矩形顶管施工在地下综合管廊中的应用

张同乐

中铁二十局集团第二工程有限公司 北京 100089

摘要：

顶管施工以其不开挖地表的优势已广泛应用于给排水、电力、通信、燃气等穿越工程中。借助千斤顶的顶进力以及刀盘的强扭矩作为主动力顶进，随着顶管机开挖前方土体，渣土随螺旋输送机排出井外，顶管机不断前进，再依次将管节顶入，其后直至由始发井贯穿到接收井，从而完成整个顶进过程。

关键词：矩形顶管；顶管法；纠偏；注浆；防水；土压平衡；

引言：

随着城市地下综合管廊的、海绵城市的等新兴建筑产业的方兴未艾，在以往的地下管廊施工过程中多数采用大开挖式，但这种方法往往因其施工时间长，对周边环境影响大，尤其是遇见不可穿越的构筑物、道路、河道等障碍物，顶管法施工受到广泛的青睐，解决了施工难题，产生了良好的社会效益、经济利益和环境利益，下面以工程实例介绍大断面矩形顶管施工方法。

1工程概述

1.1工程概况

该项目位于某城市园区附近，金城路管廊下穿姜尚大道顶管，顶进段桩号K1+323～K1+372.754，长49.67m；庐阳大道管廊下穿姜尚大道顶管，顶进段桩号K1+372.603～K1+430.116，长57.51m；腾飞路管廊下穿姜尚大道顶管，顶进段桩号K1+511.959～K1+569.459，长57.50m。顶管均采用外包尺寸为6×4.3m的预制钢筋混凝土管片，总计112片。顶管工作井采用沉井法施工。

1.2 工程地质

矩形顶管机穿越的地层地基土构成层序自上而下依次为：①层耕土（Qml）——层厚0.30～0.80米，层底标高34.67～36.39米。②层粉质粘土（Q4al+pl）——层厚0.80～1.70米，层底标高33.37～30.55。③层粉质粘土夹粉土（Q4al+pl）——该层未钻穿，最大钻遇厚度3.8米。拟建道路沿线水文地质条件比较简单，地下水类型主要为上层滞水和粉质粘土中的孔隙水。上层滞水主要由大气降水、地表水渗入补给，受天气、人工因素和地势影响较大，易在低洼处聚集。地下水比较丰富，常年地下水位在3.0米左右。

2施工重难点

本工程地下综合管廊矩形顶管断面尺寸为4.3m×6.0m。属于大断面顶管，顶进长度分别是57.51m、49.75m、57.50m，且金城路管廊覆土厚度较薄，约为2.52-4.57m，施工过程中容易出现地层扰动等安全质量问题。

矩形顶管穿越省道，且地层含粉土和粉质粘土，砂层，刀盘切削面积约26.00m2，对土层的扰动范围大，易造成地面沉降，控制难度大。

3. 顶管机机头

施工时用的土压平衡平衡式4300×6000mm矩形顶管掘进施工，顶管机前盾布置6支刀盘掘进切削，分别为三支大刀盘，大刀盘为中心支承型，切削直径Φ2516mm，每台大刀盘由3台30kw电机变频驱动。刀盘驱动的轴承，采用滑动轴承与滚动轴承组合的方式支承。径向轴承采用自制的滑动轴承；轴向轴承采用调心滚珠轴承。中心刀盘的中心轴上，装有中心回转装置。中心回转连接泥水管道，向刀盘前方输泥水。三支小刀盘在顶管机前方土仓前面，布置了三台小刀盘。小刀盘为中心支承型，切削直径Φ2170mm，每台小刀盘由两台30kw电机变频驱动。刀盘驱动为中心支承型。驱动的轴承，采用滑动轴承与滚动轴承组合的方式支承。径向轴承采用自制的滑动轴承；轴向轴承采用调心滚珠轴承。30KW×4P×380V×6台变频电机供给。

