复杂条件下一次顶进式电缆通道施工技术

中亿丰建设集团股份有限公司 苏州 215131

1 项目概述

苏州轨交2号线旺吴路站电缆通道从西侧的宝带西路站主所引入，全长约1 150 m，其中逾200 m区段的周边环境较为复杂，先后需穿越京杭运河二号桥、砂石场、中石油海星油库（图1）。

图1 周边环境

2 方案选择

根据本工程的土层及环境特点，顶管施工可采用泥水平衡法或土压平衡法。由于本工程选用Φ1.8 m管材，穿越土层以粉土层为主，综合考虑周边各种环境因素，采用泥水平衡法施工顶管，端部设置电缆井。沉井端部电缆井拟定设置3 个沉井（7#、8#、9#），后经过多次协商，砂场业主始终未同意在场内设置（8#），在与电力公司的紧急沟通后，确定了只设2 个沉井的方案（7#、9#），位置如图2所示，该方案大大增加了顶管、排管、穿管的难度。

7#工作井为圆井，Φ8.5 m，深度为10.5 m；9#接收井为方井，平面尺寸为9.3 m×6.3 m，深度为8.0 m。

图2 顶管段平面布置

3 沉井施工

3.1 施工流程

准备工作→砖胎模及素混凝土垫层拆除→凿毛→取土下沉→下沉速度控制→沉井纠编→沉井封底、底板混凝土浇注

3.2 地下水控制

电缆井在下沉过程中遇粉土层，为防止冒砂，沉井四周采用桩体隔离法，因电缆井临近运河，搅拌桩设备较大，改用旋喷桩施工止水帷幕，并设管井降水做应急处理（图3）。

3.3 分段下沉施工技术

经过计算， 7#沉井采用“三次浇筑，二次下沉”的施工技术，分段高度分别为5.0 m、4.0 m和3.92 m；9#接收井采用“二次浇筑，二次下沉”，分段高度分别为5.4 m和4.8 m，达到100%设计强度后方可下沉。“二次下沉”阶段，重点跟踪下沉均匀性，“下沉到位”阶段，必须要进行快速封底。

4 顶管施工[1-6]

4.1 系统介绍及施工流程

顶管系统包括机头、控制室、泥水回路、主顶、搅拌池、压浆等部位（图4）。

图3 沉井旋喷桩止水平面布置

图4 顶管系统

顶管总体施工工序：测量翻样→工作井设备安装→出洞→循环（推进→排运泥浆→测量及方向纠正→下管、拼装 ）→顶进到位→管内设备拆除

4.2 初始顶进要点

4.2.1 洞口止水环安装

工作井洞口止水装置应确保良好的止水效果。根据设计预留的法兰，在法兰上安装2 道工作井洞口止水装置。该装置必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于2 mm。利用在橡胶止水法兰之前预埋的注浆孔，压注膨润土泥浆。

4.2.2 初始顶进

本工程工作井外侧采用旋喷桩止水，由于估计不足，一开始使用了小口径排污泵，启用后不久就堵泵了，后换用大口径排污泵后，施工顺利。

4.3 出洞要点

顶管机出洞前，对顶管机姿态采用勤测勤纠的方法，将出洞段顶管轴线控制到最好。

顶管机出洞时，正面加固土体强度较高，由于顶管机与地层间无摩擦力，顶管机易旋转上飘，并易形成较大转角，加强了顶管机姿态测量，采用刀盘正反转等措施进行调整，出洞偏差控制在30 mm以内。出洞后，及时对管节进行了机械无损切割，浇筑了封门结构。

5 顶管过河控制分析

本工程顶管段需穿越河道，原计划采用临时围堰封航法，后经多次协商，砂场不允许断航，故采用河底穿越法。根据现场探测情况，河面高程为1.24 m，河底高程为－2.06 m，需加填沙袋，为慎重起见，把顶管位置继续加深，保证2#河道现状覆土深度达到3.74 m，满足了要求（图5）。

