浅析城市地下轨道交通影响区域内的顶管施工

李新宇

一、工程概况及地质水文条件

1.工程概况

小西门泵站末端调蓄设施项目位于长沙市湘江东岸，为地下三层市政设施带地下两层建筑便民停车设施，地面为公共绿地、市政检修孔洞、汽车坡道及出地面楼梯等。顶管工程贯穿湘江大道与泵站调蓄设施相连。顶管为DN2400钢筋混凝土Ⅱ级管，长度约380米，埋深约8米，东北端马路之隔为已运营的长沙地铁2号线。

2.地质条件

场地四周地形、地物较复杂，周边分布的地下管网也比较多。东、西、南、北各侧地质情况为杂填土①、淤泥质粉质粘土②、砂质粉土③、椭圆砾④、粉质黏土⑤。

3.水文条件

从地质勘探报告得知，上层滞水和带状孔隙水是本项目主要地下水类型。上层滞水主要存在于上层杂填土的孔隙中，砂质粉土和椭圆砾中的孔隙中主要为带状孔隙水，本项目因距湘江河道很近，两种地下水均对顶管施工产生较大影响。

二、顶管施工措施

根据本工程的实际情况，工程对地下轨道主要影响有工作井的开挖及顶进过程中对地层的持续性扰动。

1.实施全过程检测

在临近地下轨道的道路区域布置监测点，用于监测施工引起的地表环境变形；工作井及顶管范围内布置监测点用于监测工作井变形及顶管周边地表沉降是否控制在允许范围内。当地下轨道周边道路地表沉降变化速率达到3mm/d或累计值达到30mm将暂停施工，待查明原因进行处理。

2.地基加固

顶管作业区域为6～12m范围内多为杂填土和淤泥质粉质粘土，在顶管施工影响范围采取φ76@1500预先袖阀管注浆加固措施。加固范围为排水管道周边2～3m，加固采用两排袖阀管注浆，注浆液为水泥水玻璃双液浆，中间区域加固采用单液浆。

3.降水施工

在顶管工作井的一侧设集水井，浇筑工作井底板时按规范要求设定坡度，由四周坡向集水井，顶管管道内流出的水及工作井内积水等汇入集水井后经安装于集水井内的潜水泵排出工作井，为保证做业环境良好，工作井排出的水经沉淀池沉淀后排入市政管网。要有效控制降水高度，降水必须达到开挖面以下1m才能作业。

4.BIM技术

为保证尽量避免对地下轨道的影响，更为全面预判和掌握实际施工情况，本次顶管施工应用BIM模型开展技术交底。根据施工方案技术要求和现有的技术水平选择有一定施工难度、具有代表意义的节点工程制作视频并进行交底工作，包括工作井、接收井、推进方法、中继间、测量监控等。同时通过BIM进行安全协同管理，接合“PDCA”工作方法，按照安全技术方案建立BIM模型，如图1所示。顶进过程中所有安全问题均以BIM模型为基础，施工过程中任何安全问题、安全定点巡视均通过手机端上传云端，与模型关联位置对应，保证施工质量。

图1 BIM模型

三、顶管施工技术

1.地基加固

（1）本项目选用XY-1型钻机施工，采用优质稀泥浆正循环钻进，成孔深度达到设计要求、直径为Φ110mm。

（2）下袖阀管

①钻孔深度达到设计深度后，先用清水清洗钻孔，在钻孔清洗完成后马上通过钻杆泵将套壳料送到孔底，灌注套壳料自下而上进行，从孔口溢出的原浆液浓度符合要求后停止。

②依次将按注浆段配备且注入自来水的袖阀花管和实管下入钻孔，直到孔底。

（3）浇注套壳料

用粘土和水泥配制成套壳料，粘土与水泥的配合比范围为1∶0.3～1∶0.67，水灰比范围为1∶1～1∶2，浆液的比重约为1.5，浆液的漏斗粘度24～26s；作业时套壳料的最佳配合比应通过现场及多组室内试验获得，其强度增长速率及凝固时长应满足设计要求。

