大断面矩形顶管施工技术分析

大断面矩形顶管施工技术分析

李焕兵1方平2

1.武汉市政建设集团隧道工程公司湖北武汉420023;

2.武汉市市政建设集团有限公司湖北武汉420023

摘要：大断面矩形顶管施工技术是城市交通中运用广泛的技术之一，能够有效降低路面沉降现象。文章中以武汉市黄孝河综合管廊工程永旺段施工为例，对大断面矩形顶管施工技术进行了分析。

关键词：顶管施工技术；城市交通；武汉市；电力隧道；大断面

顶管技术由于断面利用率大、覆土浅、施工成本低等优点，近年来被广泛地用于城市交通人行地道、地下共同沟、轨道交通区间隧道施工。目前，小断面（3m×5m左右）矩形顶管隧道，主要应用于共同沟、电力隧道、水利隧道以及小型地下通道、地铁车站出入口等建设，技术水平已经相当成熟；但大断面（5m×9m左右）矩形顶管隧道在国内应用较少，尤其是超大断面（7.5m×10.4m）的矩形顶管隧道，因存在顶管顶进施工技术、地面沉降控制、管节制作运输等诸多困难，之前尚无应用先例。基于此，文章中顶管施工技术的运用进行了分析。

1工程概况

拟建工程场地位于武汉市江岸后湖地区，本项目起于北湖西路，沿长江日报路、中一路、黄孝河明渠和谐大道前行，止于三环线，全长11.6公里，本次施工范围为武汉市黄孝河轴线综合管廊永旺段，地点位于黄孝河明渠（永旺段），起点为石桥一路（桩号为：SK0+030），管廊至SKO+168.16处沿黄孝河明渠（HGO+000）至兴业路，终点桩号为HGO+471.309，长度为609米。综合管廊为支线综合管廊，采用双舱断面，即综合舱和高压电力舱，断面尺寸为BXH＝6.8m×4.3m，管廊内纳入给水、热力、通信、高压电力4种管线。

2顶进施工关键点的控制

2.1掘进机进、出洞施工技术

2.1.1顶管出洞段施工

顶管机顶出洞圈至顶管机切口距工作井6m范围为出洞段。顶管的出洞过程即为搅拌桩内拔除H型钢和顶管机头经过出洞段加固区并进入原状土体的过程。在洞圈内的H型钢全部拔除后，应立即开始顶进机头，由于正面为全断面的水泥土，为保护刀盘，顶进速度应放慢。另外若出现螺旋机出土困难，必要时可加入适量清水来软化或润滑水泥土[1]。顶管机进入原状土后，为防止机头“磕头”，拉紧机头和前三节管节之间的拉杆螺丝，同时适当提高顶进速度，使正面土压力稍大于理论计算值，以减少对正面土体的扰动及出现地面沉降。

2.1.2顶管正常段顶进施工

（1）本工程采用土压平衡式顶管机，土压力随着顶进施工，土压力值应根据实际顶进参数、地面沉降监测数据作相应的调整。

（2）主顶力随顶进距离的增加而增大。顶管掘进机头出洞，在进入原状土且正面土压力没有建立之前，要控制主顶力不能过大。

（3）在顶进过程中，应尽量精确地统计出每节的出土量，力争使之与理论出土量保持一致，确保正面土体的相对稳定，减少地面沉降量。

（4）顶管在正常顶进施工中，必须密切注意顶进轴线的控制。在每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以免土体出现较大扰动及管节间出现张角[2]。由于是矩形顶管，因此对管道的横向水平要求较高，所以在顶进过程中对机头的转角要密切注意，机头一旦出现微小转角，应立即采取刀盘反转、加压铁等措施回纠。顶进轴线偏差控制要求：高程±100mm；水平±100mm。

