人行地道工程施工技术

设备调试——顶进机头至洞圈内——H钢拔除——顶进机头切削水泥土——机头切口进原状土、提高正面土压力至理论计算值。
（3）出洞段施工
首先对设备进行系统调试，由于本工作井SMW水泥土的设计强度为1.2MPa,且在洞圈正面有1.1 m厚的水泥土搅拌出洞加固区，因此特别注意仿形刀的切削性能，在确定顶进设备运转情况良好后，把机头顶进洞圈内至距离SMW10cm左右。
东、西侧出入口均采用SMW工法围护，局部较浅处采用素水泥搅拌桩（水泥土重力式挡土墙）。基坑最大开挖深度为10.78m；西侧出入口处另有20根抗拔桩。其中西侧出入口为始发井，东侧出入口为接收井，分布在道路的东西两侧。
地道由两条长度为45m的平行矩形管道组成，两条管道净间距为2.2m，管道坡度为0.0%，管道顶平均覆土厚度约3.5m。地道结构主要采用预制矩形钢筋混凝土管节，管节外尺寸为3 800mm×3 800mm，壁厚400mm，管节长度为2m。管节接口为“F”型承插式，接缝防水装置由齿形止水圈和弹性密封垫内外两道组成。
昆山市人行地道工程施工技术
刘培智 王祺卫鹤卿
摘要介绍昆山市人行地道工程概况，围护结构、矩形顶管施工技术管理及质量控制。
关键词人行地道围护结构矩形顶管施工管理质量控制保护措施
1概述
1.1工程概况
工程地处昆山市十字路口，为一跨越昆山市交通主干道的地下双向人行地道。通道东起昆山市经济开发区内，西端紧邻规划中的众来国际商务中心，地道由平行的两条矩形隧道和两座地面出入口组成。
严格控制浆液的配比，并派专人负责抽查浆液质量，一旦发现不合格，立即作为废浆处理。每根桩的水泥用量严格按照设计的要求加以实施。
为防止搅拌桩出现断桩，保证供浆连续进行。施工中因故停浆，则将桩机钻杆下沉0.5m，供浆恢复后，喷浆30秒后重新提升钻杆。底部喷浆超出桩端20cm左右，并喷浆座底30秒，使浆液完全达到桩端。
④灰绿～草黄色粉质粘土：层厚2.88m。中压缩性土，土质不均。
⑤灰色粘土：层厚11.05m。中压缩性土，土质不均，夹少量粘性土薄层。
各土层主要物理力学指标见下表1。
表1
序号
土层名称
层底标高(m)
层厚(m)
含水量W(%)
重度γ(kN/m3)
空隙比e
压缩模量（MPa）
内摩擦角（°）
①
填土
-1.555
1.73
在顶管机正确定位后，必须进行反复调试，只有在确定顶管机正常运转后，方才具备顶管出洞条件。
3.2.2顶管出洞顶进施工
（1）封门形式
工作井基坑支护结构采用SMW挡墙，因此SMW挡墙即为工作井的洞圈封门，也就是说，此顶管的出洞过程即为搅拌桩内H型钢的拔除及机头顶过出洞加固水泥段并进入原状土体的过程。
（2）顶管出洞的施工步骤
P下= k0γz=0.6×18kN/m3×7.4m=79.9 kN/m2
式中：P上：管道顶部的侧向土压力；
P下：管道底部的侧向土压力；
k0：软粘土的侧向系数（参考《基坑开挖手册》）；
γ：土的重度；
z：覆土深度。
以上数据为理论计算值，只能作为土压力的最初设定值随着顶进的不断进行，土压力值应根据实际顶进参数、地面的沉降监测数据进行相应的调整。
（4）地面沉降控制
在本工程的顶进过程中，顶管将穿越交通繁忙的主干道和各类管线，因此要严格控制地面的沉降。
在顶进过程中，应合理控制顶进速度，保证连续均衡施工，避免出现长时间搁置情况；不断根据反馈的数据进行土压力设定值的调整，使之达到最佳状态；严格控制出土量，防止超挖或欠挖。
（5）管节摩擦
为减少土体与管壁间的摩阻力，提高工程质量和施工进度，在顶管顶进的同时，向管外壁压注一定量的润滑泥浆，以达到减小总顶力的效果。
3.1.2主要施工参数
下沉速度：＜1.2m/min
提升速度：＜0.8m/min
搅拌转速：30～50 r/min
浆液流量：150L/min
浆液配比见表2：
表2
材料名称
水
水泥
膨润土
规格
自来水
425#普硅（旋窑）
重量比
1.5～1.7
1
0.03
3.1.3搅拌桩施工质量控制
利用经纬仪准确定出桩位，施工过程中桩位误差控制在必须小于5mm。在钻杆上做好标记，控制桩长误差小于10cm。在桩架上焊接一半径为5cm的铁圈，5m高处悬挂一铅锤，利用经纬仪校直钻杆垂直度，使铅锤正好通过铁圈中心。每次施工前适当调节钻杆，使铅锤位于铁圈内，即把钻杆垂直度误差控制在1%内。
