頂管法聯絡通道施工始發技術要點分析

舒明江（上海市工程建設咨詢監理有限公司，上海 200080）

1 工程概況

某盾構區間右線起點里程為 SK 29＋656.187 m，終點里程為 SK 31＋449.786 m，右線隧道長度為 1 792.969 m ；左線起點里程為 XK 29＋656.817 m，終點里程為 XK 31＋449.785 m，右線隧道長度為 1 763.678 m。區間 1 號聯絡通道位于 SK 30＋256.000 m、 XK 30＋224.214 m。該處中心埋深為 20.800 m，線間距為 13.962 m。1 號聯絡通道主要涉及土層為上部的 ②2c淤泥質粉質黏土、中部的 ③1a黏質粉土和下部的 ③2粉質黏土。1 號聯絡通道地質剖面如圖1 所示。

圖1 1 號聯絡通道地質剖面圖

2 頂管法聯絡通道施工簡介

(1) 頂管法聯絡通道施工作為地鐵聯絡通道施工新技術，其原理主要是使用特制頂管機及配套設備，在地鐵隧道有限空間內采用套筒全封閉進出洞技術，聯絡通道用預制管節拼裝成型。總體方案是結合聯絡通道施工工況設計特制頂管機及臺車，使其具備在盾構隧道內旁出始發及接收的功能。主隧道聯絡通道處管片采用復合管片，預留可切削部位，使其具備頂管法施工條件，在地面完成頂管機及臺車拼裝后吊裝下井，采用電瓶車拖運至聯絡通道位置，臺車及頂管機安裝就緒后采用套筒法進出洞。掘進過程類似盾構法隧道施工，通道襯砌為預制拼裝式結構，隨掘進過程逐環拼裝完成。聯絡通道首尾環為鋼管節，便于后期洞門接口施工，出洞后對進出洞門進行封堵注漿，拆解頂管機及配套設備，拖運至始發井拆解吊運出場。最后是做洞門接口，安裝防火門，完成聯絡通道主體施工。

(2) 小管節設計。聯絡通道管節內徑為 2 760 mm，厚度為 250 mm，外徑 3 260 mm，滿足防火通道要求。管節間采用錯縫拼裝，無楔形量，環寬 900 mm，并設置600～900 mm 范圍任意環寬的調節環，通過組合調整進出洞鋼環里程位置。管節分為上下 2 塊預制，混凝土強度為C 50，抗滲定位 ＞P 10，管節塊與塊間、環間均采用 M 24普通螺栓相連，管節接縫采用遇水膨脹橡膠密封墊及泡沫條填縫密封。進出洞處鋼環增設注漿孔鋼管節，便于后期封堵注漿。

(3) 聯絡通道頂管法施工主要涉及頂管機及其配套設備的拼裝及拆解、套筒法進出洞、掘進及拼裝等工序，具有安全高效、環境影響小、節約工期等優點。其中套筒始發是關鍵環節。

3 頂管法聯絡通道始發技術要點

3.1 洞門環的設計和安裝

為了在該區間 1 號聯絡通道左線始發，對主隧道管片進行了特殊設計。始發部位為 3 環直徑φ6 200 mm、環寬為 1 500 mm 的復合管片。頂管始發直徑（φ3 400 mm 圓弧面）部位為可切削的混凝土，鋼筋采用可切削的玻璃纖維筋。管片固定在洞門指定位置，不設楔形量。混凝土部位和鋼管片部位防水各自獨立，分別為遇水膨脹條和三元乙丙橡膠。

洞門環管片安裝階段主要控制洞門管片安裝里程，確保聯絡通道定位準確。要求聯絡通道里程與設計里程偏差在 60 cm 以內，左右線聯絡通道洞門相對位置偏差在 5 cm以內，聯絡通道洞門管片自轉角 ≤0.50°。該區間施工前，對主隧道進行了復核，其里程偏差為 10 mm，自轉角為0.16°，左右線相對位置偏差為 15 mm，滿足頂管始發要求。

3.2 始發洞門加固

為了保證始發洞門管片良好的防水效果和襯砌受力，前期對主隧道洞門管片和縱環縫進行了加固處理。結合該區間地質情況對洞門前后 5 環進行了二次注漿，采用 1∶1（體積比）的水泥水玻璃雙液漿，水泥漿為 1∶1（質量比）超細水泥漿，注漿壓力控制在 0.3 MPa 以內，注漿完成后對注漿孔進行封堵，達到良好的密封效果。

主隧道襯砌鋼環縱環縫處理主要是對 6 塊管片鋼結構部分進行焊接，使其成為整體，工藝采用二氧化碳保護焊。跳焊法分多層焊接，減少變形，采用焊接—打磨—焊接—打磨工藝，如此循環進行，每次焊接厚度 ≤5 mm，打磨深度≥1 mm，焊接后確保焊縫達標，杜絕滲漏。

3.3 測量定位

井口組裝時鋼套筒定位須根據洞門鋼環實測位置與軸線方位確定，根據聯絡通道軸線與主隧道軸線角度將鋼套筒固定于臺車上，鋼套筒軸線須與聯絡通道軸線在同一軸線上。井口組裝完成后 3 號臺車到達指定位置，根據聯絡通道軸線與主隧道軸線角度關系對始發套筒進行復測，待復測完成后將套筒前端與洞門鋼環進行焊接。

