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矩形截面顶管工艺进出洞风险控制 宋炳锐 （南京同力路桥建设工程， 210046 ）摘 要：矩形截面顶管进出洞工序是顶管工艺关键步骤。本文结合南京市西祠堂巷地下过街通道工程，叙述了矩形顶管进出洞步骤可能碰到问题和所采取对应施工技术方法，对顶管进出洞口支护形式、洞口土体加固、封门设置、坑外降水井布设、洞口间隙密封等施工技术方法作了对应介绍，很好控制了矩形截面顶管进出洞风险。关键词：矩形顶管；进出洞；风险控制1 序言 矩形截面顶管进出洞是矩形顶管法施工地下通道关键工序，该工序施工技术应用将直接影响到建成后地下通道轴线质量、进出洞口处环境保护和周围道路、建筑物安全和工程施工成败。依据以往地下过街通道工程施工经验，矩形顶管进出洞施工技术必需依据工程所处地层土质、水文、环境条件和环境保护要求等级而制订。怎样科学、合理地利用多种不一样进出洞技术，使其符合各工程特定工况条件要求，将矩形截面顶管进出洞风险降至最低点，是一项值得研究、探讨课题。2 工程概述南京市西祠堂巷地下过街通道工程在中山东路西祠堂巷巷口和全民健身中心门口，是南京第一条采取矩形截面顶管法施工地下过街通道工程。拟建场地为城市交通主干道，两侧建筑物和地下管网密集，不含有明挖施工条件。经多方论证综合比选，主通道采取矩形截面顶管法施工。主通道长约42.3m，覆土厚度约为5m，3坡度推进，通道横断面净空尺寸为3m5m，采取4m6m多刀盘土压平衡式矩形顶管机进行掘进施工。依据市政计划，地下通道下方约4.5m为地铁2号线盾构隧道（上、下行线），方向沿中山东路走向，和矩形顶管隧道垂直。主通道采取预制矩形钢筋砼管节，管节砼强度为C50，抗渗等级为S8，外形尺寸为6000mm4000mm，管壁厚为500mm，长度为1.5m，单节重约33.7t。工程总计需要管节28节，包含27节标准节和1节特殊节。依据地质勘察汇报说明，工程范围内从上至下关键有-1杂填土、粉土夹薄层粉砂、粉砂、粉质粘土等。矩形顶管进出洞工序关键在粉土夹薄层粉砂及粉砂层中进行，该土层饱和软塑，渗透性强，易变形同时排水易引发周围路面沉降。3 矩形顶管工艺步骤 采取矩形顶管法建造地下过街通道顶进程序通常是在建造好工作井内（始发井）进行矩形顶管机组装、调试、试运转，将其正确地安放在符合设计轴线机架上，出洞，顶管机沿设计轴线向地层内顶进，当顶管机将要抵达终点时，应正确测定矩形顶管机位置，调整和控制其姿态，使顶管机能正确无误地进入（进洞）预先建造好接收井内基座上。顶进工艺步骤具体以下(见图1)：顶管工艺步骤图安装机架、后靠、主顶装置设备调试测量放样顶管出洞顶管顶进吊放垫块或管节置顶进测量顶管机进洞顶管机分解、吊出接收井置浆液置换拆除管内设备、嵌缝、清理、接头处理置顶管始发井内平面部署图 顶管始发井内剖面部署图图 1顶管机顶进洞圈至顶管机切口距工作井6m范围内为（进）出洞段。（进）出洞施工步骤：设备调试顶管机头靠上支护桩封门支护桩破除顶管机切削加固土体机头切口进入原状土。4 顶管进出洞施工中易出现问题 顶管机头“磕头”现象：矩形顶管机头设计总重量约130t，顶管机在机头自加固区进入原状土过程中，因为前后土体强度差异较大，在自重作用下易引发机头“磕头”，机头一旦“磕头”，在方向纠偏上难度极大，极易造成质量问题。 顶管机无法正确出洞：矩形顶管机在进洞过程中，未根据设计轴线顶进；或矩形顶管机姿态控制不符合要求，造成机头方向跑偏，使得顶进主通道偏离设计轴线，无法正常施工 出洞时洞口处土体涌入井内：机头在出洞期间，洞口封门拆除后，洞内土体不能自立，洞圈密封装置不能有效阻挡土体，土体随之进入井内，若土体塌方量过大，造成地面沉陷，严重影响洞口周围地下管线和地面建筑物安全，同时造成井下无法施工。 