長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖段施工技術研究

黃雷

摘要：為優化矩形頂管穿越硬巖施工，以深圳市16號線共建管廊工程項目為例，開展長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖施工技術的研究。為確保工程的順利開展，應根據項目特點做好頂管施工前設備選型、場地布設、觸變泥漿設計與測量點位布設等；在遇硬巖時，根據實際情況，及時調整施工工藝，以此來實現矩形頂管穿越硬巖段施工。通過實例應用，指出矩形頂管在硬巖施工中存在的不足，為后續工程在此方面設計和施工提供借鑒。

關鍵詞：長距離；大斷面矩形頂管；硬巖凸起；方案優化

0? ?引言

長距離大斷面矩形頂管施工技術作為一種先進的非開挖工程技術，廣泛應用于城市地下管網建設、交通設施改造等工程項目中。施工中，其利用切削刀盤和液壓缸共同作用，將預制管節逐節頂入地層中，直到達到預定位置[1]。該技術具有工期短，精度高，對周邊環境影響小等優勢，尤其在穿越建構筑物、既有線施工時，能夠解決傳統開挖方式難以解決的問題，有效提高工程的可靠性和安全性。

與傳統的開挖方式相比，矩形頂管施工技術在應用中，對設備的要求較高，需要使用專用設備。矩形頂管在軟土和軟巖地層中技術較為成熟，在硬巖地層中，矩形頂管施工目前尚且存在困難，所以對于復雜的地質條件，施工前需進行詳細的勘察和評估，以確保施工的安全性和可行性。為深化此項技術的應用，本文以深圳市16號線共建管廊工程項目為例，開展長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖施工技術的研究。

1? ?工程概況

1.1? ?工程基本情況

昌盛路頂管區間位于深圳市16號線共建管廊坪山段，區間穿越未開發山林地塊，區間起訖里程KE0+000-KE0+214.232，全長214.232m，設始發井和接收井各1座[3]。頂管段全長183m，管節結構采用矩形斷面，外尺寸7.7m×4.5m，壁厚700mm，結構覆土厚度約為4～6m，頂進坡度為18‰。采用土壓平衡頂管機施工，區間頂進施工過程中，下穿廢棄廠房，上跨地鐵16號線盾構區間隧道。

1.2? ?地質狀況

根據地質縱斷面圖及詳勘報告可知，頂管區間穿越地層主要為粉質黏土、粉質黏土素填土和砂質粘性土，上部為素填土（填黏性土為主），下部為花崗巖。由于地塊條件限制，靠近接收端位置在詳勘階段勘測點位布設間距較大，詳勘報告中對該區域巖層分界線無準確界定。為明確巖層分界線，施工前對靠近接收端范圍重新進行了地質補勘。補勘結果顯示，頂管接收井開挖范圍內存在中、微風化花崗巖，位于結構底板以上高度2.1～7.2m。緊接接收井里程KE0+016.36～KE0+030.25，長約13.9m的頂管段，存在微風化花崗巖凸起，實測巖石單軸抗壓強度30.5～58.8MPa，侵入頂管區間底板高度0～2.56m。

2? ?長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖段施工方案

根據地質補勘結果可知，在接收端13.9m范圍內存在硬巖凸起，頂管無法頂進，需調整設計方案。在綜合比選地面鉆孔碎巖、接收井開挖后水平鉆孔碎巖、變更明挖施工等方案后，最終決定將接收井向始發井方向調整擴大16m，將凸起硬巖調整至接收井范圍內，減少16m頂管頂進長度，增加16m明挖長度。基于此，設計施工技術如下。

2.1? ?頂管施工現場準備

在施工前，先做好頂管施工現場的布置，以便于后續頂管施工。頂管設備的運行需要動力，因此在現場電源接入點處安裝800kW及以上的變壓器，并與井上井下設備連接。及時對場地進行清理，合理布置監控室、操作室、注漿泵、空壓機及管線位置，合理規劃管節存放及吊車行走站位[4]。

本工程采用300t履帶起重機，以進行管節、頂管機各部件的吊裝以及井下渣土提升。在工作井場地內還需設置一個渣土坑，用來存放頂進渣土[5]。頂管機采用1臺土壓平衡頂管機，頂管結構參數設計如下表1所示。

