大斷面矩形頂管在地鐵出入口施工中的應(yīng)用

李澤輝

（中鐵一局集團(tuán)城市軌道交通工程有限公司，江蘇 無(wú)錫 214000）

1 項(xiàng)目介紹

1.1 工程概況

工程位于佛山市順德區(qū)美的大道與G105國(guó)道東北角，采用矩形頂管施工，矩形頂管埋深6~6.5 m，均下穿佛山市順德區(qū)G105國(guó)道，并與林頭站車站主體合體相接。

矩形頂管選用C50預(yù)制構(gòu)件鋼筋混凝土管，構(gòu)造尺寸為7 000 mm×5 000 mm，壁厚為500 mm，抗?jié)B等級(jí)為P8。頂管構(gòu)造均為預(yù)制構(gòu)件矩形鋼筋混凝土管節(jié)，連接頭為F型承接式。

1.2 工程地質(zhì)

頂管施工區(qū)域內(nèi)主要的地層為素填土、淤泥質(zhì)土及淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層。

本車站主體范圍內(nèi)無(wú)地表水體，僅在車站西端發(fā)育有上涌河，上涌河橫穿西北側(cè)出入口。河涌寬15~18 m，水深1~3 m。地下水存在主要是第四系地層中的上層滯水和孔隙潛水，主要賦存海陸交互相的淤泥質(zhì)粉細(xì)砂<2-2>、淤泥質(zhì)中粗砂<2-3>及沖洪積粉細(xì)砂<3-1>、中粗砂<3-2>、礫砂<3-3>中，地下水排泄途徑主要是蒸發(fā)。

1.3 周邊環(huán)境

東北側(cè)為加氣站及居民住房，西北側(cè)為空地，西南側(cè)為美的大道，東南側(cè)為105國(guó)道。本項(xiàng)目頂管施工主要穿越105國(guó)道，對(duì)周邊構(gòu)建物影響較小。

2 頂管始發(fā)與接收施工技術(shù)

2.1 頂管始發(fā)站工程施工

（1）頂管機(jī)拼裝取得成功后，對(duì)全部頂管機(jī)機(jī)器設(shè)備開(kāi)展一次系統(tǒng)調(diào)節(jié)，并立即處理調(diào)節(jié)中產(chǎn)生的問(wèn)題。在明確吊裝機(jī)器設(shè)備處在較好的運(yùn)行狀態(tài)后，將設(shè)備頂端放進(jìn)間距加固層約10 cm的孔圈里。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)墻頂進(jìn)：洞門被突破后，應(yīng)該馬上采用機(jī)頭上掉。由于正面是加強(qiáng)筋土，因此頂進(jìn)速率要適度減慢，以維護(hù)刀片和數(shù)控刀片，使刀片和數(shù)控刀片能完全激光切割水泥土的矩形橫斷面。

（3）依據(jù)頂管機(jī)出孔設(shè)計(jì)標(biāo)高，在受端底端安裝混泥土梁，將運(yùn)行架設(shè)定到孔內(nèi)，使頂管機(jī)在出孔環(huán)節(jié)不叩頭。與此同時(shí)，頂管機(jī)到位時(shí)，頭頂部可略微拉高50 mm，頂管機(jī)離孔時(shí)有增長(zhǎng)的趨勢(shì)。調(diào)節(jié)后排座主打液壓千斤頂?shù)膮f(xié)力，數(shù)據(jù)加密精確測(cè)量液壓千斤頂出洞時(shí)的誤差，一旦發(fā)覺(jué)叩頭馬上用液壓千斤頂改正誤差。

（4）頂管穿越重生加固區(qū)，頂進(jìn)速率操縱在5~10 mm/min，頂管均速推動(dòng)。

2.2 頂管接收工程施工

（1）接收前，仍需保證接收端加固符合規(guī)定，防止門戶網(wǎng)損壞，安裝門戶網(wǎng)密封性設(shè)備。

（2）在頂管機(jī)抵達(dá)接收范疇前，分配精確測(cè)量組對(duì)頂管機(jī)狀態(tài)開(kāi)展進(jìn)行復(fù)測(cè)，并依據(jù)進(jìn)行復(fù)測(cè)調(diào)整狀態(tài)，保證頂管機(jī)安全撤出。

（3）頂管進(jìn)到縱向鋼筋區(qū)的時(shí)候，仍應(yīng)遲緩勻稱，頂進(jìn)速率應(yīng)調(diào)節(jié)在5~10 mm/min。

（4）頂管至設(shè)計(jì)方案部位后，用水泥砂漿對(duì)頂管機(jī)尾端的第一個(gè)三通接頭開(kāi)展預(yù)壓工程施工。預(yù)壓進(jìn)行后，可根據(jù)代管缸將管與機(jī)分離出來(lái)，并可將沙漿外流。

