下穿高速公路大型顶管施工技术管理

下穿高速公路大型顶管施工技术管理

魏庆海

上海嘉定新城发展有限公司 上海 201800

摘要：以上海市嘉定区裕民南路下穿G1501地道工程为实例，从顶管穿越地层、周边管线及障碍物、高速公路工程地质特性等工程概况进行分析，针对下穿高速公路大型顶管施工存在的问题提出了具体的应对措施，在此基础上提出穿高速公路大型顶管施工的应急措施。

关键词：高速公路；大型顶管；下穿顶管；施工技术

1 工程概述

本工程全线位于上海市嘉定区嘉定工业区和嘉定新城，拟建裕民南路下穿G1501地道工程，主要是把G1501上海绕城高速南、北两侧的裕民南路和裕民路两条断头路采用地道形式进行贯通，下穿G1501上海绕城高速将采用超大型顶管（外径10.4m×7.55m）工艺。

北起招贤东路(里程 K0+080)，南至洪德路(K0+840)，近南北走向，全长约 760m，最大开挖深度16.5m，规划道路红线宽度24m，道路等级为城市支路。主要包括道路工程、地道工程、泵站工程、雨污水管道工程等。

图1 顶管下穿G1501上海绕城高速公路工程位置图

图2 下穿G1501上海绕城高速公路顶段平面图

顶管穿越地层：本工程顶管为穿越G1501高速公路矩形顶管，其中车行通道断面尺寸10.4*7.5m，管长1.5m。顶管覆土层厚度5.19-6.85m。顶管距离60m。顶管穿越砂质粉土、淤泥质黏土和粉质黏土土层。人行通道断面尺寸6.9*4.2m，管长1.5m。顶管覆土层厚度3.74-5.84m，顶管距离60m。顶管穿越砂质粉土和淤泥质黏土土层。

周边管线及障碍物：顶管施工前，对顶管施工影响区域范围内的各类管线进行搬迁，目前已搬迁完成，顶管施工区域24m范围内无管线。仅接收井外侧4m处存在一根∅800天然气管。埋深2.5m，对本次顶管不造成影响。

表1 下穿高速公路工程地质特性

表2 下穿高速公路大型顶管概述

2 下穿高速公路大型顶管施工面临的问题及应对措施

2.1顶管施工断面大，顶管操控风险高

本工程管节高度达到4.2m和7.5m，刀盘上下面的高差较大，开挖面穿过多种土层，因为不同的土质层具有不同的密实度、强度等参数，切削土层的软硬程度也不一致，因此增大了施工中顶管的操控风险。

应对措施：（1）调低顶进速度，并保持连续顶进，严格控制机头前迎面土压力，过程中将根据实际正面土压、机头姿态调整顶进速度、纠偏角度及出土量。顶进速度——初始阶段不宜过快，一般控制在5～10mm/min左右，正常施工阶段可控制在10～20mm/min左右。 （2）增加测量频率，并在机头内增加倾斜仪器，随时观察机头姿态情况，顶进时根据机头姿态采取纠偏顶进方式。（3）将机头与前6节管道间设置纵向拉结措施，提高前10米左右范围内管道的整体性。（4）顶进时若机头姿态发生突变，立即停止顶进施工，根据机头偏差方向进行打土纠偏，提高偏斜方向土体压力，控制机头姿态。

2.2穿越高速公路，沉降控制要求高

顶管施工过程中，对其自身的周围土体将产生扰动，使土体本身的强度发生变化和土体产生位移，波及顶管管道上方构筑物。

应对措施：（1）布置沉降监测点。沿顶进轴线每2-3米一个监测点，每10米一个监测断面，每个监测断面5个监测点。测点布置于建筑物角点，转折点，结构变化点。（2）选择合适的顶管设备进行施工——大刀盘土压平衡顶管掘进机。（3）进出洞口加固及洞门止水装置安装。始发井出洞加固范围纵向为9m，深度17m，宽度为34.5m，端头加固采用Φ850@600三轴搅拌桩+Φ800@600双重管高压旋喷桩加固,即加固主体采用三轴搅拌桩，始发井围护结构与搅拌桩的空隙采用两排旋喷桩止水，加固后无侧限抗压强度应该达到1.2-2MPa,渗透系数不大于10-7cm/s。加固后土体应有良好的均匀性和自立性，掌子面不得有明显的渗水。接收井进洞加固范围纵向为5m，深度17m（竖向在地道顶管轮廓线顶以上4m，轮廓线底以下5.45m范围），宽度为33.2m（横向以接收井轮廓线齐），由于接收井位置离G1501上海绕城高速较近，加固空间有限，因此接收井进洞口加固采用双高压旋喷工法RJP满堂加固，加固后土体应有良好的均匀性和自立性，掌子面不得有明显的渗水。（4）合理控制施工参数，及时调整。（5）严格控制顶进姿态，“勤测、勤纠、微纠，先纠高程、后纠平面，小角度连续”。（6）管壁外优质触变泥浆的制作和压注及机头前土体改良。（7）贯通后及时泥浆置换。

