地铁市政过街通道矩形顶管施工

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摘要：随着城市市政过街通道的开发和发展，采用矩形顶管施工过街通道能够有效解决道路开挖、管线迁移、交通疏解等问题，矩形顶管工艺越来越受到广泛重视和应用。本文通过矩形顶管工艺在浅覆淤泥质砂层的施工实例，对施工过程中的关键技术进行介绍，为类似工程的施工和应用提供参考。

关键词：市政过街通道矩形顶管 施工技术 应用

中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：

工程概况

1.1工程简况：本地铁市政过街通道位于南海大道与南桂东路交汇处，横穿南桂东路，连接地铁车站及出入口，通道长度为43.5m，覆土深度平均为5.0m；横穿的南桂东路交通繁忙、地下管线多和地质条件非常复杂，通道无法按常规的明挖法工艺施工，设计采用顶管法工艺施工，通道的截面尺寸宽为6m、高为4.3m。（如图示）

1.2工程地质情况：通道穿越的地层主要为淤泥质粉细砂和粉细砂层，其中：淤泥质粉细砂层呈松散~稍密状，属饱和液化细砂层，透水性好，容易产生流砂、管涌等；粉细砂层呈灰黄色、局部为灰白色，饱和，松散一稍密。地下水丰富，地下水位埋深为0.75~1.50m，稳定水位为1.00~1.85m。

顶管设备的选型

2.1顶管设备的类型：顶管施工常用的机械密封式有土压平衡式和泥水平衡式等二种，矩形顶管机的型式有：多刀盘式、中间大刀盘式、双矩型刀盘式等三种。根据本工程设计要求和地质特点，本工程采用双矩型刀盘式泥水平衡矩形顶管机进行施工。

2.2双矩型刀盘式泥水平衡矩形顶管机：本工程采用我司自发研制的双矩型刀盘泥水平衡矩形顶管机，每幅矩形刀盘的宽为2000㎜，高为3260㎜，由4组30Kw电机分别通过4套曲轴同步转动，刀盘转速4.5转/分钟，可以选择不同方向的转动模式，刀盘转动切削下来的土体挤入泥水仓，通过泥水循环系统把泥渣排出；泥水循环系统设置二套循环管路共4根@150㎜进、排浆管（每套循环管路设置“一进一排”管路），进、排浆管可根据施工情况组合不同的循环模式，可更有效地排出仓内泥渣。

矩形顶管施工技术

3.1施工流程：施工准备工作井（始发井、接收井）施工辅助设备安装（轨道、千斤顶等）顶管工具头吊安（调试）始发井洞口施工（安装止水橡胶板）始发（穿墙顶进）姿态测量正常顶进（管节吊安、同步注浆）到达施工（接收井）注浆加固（通道、洞口）吊出顶管机。本工程顶管机到达接收井的施工采用水下到达施工工艺。

3.2始发施工

3.2.1施工准备：根据标高沿顶进方向安装顶管机轨道，轨道底座使用工字钢焊接组成，在通道顶进方向底部、左右（对称）安装2组×7套／组=14套千斤顶，每套千斤顶的推力200T，千斤顶总推力最大是2800T（满足设计最大推力2100T要求）；泥水循环系统2台45KW的排浆泵安装在顶管机的两侧位置；地面设置泥浆处理池、泥水处理分离器等设备。

3.2.2洞口止水施工：始发井的洞门地质加固设计6排旋喷桩，既可以加固土体，又可以起到洞口止水作用；洞口的穿墙钢套管在主体结构施工时已预埋完成；要凿除洞口位置的地下连续墙围护结构砼，首先在洞口围护结构上、中、下位置施工水平探测孔，检查洞门加固体的效果是否满足开洞要求；砼凿除后立即进行洞口止水板施工，本工程在穿墙钢套管内侧环向设置一道止水钢刷（盾尾刷），在穿墙钢套管外侧环向安装一道止水橡胶板和橡胶钢压板，组成洞口二道止水措施。

3.2.3始发施工：初始顶进在洞口设置顶管机的导向限位板，顶管机始发施工主要是穿越洞门旋喷桩加固区，初顶时尽量选择底部位置的4套千斤顶，顶进速度不能过快,宜控制在1～3mm/min；送入的泥浆粘度须大于25s，一般控制在25s～28s之间；为防止因顶管机的自重因素出现机头往下“磕头”，宜将顶管机与后面1～3节管节通过螺杆（钢板）连接成整体；在初始顶进阶段，在机体两侧设置防机体后退反顶措施，确保顺利始发。

3.3正常顶进施工

顶管机的刀盘转动切削下来的土体，通过泥水循环不断排出，正常顶进的速度控制在20～30mm/min，当千斤顶伸出的行程达到1800㎜时，可停机安装管节，管节的宽度是1500㎜,千斤顶和管节之间安装宽度300㎜的过渡顶铁，可避免千斤顶直接作用到管节上，因顶力集中过大破坏管节。

