地铁大断面矩形顶管施工关键技术探讨

杨志杰

(广州建筑工程监理有限公司， 广东 广州 510030）

地下施工方式主要有人工开挖、 顶管法和盾构法等。 其中大断面矩形顶管法由于其高效、 简单、 施工控制精度高等优势在地下空间建设中应用广泛。 某轨道交通三号线工程所处周边地段交通繁忙， 为减少对大道交通的影响， 地铁站出入口过街通道均采取顶管施工。 结合该某轨道交通三号线工程项目的大断面矩形顶管施工， 分析施工过程中存在的技术难点， 并从优化施工细节、 提高综合效益角度出发， 采取合理的施工技术和措施， 提高顶管施工技术的应用水平。

1 工程概况及方案选择

某轨道交通三号线工程， 车站总建筑面积约20926.4.7m， 区间顶管段施工长度为 101m， 埋深10m， 采用7.02m×6.45m矩形顶管机施工。 由于以往在车站出入口通道施工时所采用的顶管机截面为6m×4.3m， 区间顶管施工难度非常大， 经核算顶推力达4500t， 区间中主要为全断面砂层， 并须两次下穿机场渠箱， 渠箱底部距离隧道顶部仅为2m， 且施工中还要下穿车流量大的机场大道， 安全风险大。 因此该顶管成为当地地铁迄今为止施工的最大断面顶管， 也是当地地铁建设史以来第一次将顶管机用于正线隧道推进。

根据地质勘察资料， 顶管段穿越粉细砂、 砾砂、粉质粘土地层， 顶管上覆土为人工填土、 粉质粘土。根据项目区间 （192.08m， 包括顶管段101m） 左右线共有 12 个钻孔 （MCZ3 -XX-04、 MCZ3 -XX-05 未实施）， 地质钻孔间距25 ～70m。 已实施的钻孔未揭露溶、 土洞， 由于勘察孔间距较大， 不能全面代表顶管段的溶洞发育情况， 顶管施工前必须采取加密勘探， 全面掌握顶管段的不良地质情况， 发现不良的地质情况口应及时采取应对的措施， 确保顶管的顺利施工。

综合考虑交通缓解压力、 管线迁移 （ 保护）、 工期、 成本造价等多方面因素， 确定该轨道交通三号线工程为明挖施工、 顶管施工及冻结暗挖施工相结合。 下面主要重点分析顶管施工技术， 具体流程如图1 所示。

图1 大断面矩形顶管工艺流程图

2 地铁大断面矩形顶管施工技术管理思路

结合本地铁大断面矩形顶管项目施工技术管理难点， 专门制定了专业的技术管理模式与思路。

1） 以标准化技术作业为引领， 从源头把控施工质量。 从顶管标段施工项目进场开始贯穿项目施工全过程， 施工企业需要树立起标准化技术作业引导的观念， 从项目部标准化技术、 工地标准化技术、 工序作业标准化技术三方面上同步推进， 实现通过标准化技术施工指导顶管施工全过程， 避免出现施工问题。

2） 引用先进技术设备， 实现技术导航。 在顶管标段施工项目中， 通过借助现代技术， 给予现场施工管理人员技术指导， 帮助现场作业人员了解工作井施工方法及端头加固、 工作井下准备工作、 顶管机吊装及组装定位、 顶进施工、 监测等关键技术应用过程中的复杂部位的施工步骤和技术难点， 实现打破技术壁垒。

3） 设置关键技术控制点， 对本顶管标段施工过程中的一些关键部位、 薄弱环节、 重点控制环节进行分级， 加大对关键节点的技术把控， 形成有针对性、动态的技术控制措施。

3 地铁大断面顶管施工关键技术提升措施

3.1 施工前技术准备

对本工程开展顶管施工之前， 工程人员进行实地勘察， 主要应了解工程所在地的地下水位情况、 地下建筑物以及周边构筑物情况等， 据此制定出可行度高的施工方案， 并对施工机具设备进行确定， 确保选择最为合理的顶进方式。 具体应对顶管机、 主推千斤顶、 注水系统以及起重设备等加以科学选用。