3 頂管掘進(jìn)防坍塌控制技術(shù)

3.1 頂管施工全過(guò)程中，推力伴隨著現(xiàn)澆板長(zhǎng)短的提高而持續(xù)提升。推動(dòng)力尺寸可依據(jù)日本廢水科學(xué)研究會(huì)或上海市的工作經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。

3.1.1 日本下水道研究會(huì)經(jīng)驗(yàn)公式：

P=S×qr+（R×F+W×f）×L

式中：P代表頂力（t）、S代表刃刀的外直徑（m）、qr是頂端通道摩擦阻力（t/m）、R為土壤層與管道中間的滑動(dòng)摩擦力（t/m2），F(xiàn)-管道的外直徑（m），W為管道的企業(yè)凈重（t/m），F(xiàn)為管道自身的摩擦阻力，L為頂進(jìn)長(zhǎng)度（m）。其中一些測(cè)算見(jiàn)表1。

3.1.2 上海經(jīng)驗(yàn)公式：應(yīng)用觸變水泥砂漿頂管施工力計(jì)算方法：P=(8~12) xF。

文件格式中：P是頂力（kN），F(xiàn)為管路外界面積 P=8 X5 X7X62.2=17416 KN ≈ E1741.6T。

3.1.3 頂力剖析：從表1可以看得出，頂端工程施工前最大推力提升得更快的首要因素是頂端在結(jié)構(gòu)加固段內(nèi)，同時(shí)通道減少，觸邊沙漿無(wú)法產(chǎn)生更強(qiáng)的泥蓋。10環(huán)以后，因?yàn)橛|變性沙漿抵抗力降低功效，最大推力提升遲緩。具體塔推力轉(zhuǎn)變低于上海經(jīng)驗(yàn)公式，與日本下水道研究會(huì)經(jīng)驗(yàn)公式測(cè)算值基本一致。

3.2 最大速率操縱

工程項(xiàng)目頂管施工橫截面大。土很深，施工過(guò)程中要遲緩而快速地往前推動(dòng)。始發(fā)站接收環(huán)節(jié)不可以太快，一般在5~10 mm/min，一切正常工程施工環(huán)節(jié)可以調(diào)節(jié)在10~15 mm/min。

3.3 前土倉(cāng)壓力操縱

3.3.1 土倉(cāng)壓力的估算和操縱

倉(cāng)筒的土壓力值應(yīng)與地質(zhì)構(gòu)造土壓力和自流水壓力均衡，土壓力按壓力基礎(chǔ)理論計(jì)算公式：P=krz。

3.3.2 控制土倉(cāng)的壓力設(shè)定

管道頂端前側(cè)安裝有5個(gè)脈沖阻尼器壓力表，在其中上端有兩個(gè)壓力表，下邊有三個(gè)壓力表。依據(jù)地質(zhì)環(huán)境和離心式狀況，土倉(cāng)壓力大部分是上壓力表60 kPa，下壓力表80 kPa，壓力表讀值偏差的變化范疇在20 kPa之內(nèi)。

4 觸變泥漿研制及施工技術(shù)

4.1 觸變泥漿配備

①配置觸變泥漿的具體原材料包含鈉基膨潤(rùn)土、水、碳酸氫銨、Na2C03和CMC。②原材料的占比為：其中，膨潤(rùn)土用于配制渣土改良漿液及觸變泥漿。膨潤(rùn)土根據(jù)工程進(jìn)度采購(gòu)進(jìn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)在堆放池儲(chǔ)備一定庫(kù)存，膨潤(rùn)土堆放池尺寸為2.5 m×6.0 m×1.2 m；③觸變泥漿性能參數(shù)。膨潤(rùn)土98 kg/m3、粘土392 kg/m3、水812 kg/m3。漿液的注入量在15%~30%，本工程頂管穿越區(qū)域?yàn)橛倌噘|(zhì)粉細(xì)砂，地質(zhì)性質(zhì)較差，漿液注入量按25%計(jì)算，則渣土改良漿液需求量約為：7×5×62.2×25%=544.25 m3。

4.2 觸變泥漿拌制

①應(yīng)用水泥漿攪拌器的泥漿。純堿和CMC要提早融解，CMC可以一邊混和一邊加入，再加上膨潤(rùn)土并混和一段時(shí)間，泥漿要完全混和。②加油泵應(yīng)用專用型泵固定在始發(fā)站，攪拌完成后先引入儲(chǔ)氣庫(kù)，形成的漿體在儲(chǔ)氣瓶時(shí)要通過(guò)一定時(shí)間（24個(gè)小時(shí)以上），才可以根據(jù)專用型泵運(yùn)往井內(nèi)。

