矿山法施工在顶管工程中的应用

摘要：通过矿山法在顶管施工的应用，大大降低了顶管施工过程中的难度，投资小、工期快、对地面影响小，使工程取得了顺利进展。文章对矿山法在顶管施工中的应用做了探讨。

关键词：矿山法；顶管施工；施工工艺；工程流程

中图分类号：U459文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）02-0173-02

一、工程概况

广州市××工程为城市污水管顶管工程，顶管直径约为2.0m，污水管采用钢筋混凝土管。在前期顶管工程施

工过程中，顶进时遇到了漂石，致使无法顶进。根据目前施工情况，为保证工程顺利进行，能够继续顶进，经过仔细研究，拟采用矿山法施工配合顶管。矿山法隧道施工时的开挖、超前支护技术，隧道开挖一个循环即进行顶管顶推，利用管道作为隧道的初衬。此种方案投资小、工期快、对地面影响小。

二、矿山法工艺流程与施工方法

（一）工艺流程

图1

（二）施工方法

1．隧道开挖

隧道掘进时，顶部和掌子面按主隧道的断面形状开挖，但其尺寸比主隧道断面大350mm，完成初衬后，便与主隧道开挖尺寸一致。

开挖分上下台阶共四个断面进行开挖，拱部开挖前，拱部1500范围内采用φ42小导管超前预注浆，固化周边土体。

四个断面开挖的进程安排为：断面1掘进12m，即完成该断面掘进和初衬后再开始断面2的开挖，断面2掘进12m并完成初衬后，开挖断面3，断面3完成掘进和初衬后，开始开挖断面4。

根据本工程的情况和土体注浆加固的情况，采用风枪和风镐作为掘进机具，用人工进行开挖，减少掘进对注浆加固土体的扰动影响。

隧道台阶法施工，应在拱部初期支护结构基本稳定且喷射混凝土达到设计强度的70％以上时，方可进行下部台阶开挖。

2．隧道初衬施工

（1）喷射混凝土。按湿式喷射混凝土施工法实施，并掺加速凝剂和早强剂。

喷射混凝土由下向上分段、分片螺旋式喷射，喷射厚度为5cm。喷射混凝土配比、喷射方法按设计参数及施工规范进行。根据实际施工情况，若掌子面地下水丰富或掌子面自稳能力非常差，则采用钢筋网、喷射砼封闭。

（2）挂网。格栅钢架的内外侧各有一层纵向连接筋（Φ22）和钢筋网（φ8@200×200）。施工时，先打设短锚杆用于固定钢筋网，再按设计要求加工钢筋网，随受喷面起伏铺设，同定位锚杆固定牢固，钢筋网与受喷面的间隙以3cm左右为宜，混凝土护层大于5cm。

（3）格栅钢架安装。格栅钢架沿纵向每0.5m设置一道。

3．小导管超前预注浆施工

（1）注浆管施工。小导管采用Ф42×3.25无缝钢管，管长2.5m,一端呈尖头形，另一端焊上铁箍，注浆孔沿管壁布置，间距100～200mm，梅花形布设，孔位互成90°，孔径6～8mm。在开挖轮廓线范围内全断面布置，小导管外插角12°，环向间距为200mm，纵向间距1.5m，搭接长度为1.0m。小导管制作如图2所示。小导管布置如图3所示。由于隧道围岩地质多为软流塑砂层，小导管采用风镐直接打入，注浆采用注浆泵。

图2图3

小导管布置示意图

（2）超前注浆。注浆施工包括封闭工作面、钻孔、安设导管、注浆、效果检验等工序。

注浆材料采用1：1水泥浆液，注浆压力根据现场试验而定。注浆材料、注浆方式及配合比将根据现场围岩情况调整。

（3）小导管注浆的工序流程，如图4所示：

图4

4．防水层施工

暗挖隧道外防水采用PVC防水卷材，防水板两侧采用400g/m2无纺布作为缓冲层及保护层。

PVC防水板施工主要程序如下：基面处理→铺设缓冲层材料→粘贴防水卷材→粘结防水卷材接缝→收头处理→检查修补→保护层施工。

5．二次衬砌施工

二次衬砌采用C30模筑混凝土，主要工序有：模筑前的准备工作、拱（墙）架与模板、混凝土制备与运输、混凝土灌筑工艺、混疑土养护与拆模等。该衬砌在围岩加初期支护稳定后及时施作，此时隧道已成型，二次衬砌在平面上分3段施工，每段长度为10m，施工缝采用快易收口网作模板，并加设250mm宽塑料止水带。竖向采用顺作法，即按仰拱→边墙→拱部的顺序由下到上分缝进行施工，施工缝加设250mm宽塑料止水带。

