矩形顶管“土中进洞”施工技术探讨

凌恒军

南京同力建设集团股份有限公司（210046）

1 工程概况

浦口大道地铁十号线临江站地下过街通道工程位于南京地铁十号线临江站东北侧。通道整体以反“丁”字型布置，在浦口大道两侧共设置3 个出入口。1 号、2 号出入口位于浦口大道北侧、临江路西侧；3 号出入口位于浦口大道南侧临江地铁站绿地范围内，主通道接入临江站地铁预留出入口。工程地下过街段采用矩形顶管法施工。主通道横断面净空为 3.3 m×6 m，壁厚为 45 cm；采用 4.2 m×6.9 m 矩形顶管进行掘进施工。

顶管主通道由浦口大道北侧工作井始发，自北向南推进至临江地铁站外挂接收井内。顶管段总长约60.1 m，通道顶覆土5～5.5 m，平坡推进。

接收井基坑围护形式采用φ850@600SMW 工法桩密插，结构长度为4.4 m、宽度为12 m。顶管到达地基加固采用2 排φ850@600 三轴搅拌桩。工法桩与地基加固搅拌桩之间采用高压旋喷桩加固止水[1]。

2 土中进洞施工技术

2.1 顶管进洞施工风险及对策分析

2.1.1 进洞风险分析

1）顶管机进洞地层位于②1d3-4、②2b4 以及②2d3-4 土层。其中②1d3-4 及②2d3-4 土层渗透系数为3.0×10-3，含有一定的承压。一旦出现渗漏，通道就会出现砂土快速流失现象，存在引起地面沉降甚至局部塌陷的风险。

2）加固区厚度仅1.7 m（2 排搅拌桩加夹心旋喷）。顶管机刀盘鼻尖距SMW 工法桩0.4 m 时，暂停顶进，开始拔型钢。一旦拔型钢过程中工法桩加固体出现裂缝，就会形成渗漏通道。此时无任何可堵漏的施工方法，只有快速顶进，直至顶管机到达洞圈内止水装置起作用的位置。若型钢一开始拔出时就出现渗漏，那将是灾害性的风险。

3）因南侧接收井紧临地铁十号线临江站2 号出入口，考虑到需保证地铁站的结构安全，按设计文件要求不予设置降水管井。目前，加固体周边无针对顶管进洞而设置的降水井，如进洞区域不能得到有效降水及控水，施工风险系数必然加大。

4）目前接收井的长度不能满足顶管机一次进洞的要求，需分2 次进洞。

2.1.2 顶管进洞施工安全对策分析

1）土中进洞工艺。采用土中进洞工艺，需加长接收井长度。接收井设计长度为4.4 m，而顶管机刀盘到顶管机壳尾部的总长为4.65 m，无法完成顶管机一次进洞。若要加长接收井长度，需提前将接收井与地铁对接段底板、侧墙结构（地铁预留墙体暂不破除贯通）先行施工完毕，方可达到一次进洞要求。

2）辅助降水施工措施。降水对砂性地层降低水位、减小水头压力和施工风险具有明显的辅助效果。为此专门请专业降水单位，结合本工程实际工况，为顶管进洞区域降水作专项设计。

CT扫描：采用16排螺旋CT扫描仪，设置参数：电压：120 kV，电流：140～200 mA，层厚3～5 mm，间隔5 mm(美国 GE)，行常规软组织窗和骨窗重建。

顶管底部埋深约为10 m，埋深11～17 m 处为厚约 6 m 的砂性土，埋深 17～19 m 处为厚约 2 m 的粉质黏土夹粉土层。依据地质勘察报告，②-4d3-4 粉质黏土夹粉土层为微透水层，结合工作井施工期间降水情况，其隔水性相对可靠。本次拟布置的降水井的深度为16 m，基本不进入②-4d3-4 粉质黏土夹粉土层，主要为防止②-4d3-4 层下部厚度较大的②-4d1-2、②-5d1 粉砂、细砂层产生越流补给。

结合上述顶管穿越期间地下水风险分析，本次顶管进出洞辅助降水井主要布置于工作井与井外加固体角部和顶管即将进入加固体区域。每侧各布置降水井1 口，共布置4 口。为避免降水井施工于加固影响范围内或顶管穿越范围内，降水井与加固体边线或顶管边线预留1.5 m 的安全距离。另在通道断面中间设置一口PVC 材质的观察井，用于降水净水位观测。

受限于降水井深度和互层土降水特性的影响，本工程降水井较难控制的地下水位于洞门底部1 m处。本次在各洞门区域布置4 口降水井，尽量降低顶管穿越期间含水层的水位。

根据专业降水单位的降水设计，布设4 口真空降水井后，地下水位明显下降，水位降至地下7～8 m。但由于受地层特性及环境的影响，矩形顶管通道断面水位还是不能整体降到通道底部。靠进洞最中心区域的正常水位在地下7～8 m，通道中心区域为地下7 m，基本处于通道断面的中上部，无法完全隔绝地下水。为此即使采取了辅助降水措施，顶管进洞施工风险既然存在。

