地铁车站出入口顶管施工探析

刘良富

摘要：随着城市建设的高速发展，地下空间的开发利用越来越受到重视。目前，地铁车站出入口施工常采用的工法是矩形顶管施工，这是由于矩形顶管施工工艺施工时具有地下管线搬迁少，对地面道路交通影响小，以及低噪音、无扬尘的特点；再者，隧道和地下通道，截面通常为圆形，矩形结构则能充分利用结构断面，提高断面利用率，减少地下掘进面积，有利于降低工程总体造价。本文详细介绍了矩形顶管的施工工艺及实施，对矩形顶管施工中容易出现的问题提出了控制措施，可供其它类似工程借鉴。

关键词：顶管施工；矩形顶管施工；地铁出入口

Abstract: with the rapid development of urban construction, the development and utilization of underground space is receiving more and more attention. At present, the construction of subway station entrances often used methods is the rectangular pipe jacking construction, this is because the rectangular pipe jacking construction technology during the construction of underground pipeline removal with less, to the ground road traffic impact is small, and low noise, no dust characteristic; Moreover, tunnel and underground passage, section usually is circular and rectangular structure, can make full use of structural section, improve the utilization rate of section, reduce the underground drivage area, which is beneficial to reduce the overall cost of the project. This paper introduces the rectangular pipe jacking construction technology and the implementation of the rectangular pipe jacking construction of the problems easy to control measures are put forward, which can be reference for other similar projects.

Keywords: pipe jacking construction; Rectangular pipe jacking construction; Subway entrances

中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

前言：矩形顶管施工地下通道的优势在于不需要搬迁地下管线，不破坏地面道路结构，也丝毫不影响现有道路交通的正常运行，一切施工均在道路面以下进行，采用先进的土压平衡项管机，施工期间无噪音，地面沉降及地下管线的变形均在可控制范围。上海轨道交通7号线汶水路车站1号出入口矩形通道施工攻克薄覆土和近距离穿越管线的难题。海轨道交通6号线浦电路车站矩形地下通道首推成功，取得了大截面掘进（6.24m×4.39m）、高精度施工、地面沉降小于3cm的成果。上海轨道交通13号线长清路车站3号出入口矩形通道施工攻克始发工作井狭小以及呈不规则多边形的难题，采用矩形掘进机与后顶设备二次到位的始发顶进方法，成功穿越净距1.72m，直径2m的合流污水干管以及近邻工作井3.8m的电缆箱涵隧道，地表沉降控制在2.5cm之内。以上个案表明矩形顶管施工工艺在地铁车站出入口施工中的应用已广泛推广，并取得了良好的效果。

一、顶管施工及其原理

顶管施工法是继盾构法之后而发展起来的一种地下管道施工方法，也是使用得最早的一种非开挖施工方法，起源于美国。最初，顶管施工法主要用于跨越孔施工时顶进钢套管，随着技术的改进，顶管法也用于无套管情况下顶进永久性的公用管道，主要是重力管道。

顶管施工的原理就是借助于主顶油缸以及中继间的顶进力，把工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。与此同时，把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两个工作坑之间。 按工作面的开挖方式可将顶管法分为普通顶管(人工开挖)、机械顶管(机械开挖)、水射顶管(水射流冲蚀)、挤压顶管(挤压土柱)等。采用何种方法要根据管径、土层条件、管线长度以及技术经济比较来确定。在顶管施工中，常见的主要有三种工作面平衡理论：即泥水平衡、土压平衡和气压平衡理论。

二、地铁车站出入口矩形顶管施工

（一）施工准备

1、顶管工作井施工，井内设集水坑，便于抽排积水；

2、后靠背设置，工作井基础设定后，根据管道走向设置后靠背。

3、导轨安装，导轨安装牢固与准确对管子的顶进质量有较大的影响，因此导轨安装依据管径大小、管道坡度、顶进方向确定，顶进方向必须平直，标高、轴线准确。导轨可用轻型钢轨制作。

4、顶进设备采用千斤顶，头部设刃口工具管，起切土作用并保护管道及导向作用。为防止土体坍塌，在工具管内设格栅。

5、其它设备

工作坑上方设活动式工作平台，一般采用30号槽钢作梁，上铺方木。下管采用临时吊车吊运下管，出土采用摇头扒杆。

6、注意：顶管工作坑四周必须采用围护措施，采用彩钢瓦围护，雨帆布防护，并设醒目警示标牌。顶进时，过往车辆应减速慢行，且禁止大吨位、重载车辆通行。

（二）工作井围护结构的选择

地铁出入口工程工作井围护结构可使用SMW工法桩，混凝土挡墙内预埋钢洞圈，SMW工法桩即为工作井的洞圈封门（接收井封门除SMW工法桩围护结构外，在接收井洞门内还预先浇筑20cm厚的钢筋混凝土挡墙），矩形顶管的出洞过程即为搅拌桩内拔除H型钢和顶管机头经过出洞段加固区并进入原状土体的过程。采用SMW工法桩作为矩形顶管工作井的围护结构，既能有效的阻止地下水的涌入工作井内，又能方便快捷的拔出H型钢，减少机头进出洞过程的时间，有效的降低进出洞阶段的风险。在施工场地和水文地质条件允许的情况下，SMW工法桩应为矩形顶管工艺工作井围护结构的第一选择。

