管幕法预制箱涵顶进施工技术探析

鲍建新 （安徽省路桥工程集团有限责任公司，安徽 合肥 230031）

1 工程概况

花园大道位于合肥滨湖科学城，横穿生态公园及锦绣湖，是合肥骆岗生态公园区域三横两纵骨架路网中重要的一条横向道路。项目西起徽州大道，东至包河大道，全长约3km，其中箱涵全长2262.65m，暗埋段长2000m。在K3+445-K3+580段下穿现状骆岗机场主跑道，平面交角约45°，为保留公园内机场跑道原貌，需采用管幕法预制箱涵顶进施工。箱涵主体全长为135m，箱涵结构总高度9m，结构净高5.85m，顶板厚1.6m，底板厚1.6m，边墙厚为1.3m。管幕采用46根壁厚16mm外径1.6m长的定制钢管组成四周口字形结构，顶排钢管最大埋深6m，顶进长度为135m，标准节长度选用9m（重约8t）。

2 施工方案

管幕顶进先进行工作井施工，待工作井施工完成后进行管幕结构、滑板、后背梁、箱涵预制及顶进施工，钢管顶进采用2台直径1.6m的泥水平衡顶管机进行掘进施工，箱涵在滑板上预制，混凝土强度达到设计强度后开始顶进。

3 施工工艺流程

图1 管幕法预制箱涵顶进平面图

图2 管幕钢管横断面布置图

管幕法预制箱涵顶进施工工艺流程为：工作坑围护结构施工→工作坑开挖及支护→管幕结构施工(同步进行135m预制箱涵框架施工并回填)→管幕施工完毕后拆除斜坡撑，对基底进行回填夯实并进行承载力实验，满足要求后方可进行滑板施工，并施工隔离层→箱涵框架分节预制→安装网格机具头、破除洞门围护桩→顶进施工→工作井段箱涵主体施工。

4 施工控制要点

4.1 工作坑围护结构施工

4.1.1 围护桩施工

工作坑两侧围护采用放坡（1:1.5）+钻孔灌注桩（φ1000＠1300mm）+预应力锚索的支护方式，工作坑的掌子面采用（1:1.5）+钻 孔 灌 注 桩（φ1000＠1300mm）+钢管斜支撑（φ609）的支护形式。

4.1.2 旋喷桩加固施工

始发井及接收井端头地基必须预先加固，管幕施工前对工作井进出洞段土体1.2m范围内施工采用φ60＠40cm的双重管旋喷桩进行土体加固，加固后的地基确保具有良好的均匀性和自立性，无侧限抗压强度不小于1.0MPa。加固后的地基承载力不小于250kPa，管幕施工前应对加固范围及质量进行检测，如不达要求应补强加固。

4.2 工作坑开挖及支护

4.2.1 工作坑降排水

在基坑开挖前，需做好场地上排水和基坑内的排水工作，在开挖基坑的四周或中部设排水明沟，使基坑内渗水、施工废水及雨水汇入其中，再用水泵抽入地表沉淀池经沉淀等方式处理后才能排至市政管网。

4.2.2 工作坑开挖支护

土方开挖遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，基坑开挖工作面、修理边坡须自上而下分层分段进行，开挖分层厚度不大于1.5m。开挖至每层锚索底标高后及时施工锚索，挖至基底以上20～30cm时，为避免破坏基底改为人工配合小挖机清底。

4.3 管幕结构施工

4.3.1 管幕施工工艺流程

施工准备→测量放线→设备安装→管节吊装拼接及焊接→测量复核→顶管推进→依次顶进所有钢管并进行压密注浆及采用混凝土泵填充钢管内C20微膨胀混凝土→管幕钢管施工完成后沿钢管一圈施工混凝土管幕梁与管幕形成整体。

4.3.2 管幕始发施工

钢管幕掘进机始发施工之前，需要通过开孔观察等手段，确认加固后的土体的止水性能达到了设计要求，否则需要进行二次加固处理，直到确认安全后，才可进行顶管的始发施工。

4.3.3 管幕接收施工

当顶管机将要到达接收井时，必须对钢管轴线进行测量并作调整，精确测出机头姿态位置，保证顶管机准确进入接收洞门，并控制掘进速度和开挖面压力。在接收工作井一侧，当洞门混凝土清除后，管道应尽快向前推进，缩短进洞时间。

