頂管法聯(lián)絡(luò)通道施工始發(fā)技術(shù)要點(diǎn)分析

舒明江（上海市工程建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，上海 200080）

1 工程概況

某盾構(gòu)區(qū)間右線起點(diǎn)里程為 SK 29＋656.187 m，終點(diǎn)里程為 SK 31＋449.786 m，右線隧道長(zhǎng)度為 1 792.969 m ；左線起點(diǎn)里程為 XK 29＋656.817 m，終點(diǎn)里程為 XK 31＋449.785 m，右線隧道長(zhǎng)度為 1 763.678 m。區(qū)間 1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道位于 SK 30＋256.000 m、 XK 30＋224.214 m。該處中心埋深為 20.800 m，線間距為 13.962 m。1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道主要涉及土層為上部的 ②2c淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、中部的 ③1a黏質(zhì)粉土和下部的 ③2粉質(zhì)黏土。1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道地質(zhì)剖面如圖1 所示。

圖1 1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道地質(zhì)剖面圖

2 頂管法聯(lián)絡(luò)通道施工簡(jiǎn)介

(1) 頂管法聯(lián)絡(luò)通道施工作為地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工新技術(shù)，其原理主要是使用特制頂管機(jī)及配套設(shè)備，在地鐵隧道有限空間內(nèi)采用套筒全封閉進(jìn)出洞技術(shù)，聯(lián)絡(luò)通道用預(yù)制管節(jié)拼裝成型?？傮w方案是結(jié)合聯(lián)絡(luò)通道施工工況設(shè)計(jì)特制頂管機(jī)及臺(tái)車，使其具備在盾構(gòu)隧道內(nèi)旁出始發(fā)及接收的功能。主隧道聯(lián)絡(luò)通道處管片采用復(fù)合管片，預(yù)留可切削部位，使其具備頂管法施工條件，在地面完成頂管機(jī)及臺(tái)車拼裝后吊裝下井，采用電瓶車拖運(yùn)至聯(lián)絡(luò)通道位置，臺(tái)車及頂管機(jī)安裝就緒后采用套筒法進(jìn)出洞。掘進(jìn)過(guò)程類似盾構(gòu)法隧道施工，通道襯砌為預(yù)制拼裝式結(jié)構(gòu)，隨掘進(jìn)過(guò)程逐環(huán)拼裝完成。聯(lián)絡(luò)通道首尾環(huán)為鋼管節(jié)，便于后期洞門接口施工，出洞后對(duì)進(jìn)出洞門進(jìn)行封堵注漿，拆解頂管機(jī)及配套設(shè)備，拖運(yùn)至始發(fā)井拆解吊運(yùn)出場(chǎng)。最后是做洞門接口，安裝防火門，完成聯(lián)絡(luò)通道主體施工。

(2) 小管節(jié)設(shè)計(jì)。聯(lián)絡(luò)通道管節(jié)內(nèi)徑為 2 760 mm，厚度為 250 mm，外徑 3 260 mm，滿足防火通道要求。管節(jié)間采用錯(cuò)縫拼裝，無(wú)楔形量，環(huán)寬 900 mm，并設(shè)置600～900 mm 范圍任意環(huán)寬的調(diào)節(jié)環(huán)，通過(guò)組合調(diào)整進(jìn)出洞鋼環(huán)里程位置。管節(jié)分為上下 2 塊預(yù)制，混凝土強(qiáng)度為C 50，抗?jié)B定位 ＞P 10，管節(jié)塊與塊間、環(huán)間均采用 M 24普通螺栓相連，管節(jié)接縫采用遇水膨脹橡膠密封墊及泡沫條填縫密封。進(jìn)出洞處鋼環(huán)增設(shè)注漿孔鋼管節(jié)，便于后期封堵注漿。

(3) 聯(lián)絡(luò)通道頂管法施工主要涉及頂管機(jī)及其配套設(shè)備的拼裝及拆解、套筒法進(jìn)出洞、掘進(jìn)及拼裝等工序，具有安全高效、環(huán)境影響小、節(jié)約工期等優(yōu)點(diǎn)。其中套筒始發(fā)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3 頂管法聯(lián)絡(luò)通道始發(fā)技術(shù)要點(diǎn)

3.1 洞門環(huán)的設(shè)計(jì)和安裝

為了在該區(qū)間 1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道左線始發(fā)，對(duì)主隧道管片進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。始發(fā)部位為 3 環(huán)直徑φ6 200 mm、環(huán)寬為 1 500 mm 的復(fù)合管片。頂管始發(fā)直徑（φ3 400 mm 圓弧面）部位為可切削的混凝土，鋼筋采用可切削的玻璃纖維筋。管片固定在洞門指定位置，不設(shè)楔形量?；炷敛课缓弯摴芷课环浪髯元?dú)立，分別為遇水膨脹條和三元乙丙橡膠。

