大斷面矩形隧道頂管頂進(jìn)施工技術(shù)要點(diǎn)

摘? ? 要：隨著城市軌道交通和城市地下綜合管廊的大量發(fā)展，使得在下穿城市主干道及地下綜合管線的施工工藝應(yīng)用日益劇增。而傳統(tǒng)的明挖順作法施工已越來越不適應(yīng)當(dāng)前城市的交通通行。今結(jié)合鄭州市軌道交通4號(hào)線工程會(huì)展中心站附屬結(jié)構(gòu)4號(hào)出入口頂管過街通道項(xiàng)目，分析了大截面矩形頂管的施工特點(diǎn)，并從施工流程、運(yùn)作方式、施工過程中如何應(yīng)對(duì)難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策等方面進(jìn)行論述，同時(shí)介紹了施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)，可供類似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：大斷面;頂管;沉降;調(diào)坡

1? 前言

目前矩形頂管施工工藝主要集中用于地鐵出入口人行通道和地下人行通道的施工。根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，矩形頂管的技術(shù)還不完善，目前沒有針對(duì)矩形頂管的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)于矩形頂管施工背土、姿態(tài)控制、管節(jié)受力計(jì)算分析、頂管事故預(yù)防與處理等方面的問題還沒有完全解決，需要進(jìn)一步研究。

2? 工程概況

2.1? 工程簡(jiǎn)介

鄭州會(huì)展中心站頂管過街通道頂管管節(jié)尺寸為9100mm×5500mm的矩形，內(nèi)部?jī)艨粘叽鐬?800mm×4200mm，壁厚650mm，管節(jié)為整環(huán)結(jié)構(gòu)，單節(jié)管長(zhǎng)為1.5m，重約66.8t。采用強(qiáng)度C50混凝土預(yù)制，抗?jié)B等級(jí)為P10，長(zhǎng)度91.6m。管節(jié)縱向連接采用承插式F型接頭，管節(jié)接縫處設(shè)置承插口接口鋼套環(huán)與防水橡膠圈形成管節(jié)外側(cè)防水體系，雙組分聚硫密封膏嵌縫形成管片內(nèi)側(cè)防水體系，管節(jié)采用整體式預(yù)制。

2.2? 工程水文地質(zhì)情況

2.2.1? 工程地質(zhì)概況

會(huì)展中心車站4號(hào)出入口過街通道地質(zhì)從上至下依次為雜填土①1、粘質(zhì)粉土②31B、粘質(zhì)粉土②32、粘質(zhì)粉土②21、粘質(zhì)粉土②22。會(huì)展中心車站4號(hào)出入口過街通道主要穿越地層有粘質(zhì)粉土②32、粘質(zhì)粉土②21。通道頂最小埋深約4.879m、最大埋深約6.298m。

2.2.2? 工程水文概況

（1）潛水。潛水主要賦存于第②32、②33、②34黏質(zhì)粉土層等弱透水土層中。本區(qū)間穩(wěn)定地下水位埋深介于9.1m～11.3m，地下水位高程介于80.52m～81.02m之間。（2）微承壓水。承壓水主要賦存于第②41粉砂、②51細(xì)砂層含水土層中，承壓水靜止水位埋深14.0m左右，承壓水頭5.0m。

3? 頂管隧道特點(diǎn)及沉降、姿態(tài)控制重難點(diǎn)

3.1? 頂管隧道特點(diǎn)

（1）斷面大。頂管隧道斷面為9.1m×5.5m，為國(guó)內(nèi)大斷面矩形土壓平衡直拱頂管隧道。（2）覆土淺。隧道覆土厚度在4.8m～6.2m，覆跨比僅1.89。（3）坡度變化大，坡度分別為-3%、-2%、-1%、平坡，-3%坡度長(zhǎng)27m，-2%坡度長(zhǎng)9m，-1%坡度長(zhǎng)9m，剩余46.5m為平坡。

3.2? 頂管隧道沉降制重難點(diǎn)

（1）頂管隧道斷面為矩形，上覆土形成的受力拱拱面與頂管盾殼面間的面積較大，較大土體靠盾殼支撐，對(duì)地層擾動(dòng)較大，地層變形大。（2）道路車輛較多，動(dòng)荷載大，且不穩(wěn)定，地層沉降控制難度大大增加。（3）在埋深相同的條件下，隨著頂管盾殼面積的增大，上覆土形成受力拱的作用大大減弱，上覆土發(fā)生沉降的敏感度大大增強(qiáng)。同時(shí)盡管存在泥漿套的減摩作用，盾殼與上覆土間的摩擦力也逐漸增大，“背土效應(yīng)”也逐漸明顯。

3.3? 頂管隧道姿態(tài)制重難點(diǎn)

（1）頂管隧道斷面為矩形，由于地層的不均勻性和注漿壓力的偏差，極易造成頂管隧道左右側(cè)壓力不等，致使頂管隧道軸線偏差。（2）頂管隧道斷面極大，施工過程中易出現(xiàn)土艙各點(diǎn)壓力不均且不連續(xù)，導(dǎo)致土艙左、右側(cè)或上、下側(cè)壓力不平衡，造成頂管隧道軸線偏差。（3）由于頂管機(jī)長(zhǎng)度較短且質(zhì)量較大，隧道覆土淺，同時(shí)，施工過程中注入大量的觸變泥漿;所以，頂管掘進(jìn)施工過程中，極易出現(xiàn)頂管機(jī)“載頭”和管節(jié)上浮現(xiàn)象。

4? 頂管頂進(jìn)施工技術(shù)

