地鐵大斷面矩形頂管施工關鍵技術探討

楊志杰

(廣州建筑工程監(jiān)理有限公司， 廣東 廣州 510030）

地下施工方式主要有人工開挖、 頂管法和盾構法等。 其中大斷面矩形頂管法由于其高效、 簡單、 施工控制精度高等優(yōu)勢在地下空間建設中應用廣泛。 某軌道交通三號線工程所處周邊地段交通繁忙， 為減少對大道交通的影響， 地鐵站出入口過街通道均采取頂管施工。 結合該某軌道交通三號線工程項目的大斷面矩形頂管施工， 分析施工過程中存在的技術難點， 并從優(yōu)化施工細節(jié)、 提高綜合效益角度出發(fā)， 采取合理的施工技術和措施， 提高頂管施工技術的應用水平。

1 工程概況及方案選擇

某軌道交通三號線工程， 車站總建筑面積約20926.4.7m， 區(qū)間頂管段施工長度為 101m， 埋深10m， 采用7.02m×6.45m矩形頂管機施工。 由于以往在車站出入口通道施工時所采用的頂管機截面為6m×4.3m， 區(qū)間頂管施工難度非常大， 經(jīng)核算頂推力達4500t， 區(qū)間中主要為全斷面砂層， 并須兩次下穿機場渠箱， 渠箱底部距離隧道頂部僅為2m， 且施工中還要下穿車流量大的機場大道， 安全風險大。 因此該頂管成為當?shù)氐罔F迄今為止施工的最大斷面頂管， 也是當?shù)氐罔F建設史以來第一次將頂管機用于正線隧道推進。

根據(jù)地質勘察資料， 頂管段穿越粉細砂、 礫砂、粉質粘土地層， 頂管上覆土為人工填土、 粉質粘土。根據(jù)項目區(qū)間 （192.08m， 包括頂管段101m） 左右線共有 12 個鉆孔 （MCZ3 -XX-04、 MCZ3 -XX-05 未實施）， 地質鉆孔間距25 ～70m。 已實施的鉆孔未揭露溶、 土洞， 由于勘察孔間距較大， 不能全面代表頂管段的溶洞發(fā)育情況， 頂管施工前必須采取加密勘探， 全面掌握頂管段的不良地質情況， 發(fā)現(xiàn)不良的地質情況口應及時采取應對的措施， 確保頂管的順利施工。

綜合考慮交通緩解壓力、 管線遷移 （ 保護）、 工期、 成本造價等多方面因素， 確定該軌道交通三號線工程為明挖施工、 頂管施工及凍結暗挖施工相結合。 下面主要重點分析頂管施工技術， 具體流程如圖1 所示。

圖1 大斷面矩形頂管工藝流程圖

2 地鐵大斷面矩形頂管施工技術管理思路

結合本地鐵大斷面矩形頂管項目施工技術管理難點， 專門制定了專業(yè)的技術管理模式與思路。

1） 以標準化技術作業(yè)為引領， 從源頭把控施工質量。 從頂管標段施工項目進場開始貫穿項目施工全過程， 施工企業(yè)需要樹立起標準化技術作業(yè)引導的觀念， 從項目部標準化技術、 工地標準化技術、 工序作業(yè)標準化技術三方面上同步推進， 實現(xiàn)通過標準化技術施工指導頂管施工全過程， 避免出現(xiàn)施工問題。

2） 引用先進技術設備， 實現(xiàn)技術導航。 在頂管標段施工項目中， 通過借助現(xiàn)代技術， 給予現(xiàn)場施工管理人員技術指導， 幫助現(xiàn)場作業(yè)人員了解工作井施工方法及端頭加固、 工作井下準備工作、 頂管機吊裝及組裝定位、 頂進施工、 監(jiān)測等關鍵技術應用過程中的復雜部位的施工步驟和技術難點， 實現(xiàn)打破技術壁壘。

3） 設置關鍵技術控制點， 對本頂管標段施工過程中的一些關鍵部位、 薄弱環(huán)節(jié)、 重點控制環(huán)節(jié)進行分級， 加大對關鍵節(jié)點的技術把控， 形成有針對性、動態(tài)的技術控制措施。

3 地鐵大斷面頂管施工關鍵技術提升措施

3.1 施工前技術準備

對本工程開展頂管施工之前， 工程人員進行實地勘察， 主要應了解工程所在地的地下水位情況、 地下建筑物以及周邊構筑物情況等， 據(jù)此制定出可行度高的施工方案， 并對施工機具設備進行確定， 確保選擇最為合理的頂進方式。 具體應對頂管機、 主推千斤頂、 注水系統(tǒng)以及起重設備等加以科學選用。