4.3.4 管幕顶进

导向管(第一节管)的高程和方向制约着顶进质量，因此，在正式顶进前，必须都采取试顶，导向管落轨及入土脱轨的高程和方向应严格控制在5mm范围内。后续以基准管为轨进行顶进。经计算，选用2台250T(5000kN)双冲程千斤顶左右对称布置，其提供的顶力可以满足一次顶进135m的要求。

4.3.5 顶进过程测量控制

由于管幕是由许多独立的钢管连接而成，顶管的精度在管幕施工中是一个重要的因素，钢管顶进精度由导轨安装精度、顶进施工测量、顶管机激光测量导向及三级报警机制保证，否则顶进方向偏差会影响后续顶进闭合及管幕尺寸误差大。

4.3.6 触变泥浆减阻

为了减小顶压进阻力，增大顶进力，并且为了防止出现塌方，顶管过程中，根据需要应考虑采用在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成泥浆护套，减少管壁与土壁之间的摩擦力。

4.3.7 管幕钢管拼接

本工程管幕暗挖段总长135m，钢管幕钢管采用焊接钢管，管径1.6m，壁厚16mm，钢管间采用钢管管节焊接对接在导轨上进行，横向采用管内开孔后连接。

4.3.8 置换触变泥浆

当相邻两根钢管顶进结束后，必须用惰性浆液将顶进过程中的触变泥浆置换掉。

4.3.9 管幕钢管端部与预埋钢板连接

管幕顶进施工时，防止正在顶进钢管对已顶进结束的管幕钢管产生影响，沿钢管一圈在围护结构上设置钢板，已施工结束钢管与钢板采用牛腿焊接，保持整体稳定，钢板与围护结构间采用植筋的方式进行连接。

4.3.10 管幕填充及管幕梁施工

①管内填充

当管幕顶进完成，并对锁口部位压注止水材料后，对钢管幕内填充C20微膨胀补偿收缩免振捣混凝土，以加大管幕纵向的刚度，和避免管幕局部出现应力集中而屈服。

②管幕梁施工

管幕梁采用C35钢筋混凝土与钢管连为整体，钢管与管幕梁接触部分采用焊接方式连接，焊缝高度3mm。

4.4 后背、滑板及导向墩施工

4.4.1 滑板及导向墩制作

工作坑夯填密实后施做滑板，滑板结构由上到下为塑料薄膜层+石蜡(掺25%机油)一层、滑石粉一层+M10水泥砂浆抹面+2cm+30cm厚C35钢筋混凝土+10cm厚碎石垫层；为增加滑床板与基坑底的摩擦力，在滑板内设置间距为1.6m的锚梁，滑板内设置钢筋网，防止顶进过程中滑板开裂。

为了消除箱涵启动后与进入土体前的空顶阶段的方向偏差，在滑板两侧设导向墩，方向墩为素混凝土结构，与滑板同时浇筑，每隔1.6m立一个，墩与箱涵间10cm的空隙，以便导向。

4.4.2 后背梁

后背梁采用C35钢筋混凝土结构,截面尺寸为1.0×2.0m，后背梁与滑板采用钢筋连接成整体，并一次浇筑混凝土。

4.5 箱涵框架预制

在工作坑底板润滑隔离层上预制钢筋混凝土箱涵框架，首先要做好测量定位工作，应使箱涵中心线、工作坑底板中心线和顶进箱涵位置的中心线三者均在直线上。为了减少顶进阻力，在箱涵结构外表面喷涂石蜡两层，并在结构内表面、结构外表面(除底板外)表面喷涂水泥基渗透结晶防水材料。

4.6 箱涵顶进

本项目箱涵分三节预制顶进(45+45+45)m，最大顶力为103950kN，设计配置90台250T的千斤顶(其中2只备用)，实际储备顶力为2200000kN。

4.6.1 网格机具头设置

箱涵顶进过程前在首节箱涵前端安装网格机具头，掌子面稳定依靠网格式机具头进行控制，在箱涵顶进过程中，应根据现场实际土质情况对网格机械头网格大小进行调整，但网格大小不应大于2.5m×3m。不作业时及时对掌子面进行硬化处理。

4.6.2 顶进方向和高程控制

顶进时箱涵框架前方挖土保留底板以上10cm，保持使箱涵持续平坡前进，及时监控观测。在每个框架的四个角设置水准观测点，在箱涵顶板前后端中心线设置中心观测刻度尺。箱涵框架每前进一顶程即观测轴线和高程，发现偏差及时纠正。

