地铁车站出入口顶管施工方案(矩形顶管法)

上海轨道交通7号线xxx站2号出入口顶管工程

施

工

方

案

及

报

价

书

上海xxxxxx有限公司

矩形顶管项目经理部

1.1 顶管方案概述

xxx站2号出入口位于锦秋路南侧，其地下通道部分横穿锦秋路。锦秋路下地下管线众多，为减少道路翻交和管线搬迁，并确保安全施工，2号出入口过锦秋路出入口通道拟采用矩形顶管法施工。

本次通道施工将穿越锦秋路及其众多的地下管线，根据提供的地下管线资料，地下管线有上水管、电话电缆、电力电缆、雨水管、煤气缆、污水管等管线，主要管线汇总见下表。

表1 锦秋路地下管线汇总表

本次顶管地下通道横断面净空尺寸为3m×5m，外包尺寸为4m×6m，拟采用4m×6m大刀盘土压平衡式矩形顶管机进行掘进施工，顶管段约长40m，覆土约为5m，推进坡度为0％，顶管始发井净空尺寸为9.2m×8.6m（长×宽），设于锦秋路南侧；顶管接收井紧贴车站主体连续墙设置，净空尺寸为3.0m×8.0m（长×宽），设于锦秋路北侧。顶管始发井、接收井基坑围护采用SMW工法围护，采用桩径Ø850mm的进口三轴搅拌桩机进行施工，插入型钢（H700×300）。

详见附图1 工程总平面图

附图2 顶管施工剖面图

从提供的地质资料来看，本工程主要在③2灰色粉质粘土和④灰色淤泥质粘土层中顶进，管顶以上土层分别为①1层杂填土、①2层浜填土、②层褐黄～灰黄色粉质粘土和③1层灰色淤泥质粉质粘土。

顶管通道结构全部采用预制矩形钢筋混凝土管节，管节外形尺寸为4m×6m，壁厚为50cm，管节长度为1.5m。管节混凝土强度等级为C40，抗渗等级为S8，管节接口全部采用“F”型承插式，接缝防水装置采用锯齿型止水圈和双组分聚硫密封膏。

根据本工程情况，完成矩形顶管施工约需33日历天：顶管设备进场安装调试10天，顶管顶进施工15天，浆液置换3天，顶管设备退场5天。顶管退场后一个月进行管节嵌缝，工期为10天。

1.2 矩形顶管机原理性能

本工程采用的4m×6m偏心多轴双刀盘式土压平衡矩形隧道掘进机，采用两个单独的刀盘切削土体，并挡住开挖面土体，有效防止正面土体倒坍。刀盘采用液压系统进行驱动，由每套为四组的偏心驱动装置分别驱动两个刀盘进行相同或相反方向运转。刀盘切削正面土体，经搅拌后进入刀盘后面的土压仓，使机头土压仓内建立的土体压力抵抗开挖面的土压力，利用调整螺旋机的转速及顶进速度来控制土仓的土压力，以保持开挖面的稳定，控制地表的隆起和沉降。它由主顶进装置推动机头向前运动。机头分成前后二段，中间由纠偏千斤顶联接，有利于机头的姿态控制，以保证隧道轴线的偏差能控制在设计范围内。

螺旋输送机采用轴向端部出土，增加排土高度，为大容量土箱运输创造条件。根据正面土体土压值大小，控制螺旋输送机排土速度，保持土压平衡。

刀盘和螺旋机的驱动都采用液压系统，通过改变液压泵排量来控制两者的运转速度。

主顶装置由基架、油缸组、顶环、U型顶铁、钢后靠及液压动力站等组成，是顶管施工的重要组成部分。

顶管机主要性能参数如下：

⑴顶管机壳体尺寸：

a．外包尺寸：6028×4028mm

b．长度（不包含螺旋机）：4400mm

⑵刀盘系统：

a．刀盘数量：2个

b．刀盘：3000mm×3500mm

c．最大扭矩：44Tm×2

⑶纠偏系统：

a．千斤顶数量：16个

b．纠偏角度：水平±1.1°，垂直±1.7°

c．额定推力：27000kN

d．最大推力：31000kN

⑷螺旋机：

a．输送能力：42m3/h

b．转速：0～15rpm

c．额定扭矩：17.9kNm

d．最大扭矩：21.4 kNm

⑸顶进动力装置：

a．油缸数量：12个

b．总推力：2000×12=24000kN

c．千斤顶行程：1500mm

1.3 顶管施工工艺

⑴顶管施工流程

见图1。

⑵顶管顶进工艺

详见附图03：矩形顶管顶进工艺图。

1.4 顶进前的施工准备工作

⑴地面准备工作：

①在顶管顶进施工前，按常规进行施工用电、用水、排水及照明等设备的安装。

②施工材料、设备及机具必须备齐，以满足本工程的施工要求。

③井上、井下建立测量控制网，并经复核认可。

④地面设备的安装及平面布置：地面设备主要有液压动力站、拌浆系统、供电系统等设施安装及调试，此外还有管节堆场、土方堆放、安全护栏等的布置。

地面配有一台100吨履带起重机，负责整个顶管施工期间井上、井下的材料、设备的装卸。

详见附图04 顶管施工场地平面布置图

⑵井下准备工作：

①出洞防水装置安装

由于洞圈与管节间存在着一定的空隙，在顶管出洞及正常顶进过程中极易出现外部土体涌入工作井内的严重安全和质量事故。为防止此类事故发生，施工前，在洞圈上安装一帘布橡胶板，以密封洞圈，橡胶板外部以压板作靠山，压板的螺栓孔采用腰子眼形式，以利于在顶进中压板位置可随管节位置变动而随时调节，以保证帘布橡胶板的密封性能。

②基座安装

由于顶管基座的定位准确与否，将直接关系到今后顶管的顶进轴线，故顶管基座位置需按设计轴线进行准确放样，安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位焊接，基础上的轨道按照顶管设计轴线并按实测洞门中心居中放置，并设置支撑加固。

由于此次顶进为矩形管节，所以基座两轨道纵横面的标高和坡度相当关键，需反复测定，否则将严重影响今后的顶管质量。

③主顶的定位及调试验收

主顶的定位将关系到今后顶进轴线控制的难易程度，故在定位时要力求与管节中心轴线成对称分布，以保证管节的均匀受力。

主顶定位后，需进行调试验收，保证千斤顶的性能完好。

④工作井内的平面布置

搭建井内测量平台、安装配电箱、控制台、扶梯等，敷设各种电缆、管线、油路等，井内平面布置要求布局合理，保证安全。

⑤顶管机吊装就位，调试验收

地面辅助工作及井内安装结束后，吊放顶管机，接通电气、液压、注浆等系统，进行出洞前的总体调试。矩形顶管机的进出场由300吨汽车吊和100吨平板车来装卸和运输。

在顶管机吊下井后，为保证顶管出洞段的轴线控制，需对顶管机进行精确定位，尽量使顶管机中轴线与设计轴线相符。

在顶管机准确定位后，必须进行反复调试，只有在确定顶管机运转正常后，方具备顶管出洞条件，以保证顶管出洞和今后的顶进顺利。

详见附图05 顶管设备就位平面图

附图06 顶管设备就位剖面图

1.5 顶管出洞段施工

⑴顶管出洞前土体加固措施

顶管出洞前需对土体进行加固，使土体的性状得到一定改变从而进一步保证顶管机头安全出洞，并且使顶管出洞时的水土流失减少和防止地面变形过大。具体做法是：在始发井围护结构外侧设三排φ850水泥土搅拌桩，加固深度为地面至基坑底下3m范围。