4.3 觸變泥漿灌漿工程施工

①灌漿方法應(yīng)遵循“先壓后頂、按上級(jí)填補(bǔ)水泥漿”的標(biāo)準(zhǔn)，以同歩灌漿為主導(dǎo)，以水泥漿輔助。在一切正常的整個(gè)過(guò)程中，也要時(shí)常檢驗(yàn)各推動(dòng)段的漿液狀況。②灌漿機(jī)器設(shè)備和管路應(yīng)具備靠譜、充裕的氣體壓力和保持良好的密閉特性。灌漿中安裝節(jié)流閥，使?jié){體管內(nèi)的土不產(chǎn)生倒流，從而阻塞灌漿孔，危害灌漿實(shí)際效果。③在灌漿全過(guò)程中，應(yīng)依據(jù)操縱減阻和路面形變的具體數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，立即調(diào)節(jié)灌漿總流量和灌漿工作壓力等技術(shù)主要參數(shù)。

5 頂管施工造土技術(shù)改良

依據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果及施工工地的具體情況，頂管施工開(kāi)掘段上方為質(zhì)地砂，下半邊分成粗砂。通過(guò)全過(guò)程時(shí)要改進(jìn)沉渣。依據(jù)方形頂端管路機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)方案特性，渣改原材料選用礦物質(zhì)類膨潤(rùn)土泥漿，并設(shè)定坐落于頂端管路機(jī)床主軸中間的給油孔，在土倉(cāng)內(nèi)注入膨潤(rùn)土液。

①原材料占比為水∶膨潤(rùn)土比例=4∶1，這類膨潤(rùn)土漿速度更快，它具備低過(guò)慮和保持良好的滋養(yǎng)特點(diǎn)。②灌漿壓渣提升灌漿壓力0.2~0.4 MPa。灌漿全過(guò)程中密切關(guān)注壓力表，不超出土壤層的處于被動(dòng)壓力。③注入量沙漿的注入量應(yīng)在改進(jìn)渣量的15% ~30%正中間。與此同時(shí)，依據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶運(yùn)輸機(jī)的進(jìn)料狀況，務(wù)必將筒倉(cāng)內(nèi)的沙子拌和成可塑性、流通性和水不動(dòng)性更強(qiáng)的品質(zhì)情況，那樣才可以均衡筒倉(cāng)內(nèi)的壓力。

6 頂管拼裝技術(shù)與混凝土工藝

6.1 管節(jié)制作工藝

（1）管節(jié)模具制作。鋼架結(jié)構(gòu)模具進(jìn)場(chǎng)前，應(yīng)依據(jù)關(guān)節(jié)凈重、模具重量和作業(yè)流程中的別的負(fù)載，保證模具在應(yīng)用全過(guò)程中不容易形變。尤其是長(zhǎng)邊不易形成凹痕，模具測(cè)試是滾動(dòng)軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部的凈尺寸、滾動(dòng)軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外界總寬凈規(guī)格、電源插座、內(nèi)存插槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。模胚的市場(chǎng)定位和平面度立即危害管段的成形品質(zhì)，底端模具的部位是確保管段尾端平面度的根本性要素。底座模具安裝完成后，應(yīng)最少應(yīng)用8點(diǎn)精確測(cè)量高度，設(shè)計(jì)標(biāo)高差由模具操縱，調(diào)節(jié)后電焊焊接才能夠固定，以確保底座水準(zhǔn)。

模具的安裝次序：基座模具部位固定支撐點(diǎn)視角模具，內(nèi)部結(jié)構(gòu)模具將全部鋼筋骨架懸架在鋼模板，上零件部位外界模具部位，調(diào)節(jié)里外模板規(guī)格，凝結(jié)防護(hù)層，查驗(yàn)?zāi)＞甙惭b查驗(yàn)。

（2）鋼套環(huán)，鋼筋骨架，配件模具部位?；＞撸瑑?nèi)部結(jié)構(gòu)模具部位滾動(dòng)軸承插進(jìn)鋼環(huán)口槽鋼前框架總體提高模具滾動(dòng)軸承插進(jìn)鋼環(huán)錨電焊焊接及灌漿孔。調(diào)節(jié)孔預(yù)件精準(zhǔn)定位頁(yè)面安裝止水帶模板精準(zhǔn)定位固定不動(dòng)查驗(yàn)提前防止意外的產(chǎn)生。每一次拆模具都需要清除整潔，勻稱擦抹清潔劑。電源插座固定環(huán)、預(yù)備處理灌漿孔和吊裝孔應(yīng)緊靠模板與結(jié)構(gòu)加固籠電焊焊接，以避免制作過(guò)程中產(chǎn)生偏移。預(yù)埋件在承插連接的流水在澆筑混凝土前安裝，混凝土澆筑前要保證流水表層不干躁脹大。鋼筋骨架進(jìn)到模具前，防護(hù)層墊應(yīng)穩(wěn)定在外環(huán)線梁主筋上，維護(hù)精確測(cè)量墊設(shè)定間距為每米1個(gè)，鋼筋骨架在安裝時(shí)要由專用型吊裝工具吊裝。保證成形鋼筋骨架的一致性。