4.6.3 箱涵始发

①始发洞口围护桩凿除

在箱涵预制主体浇筑均完成后，将网格机具头吊装入工作井，并在工作井安装调试，随后进行始发拆除施工，工作井围护结构为120cm厚围护桩，首先凿除表层混凝土层，先暴露内排钢筋，然后割除。

②止水装置安装

箱涵洞口止水装置安装在管幕圈梁上，止水装置的预埋钢板与管幕圈梁用钢筋锚固牢，用螺栓沿管幕圈梁一周固定，为了能达到良好的止水效果，箱涵洞口止水装置采用帘布橡胶板。

③机具头推入洞口

箱涵始发前再一次复核丈量洞口尺寸，并确定始发洞口无异物，止水装置均正常后，启动后靠千斤顶油缸，使机具头与第一节箱涵朝始发洞门推进。

4.6.4 箱涵顶进及出土

①试顶

试顶工作以顶动箱涵为止。因此在试顶时要加强箱涵中线、水平和纵向位移的观察，同时还要注意观察后背和底板的变化。

②顶进

顶进前主体结构及后背梁混凝土强度、顶进设备必须满足要求。顶进时箱涵前进一镐后在空挡处填放C30素混凝土块，如此循环反复，直到箱涵就位为止。在顶进过程中，箱涵每顶进一个顶程，应对箱涵轴线和高程进行观测，并做好详细记录，如发现偏差应及时纠正偏差。

③挖运土

顶进时挖土传递分别采用每孔2台1m挖机进行，顶进开始后挖机在箱涵内通过机具头进行挖土、翻土并装车，局部边角处由人工配合清理。

4.6.5 顶进过程的监测

顶进过程监控主要包括：顶进箱体方向的测量及预测；箱体顶进过程的顶力、滑板及后背监控；顶进前端土质的监控。

4.6.6 触变泥浆减阻

箱涵推进过程中，在箱涵与管幕之间注入泥浆或加入止水剂的泥浆，使得箱涵与管幕之间的建筑空隙得到及时填充，保持箱涵与管幕支撑、润滑、止水，控制箱涵推进引起的地表变形，同时有效减少顶进阻力。

4.6.7 箱涵接收及泥浆固化

①箱涵掘进机接收

当掘进机距离接收洞口10m时，对箱涵全线作测量定向用以纠正推进轴线。箱涵进入接收井洞口加固区后，每前进50cm，对箱涵掘进机左右姿态进行复核；当箱涵机具头距离接收洞口0.3m时，再次放慢推进速度，缓缓靠上接收井围护桩外侧。此时对箱涵全段箱涵内的补浆孔进行补浆，确保箱涵外周泥浆压力，凿除接收井地下墙，当接收井洞门内混凝土和钢筋清理完后，机具头以最快速度切入洞口，完成进洞接收。

②注浆固化

箱涵顶进完成后，为了加固管壁及箱涵周围被扰动土层，需将箱涵与管幕间的泥浆置换出来，置换泥浆可采用水泥和粉煤灰混合。

5 注意事项

5.1 管幕顶进注意事项

①水平向钢管幕顺序为：先上排、后两侧、再下排，侧向钢管幕顶进顺序为：从上往下。

②顶排及底排钢管自中间至两边对称顶进施工，严格按照先基准管后普通管，最后闭合管的顺序进行顶进。

③由于钢管顶进施工完成后，支护桩上下均已切断，顶进前拆除斜撑，应考虑临时支护措施，具体措施为1：1放坡上部土体挖除、下部堆土的临时支护措施。

5.2 箱涵顶进注意事项

①后靠背钢筋混凝土分配梁按设计尺寸灌注，并与框构顶进方向垂直。

②顶进及挖土

a.顶进前主体结构、后背梁混凝土强度100%后方可进行施工。

b.顶进中，传力块、后背处不许站人，停顶后方可进行补换顶块等作业。顶进方向及顶镐中心线方向一致，并与横梁垂直。

c.吊机更换顶铁时，作业人员要戴安全帽，起重臂下严禁站人；人工搬动小顶铁时，防止挤手挤脚。

d.挖土人员必须戴安全帽，所用工具必须安全可靠，操作司机严禁酒后作业。

6 结语

管幕法预制箱涵顶进施工作为穿越道路、铁路、机场的非开挖技术，合理确定施工工艺，并需在管幕、箱涵顶进各施工阶段采取相应的技术措施，以使基坑围护结构施工、管幕-箱涵的施工精度、管幕-箱涵的注浆及路面沉降达到设计要求。