洞門環(huán)管片安裝階段主要控制洞門管片安裝里程，確保聯(lián)絡(luò)通道定位準(zhǔn)確。要求聯(lián)絡(luò)通道里程與設(shè)計(jì)里程偏差在 60 cm 以內(nèi)，左右線聯(lián)絡(luò)通道洞門相對(duì)位置偏差在 5 cm以內(nèi)，聯(lián)絡(luò)通道洞門管片自轉(zhuǎn)角 ≤0.50°。該區(qū)間施工前，對(duì)主隧道進(jìn)行了復(fù)核，其里程偏差為 10 mm，自轉(zhuǎn)角為0.16°，左右線相對(duì)位置偏差為 15 mm，滿足頂管始發(fā)要求。

3.2 始發(fā)洞門加固

為了保證始發(fā)洞門管片良好的防水效果和襯砌受力，前期對(duì)主隧道洞門管片和縱環(huán)縫進(jìn)行了加固處理。結(jié)合該區(qū)間地質(zhì)情況對(duì)洞門前后 5 環(huán)進(jìn)行了二次注漿，采用 1∶1（體積比）的水泥水玻璃雙液漿，水泥漿為 1∶1（質(zhì)量比）超細(xì)水泥漿，注漿壓力控制在 0.3 MPa 以內(nèi)，注漿完成后對(duì)注漿孔進(jìn)行封堵，達(dá)到良好的密封效果。

主隧道襯砌鋼環(huán)縱環(huán)縫處理主要是對(duì) 6 塊管片鋼結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行焊接，使其成為整體，工藝采用二氧化碳保護(hù)焊。跳焊法分多層焊接，減少變形，采用焊接—打磨—焊接—打磨工藝，如此循環(huán)進(jìn)行，每次焊接厚度 ≤5 mm，打磨深度≥1 mm，焊接后確保焊縫達(dá)標(biāo)，杜絕滲漏。

3.3 測(cè)量定位

井口組裝時(shí)鋼套筒定位須根據(jù)洞門鋼環(huán)實(shí)測(cè)位置與軸線方位確定，根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道軸線與主隧道軸線角度將鋼套筒固定于臺(tái)車上，鋼套筒軸線須與聯(lián)絡(luò)通道軸線在同一軸線上。井口組裝完成后 3 號(hào)臺(tái)車到達(dá)指定位置，根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道軸線與主隧道軸線角度關(guān)系對(duì)始發(fā)套筒進(jìn)行復(fù)測(cè)，待復(fù)測(cè)完成后將套筒前端與洞門鋼環(huán)進(jìn)行焊接。

始發(fā)前進(jìn)行頂管機(jī)始發(fā)姿態(tài)的測(cè)量。頂管機(jī)拼裝竣工后，根據(jù)已知的參考點(diǎn)與掘進(jìn)機(jī)中心的幾何關(guān)系，通過(guò)測(cè)量頂管機(jī)內(nèi)參考點(diǎn)計(jì)算出掘進(jìn)機(jī)中心坐標(biāo)，確定始發(fā)姿態(tài)。

3.4 始發(fā)套筒安裝

聯(lián)絡(luò)通道頂管始發(fā)是半套筒始發(fā)即將鋼套筒焊接于始發(fā)部位主隧道鋼管片上，頂管機(jī)主機(jī)與始發(fā)套筒間存在65 mm 間隙，采用兩道鋼絲刷＋盾尾油脂進(jìn)行密封，保證始發(fā)過(guò)程中接口臨時(shí)密封。

套筒進(jìn)洞前密封刷焊接和油脂涂抹是重點(diǎn)。尾刷定位應(yīng)平直，環(huán)向間隙盡可能小，采用 507 焊條將尾刷前后兩側(cè)焊滿，焊完后尾刷涂抹足量的油脂。套筒焊接完成、套筒及頂管機(jī)安裝完成后通過(guò)臺(tái)車將其送至始發(fā)洞門。初步定位后套筒及頂管機(jī)通過(guò)臺(tái)車支撐頂至洞門，待前端緊靠洞門后進(jìn)行焊接，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到套筒的密封效果。本工程采用了上下、左右對(duì)稱焊接，焊縫長(zhǎng)度控制在 1 m 以內(nèi)，焊接完成后自然冷卻，檢測(cè)焊縫達(dá)到一級(jí)焊縫后將頂管機(jī)刀盤頂至始發(fā)洞門管片處，等待始發(fā)。

3.5 始發(fā)套筒保壓

各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，始發(fā)前套筒保壓是檢驗(yàn)洞門焊接、尾刷密封效果的至關(guān)重要的一步。根據(jù)頂管機(jī)埋深及覆土水文地質(zhì)情況對(duì)水土壓力進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

