精品資料（2021-2022年收藏）矩形截面頂管工藝進(jìn)出洞風(fēng)險控制概要

1、矩形截面頂管工藝進(jìn)出洞風(fēng)險控制 宋炳銳 （南京同力路橋建設(shè)工程有限公司， 210046 ）摘 要：矩形截面頂管進(jìn)出洞工序是頂管工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文結(jié)合南京市西祠堂巷地下過街通道工程，敘述了矩形頂管進(jìn)出洞環(huán)節(jié)可能遇到的問題以及所采取的相應(yīng)施工技術(shù)措施，對頂管進(jìn)出洞口支護(hù)形式、洞口土體加固、封門設(shè)置、坑外降水井布設(shè)、洞口間隙的密封等施工技術(shù)措施作了相應(yīng)的介紹，較好的控制了矩形截面頂管進(jìn)出洞風(fēng)險。關(guān)鍵詞：矩形頂管；進(jìn)出洞；風(fēng)險控制1 前言 矩形截面頂管進(jìn)出洞是矩形頂管法施工地下通道的關(guān)鍵工序，該工序施工技術(shù)的應(yīng)用將直接影響到建成后地下通道的軸線質(zhì)量、進(jìn)出洞口處環(huán)境保護(hù)和附近道路、建筑物安全以及工程施

2、工的成敗。依據(jù)以往地下過街通道工程施工經(jīng)驗，矩形頂管的進(jìn)出洞施工技術(shù)必須根據(jù)工程所處地層的土質(zhì)、水文、環(huán)境條件和環(huán)境保護(hù)要求的等級而制定。如何科學(xué)、合理地運用各種不同的進(jìn)出洞技術(shù)，使其符合各工程的特定工況條件要求，將矩形截面頂管進(jìn)出洞風(fēng)險降至最低點，是一項值得研究、探討的課題。2 工程概述南京市西祠堂巷地下過街通道工程位于中山東路西祠堂巷巷口與全民健身中心門口，是南京第一條采用矩形截面頂管法施工的地下過街通道工程。擬建場地為城市交通主干道，兩側(cè)建筑物和地下管網(wǎng)密集，不具備明挖施工條件。經(jīng)多方論證綜合比選，主通道采用矩形截面頂管法施工。主通道長約42.3m，覆土厚度約為5m，3坡度推進(jìn)，通道橫斷

3、面凈空尺寸為3m×5m，采用4m×6m多刀盤土壓平衡式矩形頂管機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)施工。根據(jù)市政規(guī)劃，地下通道下方約4.5m為地鐵2號線盾構(gòu)隧道（上、下行線），方向沿中山東路走向，與矩形頂管隧道垂直。主通道采用預(yù)制矩形鋼筋砼管節(jié)，管節(jié)砼強(qiáng)度為C50，抗?jié)B等級為S8，外形尺寸為6000mm×4000mm，管壁厚為500mm，長度為1.5m，單節(jié)重約33.7t。工程總計需要管節(jié)28節(jié)，包括27節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和1節(jié)特殊節(jié)。根據(jù)地質(zhì)勘察報告說明，工程范圍內(nèi)從上至下主要有-1雜填土、粉土夾薄層粉砂、粉砂、粉質(zhì)粘土等。矩形頂管的進(jìn)出洞工序主要在粉土夾薄層粉砂及粉砂層中進(jìn)行，該土層飽和軟塑，滲

4、透性強(qiáng)，易變形同時排水易引起周圍路面沉降。3 矩形頂管工藝流程 采用矩形頂管法建造地下過街通道頂進(jìn)程序一般是在建造好的工作井內(nèi)（始發(fā)井）進(jìn)行矩形頂管機(jī)的組裝、調(diào)試、試運轉(zhuǎn)，將其準(zhǔn)確地安放在符合設(shè)計軸線的機(jī)架上，出洞，頂管機(jī)沿設(shè)計軸線向地層內(nèi)頂進(jìn)，當(dāng)頂管機(jī)將要到達(dá)終點時，應(yīng)準(zhǔn)確測定矩形頂管機(jī)的位置，調(diào)整和控制其姿態(tài)，使頂管機(jī)能正確無誤地進(jìn)入（進(jìn)洞）預(yù)先建造好的接收井內(nèi)的基座上。頂進(jìn)工藝流程具體如下(見圖1)：頂管工藝流程圖安裝機(jī)架、后靠、主頂裝置設(shè)備調(diào)試測量放樣頂管出洞頂管頂進(jìn)吊放墊塊或管節(jié)置頂進(jìn)測量頂管機(jī)進(jìn)洞頂管機(jī)分解、吊出接收井置漿液置換拆除管內(nèi)設(shè)備、嵌縫、清理、接頭處理置頂管始發(fā)井內(nèi)平面布

