复杂地况下矩形顶管施工技术

复杂地况下矩形顶管施工技术

摘要：随着城市的不断发展,地铁的建设数量也随之增加。而地铁施工占道带来的交通拥堵严重增加了交通压力，影响了市民的正常交通需求。地铁出入口施工需要跨越城市主干道，对交通的影响会更严重。出入口通道采用矩形顶管施工的出现，可以很好的解决这一问题。本文以南宁地铁5号线江南公园站C号出入口过街通道施工为例，对矩形顶管施工所面临的风险进行分析，并针对风险制定了相应的施工方案，从而解决城市地铁建设带来的交通压力，并为后续类似工程提供参考依据。

关键词：地下水、粉细砂层、顶管施工

1.前言

地铁出入口施工通常采用的方法有明挖支护施工、矿山暗挖法施工及矩形顶管三种方式。采用明挖法施工需要迁改的管线多、占用主干道，不仅费用高，还影响交通；采用矿山法施工，施工范围内主要是粉细砂层，不仅结构埋深浅，且地表重载车辆多，施工风险极大；根据工程情况采用矩形顶管施工工艺，不用围封堵市道路，只需要占用道路以外的场地，对交通影响小，且无需迁改管线，施工周期短，费用低。

不同区域有着不同的地质、水文条件，因此采用矩形顶管施工面临的问题也不尽相同。一般在设计阶段会对施工风险采取措施，但是由于现场条件变化导致原设计措施无法实施，需根据实际情况制定新的的解决方案。本文案例就出现了这类问题，原设计的始发端旋喷桩加固措施无法施工，给顶管始发带来了很大的难度，项目根据现场地质、水文条件，制定了真空降水措施，有效的解决了粉细砂层顶管掌子面塌方难题。

2.工程概况

2.1 C号出入口概况

江南公园站是南宁轨道交通5号线一期工程从南到北的第4个站，站位位于壮锦大道与高棠路交叉口西侧。C号出入口位于壮锦大道与高棠路交叉口东南侧，出入口过街段采用矩形顶管施工。过街顶管段主体结构长43.5m，顶管段顶板覆土厚度约6m，长度为43.5m，顶管尺寸为6.9mx4.9m（外径尺寸），壁厚500mm，1.5m一环。始发端、接收端5m范围内采用高压旋喷桩注浆加固。

2.2 水文地质概况

矩形顶管施工范围内地质主要为粉细砂④1-2层、含黏性土圆砾⑤2层，只在接收端存在存在少量的粉砂质泥岩。地下水位于地表以下4m，水位位于隧道上方。顶管上方有多根砼雨水管、污水管、给水管、110kV高压线等，地下情况复杂，详见图1。

图1 C号出入口矩形顶管纵断面地质图

3矩形顶管施工

3.1 顶管机设备简介

矩形顶管机一般采用土压平衡模式，常用有平动式刀盘、多刀盘、复合刀盘

等设计。现多采用多刀盘设计，多刀盘顶管机工艺成熟、切削面积和切削能力大、对土体扰动小。本工程矩形顶管机由六个小刀盘组成；刀盘是前后错开的,详见

图2。

图2 土压平衡式矩形顶管机立面、剖面示意图

矩形顶管的后配套安装，主要指机座轨道、钢后背和传力架安装。基座采用

型钢焊接,底部与始发井底板密贴,顶部两条平行钢轨中心与隧道中心线重合,钢

轨前端与洞门相连,后端顶在反力架上,防止钢轨滑移。此外，在导轨的两侧每隔

一定距离加设200H型钢作为横向支撑，支撑在结构的底板上，提高导轨的稳定性。依据隧道设计轴线、洞门位置及顶管机的尺寸，反推出导轨的空间位置，导

轨中轴线应与隧道中线重合，与顶管通道轴线保持一致。安装完成后测量复核、

固定。

在安装反力架时，安装原则为纵向轴线应与隧道设计轴线重合，反力架端面

应与始发基座轴线垂直，以便顶管机轴线与隧道设计轴线保持相对平行。安装时

反力架与车站结构连接部位的间隙用钢板要垫实并焊接好，以保证反力架脚板有

足够的抗压强度反力,反力架与结构后靠墙之间用C30砼填充密实，防止结构。

3.2顶管机始发

主要施工步骤为：始发端土体加固、降水→人工凿除围护桩→刀盘顶进至掌

子面→机头顶进施工→确定掘进各项参数。

3.2.1 始发掌子面真空降水

始发端头上方新建了110kV高压线管廊,导致旋喷桩注浆无法施工,由于地质勘察时处于枯水期,导致未施工降水井,矩形顶管施工时处于雨季,地下水丰富。围护桩破除后，掌子面渗水导致粉细砂层流失,严重影响隧道上方给水管、高压线安全，并给围挡外侧壮锦大道行驶车辆带来极大安全隐患。为确保顶管机顺利始发，决定采取掌子面真空降水措施，将水位降到隧道底部。

真空降水原理：在掌子面底部钻入直径10cm的圆孔，孔深1.5m，然后再孔内插入直径3m的PE排水管，孔口密封后在PE管外露口安装真空泵，抽出空气使孔内形成真空，将水吸出土层。PE管端头1m范围内开φ2mm的小孔，间距15cm，然后用纱网将管开孔部分全部包裹密实，防止泥砂流入管内影响降水。真空降水详见图3。

图3 掌子面真空降水示意图

3.2.2顶管始发前洞门破除

顶管机进始发前，必须先将洞口钢筋混凝土灌注桩围护结构破除。隧道洞门需要在始发或到达前将洞门端头围护结构进行凿除。始发洞门和接收洞门围护结构的型式为Φ800mm@650钻孔灌注桩，采用人工风镐凿除洞门。

为确保洞门凿除施工安全，洞门凿除施工分两步骤施工。第一步先破除混凝

土至迎土侧主筋位置，第二步割断外侧钢筋完全破除围护结构混凝土。每一步的

混凝土破除在平面上分为9块，从中间往两侧、从上往下进行，分块如图4所示：

图4 洞门破除分块示意图

3.3顶管正常掘进

3.3.1 顶管机顶进

（1）顶管机在进入加固区前，根据始发井洞门实测数据，调整好进洞姿态，避免顶管机被洞门“卡住”；

（2）顶管进入加固区，严密观察出渣情况，若含水、含泥较多、出现喷涌现象，应立即停止分析原因，采取有效止水措施后恢复顶进；

（3）严格计算出土仓压力，顶管土仓土压力=水平侧向力＋修正施工土压力。掘进过程中必须严格控制出土量，发现超挖和负挖现象及时调整。顶进要时刻记录出土速度和土仓压力，加强地表监测，当出土量发生变化时，应立即组织相关人员进行分析，在查明原因后应及时控制值土仓压力及顶进速度，确保掌子面稳定。控制不严出现超挖或负挖会造成壮锦大道隆起与下沉，给车辆安全行驶带来隐患。

（4）顶管机采用土压平衡模式，在顶进过程中关键是保持土仓压力稳定，保持掌子面受力稳定，防止地表隆起或下沉。主要采取的措施是控制顶管机掘进速度与出土量，江南公园站C号出入口施工范围内地质主要为圆砾层及粉砂层，