軟土地層頂管穿越復(fù)雜管線關(guān)鍵施工技術(shù)探討

李 炎

（中鐵十五局集團(tuán)城市建設(shè)工程有限公司 河南洛陽 471000）

隨著城市化發(fā)展的不斷加快，地面交通已經(jīng)不能滿足人們?nèi)粘Ｍㄇ诘男枨螅罔F[1-3]作為一種運(yùn)量大、快速、準(zhǔn)時(shí)的軌道交通，近年來在全國(guó)一二線城市發(fā)展迅速，截止2019年，地鐵已在全國(guó)43個(gè)城市開通運(yùn)營(yíng)。頂管法作為一種非開挖式技術(shù)，成為地鐵建設(shè)過程中常見的施工方法之一。由于市政管線空間位置復(fù)雜，頂管施工[4,5]需嚴(yán)格控制施工參數(shù)和方法。本文依托上海沈梅路站出口軌道工程，研究探討了關(guān)鍵施工技術(shù)，為今后類似工程提供借鑒意義。

1 工程概況

沈梅路站位于沈梅路以南的滬南公路上，沿滬南呈南北向布置，為地下兩層島式車站，如圖1所示。車站南側(cè)的2號(hào)出入口需穿越康沈路采用頂管采用施工，3、4號(hào)出入口因需要穿越即有管線采用頂管施工。頂管出入口基坑圍護(hù)均采用Φ800@950mm灌注樁加Φ850@600mm攪拌樁止水帷幕。

圖1 沈梅路站平面布置圖

2 頂管施工關(guān)鍵技術(shù)

2.1 頂管施工測(cè)量

2.1.1 平面控制測(cè)量

（1）按順序復(fù)測(cè)控制導(dǎo)線點(diǎn)，確定出洞口和進(jìn)洞口的位置。

（2）采用兩個(gè)洞口中心線作為矩形頂管的軸線。軸線放線后，通過全站儀投入工作井，作為發(fā)射裝置定位的中軸線。

（3）現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)控制網(wǎng)，采用全站儀進(jìn)行導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)量。

2.1.2 高程控制測(cè)量

（1）高程控制點(diǎn)布設(shè)在在出洞口的井上和井下，需定期復(fù)測(cè)。

（2）施工過程中對(duì)頂管機(jī)和管節(jié)的跟蹤測(cè)量，實(shí)時(shí)觀察頂管機(jī)的偏位和管節(jié)的沉降。

2.2 始發(fā)頂進(jìn)

始發(fā)頂進(jìn)分為三個(gè)階段：第一階段為設(shè)備下井就位、安裝、調(diào)試、安裝止水裝置；第二階段為始發(fā)頂進(jìn)洞門鑿除；第三階段為頂管機(jī)就位后立即組織對(duì)出洞區(qū)域的圍護(hù)樁（即旋噴樁和鉆孔灌注樁）進(jìn)行鑿除，圍護(hù)結(jié)構(gòu)破除后切削加固土、掘進(jìn)正常推行。其具體施工內(nèi)容為：

（1）鑿除井壁洞口的鋼筋混凝土，安裝洞門止水

（2）實(shí)時(shí)控制頂進(jìn)速度，防止地面塌陷。

（3）頂管機(jī)出洞3m范圍作為試驗(yàn)段，根據(jù)地表沉降情況確定最佳參數(shù)。

2.3 頂管正常段施工

2.3.1 施工參數(shù)

（1）頂管推進(jìn)頂力計(jì)算

式中：

F——總頂力（kN）；

F1——管道與土層的摩阻力（kN），F(xiàn)1=2（a+b）L′f；

L′——管道頂進(jìn)長(zhǎng)度（m）；

f——管道外壁與土的平均摩阻力（kN/m2）；

F2——頂管機(jī)的迎面阻力（kN），F(xiàn)2=abR1；

R1——頂管機(jī)下部1/3處的被動(dòng)土壓力。

頂管推進(jìn)詳細(xì)參數(shù)取值及頂力計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 參數(shù)取值及頂力計(jì)算結(jié)果

實(shí)際施工中，考慮一些外加的不利因素，實(shí)際頂進(jìn)的最大推力在10000 kN（1000t）左右。

（2）頂管正面土壓力的設(shè)定

土壓力采用朗肯土壓力理論進(jìn)行計(jì)算：

式中：

P——管道的側(cè)向土壓力；

k0——粉砂土的側(cè)向系數(shù)；

γ——土的容重；

z——覆土深度；

P1——超載系數(shù)。

正面土壓力計(jì)算詳細(xì)參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 參數(shù)取值及土壓力計(jì)算結(jié)果

理論計(jì)算的結(jié)果只作為土壓力的初始值，實(shí)際頂進(jìn)過程中土壓力的取值應(yīng)根據(jù)地表沉降實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.3.2 頂進(jìn)軸線控制

頂進(jìn)過程中頂管軸線控制尤為重要，一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)頭偏移，隨時(shí)糾正。頂進(jìn)過程中通過安裝在后靠墻上的激光經(jīng)緯儀隨時(shí)觀察頂管機(jī)姿態(tài)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

頂進(jìn)軸線偏差控制要求：高程±50mm；水平±50mm。

2.3.3 地面沉降控制

在頂進(jìn)過程中，必須嚴(yán)格控制速度，確保不間斷施工作業(yè)。土壓力值由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整，保證最佳狀態(tài)。