5、置圖 頂管始發(fā)井內(nèi)剖面布置圖圖 1頂管機(jī)頂進(jìn)洞圈至頂管機(jī)切口距工作井6m范圍內(nèi)為（進(jìn)）出洞段。（進(jìn)）出洞的施工步驟：設(shè)備調(diào)試頂管機(jī)頭靠上支護(hù)樁封門支護(hù)樁破除頂管機(jī)切削加固土體機(jī)頭切口進(jìn)入原狀土。4 頂管進(jìn)出洞施工中易出現(xiàn)的問題 頂管機(jī)頭“磕頭”現(xiàn)象：矩形頂管機(jī)頭設(shè)計總重量約130t，頂管機(jī)在機(jī)頭自加固區(qū)進(jìn)入原狀土過程中，由于前后土體強(qiáng)度差異較大，在自重作用下易引起機(jī)頭“磕頭”，機(jī)頭一旦“磕頭”，在方向糾偏上難度極大，極易造成質(zhì)量問題。 頂管機(jī)無法準(zhǔn)確出洞：矩形頂管機(jī)在進(jìn)洞過程中，未按照設(shè)計軸線頂進(jìn)；或矩形頂管機(jī)姿態(tài)控制不符合要求，導(dǎo)致機(jī)頭方向跑偏，使得頂進(jìn)主通道偏離設(shè)計軸線，無法正常施工 出洞

6、時洞口處土體涌入井內(nèi)：機(jī)頭在出洞期間，洞口封門拆除后，洞內(nèi)土體不能自立，洞圈的密封裝置不能有效阻擋土體，土體隨之進(jìn)入井內(nèi)，若土體塌方量過大，造成地面沉陷，嚴(yán)重影響洞口附近地下管線和地面建筑物的安全，同時造成井下無法施工。 進(jìn)洞時洞口處涌入泥水、砂水:因接收井洞門和管節(jié)間存在15cm的周邊間隙，且接收井一側(cè)無始發(fā)井的橡膠襪套結(jié)構(gòu)（止水措施），頂管機(jī)頭進(jìn)洞時容易因“背土”引起水土流失，嚴(yán)重時會導(dǎo)致路面沉降、損害地下管線。5 矩形頂管進(jìn)出洞施工技術(shù)措施 工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇：西祠堂巷地下過街通道工程工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)為850SMW工法樁，混凝土擋墻內(nèi)預(yù)埋鋼洞圈，SMW工法樁即為工作井的洞圈封門（接收井封

7、門除SMW工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)外，在接收井洞門內(nèi)還預(yù)先澆筑20cm厚的鋼筋混凝土擋墻），矩形頂管的出洞過程即為攪拌樁內(nèi)拔除H型鋼和頂管機(jī)頭經(jīng)過出洞段加固區(qū)并進(jìn)入原狀土體的過程。采用SMW工法樁作為矩形頂管工作井的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，既能有效的阻止地下水的涌入工作井內(nèi)，又能方便快捷的拔出H型鋼，減少機(jī)頭進(jìn)出洞過程的時間，有效的降低進(jìn)出洞階段的風(fēng)險。在施工場地和水文地質(zhì)條件允許的情況下，SMW工法樁應(yīng)為矩形頂管工藝工作井圍護(hù)結(jié)構(gòu)的第一選擇。 對進(jìn)出洞口區(qū)域進(jìn)行土體加固：矩形頂管工藝進(jìn)出洞口區(qū)域的土體加固可以采用深層攪拌、壓密注漿、化學(xué)注漿等方法，目的是將洞口處一定范圍內(nèi)土體預(yù)先固結(jié)，達(dá)到進(jìn)出洞時所需的強(qiáng)度，能使洞

