殼體外側(cè)，另外一個導(dǎo)向圈設(shè)置在另一個頂管機的內(nèi)側(cè)，形成40 mm的間隙，見圖5。其中導(dǎo)向外圈安裝于對接過程中靜止的掘進機上，導(dǎo)向內(nèi)圈安裝于對接時頂進的頂管機上。當兩臺頂管機相向推進且接近時，由于有了間隙和刃口的錐度，可以形成導(dǎo)向作用而自動對準。

圖5 導(dǎo)向圈工作原理及結(jié)構(gòu)圖

3.4 頂管對接施工測量及軸線控制

本工程頂管軸線受輕軌橋墩樁基限制，對接時頂管軸線為小半徑曲線對接，因此當兩個頂管掘進機刃口距離達30 m左右時，對兩個頂管掘進機的姿態(tài)和隧道中心線進行嚴密的測量和監(jiān)控，盡可能使兩個頂管掘進機軸線保持同軸；并隨時由頂管掘進機測量人員進行修正；測量與推進須同時配合進行，并控制對接位置；測量偏差控制在40 mm之內(nèi)；對接間距由對接偏差來確定，刃口連線與掘進機軸線的夾角不得大于15°。

3.5 頂管對接段連接施工

在第一個頂管機頭先行到達預(yù)定位置停止后，先對頂管周圍注水泥漿，并對此頂管機頭的中心坐標進行測量，確定頂管機頭的平面和高程位置，并對頂管機頭后方三節(jié)特殊管節(jié)用Ф25的鋼筋連接起來，防止機頭停的時間較長而發(fā)生沉降。再以此頂管機頭的中心坐標和高程為基準，另一段頂管以此基準進行糾偏。每天必須對先行到達的這段頂管進行軸線和高程測量，以確保頂管對接的精度。

后續(xù)到達的頂管最后5節(jié)管節(jié)頂進施工時，每節(jié)管節(jié)必須進行軸線和高程的測量，及時發(fā)現(xiàn)偏差并采取糾偏措施。

隨著兩個頂管掘進機之間的距離的縮短，在導(dǎo)向圈的作用下兩個頂管掘進機對準。

在對接距離確定和鎖定主推千斤頂?shù)那闆r下，先用4根Φ25鋼筋把兩個頂管機頭連接起來，防止注漿時壓力大而使頂管機頭發(fā)生位移。隨后對兩側(cè)土倉同時進行注水泥漿，注漿對稱進行。機頭注漿的作用是防止機頭和加固土體之間的縫隙滲水，同時防止由于旋噴樁地基加固效果不佳而產(chǎn)生的土體滲水。

注漿完成并檢查不再滲水后，打開兩側(cè)倉門，同時進行人工挖土作業(yè)，并隨時觀察機頭對接處止水效果，直至人工挖土完成，兩個頂管機貫通。挖土完成后拆除頂管機內(nèi)設(shè)備，并對兩個頂管機頭內(nèi)殼進行單面焊接，實現(xiàn)機頭的最終連接。若對接時產(chǎn)生了偏差，需根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用10 mm厚的鋼板進行現(xiàn)場等分加工，分塊焊接。

3.6 隧道對接區(qū)內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)施工

為保證整個隧道的完整性，在對接區(qū)的掘進機外殼內(nèi)部按原隧道的內(nèi)徑尺寸澆注混凝土結(jié)構(gòu)，措施如下：

(1)依據(jù)隧道原有內(nèi)徑尺寸，以及管節(jié)配筋進行鋼筋綁扎施工，按要求固定好預(yù)埋鐵件。

(2)將整個管節(jié)分三次澆注，見圖6，先依次進行第一次、第二次施工，注意保證振搗質(zhì)量；前兩次澆筑完成后再進行第三次模板施工，頂部預(yù)留澆筑孔，加工儲氣泡、混凝土投料斗簡易設(shè)備，利用空氣壓縮機將混凝土用軟管壓送入模內(nèi)，有效保證混凝土澆注的密實度(見圖7)。

圖6 對接區(qū)管節(jié)現(xiàn)澆分節(jié)示意圖

圖7 混凝土澆注示意圖

4 結(jié)語

玉帶門電纜隧道工程兩個頂管機分別從1#工作井向西和T10#工作井向東頂進，最終在中間預(yù)定的匯合點精準匯合，順利打開倉門并完成機頭連接，最終順利完成頂管對接施工，實現(xiàn)頂管順利貫通。對接區(qū)在混凝土澆筑完成后強度滿足設(shè)計要求，外觀平滑，效果良好，受到業(yè)主的好評。

頂管對接技術(shù)，實現(xiàn)了在交通要道、區(qū)域樞紐瓶頸部位或地下存在不可避讓管線的區(qū)域等受限制地區(qū)進行頂管施工，使得頂管對道路交通、周邊管線、人民生活幾乎沒有影響，而且縮短了長距離頂管的施工工期，降低工程的造價和施工風(fēng)險，具有良好的社會效益和廣闊的市場前景。