浅谈矩形顶管机弃壳接收施工技术应用

叶胜

广东省基础工程集团有限公司（广东华顶工程技术有限公司） 广东 广州 510700

引言

随着矩形顶管施工技术的日益成熟，在繁华城市地下隧道工程中，有时会因施工场地狭窄而无法进行常规顶管接收，须采用无损弃壳方式，以有效解决顶管机不具备接收井接收的施工难题。但由于矩形顶管机弃壳接收过程中，难免会出现机壳接缝防水处理难、浇筑施工效率低等问题，使顶管弃壳接收技术仍存在一定的风险。为此，有必要对矩形顶管机弃壳接收施工技术应用的关键环节进行深入研究，以确保地下隧道顺利贯通。

1 工程概况

图1 人行隧道工程平面图

本工程为珠三角城际新塘经白云机场至广州北站项目中白云机场交通疏解配套工程的T1航站楼D出入口过街人行隧道工程，用于连接P2停车场与T1航站楼（如图1所示）。该人行隧道原设计采用暗挖矿山法施工，后经实地调查存在管线迁改变动较大问题，最终变更为矩形顶管法施工。D出入口人行隧道由西向东顶进，下穿机场大道东，顶管隧道长43.22m，管节外包尺寸7m×5m，壁厚500mm。顶管覆土厚约5.6m；顶管施工地层主要为粉质黏土、中砂；水文地质显示，地下水丰富，地下水位标高约为8.0m，位于顶管管顶以下1m左右。

本工程接收井受T1航站楼站场地占地及管线迁改的影响，导致顶管接收井无法采用常规接收井接收做法，只能采用顶管顶进至顶管机碰壁P2停车场围护结构后，凿除围护结构，在洞内对顶管机拆解进行“弃壳”（含壳体、内支撑、隔板、纠偏节、齿轮箱等）接收。“弃壳”段后期现浇钢筋混凝土衬砌，人防段设置于顶管隧道现浇段。不过，“弃壳”接收施工，不单需要考虑顶管机解体后壳体是否可以承受周围土体压力的问题，还需要考虑顶管机与已建停车场围护结构之间土体加固止水、开挖、结构连接等问题[1]。

2 顶管机接收的止水加固

2.1 加固方式

本工程由于采用弃壳接收，必须做好接收加固处理，防止发生水渗漏而导致地面坍塌。根据施工段地质条件，本次顶管接收加固采用竖向引孔+MJS加固方式，确保加固质量符合设计要求。加固高度、宽度外包顶管3m，纵向长度3m；利用既有场地、减少占用机场东路，顶管通道接收端布置22根MJS垂直桩，单桩深度13.9m，其中地面以下2.42m为空桩非加固区域；桩径均为2m，桩体角度360°，咬合0.5m。在MJS加固前须采用测量仪放点定出桩心位置，确保桩位精度准确无误；加固时除了严格遵循MJS工法成桩参数设定和施工工艺外，还要注意引孔+MJS加固施工的有效结合。

2.1.1 引孔作业需与MJS实桩喷浆错开施工，避免受成桩喷浆影响，造成孔口翻浆或塌孔。

2.1.2 引孔施工不能完成引孔个数过多，容易发生塌孔与受成桩影响，发生孔口翻浆现象。

2.1.3 引孔作业，需与MJS施工相隔一段距离，避免发生翻浆。

2.1.4 应对引孔作业时，遇复杂地层无法钻进或地下有空洞，采取灌注水泥浆液（有必须时添加水玻璃）改良地基，使其具备引孔施工条件。

2.1.5 引孔过程若遇不明地下障碍物，需及时告知现场管理人员并做好标识，同时记录好施工得知的地层情况。

2.2 加固时间

由于目前市场矩形顶管机只适用于软土地层，对硬土层及较坚硬的加固区存在一定施工难度的特点，因此在顶管接收加固时，加固既要保证加固可靠性又要保证加固区的强度不能过高。MJS加固强度在砂层地质会随着加固后的凝固时间而变化，过早过晚加固都会影响加固的质量。根据我司矩形顶管施工经验，预计本次顶管始发到达弃壳接收区约20d，考虑到MJS加固强度在15-20d强度能达10-15Mpa以上，因此在顶管机始发前便开始实施接受区加固处理[2]。

3 顶管机的弃壳接收

在顶管机开始进入加固区前，分批对MJS加固进行抽芯试压监测，确保加固区的加固强度。顶管机进入加固区时，顶管操作手需要放慢顶进的速度和顶管机的电流，尽可能避免顶管因推力过大而影响加固的质量和使顶管机按设想完全进入加固区。

当顶管机顶进至设计位置（刀盘碰壁）后停机，利用顶管机和后续管节预埋的注浆孔对顶管机及管壁外壁进行注双液水泥浆。注浆顺序先从顶管机逐步向后管节注浆，注浆距离必须超过加固区。机内注浆加固如图2所示。