加強對頂管施工難點及風險分析， 提前做好應對策略。 結合本項目現(xiàn)狀分析， 重點針對以下施工難點并做好應對策略： 1） 針對頂管管片斷面尺寸較大，達7m×6.43m， 難以保證101m長距離頂進質量。 除了要保證管節(jié)接口、 后靠背具有足夠的強度和剛度外， 還需要通過注入觸變泥漿起到減阻的作用； 2）結合設計圖紙要求， 針對雙線第一條單洞101m的頂進任務， 兩次頂進管片凈距100mm存在技術難度。通過利用預應力錨索， 實現(xiàn)頂管管片整體連接， 以降低二次頂進對已完成隧道的影響。 使用套筒式土砂泵+頂管機側面的注泥孔實現(xiàn)管片之間的壓力的控制，保證頂進精度； 3） 結合地質縱斷面圖進行分析， 本項目頂管頂進需要穿越復合地層含砂粉質粘土、 礫砂、 細砂， 而且地下水位較高， 存在一定施工難度。結合項目特點選取土壓平衡矩形頂管機， 頂管掘進機頭在即將出加固區(qū)進入砂層區(qū)域市， 嚴格控制好頂管頂進速度。 在頂進過程中， 進行每節(jié)的出土量的精準統(tǒng)計， 確保正面土體的相對穩(wěn)定。 借助刀盤面板上的注漿孔， 在進行土體切削過程中進行同步噴漿， 以實現(xiàn)對刀盤正面土體的改良。

3.2 設備選型、 安裝

工程人員根據(jù)實際情況開展了設備選型和安裝工作， 主要包括電動空壓機、 鼓風設備、 千斤頂、 專用液壓系統(tǒng)等。 同時將高壓泵合理的配置在所有工作井中， 構造并聯(lián)循環(huán)作業(yè)系統(tǒng)， 同時配置有壓漿系統(tǒng)。并針對現(xiàn)場的吊裝施工要求， 選用了專用吊機設備。對于井內頂進施工而言， 工程人員則專門專用了油壓為2000kN的千斤頂， 并嚴格控制其油程， 確保高質量運轉。

3.3 頂管施工過程的技術控制

頂管始發(fā)進洞段施工技術控制。 首先， 做好設備下井就位、 安裝、 調試、 止水裝置安裝。 其次， 開展洞口鑿除， 安裝進洞洞門止水裝置。 最后， 對出洞區(qū)域的切削加固土體， 掘進正常推行。

頂管正常段施工技術控制。 一是頂管推進頂力的計算， 施工中考慮一些外加的綜合因素， 實際頂進的最大推力在3500t左右。 二正面土壓力的設定， 平衡土壓力的設定是頂進施工的關鍵， 本項目選擇理論計算值129.62kN/m作為土壓力的最初設定值， 隨著頂進的不斷進行作相應的調整。 三是頂進過程的糾偏，通過嚴密監(jiān)測頂管的偏位情況并及時進行糾偏， 并貫穿在頂進施工的全過程。 四是頂進過程的注漿減阻，通過在管道外壁壓注觸變泥漿， 在管道四周形成一圈泥漿套以減少土體與管道間摩阻力。 五是止退裝置的安裝， 本項目的矩形頂管掘進機的斷面較大， 當頂管機和管節(jié)往后退時， 機頭和前方土體間的土壓平衡受到破壞， 需要在前基座的兩側各安裝一套止退裝置，把管節(jié)穩(wěn)住。 六是出土控制， 本工程出土采用螺旋輸送機+軌道土箱+卷揚機+履帶吊的形式出土， 重點控制出泥量與頂進取泥量相一致。

頂管到達出洞段施工技術控制。 首先， 做好接收井準備， 結合實際標高安裝頂管機接收架， 準備破除接收井洞口的地墻鋼筋砼。 其次， 進行姿態(tài)復核， 當頂管機頭靠近接收井時， 加強測量的頻率和精度， 確保頂管機準確進洞。 再次， 參數(shù)調整， 適當減慢頂進速度， 確保洞口結構穩(wěn)定。 最后， 頂管出洞。 對出洞區(qū)域的洞門完全打開前應采用探孔的方式觀察洞門四周是否有滲水現(xiàn)象。

3.4 施工過程監(jiān)測

頂管施工受周圍環(huán)境影響尤其地下水的影響較大， 同時， 頂進設備的振動及管道的頂進作業(yè)也會對周圍環(huán)境造成一定的影響， 基于此， 在項目施工中，除了要重點對地面隆起、 通道水平位移和沉降和管線沉降三個項目進行測點布置外， 還加強對周圍環(huán)境的有效監(jiān)測， 通過對地下水位監(jiān)測和周圍建筑物的沉降進行監(jiān)測。 為了有效降低地下水文環(huán)境對本項目施工的影響， 通過合理設置監(jiān)測點位， 同時針對監(jiān)測結果， 實施排水處理， 滿足牽引井基坑的工作需要。

4 結語

地鐵工程項目的建設是當前市政工程中的重要工程項目， 在對其進行施工的過程中， 要關注頂管施工這一關鍵技術。 在施工過程中， 工程人員要提高現(xiàn)場管控意識， 要在充分了解現(xiàn)場地質狀況以及周邊場地情況的基礎上， 完善施工方案， 優(yōu)選施工設備， 細化施工技術， 確保頂管施工技術的應用成效滿足工程整體要求。