地处长江三角洲冲积平原，自然地面标高约+2.7m（黄海高程），地下水属潜水类型，其稳定水位埋深约0.8m，施工到达的地层如下：
①填土层：层ห้องสมุดไป่ตู้1.73m。土质不均，结构较松散，上部为杂填土，下部为素填土。
②褐黄色粘土：层厚1.60m。中压缩性土，夹粉性土薄层。
③灰色淤泥质粉质粘土：平均层厚5.98m。高压缩性土，夹粉性土薄层，层位变化明显，东侧围护范围内层厚7.30m，西侧围护范围内仅4.40m，是顶管主要顶进土层。
(2)纠偏角度：α=2°
(3)最大推力：12 000kN
2.3.3螺旋机：
(1)输送能力：42M3/h
(2)转速：0～15 r/min
(3)最大扭矩：25.9 kNm
2.3.4顶进动力装置：
(1)油缸数量：14只
(2)总顶力：1 600kN×14=22 400kN
(3)缸体长：2 515mm
(4)千斤顶行程：1 530mm
3.3顶管正常段顶进施工
3.3.1各类施工参数的控制
（1）正面土压力的设定
本工程采用土压平衡式顶管机，是利用压力仓内的土压力来平衡开挖面的土体，而达到对顶管正前方开挖面土体的支护的目的，并控制好地面沉降。因此平衡土压力的设定是顶进施工的关键。
土压力采用Rankine压力理论进行计算。
P上= k0γz=0.6×18kN/m3×3.5m=37.8 kN/m2
H型钢拔除前工程技术人员、施工人员应详细了解现场情况和封门图纸，分析可能发生的排水情况，并准备相应的措施，制定拔桩顺序和方法，分工明确，并由专人统一指挥。H型钢拔除应按由洞门一侧向另一侧依次拔除的原则进行，拔桩时，起重吊装人员应配合默契，衔接及时，保证钢封门拔除迅速和安全。
（4）顶管顶进
在H型钢全部拔除后，应立即开始顶进机头，由于正面为全断面的水泥土，为保护刀盘和仿形刀，顶进速度应尽量放慢，使刀盘和仿形刀能对水泥土进行彻底的切削。另外由于土体过硬，螺旋机出土可能有一定困难，必要时可加入适量清水来软化和润滑土体。当水泥土被基本排出，螺旋机内出来的全断面原状土后，为控制好地面沉降、顶进轴线，防止顶管机突然“磕头”，应当提高顶进速度，把正面土压力建立到稍大于理论计算值，以减小对正面土体的扰动及出现的地面沉降。
②
褐黄色粘土
-3.15
1.60
28.5
18.8
0.84
4.01
13.5
③
淤泥质粉质粘土
-9.12
5.98
35.3
18.0
1.01
3.62
23.5
④
粉质粘土
-12.0
2.88
24.1
19.4
0.71
7.57
17.0
⑤
灰色粘土
-23.4
11.05
29.3
18.7
0.83
11.12
32.0
2施工设备
2.1 SMW围护结构主要施工设备：三轴深层搅拌机、履带式打桩机、50t履带式吊车、空压机和挖机等。
（2）出土方案及出土量控制
本工程管道内出土采用1台平板车运输方案，在管节内铺设1条轨道，土箱容量为1.5 m3。一节管节的理论出土量为3.8×3.8×2=29 m3，在顶进过程中精确地统计出每节管节的出土量，力争使之与理论出土量保持一致，以保证正面土体的相对稳定，减小地面的沉降量。
（3）顶进轴线控制
3.2.3出洞段各类施工参数的摸索
顶管机从工作井出洞后，顶进约4m，即将穿越φ600mm的下水道，随后将穿越交通主干道，所以在顶管出洞时应尽量减少水土流失，控制好地面沉降，并在今后的顶进过程中始终把地面的沉降控制放在首位。在顶管出洞段施工中，应不断根据地面沉降的数据反馈进行参数调整，迅速找出正面土压力、出土量、顶进速度等各类参数的最佳设定值，防止在今后顶进施工中由于地面沉降而导致工程难点的发生。
（1）顶进技术措施
①严格控制顶管的施工参数，防超挖、欠挖。
②严格控制顶管顶进的纠偏量，尽量减少对正面土体的扰动。
③施工时，顶进速度不宜过快，一般控制在10mm/min左右，尽量做到均衡施工，避免在途中有较长时间的耽搁。
钻杆的提升速度对桩身的质量影响很大，施工中严格按设计要求的提升速度提升钻杆。3.2顶管出洞施工
3.2.1出洞准备工作
（1）洞门改装