式中：σ—水土壓力, MPa；

γ—土體天然重度，㎏/m3；

h—土層厚度，m；

k—靜止側(cè)壓力系數(shù)，0.34。

該區(qū)間 1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道處自上而下土層及其厚度分別為：雜填土 ①1a（0.48 m）、黏土 ①2（1.45 m）、淤泥質(zhì)黏土①3b（1.74 m）、黏土 ②1（1.79 m）、淤泥 ②2a（4.00 m）、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土 ②2c（7.76 m）、黏質(zhì)粉土 ③1a（3.12 m）。

將各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入式（1）計(jì)算，得：

σ1=(18.5 ㎏/m3×1.45 m＋18.0 ㎏/m3×1.74 m＋17.5㎏/m3×1.79 m＋16.8 ㎏/m3×4.00 m＋17.8 ㎏/m3×7.76 m＋19.0 ㎏/m3×3.12 m) ×0.34×10-3=0.12 MPa

通過(guò)油脂孔將盾尾油脂注入尾刷空腔中直至飽滿，再通過(guò)套筒前端注漿孔注入 TAC 高分子材料直至飽滿，并建立壓力至計(jì)算土壓力。建立壓力后對(duì)套筒及螺旋機(jī)密封效果進(jìn)行檢查，觀察 30 min，內(nèi)壓力損失 ≤10 kPa 認(rèn)定為合格。若存在滲漏及時(shí)進(jìn)行封堵，直至保壓無(wú)異常，確保密封效果。

3.6 始發(fā)掘進(jìn)控制

始發(fā)掘進(jìn)是一個(gè)刀盤磨穿洞門管片（350 mm），即刀盤與管片接觸面積由小變大直至刀盤完全脫離管片（掘進(jìn)行程 1 120 mm 左右）進(jìn)入土層的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中會(huì)存在 2 個(gè)突出問(wèn)題。① 磨穿管片的過(guò)程中刀盤扭矩的控制（150～250 kN·m）和出渣控制。這一階段應(yīng)緩慢掘進(jìn)（1～2 mm/min），確?；炷凉芷邢鞯轿唬苑来嬖诖髩K卡機(jī)，同時(shí)注入泡沫劑進(jìn)行改良，注入 TAC 置換切削渣土。② 磨穿管片后至刀盤脫離管片過(guò)程中對(duì)頂管機(jī)推力（2 000～2 500 kN）的控制，嚴(yán)禁推力過(guò)大、受力不均導(dǎo)致姿態(tài)突變，以防載頭。始發(fā)掘進(jìn)參數(shù)如表 1 所示。

表1 始發(fā)掘進(jìn)參數(shù)

4 結(jié) 語(yǔ)

(1) 聯(lián)絡(luò)通道頂管機(jī)始發(fā)區(qū)別于普通頂管作業(yè)的主要是其作業(yè)環(huán)境的特殊性。該區(qū)間 1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道始發(fā)過(guò)程中主要對(duì)定位測(cè)量、套筒制作安裝、保壓監(jiān)測(cè)、始發(fā)掘進(jìn)進(jìn)行了全面控制，順利始發(fā)。其中最重要的環(huán)節(jié)是對(duì)始發(fā)套筒密封直至全部進(jìn)入土層全過(guò)程水土壓力的動(dòng)態(tài)控制：事前檢查密封效果及壓力建立情況，始發(fā)過(guò)程中及時(shí)根據(jù)套筒內(nèi)實(shí)際壓力補(bǔ)充注入 TAC 高分子材料，保證順利過(guò)渡，嚴(yán)防洞門或套筒滲漏，發(fā)生涌水涌沙現(xiàn)象。

(2) 在切削管片直至刀盤全部進(jìn)入土層的過(guò)程中，對(duì)掘進(jìn)參數(shù)的控制和調(diào)整是始發(fā)掘進(jìn)的又一難點(diǎn)。既要保證管片切削到位又要防止壓力或扭矩過(guò)大引起頂管機(jī)偏位、管片破壞等一系列隱患，故須分階段調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。在該區(qū)間 1 號(hào)聯(lián)絡(luò)通道始發(fā)過(guò)程中也發(fā)生出渣卡螺旋機(jī)情況。始發(fā)應(yīng)以慢、穩(wěn)為原則，順利進(jìn)洞。

(3) 施工管理中編制了詳細(xì)的施工方案，并組織專家進(jìn)行論證。聯(lián)絡(luò)通道頂管法始發(fā)在有限空間作業(yè)，其風(fēng)險(xiǎn)控制有別于常規(guī)始發(fā)，應(yīng)在對(duì)始發(fā)部位水文地質(zhì)情況充分掌握、機(jī)械安裝固定到位、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判和預(yù)案全面的基礎(chǔ)上精心施工。頂管始發(fā)始終是施工中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，要做到有備而戰(zhàn)才能有效控制頂管始發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)證明聯(lián)絡(luò)通道頂管始發(fā)技術(shù)是安全可行的。