（二）对进出洞口区域进行土体加固

矩形顶管工艺进出洞口区域的土体加固可以采用深层搅拌、压密注浆、化学注浆等方法，目的是将洞口处一定范围内土体预先固结，达到进出洞时所需的强度，能使洞口封门拆除后洞口处暴露的土体自立。但地基加固后的土体强度均匀性差，特别是在软土地层中尤为突出，所以必须加强检测，使加固土体的强度、均匀性及其加固范围等均达到加固设计的标准。在加固设计时应考虑到加固土体的强度与矩形顶管机机头切削刀盘的刚度及出渣输送的匹配。

（三）预设阻浆密封装置

为了防止泥浆从管节外壁和工作井之间的间隙中流出，而使水土流失造成地面沉降，同时影响触变泥浆套的形成而降低减摩效果，在洞圈上预设阻浆密封装置

（四）主顶定位及机械调试

顶进轴线主要靠主顶来控制，故在主顶定位时，要求与管节中心轴线形成对称分布，以保证管节均匀受力。顶进轴线偏差控制：高程+800mm，－100mm；水平±100mm。主顶定位后，需进行调试与验收，出洞前对机械进行反复调试，保证千斤顶的性能完好，使顶管机在工作中能始终保持最佳状态。

（五）掘进机进入土层后的管端处理

1、进入接收坑的顶管掘进机和管端下部应设枕垫；

2、管道两端露在工作坑中的长度不得小于0.5m，且不得有接口；

3、钢筋混凝土管道端部应及时浇筑混凝土基础。

(六)管道顶进纠偏与测量

1、在管道顶进的全部过程中，应控制顶管掘进机前进的方向，并应根据测量结果分析偏差产生的原因和发展趋势，确定纠偏的措施。

2、管道顶进过程中，顶管掘进机的中心和高程测量应符合下列规定：①采用手工掘进时，顶管掘进机进入土层过程中，每顶进300mm，测量不应少于一次；管道进入土层后正常顶进时，每顶进1000mm，测量不应少于一次，纠偏时应增加测量次数；②全段顶完后，应在每个管节接口处测量其轴线位置和高程；有错口时，应测出相对高差；③测量记录应完整、清晰。

（七）顶管出洞的施工程序与出洞控制

设备调试→顶管机头靠上洞口→洞门处围护H型钢拔除→顶管机削地加固土体（适当提高正面推进压力值） →机头切口进入原状土（逐步减少正面土压力值至理论计算值）

三、顶管施工重点控制措施

（一）初始顶进管节防止后退措施

由于在初始顶进阶段正面水土压力远大于管周围的摩擦阻力，拼装管节时主推千斤顶在缩回前必须对以顶进的部分与井壁进行固定，否则管节后退会导致洞口止水装置受损，因此在初始几节管节的外侧埋设预埋钢板，在主推千斤顶退回前将管节与井壁相连，直至管外壁磨阻力大于掘进机正面土压力为止。

（二）顶管轨迹控制措施

初期顶进顶管机头先行入土，应均匀出土，控制好初始偏差，并及时调整后座千斤顶合力中心来控制初始偏差，确保机头初始状态稳定和轴线顺直。由于推进距离短，需尽早调整好参数，结合地面沉降数据，调整出土速度，控制好正面土压，确保地面沉降量控制在+10mm～-30mm之间。

（三）地面沉降的预防措施

1、同时为保证地面沉降,应严格控制顶进速度,采用间隔施工的方式以缓解浅覆土的影响。

2、顶管结束后，为防止隧道上浮,根据顶进情况在隧道内进行一定的加载措施,同时通过注浆孔对管道外壁补浆，选用1：1的水泥浆液，根据不同的水土压力确定注浆压力，加固通道外土体，消除对通道今后使用过程中产生不均匀沉降的影响。

（四）施工泄露水控制

为防止顶管机进出预留洞时水、土涌入工作井,并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失,必须在工作井与接收预留洞上安装洞口止水装置。该装置安装在洞口预留法兰上,由橡胶止水圈与插板组成,需与设计管位保持同心,误差小于2 mm。并在洞环端面预埋钢板,顶管进洞后,将进洞环管节与洞门之间的间隙及时封堵,并填充一定量的浆液,以弥补洞口进洞阶段的水土流失,控制洞口上方的沉降。

结束语：随着地铁建设的高速发展，车站设置顶管出入口的情况越来越多，目前上海轨道交通７号线、８号线、10号线、11号线等各条线路均有采用顶管方案的过街出入口，可以肯定，顶管法在地铁建设中将会有更大的发展空间。因此要不断地创新与提高顶管施工工艺，在施工过程中做好施工重点的控制，提高施工质量。

参考文献：

[1] 杨林德.软土工程施工技术与环境保护[M].北京:人民交通出版社, 2010.

[2] 鲍永亮,郑七振,唐建忠.软土地层矩形顶管推进施工措施分析[J].铁道建筑, 2009(8).

[3] 安危,赵寒青.上海轨道交通6号线车站过街出入口采用大截面矩形顶管的设计与研究[J] .土工基础, 2008, 22(04).

[4] 熊诚.大截面矩形顶管施工在城市地下人行通道中的应用[J].建筑施工, 2006, 28(10).

[5] 冯凌溪,郭奎英.顶管顶力计算公式的适用范围探讨[J].中国给水排水, 2008, 24(24).