（1）模筑衬砌施工前的准备工作。在模筑衬砌施工开始前，应进行清理场地、进行中线和水平施工测量、检查开挖断面是否符合设计要求，对欠挖部分加以修凿，然后放线定位，架设衬砌模板支架或架立拱架等。同时，准备衬砌材料、机具、劳动力组织计划安排等。

（2）拱（墙）架与模板施工。模筑衬砌的拱（墙）架的间距为1m，拱架、墙架采用钢轨、型钢、钢管加工制作，模板采用普通钢模板。模板安装时，拱架脚铺木板或方木块。

架设拱架、墙架和模板，应位置准确，连接牢固，严防走动，并应认真做好以下工作：

1）拱架、曲墙架在使用前应先在样台上试拼装，重复使用时应注意检查，如有变形超限应及时修理调整。在拱架外缘沿径向用支撑与围岩顶紧，以防止浇筑过程中拱架变形；

2）架设前应按隧道中线、标高及允许施工误差和预留沉落量，对开挖断面进行复核，围岩突出部位应清除、整修；

3）模板接头应整齐平顺；

4）挡头板应按衬砌断面制作，挡头板与围岩岩壁间隙应嵌堵紧密。

拱架应在垂直于隧道中线方向架设。架设的夹板、螺栓、拉杆等应安装齐全。拱架（包括拱板）的标高应预留沉落量，其数值可符合如下要求：拱部模板应预留沉落量10～30mm，其高程允许偏差为设计高程加预留沉落量0～10mm；施工中应随时观测、调整，使其符合要求。

另外，考虑到测量和施工都有误差，以及灌筑混凝土时拱脚内技，为保证设计净空，拱架（包括模板）的拱脚每侧应加宽5～10cm，拱顶应加高5cm。

（3）模筑衬砌混凝土施工。混凝土采用输送泵输送，坍落度为：仰拱及墙体100～120mm，拱部160～180mm；振捣不得触及防水层、钢筋、预埋件和模板。混凝土浇筑前，必须清除模板上的泥污杂物，且须用水湿润，确保模板不漏浆。

1）仰拱施工

①仰拱浇筑前应清除积水、杂物、虚碴；

②使用模扳浇筑仰拱混凝土。

③混凝土应振捣密实。

2）边墙衬砌混凝土。边墙衬砌混凝土施工应符合下列要求：

①仰拱的施工缝应凿毛并清理干净；

②混凝土应振捣密实。

3）拱圈混凝土衬砌。混凝土衬砌施工应符合下列要求：

①拱圈浇筑顺序应从两侧拱脚向拱顶对称进行，间歇及封顶的层面应成辐射状；

②拱圈浇筑时，应使混凝土充满所有角落，并应充分进行捣固密实。

4）拱圆封顶。拱圈封顶应随拱圈的浇筑及时进行。封顶的混凝土均应适当降低水灰比，并捣固密实，不得漏水。

5）拱墙背后回填。拱墙背后的空隙必须用混凝土回填密实。

6）衬砌混凝土养护与拆模。衬砌混凝土灌筑后10～12h应开始洒水养护，以保持混凝土良好的硬化条件。养护时间应根据衬砌施工地段的气温、空气相对湿度和使用的水泥品种确定，使用硅酸盐水泥时，养护时间一般为7～14天。

当混凝土强度达到2.5Mpa以上时即可拆除模板。

6．隧道衬砌背后注浆

衬砌施工时（含初衬与二衬），在拱顶及两肩处各布置一根注浆管，其纵向间距为2m，初衬施工时预埋注浆管长度为0.55m，二衬施工时预埋注浆管长度为0.60m。注浆管采用φ42无缝钢管，注浆液采用水泥浆。初衬与二衬施工后，分别进行注浆，以填充衬砌与墙背及两次衬砌间的空隙。

三、结语

本工程通过矿山法配合顶管在顶管施工中的应用，解决了顶管过程中的顶进困难，并大大节约了施工工期和成本。实践证明，此方法在顶管施工过程中是科学合理的，能满足设计施工的要求，在以后类似的工程施工中可以作为借鉴。

参考文献

[1]关宝树．地下工程[M]．高等教育出版社，2007．

[2]童华炜．土木工程施工[M]．科学出版社，2006．

作者简介：霍广炼，供职于广州市污水治理有限责任公司。