图5 顶管过河示意

6 顶管穿越油库区控制分析

6.1 方案优化

本工程顶管段必须穿越油库区域，为安全起见，电缆通道中心线距油罐外壁最小距离为9 m，电缆通道中心线距离装卸码头最小距离为9 m。

6.2 泥浆减阻控制

本工程采用机头的外径比管径大30 mm，即管外与土体可形成15 mm的触变泥浆膜，可减小管节外壁和土层间的摩擦力，从而减小顶进时的顶力。

顶管注浆系统分为机头同步注浆和管道补浆。泥浆通过设置在地面上的调整槽处理后，用泥浆输送泵加压后经输送管道送至开挖面和土压力舱。

（a）机头同步注浆[7]：由地面液压注浆泵通过Φ50 mm管路压送到机头处储箱内，再由螺杆泵定量压入机头壳体外，在机头处应安装隔膜式压力表，以检验液是否到达指定位置，并在所有注浆孔内要设置单向阀和球阀，软管和接头的耐压力5 MPa，支管通径为Φ25 mm。

（b）管道补浆：在整个管道中每间隔2 个管子设1 个补浆断面（共4 个注浆孔），补浆应按顺序依次进行，每班不少于2 次循环，定量压注。

同步注浆和管道补浆分别选用A浆和B浆2 种不同配方的浆液（表1）。

表1 浆液配置技术指标参数表

6.3 沉降监测

本工程重点对油库区域建筑物、地面、管道等主要监测对象进行了沉降监测，通过监测记录，发现注浆后地面会小幅隆起，随后注浆压力逐渐减小，顶进后由于管壁与土体间存在的空隙，引起地面的下沉，油库建筑物最大累计沉降量为－11.48 mm，油库地表最大累计沉降量为－10.40 mm，变形速率及累计变量均处于控制指标内。

7 排管裹固混凝土施工要点

（a）由于设计布管数量较多，人无法站立施工，为保证施工质量，采用了预排专用泵管、分段灌注自密实细石混凝土的施工工艺。由于各层排管间隙较小，对管内排管经过了多次模拟排布，并通过实验段优化了排管布局，各层排管尽量做到对缝排布，以确保混凝土灌注密实（图6）。

（b）考虑人员操作的安全性、泵送的压力及泵管的畅通，将整段顶管划分为40～60 m左右的施工段，并用自制留孔钢板隔开，钢板与顶管内壁紧密连接固定。

（c）顶管内管道排布较为困难，先把预制管运输到顶管内，操作工人逐根自下先上排布，并用含连接螺栓的扁铁固定件分割、固定预制管，确保浇筑混凝土时不飘浮，浇筑前用木塞临时封堵，避免管内灌入混凝土。

（d）每个施工段排管完成后，利用剩余上部空间，逐段焊接钢管用于泵送混凝土，第1段自制混凝土灌注泵管长度设置为施工段长度的2/3（即30 m左右）。首先浇筑管内30～45 m内混凝土，通过外接泵管的压力分析及施工人员的洞内观察后，利用另外排设的1道长12 m左右的管道，灌注12～30 m段的混凝土，最后浇筑剩余段混凝土。

8 结语

本工程顶管段总长228 m，2.5 m为1节，合计共92 节管节，自2012年11月12日开始顶管的施工，至2012年11月21日顶管顺利结束，在顶管施工时24 h做到歇人不歇机，正常顶进平均每天30 m左右。通过各道工序认真把关，目前，该工程顶管段已成功完成穿线工作，为年底2号线顺利通车奠定了坚实的基础。

图6 排管布局调整

顶管法应用在电缆管道施工并裹固混凝土较为少见，目前轨道项目越来越多，通过本工程的施工实践，为复杂环境下顺利实施电缆穿线提供了一个经济可行的施工思路。同时也要注意到，泥浆减阻理论计算与实际效果存在一定差异，需根据现场实际情况及时调整施工参数，制定经济合理的施工方案。