2.2 土中进洞施工技术

2.2.1 地面准备

1）尽快找到回填土源，根据筹划联系好运进场区回填的时间。同时现场准备好回填所需的施工道路及场地，协调好回填土运输路线和交通。

2）回灌水采用从降水井抽出的水。故在进洞前应检查降水井情况，做好降水井抽水回填施工准备。建设好地面排水沟渠，规划好排水路线。

3）落实现场正常施工照明和应急照明设施的布设。

2.2.2 接收井内布置

待接收工作井长度增扩后，割断洞圈底部型钢，安装双道钢止水装置（也可采用气囊，沿洞圈一周，使用橡皮带穿入止水钢板预留焊烧孔内，绑扎固定牢靠）。同时为防止顶管机进入接收井内时，由于回填土松软，出现顶管机“磕头”现象，在接收井内布设混凝土接收底座，底座高度不超过洞圈底部10 cm。并在洞圈内侧端设置导向结构。

2.2.3 井内回填

井内准备工作就绪后，进行井内土体回填。回填高度为洞圈以上1.5～2 m。接收井尺寸为6.3 m（长）×12 m（宽）×7.15 m（高），回填土方量约为 540 m3。

2.2.4 施工要点

1）考虑到临边为地铁车站内衬墙结构，为减小接收井内顶进顶力，减少对正面车站内衬的影响，回填土应尽量采用淤泥土，避免采用砂性土。

2）在回填过程中，洞圈内应尽量密实，避免产生空洞，引起积水。

3）土体回填后，考虑到回填土的密实性，可适当往井内加注一定量的水，以起到一定的水夯密实作用。

4）回填土前，可考虑在井内洞圈两侧设置简易降水疏干井。一方面可以检验洞圈注浆效果，另一方面能够疏干和降低回填土内水份。

3 进洞施工控制措施

3.1 进洞过程控制

1）SMW 支护型钢在井内回填后，即可进行拔除。型钢拔除后其空隙应及时用水泥浆进行回填。若型钢拔除过程中顶管已进入地基加固区，则顶管机应在SMW 工法桩前0.5 m 处暂停顶进。

2）型钢拔除、空隙回填后，顶管机按原设计顶进里程顶进到位。即管节距洞圈前端25 cm 时停止顶进。进行浆液置换和土体固化。若止水装置采用气囊，在顶管顶进到位并开启气囊后，再进行洞圈注浆。

3）待浆液置换、土体固化并养护3～5 d，在井内预埋简易降水井，对接收井内进行降水。待井内水位降到一定程度后，停止降水，观察井内水位变化，以此判断加固效果。若井内水位始终保持一定的高水位，则说明洞圈效果不佳，需进行注浆加固。

4）待判断洞圈加固效果较好、浆液已固化后，进行井内回填土体清理。清理时应开启井内外降水井，以降低井内外水位差，减少洞圈封堵压力。清理应分层、逐层清理，每层清理高度尽量不超过2 m。清理到顶管断面时，应派专人观察洞圈是否有渗漏情况及渗漏量的大小。

3.2 洞门封堵

开挖到位后，应及时将顶管尾部与第一节管节分离。分离后及时用预制好的钢板进行焊接封堵。焊接必须采取满焊的方式，并在焊接过程中监控洞圈是否有渗漏情况。封堵完成后，再对洞圈进行注浆加固。

采用气囊作为止水装置的，在钢板将洞圈封堵后，卸掉气囊内的气，再进行洞圈注浆加固。

3.3 应急措施

1）若进洞时出现轻微渗漏，可采取加强壁后注浆和压注聚氨酯的方法进行封堵。

2）顶管机本体暴露后出现洞圈渗漏时，可在采取上述第（1）条的方法进行封堵的同时，尽快将顶管机尾部与第一节管节脱离，并及时用预制钢板进行洞圈封堵。待钢板间洞圈与管节间空隙封堵后，再采取注浆的方法将建筑空隙充填密实并固化。

3）现场规划一块临时堆放开挖土的场地，在接收机回填土开挖清理过程中，如果出现因渗水现象严重、井点降水效果不好而导致正面无法封堵的情况时，可利用开挖出来的土和降水井及时进行抽水回灌，实现井内水压平衡。在采取其他方式进行洞圈注浆堵漏后，再次开挖。

4 结语

顶管机进出洞的风险较大，而顶管施工重点主要在于前期的风险分析、预控和应急响应措施的可行性。其中，降水是控制顶管作业成败与否的关键所在。因此，根据不同的地质条件，需制订出针对性、安全可靠性较高的施工方案，并结合专业的施工经验与技术创新，对施工工艺和控制措施进行优化和改善。