加强对顶管施工难点及风险分析， 提前做好应对策略。 结合本项目现状分析， 重点针对以下施工难点并做好应对策略： 1） 针对顶管管片断面尺寸较大，达7m×6.43m， 难以保证101m长距离顶进质量。 除了要保证管节接口、 后靠背具有足够的强度和刚度外， 还需要通过注入触变泥浆起到减阻的作用； 2）结合设计图纸要求， 针对双线第一条单洞101m的顶进任务， 两次顶进管片净距100mm存在技术难度。通过利用预应力锚索， 实现顶管管片整体连接， 以降低二次顶进对已完成隧道的影响。 使用套筒式土砂泵+顶管机侧面的注泥孔实现管片之间的压力的控制，保证顶进精度； 3） 结合地质纵断面图进行分析， 本项目顶管顶进需要穿越复合地层含砂粉质粘土、 砾砂、 细砂， 而且地下水位较高， 存在一定施工难度。结合项目特点选取土压平衡矩形顶管机， 顶管掘进机头在即将出加固区进入砂层区域市， 严格控制好顶管顶进速度。 在顶进过程中， 进行每节的出土量的精准统计， 确保正面土体的相对稳定。 借助刀盘面板上的注浆孔， 在进行土体切削过程中进行同步喷浆， 以实现对刀盘正面土体的改良。

3.2 设备选型、 安装

工程人员根据实际情况开展了设备选型和安装工作， 主要包括电动空压机、 鼓风设备、 千斤顶、 专用液压系统等。 同时将高压泵合理的配置在所有工作井中， 构造并联循环作业系统， 同时配置有压浆系统。并针对现场的吊装施工要求， 选用了专用吊机设备。对于井内顶进施工而言， 工程人员则专门专用了油压为2000kN的千斤顶， 并严格控制其油程， 确保高质量运转。

3.3 顶管施工过程的技术控制

顶管始发进洞段施工技术控制。 首先， 做好设备下井就位、 安装、 调试、 止水装置安装。 其次， 开展洞口凿除， 安装进洞洞门止水装置。 最后， 对出洞区域的切削加固土体， 掘进正常推行。

顶管正常段施工技术控制。 一是顶管推进顶力的计算， 施工中考虑一些外加的综合因素， 实际顶进的最大推力在3500t左右。 二正面土压力的设定， 平衡土压力的设定是顶进施工的关键， 本项目选择理论计算值129.62kN/m作为土压力的最初设定值， 随着顶进的不断进行作相应的调整。 三是顶进过程的纠偏，通过严密监测顶管的偏位情况并及时进行纠偏， 并贯穿在顶进施工的全过程。 四是顶进过程的注浆减阻，通过在管道外壁压注触变泥浆， 在管道四周形成一圈泥浆套以减少土体与管道间摩阻力。 五是止退装置的安装， 本项目的矩形顶管掘进机的断面较大， 当顶管机和管节往后退时， 机头和前方土体间的土压平衡受到破坏， 需要在前基座的两侧各安装一套止退装置，把管节稳住。 六是出土控制， 本工程出土采用螺旋输送机+轨道土箱+卷扬机+履带吊的形式出土， 重点控制出泥量与顶进取泥量相一致。

顶管到达出洞段施工技术控制。 首先， 做好接收井准备， 结合实际标高安装顶管机接收架， 准备破除接收井洞口的地墙钢筋砼。 其次， 进行姿态复核， 当顶管机头靠近接收井时， 加强测量的频率和精度， 确保顶管机准确进洞。 再次， 参数调整， 适当减慢顶进速度， 确保洞口结构稳定。 最后， 顶管出洞。 对出洞区域的洞门完全打开前应采用探孔的方式观察洞门四周是否有渗水现象。

3.4 施工过程监测

顶管施工受周围环境影响尤其地下水的影响较大， 同时， 顶进设备的振动及管道的顶进作业也会对周围环境造成一定的影响， 基于此， 在项目施工中，除了要重点对地面隆起、 通道水平位移和沉降和管线沉降三个项目进行测点布置外， 还加强对周围环境的有效监测， 通过对地下水位监测和周围建筑物的沉降进行监测。 为了有效降低地下水文环境对本项目施工的影响， 通过合理设置监测点位， 同时针对监测结果， 实施排水处理， 满足牵引井基坑的工作需要。

4 结语

地铁工程项目的建设是当前市政工程中的重要工程项目， 在对其进行施工的过程中， 要关注顶管施工这一关键技术。 在施工过程中， 工程人员要提高现场管控意识， 要在充分了解现场地质状况以及周边场地情况的基础上， 完善施工方案， 优选施工设备， 细化施工技术， 确保顶管施工技术的应用成效满足工程整体要求。