3.1. 推进系统

推进系统采用主顶设备12支千斤顶，顶管机前盾正面土压计算土压力1920KN，管节与土层的计算推力61810KN，顶管需要推力8100KN，实际总推力30400KN，最大推进速度V=6cm/min。而推进液压动力系统需要两台30KW的油泵电机。顶管机前端布置12支Φ300×Φ200×S190，最大顶力26719KN，最大纠偏量上下1.4°，左右1.0°，纠偏油泵流量额定压力Q=20L/min，额定压力=31.5MPa。

3.1.1矩形顶管顶进、出洞技术

3.1.2 顶管机配套设施、设备

（1）基坑导轨

本工程采用工字钢，在导轨上增设加筋板以提高导轨的耐磨性和强度。导轨与混凝土基础中预埋件焊接，于混凝土基础形成一个整体。

（2）后背墙及其加固措施

后背墙为钢筋混凝土剪力墙，为增大后背墙强渡和抗力，采用5×8×0.5m尺寸。

主顶

为确保管片受力均匀并提供足够的主推力，主顶配备12支液压千斤顶。

顶铁

本工程采用U形顶铁6500×4300×1600mm，为避免混凝土预制构件受到破坏，使管节端面受力均匀。

洞口、管节间防水

3.2.3 顶管进洞施工

1）始发井顶进轴线方向前后设双排Φ600@450双管旋喷桩，桩端嵌入洞口底2m，前端10.5m×4.65m，后端10.5×6m。

2）始发井接收洞门破除砖砌洞门，顶管机设备安装调试完成并清理完毕后推进顶管机机头。

3）机头顶进时，可加入适量的清水来软化或者膨润土进行土体改良。顶管机进入原状土后，为防止机头出现“磕头”，应适当提高土仓压力，使正面压力稍大于理论计算值，以减少对正面土体的扰动及出现地面沉降。

1）出土量控制

严格控制出土量，严禁出现超挖，正常情况下理论出土量为4.3×6乘以顶进距离，实际出土量应为理论出土量的0.98左右，由于顶进过程中加入土体改良剂，出土量会增多，改良剂成分主要是聚丙烯酰胺、膨润土和粘土，由于土质的渗透系数较大，作泥材料所配成的泥浆应具有较大的稠度，其C型粘度计值在5000-10000之间，比重在1.30-1.50之间，具体的可以从以下配合比中选配：

材料	1m3时	比重	C型粘度（cp）
200#粘土	360-390kg	1.27-1.30	5000-7800
250#膨润土	89-198kg
聚丙烯酰胺	0.5-1.2kg
清水	810-830kg

调制作泥材料时必须先把聚丙烯酰胺在清水中搅拌调制成浆液后再加粘土、膨润土。

3.2.4 顶管出洞段顶进施工

在顶管接收井洞门还有4节管节，开始停止第一节管节压浆，并在以后顶进中压浆位置逐渐后移，保证顶管接收前形成完好的6m左右的土塞，防止顶管机顶进接收井时带出水、土、改良剂等不良现象。在顶管机刀盘进入接收井洞口加固区域时，应适当减慢顶进速度，调整出土量，逐渐减小顶管机掌子面顶力，以确保前方土体稳定以及洞口结构稳定。

4结语

地下综合管廊在穿越既有构筑物、道路、河道等采用顶管法施工技术，相较于传统的方法加快了施工进度，节约了施工成本、工程造价及城市空间，对既有构筑物、道路、河道等的正常使用无任何影响，取得了一定的效果。通过本项目的研究，能使顶管施工技术更加成熟，可以较大程度的提高本工程及类似工程顶管法施工的安全性，为同类地下管廊工程提供技术参考。

参考文献

《顶管施工技术及验收规范》

曹海军.大断面矩形顶管施工技术例析[J].建筑,2014（7）：65-66

杨剑.宗关站出入口通道矩形顶管施工技术[J].建筑工程技术与设计,2015(3):180.

张津.矩形顶管施工技术的研究与应用[J].广东建材,2017(10):59-61

施旭升.顶管技术在综合管廊施工中的应用