始發前進行頂管機始發姿態的測量。頂管機拼裝竣工后，根據已知的參考點與掘進機中心的幾何關系，通過測量頂管機內參考點計算出掘進機中心坐標，確定始發姿態。

3.4 始發套筒安裝

聯絡通道頂管始發是半套筒始發即將鋼套筒焊接于始發部位主隧道鋼管片上，頂管機主機與始發套筒間存在65 mm 間隙，采用兩道鋼絲刷＋盾尾油脂進行密封，保證始發過程中接口臨時密封。

套筒進洞前密封刷焊接和油脂涂抹是重點。尾刷定位應平直，環向間隙盡可能小，采用 507 焊條將尾刷前后兩側焊滿，焊完后尾刷涂抹足量的油脂。套筒焊接完成、套筒及頂管機安裝完成后通過臺車將其送至始發洞門。初步定位后套筒及頂管機通過臺車支撐頂至洞門，待前端緊靠洞門后進行焊接，焊接質量直接關系到套筒的密封效果。本工程采用了上下、左右對稱焊接，焊縫長度控制在 1 m 以內，焊接完成后自然冷卻，檢測焊縫達到一級焊縫后將頂管機刀盤頂至始發洞門管片處，等待始發。

3.5 始發套筒保壓

各項準備工作完成后，始發前套筒保壓是檢驗洞門焊接、尾刷密封效果的至關重要的一步。根據頂管機埋深及覆土水文地質情況對水土壓力進行了計算。計算公式見式（1）。

式中：σ—水土壓力, MPa；

γ—土體天然重度，㎏/m3；

h—土層厚度，m；

k—靜止側壓力系數，0.34。

該區間 1 號聯絡通道處自上而下土層及其厚度分別為：雜填土 ①1a（0.48 m）、黏土 ①2（1.45 m）、淤泥質黏土①3b（1.74 m）、黏土 ②1（1.79 m）、淤泥 ②2a（4.00 m）、淤泥質粉質黏土 ②2c（7.76 m）、黏質粉土 ③1a（3.12 m）。

將各項數據代入式（1）計算，得：

σ1=(18.5 ㎏/m3×1.45 m＋18.0 ㎏/m3×1.74 m＋17.5㎏/m3×1.79 m＋16.8 ㎏/m3×4.00 m＋17.8 ㎏/m3×7.76 m＋19.0 ㎏/m3×3.12 m) ×0.34×10-3=0.12 MPa

通過油脂孔將盾尾油脂注入尾刷空腔中直至飽滿，再通過套筒前端注漿孔注入 TAC 高分子材料直至飽滿，并建立壓力至計算土壓力。建立壓力后對套筒及螺旋機密封效果進行檢查，觀察 30 min，內壓力損失 ≤10 kPa 認定為合格。若存在滲漏及時進行封堵，直至保壓無異常，確保密封效果。

3.6 始發掘進控制

始發掘進是一個刀盤磨穿洞門管片（350 mm），即刀盤與管片接觸面積由小變大直至刀盤完全脫離管片（掘進行程 1 120 mm 左右）進入土層的過程。在這個過程中會存在 2 個突出問題。① 磨穿管片的過程中刀盤扭矩的控制（150～250 kN·m）和出渣控制。這一階段應緩慢掘進（1～2 mm/min），確保混凝土管片切削到位，以防存在大塊卡機，同時注入泡沫劑進行改良，注入 TAC 置換切削渣土。② 磨穿管片后至刀盤脫離管片過程中對頂管機推力（2 000～2 500 kN）的控制，嚴禁推力過大、受力不均導致姿態突變，以防載頭。始發掘進參數如表 1 所示。

表1 始發掘進參數

4 結 語

(1) 聯絡通道頂管機始發區別于普通頂管作業的主要是其作業環境的特殊性。該區間 1 號聯絡通道始發過程中主要對定位測量、套筒制作安裝、保壓監測、始發掘進進行了全面控制，順利始發。其中最重要的環節是對始發套筒密封直至全部進入土層全過程水土壓力的動態控制：事前檢查密封效果及壓力建立情況，始發過程中及時根據套筒內實際壓力補充注入 TAC 高分子材料，保證順利過渡，嚴防洞門或套筒滲漏，發生涌水涌沙現象。

(2) 在切削管片直至刀盤全部進入土層的過程中，對掘進參數的控制和調整是始發掘進的又一難點。既要保證管片切削到位又要防止壓力或扭矩過大引起頂管機偏位、管片破壞等一系列隱患，故須分階段調整掘進參數。在該區間 1 號聯絡通道始發過程中也發生出渣卡螺旋機情況。始發應以慢、穩為原則，順利進洞。

(3) 施工管理中編制了詳細的施工方案，并組織專家進行論證。聯絡通道頂管法始發在有限空間作業，其風險控制有別于常規始發，應在對始發部位水文地質情況充分掌握、機械安裝固定到位、風險預判和預案全面的基礎上精心施工。頂管始發始終是施工中的關鍵節點，要做到有備而戰才能有效控制頂管始發風險。事實證明聯絡通道頂管始發技術是安全可行的。