图3 沉降监测数据动态图

表3 沉降监测点检测频率表

2.3进出洞口位于多种土层中，顶管进出洞难度大

在顶管施工中，随着管道的不段向前延伸，顶管出洞口土体会不断的沉降。需严防洞口喷水、涌砂，导致地面沉降。

应对措施：（1）按要求做好洞口加固等措施。 进洞前30m做一次贯通测量。进洞前检查洞口加固效果。 根据实际标高安装顶管机接收基座（接收架），并在接收井洞门安装止水装置。配备封洞门钢板、补充水泥、聚氨酯等材料”。顶管机脱离管节后，距洞门圈混凝土浇筑存在较长时间，且该部位管节周边空隙较大，顶管机脱离后须立即组织对空隙进行封堵，防止渗漏水的形成。进洞完成后及时进行泥浆置换、预应力等后续施工。（2）安装洞口止水装置，洞口采用密封压板及橡胶板止水。洞门预埋注浆孔便于机头出洞瞬间注入膨润土浆液，确保机头出洞的安全。（3）顶管机进出洞前应检查洞口土体加固情况是否达到要求。选用土压平衡顶管机施工，根据需要管道内布置注浆管、电线、通风管、轨道。每个注浆断面设置软管与总管连通，设置单向阀门。（4）加强对地表沉降、地下水位观测。（5）现场配置聚氨酯等应急堵漏材料。

2.4地道车行道与人行道浅覆土层顶进，扰动大

因本工程部分顶程是浅层覆土土层，6.9*4.2m顶管段最浅覆土3.96m。顶进施工时可能引起顶管机及管节产生上浮的趋势。

应对措施：（1）严格控制管道顶部和顶部注浆孔的注浆压力，防止由于注浆压力造成浅覆土土层穿孔及管道上浮。必要时注入固态泥浆。顶管机后壳体设置一环2寸注土孔，环向90°均布，每节管节中部位置上方设置一个2寸注土孔，从以上注土孔注入的膨润土经搅拌后程膏状，采用土砂泵将其注于管道外壁，由于其物理性质程膏状，流动性较液体较差，同步注入能有效解决管道顶部浆液流失现象，同时能确保管顶减摩效果。（2）顶力和顶速的控制。因本工程部分顶程是浅层覆土土层，所以在顶进的过程中速度要均匀且稳定。（3）在管道进入到浅覆土土层以后，则需要在纠偏油缸的作用下增加机头上部的推力，进而对上部土层的应力损失予以有效的补偿，以保证轴线设计满足具体的要求。（4）顶管顶进属浅覆土层中顶进，必要时采取压配重等方式防止顶进轴线上漂。

3穿高速公路大型顶管施工的应急措施

3.1顶管进出洞

进行洞门探孔，出洞洞门安装止水装置，洞门凿除按顺序进行，备好应急材料。

3.2施工阶段塌方

洞门四周用高压旋喷桩进行补加固并封堵洞门，严控顶管机姿态，充分利用触变泥浆填充空隙及减摩，来防止土体严重流失而造成的地面塌方。

3.3洞门漏水

顶管进出洞若漏水严重，立即采用聚氨脂浆液进行临时封堵。当出现小规模漏水时，顶管机快速前进，以期在短时间内推出洞门。再用钢板进行全封闭封堵后，注双液浆。

3.4后续沉降偏大

调整配方以提高浆液质量，注入量不够时增加注入量。必要时对马路下地基进行注浆加固。

3.5穿越G1501高速保护

工程开工前，向有关单位提出监护的书面申请，并办妥相关穿越手续。同时还要对受施工影响的地下管线设置若干沉降测点，定期观测沉降量。

4结语

以上海市嘉定区裕民南路下穿G1501地道工程为例，对下穿高速公路大型顶管施工技术管理进行了深入探究，提出了应对顶管顶管施工断面大，顶管操控风险高；穿越高速公路，沉降控制要求高；进出洞口位于多种土层中，顶管进出洞难度大；地道车行道与人行道浅覆土层顶进，扰动大等问题提出了有效应对措施。建设性提出了穿高速公路大型顶管施工的应急措施。为今后类似穿高速公路大型顶管施工提供了成功经验。

参考文献

［1］北京市质量技术监督局.地下管线非开挖铺设工程施工及验收技术规程：DB11/T594.2-2014［S］.2014.

［2］仲蓓蓓.浅谈土压平衡顶管施工方法［J］.建材世界，2010，31（1）：113.

［3］杨英.顶管土压平衡法施工［J］.科技信息，2010，25（1）：272.