3.3.1顶管机的姿态控制：顶管机顶进姿态控制非常重要，出现偏差再进行纠偏非常困难；偏差控制上下方向不能超过25㎜，左右方向不能超过30㎜；姿态控制做到“勤测随纠”，每顶进500㎜测量一次，偏差超过10㎜必须开始纠偏；顶管机总长度是5100㎜，分前体（刀盘）后体（电器）两大部分；根据施工经验，顶管机出洞时设置向上姿态，防止顶管机机头“磕头”；顶进和测量要同步进行，如果顶管机姿态出现偏差小于10㎜时，可利用伸缩纠偏千斤顶来调整机头偏差方向，纠偏千斤顶伸缩量控制在30㎜～50㎜，同时还通过选择不同方位的主千斤顶达到辅助纠偏的目的。

3.3.2泥水压力平衡控制：泥水平衡顶管施工是通过泥水循环的压力来控制（调节）仓内的泥水压力达到平衡状态，维护切削面土体的稳定。首先要配制优质的泥浆，泥浆配制采用膨润土在拌浆池里膨化24小时后搅拌使用，配制好的泥浆的比重为1.20 g/㎝3～1.30 g/㎝3 ，粘度大于25S；根据覆土深度、地下水、地质情况和路面结构等设定仓内的泥水平衡压力控制在0.06ＭＰ～0.08ＭＰ之间；在排浆泵安装了变频器，通过变频器调节排浆泵的电流，通过排浆量大小来调节仓内的泥水平衡压力，仓内的浓泥浆通过排浆泵排至泥水分离器进行再处理使用。

3.3.3注触变泥浆减阻施工：矩形顶管在顶进过程上部土体的压力都作用在顶管机（包管道）上部，容易形成“背土”现象，在顶进过程中，同步压注触变泥浆填补机体（管道）上部与土体的空隙，防止上部土体坍塌，避免“背土”问题；同时，随着顶进距离的增长，管道的摩阻力也随之增大，为了降低管道外侧摩阻力，顶进时往管道外壁同步注触变泥浆，填充管道外壁空隙，降低顶进摩阻力；本工程的触变泥浆的粘度控制在35s～45s之间，每节管节上下边各3个、左右边各2个共10个@20㎜注浆孔；在顶进时，前3节管不间断压触变泥浆，其余管节每隔2节管设置一道，注浆压力高于地下水0.02ＭＰ，,一般控制在0.08ＭＰ～0.10ＭＰ之间；注浆原则：“先注后顶、随顶随注、及时补浆”。

3.4水下到达施工

顶管按正常的顶进施工，当刀盘接触到接收井洞门加固区时，通过计算调整千斤顶的推力、顶进速度、管节注浆、泥浆粘度等参数；本工程根据地质情况，采用水下到达施工工艺；当顶管机刀盘接触到接收井加固区时，先停止顶进施工，按要求尽快凿除洞口砼、安装洞口止水橡胶板等；准备工作完成后，在接收井满水至稳定的水压位置；顶管机进洞顶进速度控制在3mm/min内，慢慢磨穿加固体到达接收井；顶管施工完成后，尽快注水泥双液浆加固，先固结通道二端洞门管口，再注浆加固中间通道；待通道安全稳定后，接收井排水吊出顶管机。

结束语

4.1成功应用

4.1.1：本工程采用非开挖矩形顶管施工工艺，在软弱地层有效按设计要求完成了市政过街通道工程，工程施工的成功应用，为类似工程提供很好的参考作用，创造了较好的社会效益和经济效益。

4.1.2顶管正常施工每班可顶进2～4节管节（3.0M～6.0M），顶进速度快、工期短，不影响道路交通和管线迁移；施工期间不扰民、噪音低、节能环保、节省费用。

4.2：探讨提高

4.2.1常规配置的顶管设备切削加固体的能力有待加强；加固体因稳定要求，一般设计加固水泥土的强度达8 MP～10MP，顶管机切削加固体时顶力大、刀盘磨损大、施工困难。

4.2.2泥水仓泥水平衡压力的调节设计自动化控制；目前仓内的平衡压力是通过变频器调节排浆泵的电流控制，当土仓泥水压力发生变化时，通过变频器调节泵的电流控制压力，操作上存在“时间差”的问题，容易造成因泥水仓压力波动时间长，导致地面沉降过大。

4.2.3管节接口的防水技术有待提高；管节的连接是采用“F”型形式，接口止水采用橡胶圈，工程在使用过程中受地面外力和地质水文等影响，管节接口橡胶圈的止水效果降低会出现渗漏问题。

参考文献

余彬泉，陈传灿。顶管施工技术。人民交通出版社。1998

马保松，顶管施工技术及验收规范。人民交通出版社。2007