大斷面小間距矩形頂管施工關(guān)鍵技術(shù)

1、 大斷面小間距矩形頂管施工關(guān)鍵技術(shù)頂管技術(shù)是一種類似于盾構(gòu)法的地下工程非開挖管道鋪設(shè)技術(shù)，采用頂管掘進(jìn)機(jī)成孔，再將預(yù)制成型的管道從頂進(jìn)工作井頂入形成連續(xù)襯砌的管道非開挖技術(shù)。此次交流會參觀的星匯云錦地下商場C地塊，在開挖中即采用了矩形頂管技術(shù)，參觀中，與會代表對此項新技術(shù)表現(xiàn)出濃厚興趣。根據(jù)交流會上中鐵二局股份有限公司城通公司總工程師王家祥的報告，本刊做了整理，以饗更多讀者。中國中鐵二局股份有限公司城通公司總工程師王家祥做主題報告 廣東省佛山市南海區(qū)桂城街道19、20街區(qū)地段C地塊地下空間項目頂管工程，為越秀地產(chǎn)在南海修建的地標(biāo)建筑星匯云錦A、B樓盤的地下連接商場，該地下商場為C地塊，橫穿南海

2、大道北，為地下空間開發(fā)項目（見圖1）。本工程頂管通道位于佛山市交通主干道南海大道北正下方，地面交通繁忙，通道線路與南海大道北呈“正交”關(guān)系，南海大道北作為交通通行的主干道,若采用明挖法施工,交通疏解非常困難,且地下管線眾多、遷改周期較長，因此采用頂管法施工。 圖1 頂管工程平面位置示意 本工程設(shè)計為4條并行頂管通道,通道內(nèi)凈空尺寸為6m×4m，管節(jié)壁厚0.45m，管節(jié)混凝土為C50P10,標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)寬1.5m，共120節(jié)，7.5m異形管節(jié)2節(jié)，5.45m異形管節(jié)10節(jié)。每個通道各長60.5m，間距0.5m（見圖2，3）。 圖2頂管通道平面位置示意圖3頂管通道橫斷面頂管施工區(qū)域自上而下地

3、層分別為雜填土，淤泥、淤泥質(zhì)土，粉砂層，粉土層，粉砂，中砂、局部粗砂。地下水埋深為1.201.50m，水位高程0.701.14m，其中粉砂層、粉砂為容易液化的砂性土，砂土液化將導(dǎo)致涌水、涌砂及地面坍塌，施工風(fēng)險大。 工程重難點(diǎn) 大斷面頂進(jìn)。本工程頂管掘進(jìn)機(jī)開挖斷面尺寸為6.9m×4.9m，為目前全國最大斷面矩形頂管，施工時易產(chǎn)生四大問題。1）矩形掘進(jìn)機(jī)殼體頂部寬度約7m，與土層的接觸面積大，易引起機(jī)頭背土，加劇對土體擾動和流失，嚴(yán)重時會造成地面塌陷和管線破壞。2）矩形頂管掘進(jìn)機(jī)正面與土層的接觸面積大，當(dāng)拼裝管節(jié)或加墊塊時，主頂油缸一回縮，在掘進(jìn)機(jī)正面承受的土層軸向推力作用下，掘進(jìn)機(jī)連

4、同管節(jié)易發(fā)生整體后退。3）機(jī)頭頂進(jìn)時頂力及扭矩大，頂管機(jī)姿態(tài)難以控制。4）頂管機(jī)的刀盤切削面積約35m2，對土層的擾動范圍大，易造成地面及管線沉降，控制難度大。因此大斷面頂進(jìn)條件下控制地面及管線沉降、控制頂管機(jī)姿態(tài)、防止頂管機(jī)整體后退是本工程重難點(diǎn)之一。小間距頂進(jìn)。地下空間連接工程由4條并行頂管通道組成，通道之間凈距僅為0.5m（見圖4），施工時易出現(xiàn)兩大問題。圖4相鄰平行頂管通道 1）頂進(jìn)過程中產(chǎn)生的側(cè)壓力易對鄰近已成型通道產(chǎn)生影響，引起相鄰管節(jié)發(fā)生變形和位移，甚至造成破壞。2）已成型通道四周土體受相鄰頂管頂進(jìn)施工時再次擾動，易引起地面及管線沉降疊加，造成周邊環(huán)境破壞。因此小間距頂進(jìn)條件下控

5、制地面及管線沉降，確保相鄰管節(jié)結(jié)構(gòu)安全是本工程的又一重難點(diǎn)。環(huán)境保護(hù)要求高。本工程頂管通道位于佛山交通主干道南海大道下方，呈“正交”關(guān)系，頂部埋深5.6m，且上部管線縱多，相距較近。其中距離4.1m ×3.1m雨水渠箱底僅0.5m，淺覆土條件下頂進(jìn)施工過程中如何對周邊環(huán)境進(jìn)行保護(hù)，是本工程重難點(diǎn)之三。 頂管施工及進(jìn)展 根據(jù)本工程四條大斷面矩形頂管近距離并行的特點(diǎn)，如采用1-2-3-4的頂進(jìn)順序施工（見圖5），會造成1號通道施工完成后，施工2號通道時，2號通道一側(cè)為已成型的1號頂管通道管節(jié)，另一側(cè)為地下原狀土體，易形成2號頂管通道偏壓，不利于控制頂管姿態(tài)及地面沉降。為盡可能減小偏壓對后