由于洞圈与管节之间存在11cm的建筑空隙，在顶管出洞及正常顶进过程中为极易出现外部土体涌入工作井内的严重安全和质量事故。故在顶管出洞前，在洞圈上先安装好一帘布橡胶板，以密封洞圈，橡胶板外部用12mm厚压板作靠山，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的变动而随时调节，保证帘布橡胶板的密封性能。（2）基座安装
加强润滑泥浆的压注管理，一方面要保证一定的压注量，另一方面还应保证所注泥浆的质量满足要求：
①对泥浆原材料进行验收，保证其质量；制定合理的泥浆配比，保证润滑泥浆的稳定；经常对拌好的泥浆进行测试，确保润滑泥浆的质量。
②制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行。压浆时必须坚持“随顶随压，逐孔压浆、全线补浆、浆量均匀”的原则，控制泵送注浆压力。
顶管在正常顶进时必须密切注意顶进轴线的控制。在每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以避免土体出现较大的扰动及管节间出现张角。
由于是矩形顶管，今后作人行通道使用，因此对管道的横向水平要求较高，所以在顶进过程中对机头的转角也要严格控制。可采取刀盘反转、加压铁等措施，把问题消灭在萌芽中，以保证竣工后的管道质量。由于本工程管顶覆土较浅，故顶进过程中应严防管顶上漂。
单节管节的注浆量计算：
V=2×(3.8282-3.82）×500%=2.1（m3）
压浆配比（每m3泥浆含量)见表3。
表3
膨润土
水
纯碱
CMC
150kg
850kg
4kg
3kg
3.3.2穿越交通主干道及各类管线的措施
由于顶管将穿越交通繁忙的交通主干道及各类公用管线，为保证道路及各类管线的正常安全运营，采取以下措施严格控制地面的沉降。
（3）主顶的定位及调试
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，进行调试试验，保证14只千斤顶的性能完好。
（4）顶管机吊装就位，调试及验收
顶管机在吊入井下后，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。
2.2基坑开挖及结构施工主要设备有：液压挖机、预应力液压泵、钢筋成型机、钢筋切断机高扬程潜水泵等。
2.3顶进设备：本工程采用的大刀盘土压平衡矩形顶管机进行掘进施工，见主要技术参数。
2.3.1刀盘系统
(1)刀盘转速：0～1.4r/min
(2)最大扭矩：1 750kNm
2.3.2纠偏系统：
(1)千斤顶数量：16只
1.2地下管线
顶管沿线穿越西侧下水道、交通主干道、东侧下水道（φ600mm，底埋深2.31m，离顶管顶净距约1.3m）、东侧自来水管（φ1 000mm，管底埋深1.54m，离管顶净距约2.07m）、东侧接收井（顶管进洞处）结构外1.5m处有一条通信光缆，管底埋深0.79m，离顶管净距约2.8m。
1.3地质状况
3主要施工技术
3.1围护结构施工
3.1.1本工程SMW工法围护搅拌桩采用桩径φ650mm的进口三轴搅拌桩机进行施工，桩机套打成孔，隔孔插型钢，搭接宽度为200mm。水泥土搅拌桩采用425号普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比控制在1.5～1.7之间。SMW工法水泥土的掺入比为20%，西侧工作井后靠水泥土掺入比为20%，重力式水泥土掺入比为15%，顶管出洞口区域水泥土掺入比为10%。西侧工作井四周均匀间隔相布型钢桩和无型钢桩，外侧呈扇型相布单排素桩，最大桩深20m，型钢插入深度19m，依次递减。东侧接收井呈扇型均匀间隔相布型钢桩和无型钢桩，东北面采用素桩进行围护。最大桩深18m，型钢长度最长17m，依次递减。采用底H型钢型号均为500×200×14×14。重力式水泥土挡土墙顶部均须插入2m的钢筋。
由于顶管基座的定位准确与否，将直接影响到今后顶管的顶进轴线，因此顶管基座位置必须严格按照设计轴线进行测量放样，安装时按照放样的基准线，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，并设支撑加固。
由于此次顶进的是矩形管节，所以基座两轨道的横向水平相当关键，需反复测定，否则将影响以后的顶管质量。