8、口封門拆除后洞口處暴露的土體自立。但地基加固后的土體強(qiáng)度均勻性差，特別是在軟土地層中尤為突出，所以必須加強(qiáng)檢測，使加固土體的強(qiáng)度、均勻性及其加固范圍等均達(dá)到加固設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。在加固設(shè)計時應(yīng)考慮到加固土體的強(qiáng)度與矩形頂管機(jī)機(jī)頭切削刀盤的剛度及出渣輸送的匹配。 本工程進(jìn)出洞口加固區(qū)采用高壓旋噴樁加固，出洞為圍護(hù)外3.5m，進(jìn)洞為圍護(hù)外1.2m，深度均為頂管頂以上3m至頂管底以下4m，設(shè)計強(qiáng)度要求qu>1.0MPa，經(jīng)現(xiàn)場取芯水泥土強(qiáng)度達(dá)到5MPa，針對高強(qiáng)度的水泥土，在機(jī)頭刀盤做了加強(qiáng)處理，從而了保證矩形頂管機(jī)在水泥加固土體中正常頂進(jìn)，同時也提高了洞口區(qū)域土體的穩(wěn)定性，保證其在一定時間和范圍內(nèi)

9、能夠達(dá)到自立的效果，降低了進(jìn)出洞時洞外土體塌入井內(nèi)的風(fēng)險。 出洞口采用雙層襪套止水密封圈：出洞洞門密封圈的安裝是矩形頂管出洞施工重要措施之一。由于洞圈與管節(jié)間存在著10cm的施工空隙，在頂管出洞及正常頂進(jìn)過程中極易出現(xiàn)外部泥水、砂水涌入始發(fā)井內(nèi)的嚴(yán)重質(zhì)量安全事故。為此，施工前在洞圈上安裝簾布橡膠板密封洞圈，即外襪套，橡膠板采用12mm厚鋼壓板作襯托，壓板的螺栓孔采用腰子孔形式，以利于頂進(jìn)過程中可隨管節(jié)位置的變動而隨時調(diào)節(jié)，保證簾布橡膠板的密封性能。針對西祠堂巷工程地下水位高，滲透系數(shù)強(qiáng)的特點，在鋼洞圈內(nèi)又設(shè)置一層橡膠板密封圈，即內(nèi)襪套。采用“雙保險”的方式有效的阻止出洞口周圈涌入泥水、砂水，降

10、低出洞過程中的風(fēng)險(見圖2)。內(nèi)襪套外襪套圖2 雙襪套技術(shù)措施在西祠堂巷地下過街通道的設(shè)置 進(jìn)洞口設(shè)置鋼筋混凝土臨時封面：為了減少接收井附近上方路面塌方的風(fēng)險，節(jié)約清理時間，做到安全、迅速進(jìn)洞。同時使機(jī)頭靠上封墻時已擱置在洞圈上，避免了等待鑿除封墻時間內(nèi)機(jī)頭有可能的下沉。西祠堂巷地下過街通道工程在進(jìn)洞口緊貼圍護(hù)處設(shè)置臨時封面，具體做法是在進(jìn)洞鋼洞圈內(nèi)緊貼圍護(hù)放置400mm后泡沫板，形狀（包括圓角尺寸）按照洞圈預(yù)制，寬度與洞圈同寬，高度范圍內(nèi)下部200mm鋪設(shè)黃沙墊層，洞圈靠近井內(nèi)的200mm澆筑鋼筋擋墻擋墻（見圖3），可以有效的降低進(jìn)洞過程中的安全風(fēng)險。圖3 進(jìn)洞口臨時封面示意圖 進(jìn)洞口坑外增

11、設(shè)降水井：坑外降水可有效地疏干砂性土中的地下水，提高該土層的密實度，但不能大幅度提高土體的強(qiáng)度。如洞口敞開面積大、埋深大、敞開時間長，仍會有土體失穩(wěn)坍塌的問題存在，此時降水僅能作為輔助措施：由于降水效果還受到降水深度、土質(zhì)條件、周圍環(huán)境條件等的限制，所以只能在許可條件下使用。本工程地下水初見水位埋深1.21.35m，穩(wěn)定水位埋深1.151.30m，水位標(biāo)高8.979.17m；勘察期間最高地下水位標(biāo)高為7.86m，即地面以下2.5m。經(jīng)過多方專家科學(xué)論證，在接收井圍護(hù)外側(cè)設(shè)置6口300鋼管降水井，與主通道呈扇形分布，井管內(nèi)徑273，深度21m，降水深度控制在11m左右（見圖4）。待頂管機(jī)頭靠上接