进洞时洞口处涌入泥水、砂水:因接收井洞门和管节间存在15cm周围间隙，且接收井一侧无始发井橡胶袜套结构（止水方法），顶管机头进洞时轻易因“背土”引发水土流失，严重时会造成路面沉降、损害地下管线。5 矩形顶管进出洞施工技术方法 工作井围护结构选择：西祠堂巷地下过街通道工程工作井围护结构为850SMW工法桩，混凝土挡墙内预埋钢洞圈，SMW工法桩即为工作井洞圈封门（接收井封门除SMW工法桩围护结构外，在接收井洞门内还预先浇筑20cm厚钢筋混凝土挡墙），矩形顶管出洞过程即为搅拌桩内拔除H型钢和顶管机头经过出洞段加固区并进入原状土体过程。采取SMW工法桩作为矩形顶管工作井围护结构，既能有效阻止地下水涌入工作井内，又能方便快捷拔出H型钢，降低机头进出洞过程时间，有效降低进出洞阶段风险。在施工场地和水文地质条件许可情况下，SMW工法桩应为矩形顶管工艺工作井围护结构第一选择。 对进出洞口区域进行土体加固：矩形顶管工艺进出洞口区域土体加固能够采取深层搅拌、压密注浆、化学注浆等方法，目标是将洞口处一定范围内土体预先固结，达成进出洞时所需强度，能使洞口封门拆除后洞口处暴露土体自立。但地基加固后土体强度均匀性差，尤其是在软土地层中尤为突出，所以必需加强检测，使加固土体强度、均匀性及其加固范围等均达成加固设计标准。在加固设计时应考虑到加固土体强度和矩形顶管机机头切削刀盘刚度及出渣输送匹配。 本工程进出洞口加固区采取高压旋喷桩加固，出洞为围护外3.5m，进洞为围护外1.2m，深度均为顶管顶以上3m至顶管底以下4m，设计强度要求qu1.0MPa，经现场取芯水泥土强度达成5MPa，针对高强度水泥土，在机头刀盘做了加强处理，从而了确保矩形顶管机在水泥加固土体中正常顶进，同时也提升了洞口区域土体稳定性，确保其在一定时间和范围内能够达成自立效果，降低了进出洞时洞外土体塌入井内风险。 出洞口采取双层袜套止水密封圈：出洞洞门密封圈安装是矩形顶管出洞施工关键方法之一。因为洞圈和管节间存在着10cm施工空隙，在顶管出洞及正常顶进过程中极易出现外部泥水、砂水涌入始发井内严重质量安全事故。为此，施工前在洞圈上安装帘布橡胶板密封洞圈，即外袜套，橡胶板采取12mm厚钢压板作衬托，压板螺栓孔采取腰子孔形式，以利于顶进过程中可随管节位置变动而随时调整，确保帘布橡胶板密封性能。针对西祠堂巷工程地下水位高，渗透系数强特点，在钢洞圈内又设置一层橡胶板密封圈，即内袜套。采取“双保险”方法有效阻止出洞口周圈涌入泥水、砂水，降低出洞过程中风险(见图2)。内袜套外袜套图2 双袜套技术方法在西祠堂巷地下过街通道设置 进洞口设置钢筋混凝土临时封面：为了降低接收井周围上方路面塌方风险，节省清理时间，做到安全、快速进洞。同时使机头靠上封墙时已搁置在洞圈上，避免了等候凿除封墙时间内机头有可能下沉。西祠堂巷地下过街通道工程在进洞口紧贴围护处设置临时封面，具体做法是在进洞钢洞圈内紧贴围护放置400mm后泡沫板，形状（包含圆角尺寸）根据洞圈预制，宽度和洞圈同宽，高度范围内下部200mm铺设黄沙垫层，洞圈靠近井内200mm浇筑钢筋挡墙挡墙（见图3），能够有效降低进洞过程中安全风险。图3 进洞口临时封面示意图 进洞口坑外增设降水井：坑外降水可有效地疏干砂性土中地下水，提升该土层密实度，但不能大幅度提升土体强度。