肖敦苏
广东省基础工程集团有限公司 广东 广州 510700
摘要：随着科学技术的发展，建设施工可选用的施工方法也越来越多。综合管廊建设本身投入大，如果在穿越高速路、立交桥等重要施工节点时施工工艺选择不当，那无疑会造成巨大的经济损失和社会影响。而本工程大截面矩形顶管技术在综合管廊节点施工中的应用不仅能有效的降低生产成本，减少社会影响，而且也能为以后相似项目的建设提供宝贵经验。
关键词：地下综合管廊；大截面；矩形顶管
1、前言
在城市道路的地下空间建造一个集约化的隧道，将市政、电力、燃气、热力、通讯、供排水等各种管线集于一体，这就是综合管廊。综合管廊对满足民生基本需求和提高城市综合承载力发挥着重要作用。但其在国内的推广却不理想，重要原因之一就是综合管廊建在现有道路之下，沿途很大可能需要穿越已建成投入使用的高速路、立交桥等重要设施，如果全线采用明挖施工，势必会造成较大的社会影响，所以在管廊沿线建设的重要节点采用新工艺施工势在必行，大截面矩形顶管技术应运而生。
2、工程概况
某工程综合管廊需要跨越河冲并下穿高速，顶管段覆土厚度8.7～10.1m，顶进范围地层主要为粉质粘土和粗、砾砂，地下水丰富。综合考虑采用泥水平衡矩形顶管施工工艺，该段顶进长度为225m（为华南地区之最），外包尺寸为7.7m×4.5m，顶管边线与基础桥台之间的最小距离约为5.5m，埋深约为9.5m。矩形顶管管廊为双舱管廊，管壁厚度为600mm。管片采用工厂化预制，每节管长1.5m，待顶管完成后再进行管廊隔墙施工。
3、工程重点、难点分析及解决方案
（1）本工程顶管线路下穿高速，顶管施工时对高速可能产生不利影响，顶进前做好加固保护是重点。
解决方案：
对顶管线路上影响较大的建构筑物，分别制定有针对性的加固保护方案，在顶管顶进之前，严格按照保护方案对影响范围内的建构筑物进行加固，在顶进过程中做好监测工作，及时解决监测发现的问题。
（2）本工程顶管顶进地层分布有较厚的粗、砾砂，地下水比较丰富，防止顶管洞门涌水涌砂及管节接缝渗水是重点。
解决方案：
1）做好顶管工作井洞门防涌水涌砂措施
2）做好管节接缝防渗水措施
（3）本工程属于大截面矩形顶管，顶管外包尺寸7.7×4.5m，一次顶进长度超过200m，总的顶进阻力十分巨大，如何确保顶管顺利贯通，是重点也是难点。
解决方案：
首先，根据顶进地层的地质情况，通过试验优化调整触变减阻泥浆的配合比，最大程度的减少管节外壁与土体之间的摩阻力，从而减小总的顶进阻力；其次，通过计算顶进推力，在顶管通道的适当位置布置中继间，进行接力顶进，以减小主顶推力。
4、顶管施工介绍
4.1顶管掘进机选型
（1）根据本工程的地质资料分析，决定选用的是泥水平衡的顶管机，切削下来的泥土在泥土仓内形成塑性体，以平衡土压力，而在泥水仓内建立高于地下水压力10～20KPa的泥水、泥浆，以平衡地下水压力。通过把进水添加粘土等成份的比重调整到一定范围内，即使挖掘面是砂的土质，也可形成一层结实的不透水泥膜，同时平衡地下水压力和土压力。
4.2 顶力计算
（1）顶进阻力计算
顶管段长225m，管顶覆土取9.5m，地下水位埋深取为2m。
顶进动力选用200t千斤顶14个，其能提供的最大顶力为28000kN，小于顶进阻力，需加中继间。
4.3中继间配置计算
（1）根据主顶油缸总顶力为28000kN计算，顶管长度小于L＝（N-F1）/f0，即L＝（28000-4071）/216.2＝110（m）的管段可以直接由总顶力完成顶进，不需要增加中继间。
（2）当顶进长度大于110m时，中继间布置方法如下：
①第一道中继间布置
L=（K1?P-F1）/f0
式中：P——中继间设计顶力（KN），拟设计采用40个500KN的油缸，则其总推力为20000kN<28000kN，取20000kN。
F1——机头迎面阻力（kN），为4071kN
f0——每米管壁综合摩阻力（kN/m），为216.2kN/m
K1——总推力达到中继间总推力的百分比，取60％
得：L=（60％×20000-4071）/216.2=36.7m，取36m。
因此，第一道中继间布置于距头部36m处。
②第二道中继间开始，若余下顶管长度小于L＝N/f0＝28000/216.2＝129（m），则管段可以直接由总顶力完成顶进，不需要继续增加中继间。
③若余下顶管段大于129m时，则增加中继间布置如下：
L=（K2?P）/f0
式中：K2——总推力达到中继间总推力的百分比，取80％
得：L=（80％×20000）/216.2=74m，取73.5m。
因此，若需要增加第二道或更多中继间时，每隔73.5m布置一道。顶管共设置2个中继间。
5、顶管顶进施工
5.1 顶管始发
（1）初始穿墙顶进
本工程拟在始发井出洞口安装可拆式止水钢圈，再在钢圈上上安装止水胶圈，达到止水效果。洞口安装好止水圈后，吊住工具头，顶出推进千斤顶，将环形顶铁对准工具头尾部，将工具头缓缓推进到井壁洞内。安装好所有管线，转动刀盘，向工作仓注入一些泥浆，开始顶进，进入正常顶进工序。
（2）调整舱内舱外达到泥水平衡
控制顶进速度和出土量保证舱内、舱外压力平衡；舱内压力过大，地面隆起；舱内压力过小，地面沉陷，所以控制顶进与出土的速度相当关键。
5.2 正常顶进
1）顶进过程中，要求边注入触变泥浆边顶进，不注浆不顶进的原则。
2）停止顶进或拼接管段、排除故障等原因造成短期或长期停顶时，要求工具头中留有足够土塞或注泥浆平衡土压力。
3）重新开始顶进时，应对整个管路进行补浆。
4）本工程控制机头的扭转是重中之中，测量工具头的偏位、作好记录、纠偏要及时不能超量。
5.3 顶管接收
顶管机顶入接收井是一项关键的施工环节。在顶管未顶入接收井前，先将接收井施工好等待顶管机的接收。当顶管管道接近接收井时，必须先复测本段管道的长度与设计长度相符，然后通过测量得知顶管机出口的具体位置，将接收井工具头出洞位置的混凝土护壁凿除。顶管机快速顶进，顶管机出洞。如遇地下水丰富时，用棉纱堵塞住管和洞口间的空隙，等顶管机完全出洞后即用水玻璃或水泥浆压住止水。
6、结语
大截面矩形顶管技术将凭借着结构立面使用率高，无需二次回填，施工时对周围环境影响小等特点，在解决综合管廊关键施工节点贯通问题上起到重要作用，同时也为横跨重要设施的过街通道、地铁遗留单边通道等项目建设提供了宝贵的施工经验。
论文作者:肖敦苏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/10
标签：顶管论文; 矩形论文; 截面论文; 推力论文; 工程论文; 阻力论文; 地下水论文; 《防护工程》2018年第21期论文;