图2 注浆示意布置图

在注浆达到凝期后，打开注浆顶管机和管节检查孔，同时在围护结构地下连续墙（顶管机刀盘前方进行）打水平探孔，检查判断顶管机及管节内注浆止水效果。如果均无出现漏水流沙情况，初步判断顶管机已经安全接收，可以在顶管机内打开顶管机泥水仓进入顶管机泥水仓检查，并开始凿除围护结构地下连续墙，实现顶管机顺利接收[3]。

4 顶管机的设备拆除

顶管机顺利接收后，可进行顶管机工具头内部动力部件拆解回收工作。拆解回收的原则是在确保安全稳固的前提下，尽可能保护各部件的完好性和回收性。

4.1 顶管机拆解前的准备工作

首先在通道内布设照明及通风系统，保证弃壳拆解具有良好的工作环境；然后利用水泵抽排顶管工具头内部的积水；其次由于顶管工具头底部凹凸不平，不利于拆解人员作业，需铺拆解工作平台；确保隧道内人员的安全。

4.2 顶管机拆解的顺序及要点

所有配件的拆解需要利用叉车辅助配合在隧道内运输至顶管始发井吊出；顶管机部件拆解顺序如下。

4.2.1 拆除电控系统，两侧电箱及与其相连的电缆。

4.2.2 拆除泥浆循环系统，拆除进排浆管上的压力阀、工作阀、排浆管至安全阀前位置。

4.2.3 拆除动力系统，自下而上拆除电动机、行星减速器、行星减速器支座。

4.2.4 拆解液压系统，由前往后拆解纠偏液压站、润滑油脂泵、纠偏千斤顶。

4.2.5 待暗挖段上方土体置换完成且混凝土达到设计强度70%后，打开仓门，人工清除刀盘与端面板之间及刀盘周边泥土。

4.2.6 拆解刀盘系统。拆除刀尖和内部锁母，然后在顶管的正前方架设“人字”龙门架，并在外壳中心位置与龙门架上焊接两条#45工字钢，作为横梁，在横梁上用10T手拉葫芦悬挂刀盘，在刀盘的前方（横梁的上方）悬挂5T手拉葫芦，将刀盘往前拉，同时用千斤顶在刀盘后将中心刀盘往前顶，最终拆除中心刀盘并放置顶管机前端；同理对顶管机两侧边刀盘进行拆解回收。

4.2.7 中心齿轮箱拆解。松开中心齿轮箱与中隔板螺栓；在横梁前后挂分别个挂一个10T葫芦，和顶管机内部和顶管壳体中心前方分别挂一个5T葫芦，与拆除中心刀盘方法将整个中心齿轮箱往顶管机前方慢慢移出，并放置地面上。拆除后的中心齿轮箱（重量约13T）。

4.2.8 顶管机的内净空拆除。最后割除顶管前段支撑立柱和其他多余的筋板，

4.2.9 部件的运输。利用叉车对各部件进行先拆先运、边拆边运，将顶管机各大部件运输移置工作井中并吊装出井。

5 壳体内衬现浇混凝土

顶管机所有部件拆除完成后，将顶管机外壳（含前矩形体、后矩形体、侧翼板纠偏装置）留置在隧道内，在顶管机外壳内部铺设钢筋网并支模与工具头尾部管节水平，对“弃壳”段现浇钢筋混凝土衬砌。内衬结构施工工艺注意事项：

先绑扎顶板钢筋，结构钢筋通过钢筋与机壳顶板钢板及肋板焊接连接。

顶板钢筋完成后，安装顶板模板。由于顶板混凝土浇筑时无法直接对混凝土进行振捣，故顶板模板以钢模为主，振捣器紧贴钢模震动实现对混凝土的间接振捣。

由于机壳上纵横均分布有加强肋板，切割后肋板仍剩余50mm高度，纵横肋板将顶板顶面划分成多个封闭的网格，各封闭网格内混凝土可能无法灌注密实。为解决这一问题，在每一个封闭网格范围内至少预埋1根Ø25的PE注浆管，当顶板砼浇筑完成后，通过预埋的注浆管对顶管与机壳进行压浆。

最后在浇筑的弃壳段设置人防段，最终实现顶管隧道的完全贯通。

6 结束语

通过以上的矩形顶管机在人行隧道施工弃壳接收实例中，研究、归纳总结出一套适用于大截面矩形顶管弃壳法接收的施工工艺，有效解决了工程项目因征地借地困难或地面空间不具备制作接收井，或施工场地管钱迁改耽误工期等顶管机无法正常接收难题。实践证明，该工艺对当前已开通运营的地铁车站因各种原因预留或需新增出入口过街隧道特别适用，不仅可以直接连通运营的地铁车站，还能为施工节省顶管接收井的工期与费用，具有推动城市建设快速、安全发展的重大意义，具有推广应用前景。