轨道交通工程中的联络通道机械法顶管施工技术

摘 要：本文以郑州市轨道交通12号线一期工程龙子湖西站——龙子湖站区间联络通道为主要研究对象，提出机械法顶管施工技术。施工过程主要包括顶管机始发、顶管机掘进、顶管机到达、施工测量与检测四个阶段。其中，机械法顶管施工关键工序主要包括进出洞、隧道防水、推进、监控量测、填充注浆、管节拼装、焊接作业；特殊工序包括隧道防水、填充注浆。工程实践表明，郑州市轨道交通12号线一期工程龙子湖西站——龙子湖站区间联络通道采用机械法顶管施工技术是成功的，相比传统的施工技术，其具有施工周期短、环境影响小、机械化程度高以及无需对地层进行预加固等特点，值得在同类工程项目中推广。

关键词：郑州市轨道交通；联络通道；机械法顶管施工文章编号：2095-4085（2024）03-0025-03

0 引言

联络通道机械法顶管施工作为一种新型工法，具有效率高、质量好、成本低以及机械化程度低等特点。联络通道开挖由顶管机完成，管片拼装及反力系统位于始发隧道内，顶管机的始发和接收采用钢套筒完成，整个施工过程风险小。同时，该工法还能有效避免传统轨道交通工程施工环节的各类弊端和缺陷，是未来轨道交通工程工艺发展的主要趋势。因此，研究轨道交通工程中的联络通道机械法顶管施工技术具有一定的现实意义。

1 案例概况

郑州市轨道交通12号线一期工程龙子湖西站——龙子湖站区间联络通道以龙子湖西站起点，向东南方向下穿龙子湖，沿着平安大道敷设接入龙子湖站。区间隧道起终点里程为：左线DK20+129.55～DK21+296.955， 全长1167.405m； 右线DK20+129.55～DK21+297.816， 全长1168.266m； 于里程右线DK20+707.603及左线DK20+707.176处设置一座联络通道。区间线间距为13m，埋深13.5m，线路平面最小曲线半径为1 000m，线路纵向为单向坡，最大纵坡为-5.136‰。区间采用盾构法施工，管片内径5.5m， 外径6.2m， 管片厚度0.35m。联络通道采用机械法施工，联络通道距离为13m，线路平面最小半径为1 000m，最大纵坡为-5.136，管片内径为5.5m， 外径为6.2m， 管片厚度为0.35m，衬砌环管节厚250mm，外径3 260mm，宽度900mm，管节的混凝土强度为C50，抗渗等级为P10。

2 联络通道机械法顶管施工技术

2.1 机械法顶管施工技术原理

机械顶管法施工是一种基于土压平衡原理的先进施工技术。它利用盾构机和顶管机进行挖掘作业，并配备专业的土体切削刀具。首先，按照施工组织设计的要求，将土体切削下来，然后将其送入盾构机的密封舱内。为确保施工顺利进行，密封舱内的压力需与土体的压力保持一致。

盾构机切削刀盘的设计应为外突内凹型，刀盘可有效地应对始发和接收等作业面可能出现的凹凸面滑动的问题，以确保隧道内施工人员和机械设备的安全。此外，还需能根据工程项目的实际情况建立隧道施工内支撑体系，以此作为洞门始发支撑体系。

始发作业主要采用全套筒和半套筒作业方式，根据盾构机的转换模式，对始发和接收作业进行全程管理。这样可以确保隧道在挖掘过程中始终处于全封闭状态［1］。

联通通道防水设计需要全面考虑以下五个关键要素：（1）不同区间之间在联通通道中的防水。（2）管片衬砌结构防水。（3）套筒始发和接收时的防水。（4）工程项目在建设过程中的工序防水。（5）洞门防水。

2.2 机械法顶管施工技术要点

2.2.1 机械设备吊装

本工程项目机械设备主要包括联络通道顶管机、电瓶车、始发套筒、接收套筒、超级电容、汽车吊、管节运输车、砂浆运输车、渣土车、土方运输车、二次注浆设备、2级配电柜、3级配电柜和电焊机。机械设备吊装作业要严格按照施工组织设计要求进行。

