宗关站出入口通道矩形顶管施工技术

杨剑

摘 要；通过武汉市轨道交通3号线宗关站出入口地下过街通道施工经验，介绍矩形顶管施工技术及控制要点。

关键词：地铁；地下通道；矩形顶管；施工技术

1工程概况

武汉轨道交通3号线宗关站Ⅳ号出入口通道下穿建一路、二环线高架桥，地下通道结构侧墙外侧距离二环线桥墩最近距离仅3.62m。Ⅳ号出入口顶管通道长53.69m，从始发井至接收井为纵坡2.79%的上坡，顶管通道结构顶部覆土厚度3.30m～4.57m。顶管通道结构净空为4m×6m的矩形，开挖断面为4.92m×6.92m，管节采用1.5m长，壁厚0.45m的C50P10钢筋混凝土预制管节，管节接口采用“F”型承插式接头，接缝防水装置采用锯齿型止水圈和双组分聚硫密封膏。

出入口通道施工要下穿一根φ1350污水管和一根φ1000污水管、下穿一个电力方沟，电信、军缆、信息网络、信息管网等管线。

场地地貌单元属长江Ⅰ级阶地的河流堆积平原，顶管通道施工范围的地层从上往下主要为粉质粘土（3-1-2）和粘土（3-1-3）、粘土（3-1-4）。顶管通道施工期间受地下承压水的影响较大。

2 施工特点

在高承压水软弱地质环境下，地下通道采用矩形顶管法施工，可以避免路面的交通疏解，管线也不用迁改。

顶管施工过程中掌子面处采用土压平衡的模式顶进，确保周边环境和作业面的安全。顶进过程中管片背后采用减摩泥浆填充，顶进完成后采用水泥+水玻璃双液漿置换。

顶管管节在工厂提前预制，现场整环逐节拼装，施工速度快，成洞效果好，施工对周边影响很小。

3 施工技术要点

3.1 机械设备的选择

根据宗关站Ⅳ号出入口顶管通道施工范围的水文地质条件，选择了一台JD6920x4920土压平衡矩形顶管机施工，它主要由切削搅拌系统、动力系统、纠偏及液压系统、壳体、螺旋输送机、测量显示系统、电气操作系统等组成。

3.2 顶管始发段顶进施工

3.2.1 破除洞门始发

在顶管机下井组装完成后对全套顶进设备做一次系统调试，确认调试正常后对洞门混凝土分两次破除。在洞门围护结构外侧钢筋割除后迅速将机头顶进洞圈内来防止洞口中的加土体坍塌，并使洞门上安装的帘布橡胶将顶管机机壳包裹来防止渗漏水。

由于正面为全断面的水泥加固土，为保护刀盘，顶进速度尽量放慢，使刀盘和周边刀能对水泥加固土进行彻底的切削。

3.2.2 顶进施工

在端头加固区顶进时，由于土体较硬，螺旋机出土困难，加入适量清水来润滑水泥土。顶管机进入原状土后，为防止机头“磕头”，适当提高顶进速度，使正面土压力稍大于理论计算值，以减少对正面土体的扰动及出现地面沉降。

顶管机进入洞门后，检查洞口止水装置是否有损坏，如有损坏应立即整修，确保泥水、浆液的不外漏。

顶管机从始发井始发后，为尽量减少水土流失，控制好地面沉降，不断根据地面沉降数据的反馈进行推进参数调整，及时摸索出正面土压力、出土量、顶进速度、注浆量和压力等各种施工参数最佳值，为正常段施工服务。

3.3 顶管正常段掘进施工

利用土压力平衡开挖面土体，达到支护开挖面土体和控制地表沉降的目的，平衡土压力的设定是顶进施工的关键。随着顶进施工，土压力值应根据实际顶进参数、地面沉降监测数据作相应的调整。

主顶力随顶进距离的增加而增大。顶管掘进机头始发，在进入原状土且正面土压力没有建立之前，要控制主顶力不能过大。在正常推进中，要注意主顶力的增大应该是缓慢的，而不允许有突变。经计算，正常顶进实际最大主推力约为11640 kN ，远小于顶管机额定主顶力32000kN。

