无接收井条件下一种新型顶管进洞的关键点分析

罗文浩 桂诗军

1. 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 上海 200092；

2. 中国中铁四局集团有限公司 安徽 合肥 230000

随着城市的快速发展，地铁等城市轨道交通建设也变得越来越复杂化和多元化[1]，为更好地方便乘客出行、提升服务品质，地铁车站往往需要设置较多过街通道出入口。过街通道传统的施工方法均为大开挖式明挖施工，所穿越的路段一般需要大量的交通导改和管线改迁，施工难度较大。近年来，矩形顶管技术因具有无需交通导改、管线迁改，施工占地面积小，施工工艺简单等优点，已广泛应用于过街通道、地铁出入口、综合管廊等领域。但是，在交通繁忙尤其是道路下方敷设大量管线的路段，独立设置顶管接收井同样需涉及大量交通导改和管线迁改等问题，因此过街通道在无接收井条件下顶管法施工如何进洞已成为亟需解决的问题。

本文通过济南地铁2号线历山北路站一条无法设置接收井的过街通道顶管进洞案例，探讨无接收井条件下一种新型顶管进洞的设计施工要点，以期为后续的工程应用提供借鉴。

1 工程概况

历山北路站是济南地铁2号线的第12座车站，且为与远期地铁线的换乘车站。历山北路站总长内净为460.41 m，沿交通繁忙的北园大街东西向骑道路红线布置于道路南侧，紧邻北园高架桥，并在道路北侧设置2个过街出入口（1#、2#出入口）。

1#出入口位于北园大街与历山路交叉口西北侧，紧邻建华五金机电市场。根据最初的车站主体基坑施工分期筹划，该出入口接入车站主体范围上方车站顶板，先期已逆作施工完成，后由于车站方案发生重大调整，此出入口接入主体位置顶板已无法预留大型吊装孔供顶管机进洞吊装使用，车站外侧北园大街上亦难以设置独立接收井，故需要重新研究此出入口过街通道顶管进洞问题。

该过街通道从道路北侧设置在出入口敞开段内的工作井始发，由北向南以1.0%的坡度下找坡。顶管内净尺寸为6 000 mm×4 000 mm，壁厚450 mm。顶管通道平面位置如图1所示。

图1 顶管通道平面位置示意

2 设计施工难点分析

目前已有部分顶管法工程在个别无接收井情况下采用“金蝉脱壳”法顶管进洞，即顶管主机头到达接收端时将其钢外壳留在土体中，内部的刀盘、螺旋输送机等其他设备经过分项拆除或切割，通过已形成的地下通道从始发工作井运出，之后在钢外壳内部绑扎钢筋、支立模板并与接收端井接头共同浇筑，完成接收端的现浇管节施工。此方法已在上海陆家嘴地区的国金中心与中心区地下室连通项目中得到应用，但顶管主机钢外壳内密布环向及横向加劲肋板，现浇段的钢筋绑扎较为困难，加之环形长管节混凝土浇筑质量等问题，尚没有较好的解决办法。

由于本站前期拆迁工作相对滞后，该出入口顶管施工之前，车站内部机电施工工作已开展，根据总体工筹安排，该出入口顶管施工期间车站中板下方通风系统的上排热风道需封闭完成，因此在接收端部中板上先期预留的顶管接收孔洞需提前封堵。车站站厅层的装修工作在该顶管施工期间也在交叉施工，中板下方亦无法临时搭设加固钢架以供已有的“金蝉脱壳”法顶管进洞，因此本工程顶管进洞难度极高。同时，还需要研究顶管与车站主体的连接和止水措施该如何处理。

3 设计分析及处理措施

鉴于以上诸多因素及难点，经多次商讨及论证，本工程遂采用一种新型的顶管弃壳法进洞，即在车站预埋钢环中板及侧墙范围内预留部分空间，供顶管主机能少量进入车站主体内，待顶管机头顶进至接收端时，把机头内部设备拆除后，将钢外壳分段顶进车站主体内进行割除，这样既可保证顶管的顺利接收，整个顶管通道又均可采用预制钢筋混凝土管节，具体做法如下：

1）主体结构施工时，已按顶管正常进洞条件预埋钢环，钢环内净尺寸为7 300 mm×5 300 mm，如图2所示。为保证车站中板下挂上排热风道及时封闭及中板钢筋与站台层侧墙有效连接，将预埋钢环西侧的中板及侧墙先期浇筑，预留剩余侧墙结构的钢筋接驳器。

图2 预埋钢环

由于本工程采用的顶管机前中后钢外壳组装后尺寸为6 920 mm（宽）×4 920 mm（高）×4 710 mm（长），考虑本工程顶管进洞的特殊性，顶管进洞加固区采用三重管高压旋喷桩，沿顶管方向加固长度不小于5 m，径向加固长度为沿顶管管节外壁各3 m。待顶管顶进至车站接收端加固区时，顶管暂时停止顶进，打设探孔确保加固效果后，从围护地下连续墙背土侧开始破除预埋钢环内围护墙的钢筋及混凝土，使顶管机头到达围护地下连续墙边的同时，开洞区围护墙破除完毕。由于预埋钢环内径尺寸为7 300 mm×5 300 mm，车站内部中板又预留了40 cm后浇带，将机头内部的配套设备拆除后，顶管主机钢外壳可部分顶入车站内。顶管机头因大部分中板已施工完成，主机钢外壳下部进入车站内部受阻，通过预埋钢环，钢外壳每次最多能进入车站内40 cm。先将进入主体内的钢外壳下部割除，继续顶进钢外壳进入车站内部40 cm，将上部、两侧宽80 cm及下部宽40 cm的钢外壳一并割除，如此往复再顶进、割除钢外壳；同时从始发工作井将剩余段的预制顶管管片依次顶入，直至全部施工完成，如图3所示。最终整个顶管通道全部采用预制钢筋混凝土管片，避免了环形长管节钢筋绑扎、混凝土浇筑等困难。

图3 顶管主机钢外壳割除

2）顶管管节与车站主体的连接处，施工前已在第1节管节前方预埋了钢环板，待顶管机钢外壳全部割除后，迅速将中板主筋焊接在管节预埋钢板上，并通过井接头将管节与主体结构可靠连接。管节与进洞预埋钢环之间的空隙用C40 P8微膨胀混凝土封堵密实，加设止水钢板及2圈兜通的遇水膨胀橡胶条等止水措施，如图4所示，并设置横截沟和接水槽以疏排长期运营后可能产生的渗水。

图4 井接头做法

4 施工监测数据

由于本工程周边环境较为复杂，顶管上方有大量的深埋管线，顶管距离北园高架桥墩仅5 m，加之此处由于历史原因地表下8 m深范围内土层较差，地下水位较高，因此本工程的周边环境保护等级要求较高。在设计过程中，应充分考虑各种风险源；在实际施工过程中，对每一施工步序的实时监测要求也较高。表1为本工程施工监测的主要数据，可以看出周边环境的影响都相对可控，由此也验证了本工程设计的合理性。

表1 施工监测主要数据

5 结语

无接收井条件下顶管进洞的案例不多，本文根据实际工程进展需要，设计分析了无接收井条件下一种新型顶管进洞的设计施工关键点及处理措施。

目前，历山北路站1#出入口过街通道顶管段已全部完成施工，由于同时兼顾了施工难度、施工工期及经济性等方面，该出入口的设计及施工方法均获得了一致好评。顶管法施工由于其独特的优点，在城市地铁车站、地下通道、综合管廊等领域有很好的应用前景，本工程的顺利实施可为类似工程提供借鉴。