城市地铁附属结构大断面矩形顶管的施工及应用

1、城市地铁附属结构大断面矩形顶管的施 工及应用金秋腾达建设集团股份有限公司摘要：由于地下通道的建设受到周围环境的限制，越来越多的城市轨道交通车站附属 入口与主站出入口相连接，尤其是在市中心繁华路段交通拥挤的压力，地下管 线的迁改和周围环境的影响。因此，如何在各种管线层叠密布的交通道路上修建 一条过街通道，减少施工对交通的影响，减少管道的迁改以及安全快速地建设 己成为人们关注的焦点。传统的明挖法施工比较成熟，而且工程造价较低，但需 关闭道路交通，影响地面道路。另外，通道靠近周围的建筑易引起建筑物的变形 或开裂。大断而矩形顶管技术以其断而利用率大，覆土浅，施工成本低等优点， 近年来被广泛地用于城市地

2、铁车站出入口等建设中，技术水平已和当成熟。关键词：顶管;人断虬地铁出入门；作者简介.金秋（1979），男，上海人，工程师，主要研究方向为隧道及地不 工程施工。收稿日期：2017-08-02construction and application of metro subway attachment large section rectangular pipe jackingabstract：as the construction of the underground passage is restricted by the surrounding environment, more and m

3、ore entrances and entrances of theurban rail transit station are connected with the main station entrance, especially in the downtown section of the traffic congestion pressure, the underground pipeline migration and the impact of the surrounding environment. therefore, how to build a cross-street c

4、hannel on a variety of pipelines and reduce the impact of construction on traffic, reduce the relocation of pipelines, the construction of safe and rapid construction has become the focus of attention. the traditional excavation method is relatively mature, and the project cost is low, but the need

5、to close the road traffic, affecting the ground road. in addition, the channel near the surrounding buildings which is easy to cause the building deformation or cracking. large-scale rectangular pipe jacking technology with its crosssection utilization, shallow cover, low construction costs, in rece

6、nt years has been widely used in urban subway station entrance and other construction， the technical level has been quite mature.keyword：pipe jacking; large section; subway entrance;received： 20170802上海地铁9号线3标平度路车站1号出入口横穿主干道杨高中路，在复杂的地质 及环境条件下施工难度大。该工程位于市区交通要道，上方管线比较多，而且工 程地质条件比较差，通道埋深浅。如果采用明挖方法难以缓解交

7、通压力，管道搬迁成本过高，社会环境将受到很 大影响。由于工程所处位置淤泥质地层富水软弱，釆用暗挖法施工风险太大。因此，结合工程特点，通过对工程技术经济方面的综合比较，确定釆用大断面 矩形顶进施工方案，通过周密的现场调査研究，在顶管机选型、顶进参数与姿态 控制、渣土改良、环境监测等方面采取科学有效的关键技术措施，逐一攻克各个 工程技术难点，成功解决上述各种难题，使该过街通道工程顺利完工。1工程概述1.1工程概况本工程为上海地铁9号线平度路站1号出入口连接地*卜通道，矩形顶管通道自西 北向东南穿越杨高中路。地下通道西北连接1号出入口敞幵段，东南连接车站站 厅层，贯穿杨高中路。地下通道设计为矩形顶管

8、结构，顶管自丙北往东南0.53%下坡推进，通道长约 43.4 m，覆土厚度为4. 0814.238 m,通道横断面内浄空尺寸为3. 3 mx6. 0 m， 拟采用4. 2 mx6.9 m多刀盘土压平衡式矩形顶管机进行掘进施工。根据现有地下管线资料显示，杨高中路目前使用约有11组管线。本工程重点保 护01 000上水管，管底与顶管净距不足1. 0 m;05oo, 0300燃气管的管底与顶管 净距离分别为2. 50 111和2.66 m;01 000雨水管的管底与顶管净距仅为1. 36 m。1.2工程地质与水文地质本场地浅部地下水属潜水类型，主要补给来源为大气降水，水位随季节而变化， 潜水位约在0

9、. 31. 5 m，按上海市对地下水位长期观察资料:年平均地下水位一 般在0. 50. 7 m。根据地质资料提供数据计算，微承压含水层在本次顶管施工过程中不存在突涌 的可能，所以在本工程中未施工降水井。2大断面矩形顶管通道工程设计工作井围护采用01000钻孔灌注桩+0850三轴搅拌桩围护形式，出洞、后靠、坑 内加固均采用三轴搅拌桩加固形式。过街联系通道采用外尺寸为4.2 mx6. 9 m矩形顶管施工，顶进里程为42 m,顶 管自北往南0.5 %下坡推进，覆土深度为4. 1834. 323 m。顶管管节采用长1.5 m，壁厚为0.45 m，共28节（含一节持殊节）。3大断面矩形顶管的选型及施工3

10、.1机械设备的选型顶管机的选型直接关系到顶管施工的安全及质量，结合本工程的实际情况，本 次过街1号出土口断而矩形顶管选用4.2 mx6.9 m大刀盘土压平衡式矩形顶管 机。设有1个直径4. 24 m的大刀盘和4个直径2. 09 m的小刀盘，12个200 t 纠偏千斤顶，两个螺旋出土机和主顶进装置等设备。主顶进装置由12台油缸及垫铁、底架、u形顶铁、顶环、钢后靠等组成。12台 油缸分成2组，对称分布。每台油缸可单独控制，根据需要可编组工作。3.2顶工过程中的控制3. 2. 1机头姿态及轴线控制在正常顶进施工中，顶管时须密切注意顶轴线的控制。每节管节顶进结朿后立即 对机头姿态进行测量，并做到随偏随

