浅析矩形顶管施工技术在城市地铁过街通道中的应用

2022.10.05

孙宽傅金海刘帅

摘?要：顶管施工主要借助顶管机的超挖以及千斤顶的推力，从始发井将顶管顶出，穿过地层，到达接收井的一种施工方法。本文以徐州地区实际施工情况为背景，通过对顶管的施工特点、设备选型、端头加固、始发接收等方面进行分析，得到一些宝贵经验，对后续工程具有借鉴意义。

关键词：矩形顶管;过街通道;始发接收;纠偏

文章编号：2095-4085（2020）06-0108-03

随着我国城市建设脚步的加快，对地下空间的规划及建设要求的不断提高，既要保证居民的正常出行，又要展示城市面貌的美观。传统的工法具有一定的局限性，而非开挖施工法凭借其小开挖、占地少、对周围环境影响较小的特点应运而生，这种施工方法对加强城市地下管网的合理规范化和环境保护具有积极的作用[1-3]。

1?地理位置及周边环境

文博园站位于昆仑大道与纬一路的交叉路口，沿昆仑大道方向布置，车站4号出入口过街通道采用顶管法施工。顶管通道周边主要是市政道路和绿地，但地下管线较为复杂，影响该附属施工的有横穿4号出入口顶管接收井的电力管沟、中压煤气管;横穿顶管始发井的电视、通信管;以及跨路口段的电力、给水、雨水管道等。

2?管节介绍

出入口过街通道设计为矩形顶管结构，顶管从北向南推进，通道共设33节管节，总长为49.5m，覆土约为4.5m。

2.1?结构尺寸

管节结构净空为6m×4m，管节厚为0.5m，单节长1.5m。

2.2?预埋注浆孔

在管节插口处预埋10个注浆钢管，中部均布10个纠偏注浆钢管，注浆钢管中部及两端分别设止水钢板和内螺纹，内外侧分别连接注浆系统、并安装单向阀。

2.3?钢环设置

承口设钢套环，厚14mm、宽418mm，和混凝土搭接150mm，插口混凝土外沿与承口钢套环内壁净间距15mm。设置2根φ6mm止水环在钢套环和混凝土搭接处内侧，止水环间用单组份水膨胀密封SM胶满涂。

插口体设厚10mm，宽30mm的钢环2道，环间采用止水密封胶条。

承插口内侧各设1道钢环，厚10mm、宽60mm，钢环便于后期管节之间连接。

2.4?接口止水

接口设置“F”型承插口止水，采用2道遇水膨胀橡胶复合止水胶条和楔形氯丁橡胶。

3?工程水文地质情况

本场地的地下水类型分别为潜水和承压水。潛水水位埋深0.3～4.2m，主要赋存于杂填土1-1层及粉土2-5-3层。承压水主要贮存于灰岩裂隙中，承压水为裂隙岩溶水，该层地下水水头埋深7.00m。

4?顶管施工方案及工艺技术

4.1?矩形顶管工法的设备选型

根据地质情况，本工程采用JD7000×5000土压平衡矩形顶管机。它由刀盘、刀盘驱动、前壳体、后壳体、纠偏系统、顶进系统组成。顶管机布置了6个刀盘，刀盘上下前后错开，刀盘背部设搅拌棒。

4.2?工作井端头加固

工作井围护结构采用SMW桩，进洞加固区以及后背加固区采用φ[email protected]三重管旋喷桩和φ[email protected]三轴搅拌桩。

5?顶管施工

5.1?施工流程

顶管施工主要流程：工作井施工及预制管节→始发井内的设备安装→顶管机组装→设备调试→始发掘进→正常掘进→接收掘进→设备拆除→施作洞门环梁→触变泥浆置换。

5.1.1?掘进参数

矩形顶管施工主要掘进参数包括土仓控制压力、土仓改良浆液注入量、螺旋机出土速度、刀盘转速及扭矩、推进速度、推进油缸推力等。

5.1.2?土仓控制压力

顶管顶进时地表土体呈现隆起→沉降→趋于稳定的总体趋势;刀盘掘进过后由于土体和顶管机机壳或管节之间由触变泥浆填充，土体会出现适当沉降;随着顶管机向前推进，管节与土体之间空隙减小，呈泥膜状态管节顶部土体趋于稳定。设定土仓控制压力为100kPa～140kPa，掘进过程中根据量测数据调整控制压力。

5.1.3?土仓改良浆液注入量

矩形顶管掘进时，通过预留注浆孔向掌子面和土仓注入膨润土泥浆，达到封闭掌子面水流通道和改良渣土和易性的效果。根据现场刀盘扭矩和渣土干稀控制注入量，改良土体，增加渣土的流塑性和和易性。同时要和推进速度和土仓压力联系起来，不能因改良浆液注入量过多引起土仓压力值过高引起地表隆起。

5.1.4?螺旋出土器出土速度

出渣量的控制在掘进过程中是关键环节，在土仓压力降低后会及时补充至土仓，所以满仓掘进尤为重要，控制出渣关键在于螺旋机和土压的控制。根据现场渣土的干稀程度及时调整螺旋机转速，保证土仓压力始终处于一个恒定值，波动范围控制在10kPa～20kPa以内。

5.1.5?推力

顶管掘进总推力包括刀盘正面阻力和管节摩阻力两部分，随着掘进长度增加推力呈增大趋势。

5.2?顶管顶进技术

5.2.1?地面沉降控制

顶管始发前，首先在洞口处安装密封帘布，其作用一是防止预埋钢环和顶管机机壳间隙处涌水涌砂;二是防止顶进过程中压入的减阻泥浆从这里流失。为避免机头“磕头”，顶管机进入原状土后，宜适当提高顶进速度，以此来减少对正面土体的扰动及出现地面沉降。因机壳与始发洞门预埋钢环间存在间隙，顶管机头始发时易引起水土流失现象，为了确保顶管机头始发安全，必须采取相应的措施。

（1）顶管机前置刀盘至前壳体距离922mm，工法桩型钢拔除前无法形成密封。因此必须保证始发端头加固质量，确保工法桩型钢拔除后掌子面不发生坍塌。