2.2.2 始发及推进

（1）在施工现场，当主机和套筒进行连接时，应确保它们能够与盾构机一同被运输到施工隧道的洞口。

（2）合理控制盾构机在使用过程中的运行速度，确保套筒与盾构机同时作业，在隧道洞口的位置焊接一定数量的套管，采用对称焊接法，严格控制焊接质量，并须将焊缝控制在1cm的误差范围内。

（3）所有焊接任务完成后，要使其在自然环境下冷却，完全冷却后即可进行顶进作业。

（4）将油脂缓慢地注入事先预留的油脂孔内，完全注满即可。

（5）将膨润土注入套筒前端的孔内，孔内的压力应当大于计算得出的土压力，须安派专业人员仔细检查套筒的密封性，保证套筒不出现泄露问题。

（6）建立顶升系统体系，根据实际情况调整油缸压力。

（7）测量人员应反复测量套筒的轴线，严格控制套筒姿态。

2.2.3 推进和接收

（1）姿态的测量。盾构机顶进管片位置时，须安排专人仔细记录套筒的姿态，并根据套筒的姿态确定盾构机的各项技术参数。

（2）洞门的处理。接收洞门与始发洞门处理方式有诸多相似之处，先需要对洞门进行整体的加固，然后再将套筒和管片焊接在一起。

（3）安装接收装置。接收装置的安装应当在套筒内完成，使用运输车辆将套筒运输至场地附近，严格控制接收装置安装流程，待接收装置安装完毕之后，注入适量的清水检查套筒的密封性，如果套筒完全密封，倒出清水，待其干燥后在套筒内注入经过改良后的改良土。

（4）直至刀盘完全顶进管片后，套筒内的压力随之下降，如果无法控制出土量，还需要在接收端的后方停靠一辆智能保压车，并注入一定数量的膨润土，以确保套筒内的压力能与外界土体的压力保持一致［2］。

（5）补强注浆。盾构机全部顶进套筒后，洞门和管片形成闭环模式，泥浆容易进入轨道中，此时就需要对洞门的土体进行加固，再次保证套筒的密封性。

设计人员在具体的设计工作中，对于进洞和出洞的位置需要分别设计两个环形管片，每个环形管片上必须要有十个注浆孔，接着对洞门进行二次注浆，注浆完毕之后，立即对其进行止水试验，要确保其不发生渗水、漏水问题。

2.2.4 正、负管管环脱离及机械设备离场

（1）在不同的管片之间设置一个临时支座，配置与临时支座相适应的千斤顶。

（2）拧开管片的螺栓，将油缸收回，借助临时支座和千斤顶顶力，将套筒完全拆除，使得正管环与负管环完全分离。

（3）待二者全部分离之后，将套筒拆除，再将套筒、管环使用运输车辆运送至吊车井口的位置。

（4）将正管环和负管环使用运输车辆运送至洞外，将吊带穿入其中，再将其运送至吊车井口，即完成了对正、负管管环的完全脱离。

2.2.5 洞门施工

（1）洞门钢板采用环向焊接。环向焊接法可有效提高洞门的力学强度，降低因焊接不牢固导致的渗漏问题产生。

洞门钢板由2层组成，第1层钢板厚5cm，用来堵水；第2层钢板厚20mm，用来保证焊缝质量。

（2）环氧树脂堵漏。焊接全部完成后，如果焊缝位置依然存在渗漏问题，可使用适当比例的环氧树脂进行堵漏。

（3）洞门施工钢筋绑扎。洞门施工的钢筋采用PB3000或者HRB400钢筋，要根据工程项目的实际情况合理控制钢筋的数量，将骨架指定数量的钢筋焊接在一起，使其固定。