11、纠，应缓慢修正，一次修正量不能过大， 以免造成土壤扰动较大及管节点出张角。此次工程在后靠位罝建立观测系统，采用激光经纬仪24 h不间断观测中心轴线 监控+每环节全站仪水平角度测量观测体系，透明度最快时间反映顶管顶进施工 屮机头姿态形状的控制，最终确保机头顺利进洞。3.2.2 土压力控制本工程采用土压平衡式顶管机，利用土仓内的压力来平衡地下水的压力和机头 前方的土压力，平衡土压力的设定是顶管施工的关键环节。土压力采用rankine压力理论进行计算。据以上常规理论结合本地区经验计算，工程初始土压力设定为p_t=0.063 mpa，p t=0. 099 mpa,随着顶进施工，施工工况发生变化，土压力

12、值应根据实际顶进参 数、地面沉降监测数据作相应的调整。在本工程施工中，结合施工现场实际情况调整土压力控制值在0.080. 16 mpa。3. 2.3周边环境及地表沉降控制在顶进过程中，合理控制顶进速度，保证连续均衡施工，避免山现长时间搁置 情况;不断根据反馈数据进行土压力设定值调整，使之达到最佳状态;严格控制 出土量，防止欠挖或超挖。控制顶进速度、土压力值、出土量的匹配关系。顶管顶进施工中放慢顶进速度，最 大限度地减小顶进过程中对周边土体的扰动效果，根据理论计算土压力值，结 合现场施工合理取出控制土压力参数值，根据每节管节理论占有体积合理调整 需求出土量的控制。在现场实际施工屮做到控制顶进速度

13、、土压力大小参数值、顶进里程出土量3 个参数平衡关系来控制顶管顶进对周边环境及地表沉降控制。3.3釆用新工艺施工的影响及处理措施3. 3. 1新工艺影响由于本次顶管接收井区域内受施工场地及周边环境的影响，导致洞门加固原有“常态”设计形式三轴搅拌桩加固无法施工，结合现场实际情况采用垂直冻结 加固法施工。目前冻结法施工在矩形顶管中应用的只有水平冻结加固法施工，据了解，矩形 顶管工艺施工中釆用垂直冻结加固法施工属于首次施工，尚无先例，给顶管顺 利进洞带来新难题。3. 3.2处理措施(1) 根据现有顶管设备的性能参数分析，从而严格控制冻结区域冻结体的强度。 要冻结体强度在保证顶管机进洞安全的前提下，满

14、足顶管机刀盘能切削冻结加 固土体，最大允许顶力范围内能正常顶进，螺旋机能正常输送出土。(2) 顶管顶进过程屮根据现场实际的情况在顶管机帽檐进入冻结加固区1 m范围 后，完全破除接收井洞门封门形式，减小机头正而土压力，缓解主顶力，从而 保证机头的顺利进洞。(3) 考虑到冻结加固土体消融时间与井接头施工的时间差，在顶管进洞后24 h 内采用快速水泥加砖头方式将机头(管节)与预埋缸套环间隙处充填，以确保 不发生大的渗漏情况出现，72h|aj完成对机头(管节)与钢套环进行lcm钢板 焊接处理，确保临时洞口的安全性。(4) 机头刀盘进入冻结加固体，调整原有的机头“注浆”方式，调为单个刀盘 独自一路的“注

15、浆”方体系，确保刀盘注浆效率。4工程分析4.1施工速度快本出入口通道工程若采用明挖顺作实施，将会遇到很多困难。杨高路路面以下市 政管线繁多，市政管线的搬迂工期较长且不可控，杨高路地面交通繁忙，施工 期间不允许封闭地面交通，只能采取分段施工，施工工期成倍延长。该工程采用顶管施工方案，从顶管施工开始到顺利贯通过街通道总用工期20 d, 大幅节约y施工工期。4.2社会影响小杨高中路为浦东区主要交通干道，地面交通量大。若明挖顺作实施地下通道，占 用车道，理想状态保持一半交通流量势必会影响施工期间地面的交通。同时众多 管线的搬迁也影响了周边市民正常的生活秩序。本工程采用矩形顶管方案，全程在地下施工，采用

16、先进的土压平衡顶管机，施 工期间无噪声，地而基本对地下施工无感知，避免传统的明挖方式对社会交通 的影响。4.3工程安全性好工程顶管通道主要位于淤泥粉质粘土中，工程地质条件较差，ii地下水资源非 常丰富。如果采用暗挖施工，施工难度大，风险高，同时难以控制地层变形;此 外，通道顶部有2条常年积水的雨水管，施工一旦发生轻微变形，就会造成管 道开裂及漏水，还可能发生大面积倒塌，施工安全得不到保证。工程采用大断面矩形顶管施工后，地面沉降和地下管线变形都在可控的范围之 内，距离顶管井19.2 m处，24 m处的通道正上方监测点累积沉降值与顶进时间 关系如图1所示。阁1雨水管沉降趋势 下载原阁由图1可知，顶管顶进过程中，地表变化呈现出先隆起后沉降的特征，最大隆 起及沉降值均未超过1 on。9号线3标平度路1号出入u大断面矩形顶管通道的 安全贯通证明了软弱、富水地层屮同类施工的安全性和可靠性。4.4综合经济性强在该地下通道施工中，虽采用矩形顶管方案避免了管道的搬迁，但增加了顶管 段土建施工成本。就该工程来说，矩形顶进施工方案仍然节省了 100多万的施工 成本，有效地节约了项0投资，综合经济性强。5结束语9号线下度路站1号出入口大断而矩形顶管工程在施工过程中做到了管线零事故， 无周边居民投诉，周边交通零影响，该工程具有社会效益好，经济效益好，省 时省力，节约投资的优点。该项s对指导和促进地铁过街