完成施工現場的準備工作后，在施工前，先將測量控制點布設在工作井四周及工作井中，以便在頂進過程中完成頂管機姿態測量以及周邊地表、建筑物沉降與位移監測。

2.2? ?觸變泥漿配合比設計與頂進糾偏

2.2.1? ?觸變泥漿配合比設計

注漿是減小頂管阻力的最有效途徑之一，注漿液在管節外壁上形成一層泥漿潤滑層，可以減小頂管頂進過程中與地層的摩擦阻力，從而減小液壓缸頂進壓力，提升頂管施工效果[6]。在長距離頂管施工中，壓漿裝置的供漿量直接關系到頂管施工的質量。依托工程一次頂進長度，安裝1～2臺注漿設備，用于觸變泥漿的施工，并在頂進過程中不間斷地進行補漿。遵循“同步注漿”、“先上后下”、“適時注漿”等原則。

頂進過程中，應注意每一個推進區段是否均有注漿。為降低啟動壓力，在每次停止后重新啟動前都要對壁后進行補漿。有地下水時，漿液的注漿壓力要高于地下水水壓20～40kPa。同時，漿液的注漿壓力不宜太大，以免打穿地層，從而影響注漿效果[7]。觸變性泥漿的設計參數如表2所示。

在長距離的頂管施工中，頂管壁后的減阻潤滑是影響頂管施工的關鍵。本工程采用大斷面矩形頂管施工，地層變化復雜，施工距離長，采用單一的觸變性泥漿已不能滿足施工需要，觸變性泥漿的參數應隨穿越地層的不同而實時調整。

2.2.2? ?頂進糾偏

在淤泥質、粉質土地段頂管施工中，易發生上抬現象。在粉砂、細砂、中砂、礫砂段等地層中，泥漿易漏失而產生沉陷。為排除相關因素對施工的影響，應及時進行頂進糾偏，即通過使用全站儀等定位設備，結合地質勘探數據，進行實時位置、軸線監測，以確保頂管能夠沿著設計軌道準確前進。

2.3? ?硬巖段明挖施工設計

當施工到硬巖（本工程接收端）時，提前進行明挖施工。在明挖施工過程中，需要密切關注地下水位變化，采取相應的安全和技術措施，以確保工程的順利完成。硬巖段明挖施工步驟如下所示。

2.3.1? ?準備工作

在轉變為明挖施工前，需要進行一系列準備工作。其中包括清理擴大后接收井范圍內地表雜物，施工場地硬化，進行場地布置，并準備好明挖施工所需各類機械設備、器具。

2.3.2? ?圍護結構施工

根據變更設計圖紙確定明挖圍護結構施工邊界，重新進行測量放樣，施作圍護結構，對接收端洞門土體進行加固。接收井圍護結構采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁，接收洞門范圍將鉆孔灌注樁鋼筋更換為玻璃纖維筋，洞門土體加固采用高壓旋噴樁。

2.3.3? ?開挖及支護

使用適當的挖掘機械，進行接收井范圍內土石方開挖，同時根據開挖深度，及時施作混凝土支撐、鋼支撐和樁間網噴混凝土。根據實際情況，及時采取降排水措施，以確保挖掘過程的基坑的安全和穩定。

2.3.4? ?施工臨時封底

在基坑開挖完成后，及時施工臨時結構封底。

2.3.5? ?頂管接收

接收井開挖及臨時封底完成后，進行接收洞門破除，安裝洞門止水裝置和接收軌道。接收準備工作完成后，將頂管機繼續頂進至接收井內，完成解體接收。

3? ?方案對比

完成工程變更設計后，對變更前后工程量進行統計對比，相關內容如表3所示。

分析表3可知，變更明挖施工工藝后，為（轉下頁）（接上頁）確保結構安全，在硬巖地層段設計方面仍做了全面且充分的考慮。例如，在鉆孔灌注樁（入巖）中，原設計工程量為180m，變更設計工程量為330m，用增大鉆孔灌注樁的數量，來確保基坑的穩定性。類似地，在三管旋噴樁方面，原設計工程量為399.24m，而變更設計工程量為636.96m，未因硬巖地層而減少旋噴樁設計。

此外，冠梁、擋土墻和樁間網噴混凝土等工程項目均隨明挖施工長度的增加而作了相應調整。設計變更前后工程量的變化，為后續工程在做此方面的優化設計和工序安排提供了參考，方便類似工程在此方面做出更好的調整。

4? ?結束語

本文以深圳市16號線共建管廊工程項目為例，對長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖段施工技術展開了研究。在實際應用中，需要注意設備的選擇和維護、材料的儲存和使用、現場勘察和評估等方面的問題。在未來的工程實踐中，建議進一步優化該技術的施工流程并提高設備的通用性，以降低成本，提高市場競爭力。同時，應加強技術培訓和技術交流，為該技術的推廣和應用提供有力支持。

參考文獻

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