本工程管节内铺设16kg/m轨道，采用1台平板车和1只3.0 m?土箱出土运输方案。在主顶平台上固定一台卷扬机用作拖动平板车的动力。

一节管节的理论出土量为6.9×4.9×1.5=50.7m?，在顶进过程中，尽量精确地统计出每节的出土量，力争使之与理论出土量保持一致，确保正面土体的相对稳定，减少地面沉降量。

顶管在正常顶进施工中，密切注意顶进轴线的控制。在每节管节顶进结束后，立即进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以免土体出现较大扰动及管节间出现张角。

由于是矩形顶管，因此对管道的横向水平要求较高，在顶进过程中对机头的转角密切注意，机头一旦出现微小转角，立即采取刀盘反转、加压铁等措施回纠。

顶进轴线偏差控制要求：高程+30mm，-50mm；水平：+50mm。

在顶进过程中，通过合理控制顶进速度，保证连续均衡施工，避免出现长时间搁置情况；不断根据反馈数据进行土压力设定值调整，使之达到最佳状态；严格控制出土量，防止欠挖或超挖。

为减少土体与管道间摩阻力，通过在管节上安装的单向阀门在管道外壁压注触变泥浆，在管道四周形成一圈泥浆套以达到减摩效果，在施工期间要求泥浆不失水，不沉淀，不固结。

为了防止每次拼装管节或加垫块时机头和管节后退，在前基座的两侧各安装1套止退装置，当油缸行程推完，需要加垫块或管节时，将正面土压力释放到0.09MPa左右，将销子插入管节的吊装孔，再放进钢垫块和钢板在销座和基座的后支柱间。管节的后退力通过销子、销座、垫块传递到止退装置的后支柱上。止退装置和基座焊接在一起，把管节稳住。

顶管施工的渣土垂直运输和管片吊装采用地面一台180t的履带吊来完成。

3.4 顶管接收段顶进施工

当顶管机头逐渐靠近接收井时，加强测量的频率和精度，减少轴线偏差，确保顶管机能准确接收。

顶管机切口顶进加固区并在刀盘抵达顶管接收井围护桩时，顶管机暂停顶进，由于Ⅳ号出入口顶管接收井距离旁边的建筑较近及地下水比较丰富，在确保顶管机能顺利进洞的情况下，为了防止在顶管机进洞时产生大量土体流失，针对此隐患，我们首先在顶管接收端的两侧各打设了一口降水井，在洞门破除前，将地下水位降低至顶管通道底板底以下不小于2m。在接收端洞门破除前，先在洞门的上中下，左中右位置搭设探孔，在确保没有渗漏水的情况下，一次快速的破除洞门，然后迅速将顶管机顶进出洞。

3.5 顶管施工的后期处理

在整个地下通道顶进贯通后，立即用钢板将顶管通道的前后两端与顶管工作井的洞门钢环满焊，然后通过管片上预埋的注浆孔注入水泥+水玻璃双液浆，将顶管推进过程中注入管片背后的减摩泥浆全部置换出来。在确保顶管管片背后的双液浆注满并固结后，在洞内对管片间的缝隙采用双组份聚氨酯密封胶进行全断面的嵌缝。

3.6 测量、监测

为了确保顶管机能够顺利出洞，对始发和接收端头的洞门钢环进行联合测量，根据洞门的实际施工偏差，再对顶管计划线路进行调整，确保顶管机从始发到出洞在一条直线上。

在顶管施工期间，对顶管通道上方左、中、右位置的地面沉降建筑物的变形情况进行监测，根据监测数据来调整顶管掘进参数。

4 结束语

矩形顶管法施工每天可以掘进施工完成3～5m，宗关站Ⅳ号出入口53m长的过街通道通过采用矩形顶管法施工，施工工期仅用了20天，施工完成的通道质量安全可靠、通道内外观平顺、结构净空满足建筑需求，整个施工期间地面累计沉降量最大处仅8mm。

出入口通道采用矩形顶管法施工，不仅满足了建筑需要的净空尺寸，也避免的繁杂的交通疏解和管线迁改工作，大大的减小了地铁施工对周边环境和社会的影响，既为建设单位节约了投资，也为工期紧张的工程施工节约了大量的时间。

在无法进行交通疏解和难以迁改管线采用明挖法施工的情况下，为地铁出入口通道施工找到了一种新的解决方案。