12、收井封門前2天開始降水，一直到頂管機(jī)進(jìn)洞并吊出、完成洞門封堵后關(guān)閉，即進(jìn)洞的整個過程保持降水井開啟。降水過程中同時加強(qiáng)對周邊道路地面沉降和地下管線的垂直位移監(jiān)測。由于降水時間短，降水井布設(shè)科學(xué)，降水深度控制合理，有效降低了進(jìn)洞過程中地下水夾土夾砂涌入井內(nèi)的風(fēng)險，未對周圍路面、地下管線、建筑物、構(gòu)筑物、地鐵隧道造成不良影響。圖4 進(jìn)洞口坑外降水井布設(shè)平面圖 頂管施工中的軸線控制和防止“磕頭”措施：根據(jù)西祠堂巷地下過街通道工程經(jīng)驗，矩形頂管定位的準(zhǔn)確程度主要取決于矩形頂管基座的安裝和調(diào)節(jié)，故在安裝矩形頂管機(jī)機(jī)頭時，必須保證其位置與設(shè)計軸線方向一致。頂管在正常頂進(jìn)施工中，必須密切注意頂進(jìn)軸線的控制。

13、在每節(jié)管節(jié)頂進(jìn)結(jié)束后，必須進(jìn)行機(jī)頭的姿態(tài)測量，并做到隨偏隨糾，且糾偏量不宜過大，以免土體出現(xiàn)較大擾動及管節(jié)間出現(xiàn)張角。由于是矩形頂管，因此對管道的橫向水平要求較高，所以在頂進(jìn)過程中對機(jī)頭的轉(zhuǎn)角要密切注意，機(jī)頭一旦出現(xiàn)微小轉(zhuǎn)角，應(yīng)立即采取刀盤反轉(zhuǎn)、加壓鐵等措施回糾。頂進(jìn)軸線偏差控制要求：高程：±100mm；水平：±100mm。通過上述控制有效杜絕進(jìn)出洞過程中的軸線偏差風(fēng)險。機(jī)頭自加固區(qū)進(jìn)入原狀土過程中，由于前后土體強(qiáng)度差異較大，在自重作用下易引起機(jī)頭的“磕頭”，本工程針對性的設(shè)置了拉桿螺絲，拉緊機(jī)頭和前三節(jié)管節(jié)，同時適當(dāng)提高頂進(jìn)速度，防止機(jī)頭磕頭，保持良好姿態(tài)。6 矩形頂管進(jìn)

14、出洞過程的安全控制 在進(jìn)出洞作業(yè)前，施工單位應(yīng)對進(jìn)出洞施工影響范圍內(nèi)的雨污水管進(jìn)行探測。根據(jù)探測情況形成書面報告，內(nèi)容有：平面關(guān)系圖、縱斷面關(guān)系圖、雨污水管病害探測情況（滲水、漏水、裂縫、錯位等）、修理建議等。 根據(jù)探測情況報告，并結(jié)合工程所處的水文地質(zhì)及周邊工況等條件，施工單位必須編制矩形頂管進(jìn)出洞專項方案并經(jīng)專家審定通過，以保證進(jìn)出洞安全。 在城市重要干線和敏感地段（包括施工影響范圍內(nèi)有重要建(構(gòu))筑物、重要管線或管道和密集住宅小區(qū)等）盾構(gòu)進(jìn)出洞作業(yè)，設(shè)置深層監(jiān)測點，加強(qiáng)對路面沉降的監(jiān)測；在施工影響范圍內(nèi)有大口徑管線的，應(yīng)對管線布設(shè)直接監(jiān)測點。 頂管進(jìn)出洞作業(yè)前，請建設(shè)單位組織召開進(jìn)出洞作業(yè)涉及的各類地下管線單位會議。確定工程出險后地下管線單位的搶險配合工作，并形成會議紀(jì)要，并報工程質(zhì)量安全監(jiān)督站備案。 施工單位編制的矩形頂管進(jìn)出洞專項方案應(yīng)包括應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)急預(yù)案應(yīng)明確工程一旦出險后的施救技術(shù)路線，確保相關(guān)搶險設(shè)備和專業(yè)搶險隊伍能及時趕到現(xiàn)場救援。并按照應(yīng)急預(yù)案要求儲備應(yīng)急物資。7 結(jié)束語西祠堂巷地下過街通道矩形截面頂管工藝進(jìn)出洞的風(fēng)險控制成功在于采用科學(xué)、合理的施工技術(shù)措施。作