（3）管節(jié)混凝土澆搗。①混凝土為自拌混凝土，選用門式起重機(jī)吊入模。②管接頭混凝土選用豎直（承插）震動(dòng)成形技術(shù)性?；炷翝仓r(shí)，可依據(jù)管節(jié)相對(duì)高度方位分三層遍布。第一層布好后，插式震動(dòng)器務(wù)必插進(jìn)到離底端10 cm以內(nèi)的地區(qū)。震動(dòng)器豎向插點(diǎn)間隔不能超過(guò)30 cm（應(yīng)用70震動(dòng)器），宜交叉式振搗密實(shí)度。振搗第二層和第三層混凝土?xí)r，振搗棒務(wù)必刺進(jìn)下一層表面，使前后雙層融合。③振搗時(shí)，防止撞擊建筑鋼筋。鋼筋聚集的位置，如埋件、鋼模板等，一定要多振搗，減少近點(diǎn)間隔，防止漏振和不密實(shí)度。④為確?；炷恋恼駬v品質(zhì)，盡可能操縱混凝土的粘結(jié)力和塌落度。坍落度一般調(diào)節(jié)在110~130 mm范疇內(nèi)，振搗后的管接頭上內(nèi)孔應(yīng)夯實(shí)打磨拋光，收面頻次不少于3遍。內(nèi)孔應(yīng)光潔整平。

（4）管路連接頭混凝土保養(yǎng)?；炷琳駬v密實(shí)度后，管路應(yīng)立即遮蓋塑料膜，隨后在模具罩殼上加蓋密閉式白帆布罩，用蒸汽發(fā)生器加溫開(kāi)展蒸氣保養(yǎng)。

（5）脫離?；炷林评浜螅瑢⑼换炷猎噳K送往試驗(yàn)室開(kāi)展水壓試驗(yàn)。抗壓強(qiáng)度做到設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度級(jí)別的85%后，就可以脫模吊裝。脫模時(shí)，管接頭溫度與工作溫度之差不能超過(guò)10 ℃，防止溫度差縫隙。脫模次序：最先開(kāi)啟里外模的相接處，使里外模與管接頭徹底分離出來(lái)，將外模挪到安全性部位，用雙重螺釘折疊式芯模，輕輕地將管接頭吊走。脫模時(shí)禁止捶擊、敲打等野蠻實(shí)際操作。脫模后，立即將管接頭里外表面和邊緣清除整潔。務(wù)必清除模具和混凝土中間的接觸面積。

6.2 頂管拼裝

①管段距離為1.5 m，液壓千斤頂行程安排最多為3.3 m，假如頂端全過(guò)程達(dá)到管路下發(fā)規(guī)定，將終止斷電機(jī)構(gòu)的管段吊裝工程施工。②為了避免插口收攏前管道倒退，請(qǐng)先安裝終止架。③吊裝前，專業(yè)技術(shù)解決防水施工狀況開(kāi)展全方位查驗(yàn)，達(dá)標(biāo)后才可開(kāi)展吊裝工作。吊裝前，務(wù)必有工程監(jiān)理項(xiàng)目工程師審簽的吊裝安全操作規(guī)程。④方案設(shè)計(jì)中有吊裝用的預(yù)埋件孔。吊裝應(yīng)用專用型吊裝專用工具，吊裝機(jī)器設(shè)備、鍍鋅鋼絲和扣鎖應(yīng)拆裝和拼裝。使用提高專業(yè)工具來(lái)提高。經(jīng)檢測(cè)均合乎建筑施工吊裝規(guī)定。⑤吊裝全過(guò)程中，下邊禁止逆向行駛，用繩索牽引帶。吊裝工作中由專職人員指引，遲緩開(kāi)展，禁止大幅度升高和降低。⑥入井安裝前，在油氣田中溶解電纜線、自來(lái)水管、紙槳管等。⑦電纜線在井中安裝了聯(lián)接電源箱，有利于拆裝主電纜線。泥漿和上方部位設(shè)定高壓聯(lián)接塑料軟管，便于拆卸管道。⑧安裝部位架構(gòu)。下卷要漸漸的貼近部位架構(gòu)，不可以大幅晃動(dòng)或撞擊。⑨進(jìn)行矩形管道施工精準(zhǔn)定位后，立即修補(bǔ)電纜線、自來(lái)水管，使用灌漿施工方法。

7 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，該管道的施工期比預(yù)期施工期提早25天，路面地表沉降最高值為8 mm，安全通道上方管道的較大沉降量為8 mm，地鐵出入口矩形管道的安裝品質(zhì)均合乎工程驗(yàn)收合格規(guī)定。