4.1? 頂推力控制

采用理論計(jì)算與數(shù)值擬合相結(jié)合的方法，根據(jù)開挖面土壓力及摩擦阻力壓力，計(jì)算出隧道開挖所需的頂進(jìn)推力。

4.2? 開挖面土壓力的設(shè)定

土壓平衡式頂管機(jī)，利用壓力倉(cāng)內(nèi)的土壓力來平衡開挖面的土體，達(dá)到對(duì)頂管正前方開挖面土體支護(hù)的目的，并控制好地面沉降。因此平衡土壓力的設(shè)定是頂進(jìn)施工的關(guān)鍵。

4.3? 頂進(jìn)速度控制

初始階段不宜過快，一般控制在5mm/min～10mm/min左右，正常施工階段可控制在10mm/min～20mm/min左右。

4.4? 出土量控制

根據(jù)盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)可知，頂管推進(jìn)過程中的出渣量控制是地表沉降和頂管推進(jìn)施工安全的有效措施，在施工過程中必須嚴(yán)格控制出渣量。

4.5? 姿態(tài)控制

（1）姿態(tài)測(cè)量。頂管姿態(tài)測(cè)量采用自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)和人工輔助測(cè)量相結(jié)合的方式，以確保頂管姿態(tài)的精確控制。施工過程中，根據(jù)線路條件所做的分段軸線擬合控制計(jì)劃、導(dǎo)向系統(tǒng)反映的姿態(tài)信息來控制頂管機(jī)的推進(jìn)姿態(tài)。（2）鉸接油缸糾偏。超大斷面矩形頂管施工過程中，鉸接糾偏是最直接、最有效的姿態(tài)控制方法之一。超大矩形頂管前盾的長(zhǎng)度較短，使鉸接力能夠有效地傳遞到刀盤，便于轉(zhuǎn)向;并通過拉桿與后3～5環(huán)管節(jié)相連接，避免出現(xiàn)過度糾偏。正常掘進(jìn)時(shí)，鉸接油缸全部收回，以防頂管姿態(tài)發(fā)生偏差。當(dāng)頂管姿態(tài)發(fā)生偏差時(shí)，將發(fā)生偏差側(cè)的鉸接油缸進(jìn)行伸長(zhǎng)，以調(diào)整頂管姿態(tài)。鉸接伸長(zhǎng)的距離根據(jù)地層情況、姿態(tài)偏差的大小、擬合掘進(jìn)線路等綜合確定。（3）注漿糾偏。當(dāng)頂管機(jī)發(fā)生中線偏差或滾轉(zhuǎn)、鉸接糾偏能力不足時(shí)，可借助于盾體及管節(jié)上預(yù)留的觸變泥漿孔及糾偏泥漿注入系統(tǒng)，在需要的位置向地層注入糾偏泥漿，調(diào)整頂管周圍的地層壓力，依靠地層壓力的偏差和地層的微量壓縮性進(jìn)行糾偏。（4）雙螺旋機(jī)出土糾偏。為保證土艙各點(diǎn)壓力的連續(xù)性和均勻性，頂管機(jī)設(shè)計(jì)為雙螺旋機(jī)出土。正常掘進(jìn)過程中，要保持雙螺旋機(jī)出土的一致，防止土倉(cāng)壓力出現(xiàn)不平衡，造成頂管隧道軸線偏差。當(dāng)頂管出現(xiàn)姿態(tài)偏差時(shí)，可以通過調(diào)整雙螺旋機(jī)的轉(zhuǎn)速，控制雙螺旋機(jī)出土量和土倉(cāng)壓力差，進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。（5）調(diào)整膠合板厚度糾偏。通過調(diào)整管節(jié)承口位置膠合板的厚度來進(jìn)行糾偏。

4.6? 沉降控制

4.6.1? 同步注漿

頂管施工與盾構(gòu)施工存在一定差異性，頂管隧道在始發(fā)井內(nèi)進(jìn)行管節(jié)拼裝，隧道掘進(jìn)過程中整條隧道在地層中移動(dòng)。為減小隧道和地層間的摩擦力，在頂管隧道貫通前，頂管同步注漿及二次注漿均不能采用水泥漿，注漿漿液為觸變泥漿。觸變泥漿在頂管施工過程中起到潤(rùn)滑減阻、支撐地層等作用。同步注漿。頂進(jìn)時(shí)壓漿要及時(shí)，確保形成完整、有效的泥漿套，必須遵循“先壓后頂、隨頂隨壓、及時(shí)補(bǔ)漿”的原則。

4.6.2? 二次注漿

進(jìn)行二次注漿的作用主要有兩種，根據(jù)二次注漿不同的作用，其注漿位置、注漿漿液也不同。（1）保證觸變泥漿套的完整。彌補(bǔ)同步注漿的不足，防止觸變泥漿失水、固結(jié)造成泥漿套破壞，進(jìn)而造成頂管推力增大，地表后期沉降加大。（2）補(bǔ)充地層的損失。由于頂管推進(jìn)過程中整條隧道一直移動(dòng)，管節(jié)通過地層時(shí)，會(huì)帶走部分土體，造成掘進(jìn)完成的地層渣土持續(xù)流失，必須進(jìn)行地層補(bǔ)充，防止地表沉降持續(xù)增加。

4.7? 止退裝置

頂管掘進(jìn)機(jī)為矩形，所以其斷面面積相對(duì)較大，也增加了前端阻力。當(dāng)出現(xiàn)后退情況時(shí)會(huì)影響機(jī)頭與前方土體間的平衡，土體支撐會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)情況，容易出現(xiàn)土體坍塌的事故?？梢栽谇岸税惭b合理的止退裝置，以此來保證管節(jié)的穩(wěn)定性。

作者簡(jiǎn)介：

朱英會(huì)（1971—）男，本科，工程管理專業(yè)，高級(jí)工程師，從事中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司安全質(zhì)量稽查隊(duì)工作。