6、續(xù)頂進(jìn)施工的影響，最終采用“跳隔”頂進(jìn)的施工順序，即按照1-3-2-4的順序進(jìn)行施工。圖5頂管通道編號示意 本工程14號通道全長均為60.5m，其中1號通道施工歷時34天，2號、3號、4號歷時21天、21天、25天，其中最快掘進(jìn)速度達(dá)到了7.5m/d。根據(jù)設(shè)計要求，軸線允許偏差±50mm，頂管通道實(shí)測軸線最大高程偏差為+25mm，最大水平偏差為+32mm；管節(jié)接頭無明顯滲水，工程實(shí)體各項指標(biāo)符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求（見圖6）。 圖6成型通道 通過頂管技術(shù)，解決了本工程的兩大關(guān)鍵問題，并取得良好的實(shí)施效果。 大斷面頂進(jìn)施工。為解決掘進(jìn)機(jī)殼體頂部與土層的接觸面積大、引起機(jī)頭背土、摩擦力大、

7、頂力大的問題，項目部制備良好的減摩泥漿，隨頂隨注，使管周外壁形成泥漿潤滑套，從而降低了頂進(jìn)時的摩阻力；勤注漿、勤檢查，根據(jù)頂力的變化情況和地面變形的實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整注漿量和注漿壓力，控制沉降。為解決頂管機(jī)停機(jī)時掘進(jìn)機(jī)正面承受的土層軸向推力作用下掘進(jìn)機(jī)連同管節(jié)發(fā)生整體后退的現(xiàn)象，在前基座兩側(cè)各安裝1套止退裝置（見圖7），當(dāng)油缸行程推完，需要加墊塊或管節(jié)時，將銷子插入管節(jié)的吊裝孔，在銷座和基座的后支柱間再放進(jìn)鋼墊塊和鋼板，使管節(jié)的后退力通過銷子、銷座、墊塊傳遞到止退裝置的后支柱上。 圖7止退裝置 小間距頂進(jìn)施工。為減小近距離施工對已成型通道及地面沉降的影響，項目部首先對頂進(jìn)施工參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。

8、對1、3號頂管頂進(jìn)參數(shù)進(jìn)行總結(jié)分析，將2號通道頂進(jìn)速度控制在2030mm/min范圍內(nèi)，并保持勻速頂進(jìn)，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，2號通道頂進(jìn)時土壓力設(shè)置較1、3號通道降低 0.010.02MPa，以便能更好的控制地面沉降（見圖8）。其次，對已成型通道采取保護(hù)措施。對先施工已成型的1、3號通道通過管節(jié)的注漿孔進(jìn)行先行注漿固定管節(jié)，以注雙液漿為宜。通過縱向貫通的鋼絞線并進(jìn)行張拉將已成型的管節(jié)固定形成一個整體。 圖8頂管施工監(jiān)測控制 實(shí)施效果。地面沉降得到控制。4條頂管先后施工，引起土體多次擾動，造成地面沉降疊加，采取上述措施，2號通道上方D3監(jiān)測點(diǎn)在1、2、3、4號通道頂進(jìn)期間沉降曲線如圖9所示，最大累計隆

9、起及沉降分別為+4.15mm、-26.58mm，均在規(guī)范及設(shè)計要求范圍以內(nèi)。 圖9 結(jié)構(gòu)位移得到控制。2號通道頂進(jìn)時，在1號通道每節(jié)管節(jié)上布置位移監(jiān)測點(diǎn)，通過對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析指導(dǎo)現(xiàn)場施工。1號通道最大水平位移+1.66mm、-1.06mm （“+”為遠(yuǎn)離2號通道、“-”為靠近2號通道），均符合相關(guān)技術(shù)要求。2號通道頂進(jìn)時，在3號通道每節(jié)管節(jié)上布置位移監(jiān)測點(diǎn)，通過對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析指導(dǎo)現(xiàn)場施工。3號通道最大水平位移為+0.97mm、 -0.94mm （“+”為遠(yuǎn)離2號通道、“-”為靠近2號通道），均符合相關(guān)技術(shù)要求（見圖10，11）。 圖10 圖11頂管成品 總結(jié)星匯云錦地下商場C地塊工程的施

10、工過程，有幾大收獲。1）該工程對地下空間的概念實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步拓展，采用7個聯(lián)絡(luò)通道，將4個頂管通道連接成一個既相互聯(lián)系又相對獨(dú)立的有機(jī)整體，具有極強(qiáng)的商業(yè)價值，使工程成果由原本的“隧道”概念拓展為“地下空間”概念，極大拓展了市場領(lǐng)域（見圖12）。 圖12頂管形成地下空間 2）行星齒輪傳動頂管機(jī)作為一種新型的全斷面切削、全方位攪拌的正方形頂管機(jī)，安裝在行星齒輪上的刀盤在沿內(nèi)齒圈作公轉(zhuǎn)的同時又作自轉(zhuǎn)，其形成的運(yùn)動軌跡如圖13所示。在頂進(jìn)地層中遇到巖層時刀盤可改為滾刀，能有效對巖石進(jìn)行切削，實(shí)現(xiàn)頂管施工技術(shù)在巖層內(nèi)掘進(jìn)。該頂管機(jī)還可以通過各種組合，變成各種規(guī)格的矩形頂管機(jī)。圖13行星齒輪傳動正方形頂管機(jī)刀盤輪廓線設(shè)計 3）驗證了更大斷面矩形頂管、更小間距頂進(jìn)施工的可行性和優(yōu)勢