（5）为减少土体与管道间摩阻力，在管道外壁压注触变泥浆，在管道四周形成一圈泥浆套以达到减摩效果，在施工期间要求泥浆不失水，不沉淀，不固结。既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。压浆通过压浆泵浆泥浆压至管道内的总管，然后经压浆孔压至管壁外。注浆压力控制在0.05MPa左右。为了保证压浆效果，在隧道掘进机四周布置了20只压浆孔，其中在机头顶部安装了两排共8根压浆管，并开设压浆槽，使土体与壳体上平面形成泥浆膜，以减少土体同壳体的摩擦力，防止背土现象的发生。在管节的端部环向均匀布置了8只压浆孔。隧道掘进机后面的3节混凝土管节上都有压浆孔，以后每隔一节设置一节有压浆孔的管节。压浆总管用2寸白铁管，除隧道掘进机及随后的3节混凝土管节外，压浆总管上每隔3m装一只三通，再用压浆软管接至压浆孔处。

2.1.3顶管进洞段施工

本工程接收井围护为SMW工法桩围护，H型钢拔除后，为了防机头进洞时洞内土体的塌方，在接收井洞门内预先浇注20cm～30cm厚的钢筋混凝土挡墙，作为接收井的封门形式。顶管机进洞时除了要拔除H型钢，还要凿除混凝土挡墙。

（1）在顶管到达距接收井6m后，开始停止第一节管节的压浆，并在以后顶进中压浆位置逐渐后移，保证顶管进洞前形成完好的6m左右的土塞，避免在进洞过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升。

（2）在顶管机切口进入接收井洞口加固区域时，应适当减慢顶进速度，调整出土量，逐渐减小机头正面土压力，以确保顶管机设备完好和洞口结构稳定。

（3）顶管机切口距接收井H型钢50cm左右时，顶管机暂停顶进，等待H型钢的拔出。H型钢拔除后，顶管机继续推进，缓缓地靠上临时混凝土封门。此时要掌握好实际顶进距离和主顶的压力，当主顶压力突然升高，立即停止推进，等待临时混凝土封门的凿除[3]。

（4）当临时混凝土封门凿除完毕后，应立即进行推进，将顶管机头部分推进至接收井内，推进长度根据现场吊装尺寸决定，要求满足机头前段出井需要，随即拆卸连接顶管机前后两段的全部螺栓，用300T吊车将顶管机头前段吊出接收井；然后将后段机头推进到位，并将后段机头与管节脱开，进行后段机头的吊装。

2.2顶进过程中的箱涵保护

针对本工程过水箱涵断面大，汛期水位高，与矩形顶管相交距离长，垂直间距小，再加上其建造年代久远，运营时间长，目前无法掌握其破损情况及稳定状态，因此顶管顶进过程中对其的保护难度极大，为确保在顶进过程中箱涵结构的安全，在施工前采取以下加固处理措施。

（1）在箱涵前端1.5m位置设置两排泄压孔。泄压孔直径600mm，中心间距1m，深度5m，设置在顶进轴线两侧各5m范围。泄压孔采用小型钻机施工，成孔后孔内灌水至地面标高。当顶进压力过大时，可避免压力直接作用到箱涵上。

（2）在箱涵的前端、中部和后端各设置1排直接监测点，顶进时根据箱涵沉降情况及时调整顶进参数。

2.3施工监测

施工过程中的监测主要有两个方面的内容，即顶管机姿态监测以及地面及管线沉降监测，顶管机姿态监测主要通过设置于始发井内的观测台进行观测，监测过程中发现偏位应及时采取纠编措施，对地面及管线沉降监测则通过埋设的沉降观测点进行监测。

结束语：

综上所述，在大断面矩形隧道工程中运用顶管施工技术，能够有效提升施工速度，为管线施工提供安全保障，进而促进我国隧道工程施工水平的提升。

参考文献：

[1]贾连辉.超大断面矩形盾构顶管设计关键技术[J].隧道建设，2014，（11）：1098-1106.

[2]世界最大断面矩形盾构顶管隧道贯通多项技术国内首用[J].隧道建设，2014，（10）：943.

[3]温锁林.大断面矩形顶管施工对环境影响研究[J].中国市政工程，2011，（05）：37-39+89-90.