（4）洞门位置混凝土浇筑。洞门位置混凝土浇筑应当使用规格为C40的混凝土，且抗震等级必须为P10。

2.2.6 顶推过程参数控制

（1）为合理控制推进轴线，减少和降低在推进过程中对于刀盘和刀具的磨损程度，推进应当匀速缓慢进行。

（2）在刀盘刀具中注入适当比例的膨润剂，膨润剂可有效吸收刀盘在运行过程中产生的热量，延长刀具和刀盘的使用寿命。

（3）接通电源，启动顶管机。检查千金顶，初始推进过程中应匀速缓慢进行，每掘进一环，要根据实际情况适当降低顶管机波动。

（4）顶管作业中，要及时调整盾构机的姿态，确保以正确的姿态进行掘进施工［3］。

（5）始发环节，要合理控制顶管推力、扭矩。推力和扭矩的控制应在盾构机可以承受的范围之内，以确保其扭矩小于或者等于顶管机台车的反扭矩。

（6）各个班组的施工人员应当严格按照施工组织设计要求进行施工，并统一按照信号工的指令，杜绝违规施工行为。

（7）根据监测获得的数据信息，要及时调整各项技术参数，技术参数的变更需要经过技术主管签字同意。

（8）掘进过程中应当严格控制轴线，一旦发现误差必须进行及时的纠偏。

（9）严格控制掘进过程中渣土的数量，避免土体超挖。

联络通道机械法顶管施工工艺流程（见图1）。

3 安全与质量保障措施

3.1 安全保障措施

（1）施工之前须进行严格的机械设备安全技术交底。

（2）机械设备的使用，特别是在大型机械设备的使用过程中，要遵循一机一人制度。作为机械设备的操作人员，要能尽快熟悉和掌握机械设备的性能特点，正确合理的使用机械设备，禁止使用锋利的锤子敲打设备。

（3）所有的机械设备操作人员在上岗之前，必须经过专业的安全与教育培训，并经考试合格取得资格证书后，方可上岗。

（4）在机械设备不使用时，要在指定地点存放，并使用篷布遮盖，以减少风吹日晒对机械设备造成的损伤。

3.2 质量保障措施

（1）施工现场实行严格的安全生产管理制度，无论是机械设备还是施工材料均应当停放在指定的位置。

（2）机械设备和施工材料的使用。相关人员应严格遵守企业中指定的各项机械设备操作制度，要对机械设备进行定期的检查、维护和保养，以避免机械设备带病和超负荷工作。

（3）机械设备应停放在施工现场指定的区域，安派专人进行管理。

（4）使用前，须确认机械设备是否安全可靠。

（5）当顶管安装、调试结束并一切正常后，进入始发状态。

（6）顶管机始发时应缓慢推进。

（7）始发托架导轨必须始终保持顺直，根据工程项目的实际情况合理控制标高、距离和轴线，以确保基准面和中心线垂直［4］。

（8）防止顶管旋转。顶管机进入洞门时，正面切削混凝土管片，管片强度较高，由于顶管机与地层相互之间不会产生摩擦，顶管机特别容易旋转，需要采取针对性的措施，防止顶管旋转。

（9）顶管靠上土体后，开始穿越注浆加固区。

4 结语

综上所述，联络通道机械法顶管施工技术是近年来被广泛应用的一种新型的施工技术，其在郑州市轨道交通12号线一期工程龙子湖西站——龙子湖站区间联络通道中的应用，具有施工周期短、环境污染小、机械化程度高以及无需对地层进行预加固等优势。此外，我国轨道交通工程联络通道机械法顶管施工技术现已积累了丰富的施工经验，值得在地铁、管廊、深埋污水隧洞等工程中推广应用。

参考文献：

［1］刘航军，曹振生，刘宗志，等.顶管隧道施工环境影响研究［J］.施工技术，2017（1）：89-90.

［2］赵玉红.过街通道近距离上穿既有地铁区间隧道的数值分析［J］.城市道桥与防洪，2015（11）：42-43.

［3］吴华君，魏纲.近距离双线平行盾构施工引起的土体沉降计算［J］.现代隧道技术，2014（2）：11-13.

［4］魏纲，余振翼，徐日庆.顶管施工中相邻垂直交叉地下管线变形的三维有限元分析［J］.岩石力学与工程学报，2004（15）：80-81.