2.3.4 管節(jié)減摩

在管道外壁壓注觸變泥漿[6]并在管節(jié)外壁涂刷石蠟，減少土體與管道間摩阻力。

2.3.5 止退裝置

由于矩形頂管機(jī)斷面較大，頂進(jìn)阻力大，油缸回縮會(huì)連帶機(jī)頭和管節(jié)后退 20～30cm，原有的土壓平衡被打破，開挖面會(huì)發(fā)生失穩(wěn)，造成開挖面坍塌，地面和周邊管線也會(huì)產(chǎn)生豎向變形，直接影響到周邊民用設(shè)施的正常使用。

現(xiàn)有的方法是在基座的兩端增設(shè)一個(gè)止退裝置，在管節(jié)回縮時(shí)由止退裝置頂住管節(jié)的后退力，從而避免產(chǎn)生后退量。

2.3.6 出土

本工程出土采用螺旋輸送機(jī)+軌道土箱+卷揚(yáng)機(jī)+履帶吊的形式出土，一節(jié)管節(jié)的理論出土量為43.8m3，為控制地面沉降，出土量應(yīng)嚴(yán)格按照理論值實(shí)施，確保開挖面土體穩(wěn)定。出泥量過大會(huì)造成前方地面沉降，出泥量過小會(huì)造成前面地面隆起。因此，應(yīng)確保出泥量和取泥量的平衡，從而減少頂進(jìn)過程對(duì)土體的擾動(dòng)。

2.4 頂管接收

2.4.1 接收井準(zhǔn)備

接收井施工結(jié)束，及時(shí)確認(rèn)洞門位置，安裝接收架，并準(zhǔn)備破除接收井洞口的地墻鋼筋混凝土。

2.4.2 頂管機(jī)位置、姿態(tài)的復(fù)核測(cè)量

頂管機(jī)頭靠近接收井時(shí)，加強(qiáng)軸線測(cè)量，按原設(shè)計(jì)方案實(shí)施，確保正常進(jìn)洞。頂管機(jī)以良好的姿態(tài)進(jìn)入洞口，是評(píng)估施工方案、軸線控制的關(guān)鍵部分，使頂管機(jī)最終能精確的坐落到接收井的基座上。

2.4.3 施工參數(shù)調(diào)整

由于接收井的洞門和管節(jié)之間存在間隙，所以在頂管機(jī)的機(jī)頭進(jìn)入洞門是會(huì)產(chǎn)生土體流失，進(jìn)而造成地面和管線的沉降，現(xiàn)有方法是通過放慢頂進(jìn)的速度，放慢出土，以保證頂管機(jī)進(jìn)入洞門時(shí)前方土體的穩(wěn)定。

2.4.4 頂管頂進(jìn)接收

洞門完全打開前應(yīng)采用探孔的方式觀察洞門四周是否有滲水現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)有大量水流涌出，應(yīng)立即用木鍥及時(shí)封堵。采取應(yīng)急預(yù)案，重新制定洞口加固方案，確保施工安全。如未發(fā)現(xiàn)滲水，則頂管機(jī)按照預(yù)定計(jì)劃勻速前進(jìn)。如發(fā)現(xiàn)有滲水，用降水井進(jìn)行水位控制。頂管機(jī)停機(jī)后，盡快分離機(jī)體與管節(jié)，并封堵洞門。

2.4.5 頂管接收后注漿階段

洞門封堵完成后，為了減小該區(qū)域土體損失，對(duì)洞口的間隙作填充處理，注入部位見圖2。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整。

圖2 管節(jié)與洞門接口圖

3 監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

3.1 監(jiān)測(cè)目的

頂管施工是開挖面土體卸荷導(dǎo)致土體失穩(wěn)的一個(gè)過程，周邊土體發(fā)生剪切破壞，造成地表和管線發(fā)生沉降，隨著土體重新固結(jié)，場(chǎng)地又趨于穩(wěn)定。頂管平均覆土為6.4m左右，頂管穿興業(yè)路及高架橋匝道，通道上方密集的重要管線群，故頂管施工過程中對(duì)地層沉降控制要求較高。因此，頂管施工過程中監(jiān)測(cè)量測(cè)尤為重要。

3.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)的具體要求，結(jié)合本工程的具體情況。依據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范，頂管施工時(shí)對(duì)以下項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)：

（1）周邊道路地表沉降；

（2）給水、燃?xì)狻㈦娏Α⑽鬯⒂晁⑼ㄐ诺裙芫€的豎向位移監(jiān)測(cè)；

（3）周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)；

（4）地下水位監(jiān)測(cè)。

3.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

頂管施工期間管線及地表的累計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表3所示。結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)巡查情況，頂管施工過程周邊環(huán)境安全可控。

表3 累計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

由表3可知，由于頂管施工過程中采取了必要的施工技術(shù)措施，各種管線沉降位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均未超過控制值，確保了頂管的順利推進(jìn)。

4 結(jié) 語

本文以上海沈梅路站出口頂管工程為例，對(duì)施工測(cè)量、始發(fā)頂進(jìn)、頂管施工、頂管接收等關(guān)鍵技術(shù)作了總結(jié)說明，施工參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整。施工期間對(duì)地表和管線變形跟蹤監(jiān)測(cè)，變形量均未超標(biāo)情況，說明采取技術(shù)措施得當(dāng)，頂管頂進(jìn)均在可控范圍，說明本項(xiàng)目制定的頂管施工方案切實(shí)可行，施工質(zhì)量滿足周邊環(huán)境保護(hù)的要求，