如洞口敞开面积大、埋深大、敞开时间长，仍会有土体失稳坍塌问题存在，此时降水仅能作为辅助方法：因为降水效果还受到降水深度、土质条件、周围环境条件等限制，所以只能在许可条件下使用。本工程地下水初见水位埋深1.21.35m，稳定水位埋深1.151.30m，水位标高8.979.17m；勘察期间最高地下水位标高为7.86m，即地面以下2.5m。经过多方教授科学论证，在接收井围护外侧设置6口300钢管降水井，和主通道呈扇形分布，井管内径273，深度21m，降水深度控制在11m左右（见图4）。待顶管机头靠上接收井封门前2天开始降水，一直到顶管机进洞并吊出、完成洞门封堵后关闭，即进洞整个过程保持降水井开启。降水过程中同时加强对周围道路地面沉降和地下管线垂直位移监测。因为降水时间短，降水井布设科学，降水深度控制合理，有效降低了进洞过程中地下水夹土夹砂涌入井内风险，未对周围路面、地下管线、建筑物、构筑物、地铁隧道造成不良影响。图4 进洞口坑外降水井布设平面图 顶管施工中轴线控制和预防“磕头”方法：依据西祠堂巷地下过街通道工程经验，矩形顶管定位正确程度关键取决于矩形顶管基座安装和调整，故在安装矩形顶管机机头时，必需确保其位置和设计轴线方向一致。顶管在正常顶进施工中，必需亲密注意顶进轴线控制。在每节管节顶进结束后，必需进行机头姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以免土体出现较大扰动及管节间出现张角。因为是矩形顶管，所以对管道横向水平要求较高，所以在顶进过程中对机头转角要亲密注意，机头一旦出现微小转角，应立即采取刀盘反转、加压铁等方法回纠。顶进轴线偏差控制要求：高程：100mm；水平：100mm。经过上述控制有效杜绝进出洞过程中轴线偏差风险。机头自加固区进入原状土过程中，因为前后土体强度差异较大，在自重作用下易引发机头“磕头”，本工程针对性设置了拉杆螺丝，拉紧机头和前三节管节，同时合适提升顶进速度，预防机头磕头，保持良好姿态。6 矩形顶管进出洞过程安全控制 在进出洞作业前，施工单位应对进出洞施工影响范围内雨污水管进行探测。依据探测情况形成书面汇报，内容有：平面关系图、纵断面关系图、雨污水管病害探测情况（渗水、漏水、裂缝、错位等）、修理提议等。 依据探测情况汇报，并结合工程所处水文地质及周围工况等条件，施工单位必需编制矩形顶管进出洞专题方案并经教授审定经过，以确保进出洞安全。 在城市关键干线和敏感地段（包含施工影响范围内相关键建(构)筑物、关键管线或管道和密集住宅小区等）盾构进出洞作业，设置深层监测点，加强对路面沉降监测；在施工影响范围内有大口径管线，应对管线布设直接监测点。 顶管进出洞作业前，请建设单位组织召开进出洞作业包含各类地下管线单位会议。确定工程出险后地下管线单位抢险配合工作，并形成会议纪要，并报工程质量安全监督站立案。 施工单位编制矩形顶管进出洞专题方案应包含应急预案，应急预案应明确工程一旦出险后施救技术路线，确保相关抢险设备和专业抢险队伍能立即赶到现场救援。并根据应急预案要求贮备应急物资。7 结束语西祠堂巷地下过街通道矩形截面顶管工艺进出洞风险控制成功在于采取科学、合理施工技术方法。作为工程技术人员应针对工程实际情况，认真分析工程所在地水文地质条件，结合矩形顶管工艺特点，制订出切实可行矩形顶管施工专题方案，指导施工中风险控制和风险管理工作。进出洞风险控制只是整个矩形顶管工艺技术方法一个步骤，将全部关键步骤风险控制到位，就能顺利完成一项矩形顶管地下过街通道建设任务。收稿日期：-04-10；作者介绍：宋炳锐（1984- ）,大学本科，助理工程师，国家注册建造师、国家注册安全工程师，现关键从事市政工程施工管理工作。