（4）固管止浆

①袖阀外花管内径为48mm，袖阀管所钻射浆孔尺寸为Φ6@300。对应花管每排孔眼套上长10cm、厚2mm的橡皮箍并固定。

②在距离孔口上部1m的孔段用注浆管压入止浆固管料，直至孔口返出止浓浆为止。浆固管料的水灰比为0.45，凝剂宜用氯化钙或水玻璃。

（5）待凝

待凝时间为在套壳料和花管安装工序完成后2～10d，达到待凝时间方能灌浆。

（6）开环灌浆

①灌浆前期用稀浆或清水加压开环，开环的压力控制在0.35MPa。随时观察加压情况，在加压过程中如出现进浆量突增或者压力突然下降，则说明已经开环，开环后即用配比满足设计要求的浆液进行正式注浆。

②灌浆用双栓塞心管自下而上分段施工，每排孔眼为一个灌浆段，浆料填充饱满。

③注浆料水灰比宜为0.4～0.45，用425普通硅酸盐水泥配制，注浆压力控制在0.5～0.8MPa。

④在施工中如注浆压力达到1～1.5Mpa，每分钟注浆量＜25L，持续时间达到25min，则达到终止灌浆标准。

⑤每个孔注浆完成后，用直径36mm、长约30～50mm的塑料软管插入袖阀管的注浆孔内，用清水将其冲洗干净，再进行下一个注浆孔注浆。注浆完成后按规范要求对检查孔进行抽检，当被抽检的检查孔全部合格后，用水泥浆封闭所有注浆孔，结束注浆并拆除设备。

2.顶管设备及布置

（1）千斤顶顶力的合力和顶进抗力在靠近管底30～40cm的轴线上，以确保管节按照预设的方向前进。为保证顶管施工的安全，顶铁用钢板焊接而成，钢板厚度为20mm，顶铁设U型锁定卡。

（2）在管道与导轨接触面设置圆角角钢，导轨底座按设计要求浇筑钢筋混凝土，导轨的纵向坡度与管道设计坡度一致。

（3）管道轴线与顶铁轴线平等、对称，顶铁与轨道的接触面不得污染，用缓冲材料衬垫在顶铁和管口之间。

（4）油缸的总推力的取总推力、工作井最大承受顶力和管材轴向允许最大推力的最小值。

3.管道顶进

（1）管道轴线、高程应在安放第一节顶管时进行复核，核准无误后才能开始进行管道顶进作业。

（2）在管道顶进时应勤顶少开挖，挖土的长度每次不得超过1m，挖土要自上而下分层开挖，遇到管道前端土质软硬不均匀时，应少挖软土，多挖硬土，防止管道管头向下倾斜或向上仰起。派一名具有丰富施工经验的专业施工人员持续观察土层及其含水量状况，一旦有异常情况及时撤出作业人员并马上向上级报告，待相关工作人员查明情况并处理完成后，再继续进行顶管施工。

（3）在管道顶入前对管身做好润滑处理，必要时候应进行钻孔注泥浆进行护壁以保持管身润滑。

（4）顶管管内出土斗车安装凹形钢轮，两端安装拉环，将管内人工开挖土方装至斗车，通过绳索将斗车沿轨道运至工作坑。

（5）管道顶进施工需持续作业，尽可能避免顶进施工而增加摩擦力，给后续顶进施工造成麻烦，管道没顶到下一个检查井不得停止作业。

四、结语

通过本次顶管工程施工，结合过程中收集的检测数据等资料，总结出以下经验：顶管地基加固时先进行注浆封边施工，确保浆液不会向加固范围以外扩散，且加强顶管施工过程的观察、周围地表位移及变形进行观测，将位移及变形有效的控制在标准和规范的允许范围内，并将其注浆孔口周围进行封闭，防止浆液外窜。采用“间隔跳打”的方式注浆，即根据灌浆量大小及冒浆情况采用梅花型布置的注浆点隔一打一或隔二打一进行注浆。注浆的控制以注浆量为主，注浆压力为辅。