矩形截面顶管工艺进出洞风险控制

1、PAGE PAGE 10矩形截面顶管工工艺进出洞风风险控制 宋宋炳锐 （南京京同力路桥建建设工程有限限公司， 2100046 ）摘 要：矩形形截面顶管进进出洞工序是是顶管工艺的的关键环节。本本文结合南京京市西祠堂巷巷地下过街通通道工程，叙述了矩形形顶管进出洞洞环节可能遇遇到的问题以以及所采取的的相应施工技技术措施，对对顶管进出洞洞口支护形式式、洞口土体体加固、封门门设置、坑外外降水井布设设、洞口间隙隙的密封等施施工技术措施施作了相应的的介绍，较好好的控制了矩矩形截面顶管管进出洞风险险。关键词：矩形顶顶管；进出洞；风险控制1 前言 矩形截截面顶管进出出洞是矩形顶顶管法施工地地下通道的关关键工序，

2、该该工序施工技技术的应用将将直接影响到到建成后地下下通道的轴线线质量、进出出洞口处环境境保护和附近近道路、建筑筑物安全以及及工程施工的的成败。依据据以往地下过过街通道工程程施工经验，矩矩形顶管的进进出洞施工技技术必须根据据工程所处地地层的土质、水水文、环境条条件和环境保保护要求的等等级而制定。如如何科学、合合理地运用各各种不同的进进出洞技术，使使其符合各工工程的特定工工况条件要求求，将矩形截截面顶管进出出洞风险降至至最低点，是是一项值得研研究、探讨的的课题。2 工程概述述南京市西祠堂巷巷地下过街通通道工程位于于中山东路西西祠堂巷巷口口与全民健身身中心门口，是南京第一条采用矩形截面顶管法施工的地

3、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，不具备明挖施工条件。经多方论证综合比选，主通道采用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，采用4m6m多刀盘土压平衡式矩形顶管机进行掘进施工。根据市政规划，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，与矩形顶管隧道垂直。主通道采用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，包括27节标准节和1节特殊节。根据

4、地质勘察报报告说明，工工程范围内从从上至下主要要有-1杂填土土、粉土夹薄层层粉砂、粉砂、粉质粘土等。矩矩形顶管的进进出洞工序主主要在粉土夹薄层层粉砂及粉砂层中进进行，该土层层饱和软塑，渗渗透性强，易易变形同时排排水易引起周周围路面沉降降。3 矩形顶管管工艺流程 采用用矩形顶管法法建造地下过过街通道顶进进程序一般是是在建造好的的工作井内（始始发井）进行行矩形顶管机机的组装、调调试、试运转转，将其准确确地安放在符符合设计轴线线的机架上，出出洞，顶管机机沿设计轴线线向地层内顶顶进，当顶管管机将要到达达终点时，应应准确测定矩矩形顶管机的的位置，调整整和控制其姿姿态，使顶管管机能正确无无误地进入（进进洞

5、）预先建建造好的接收收井内的基座座上。顶进工工艺流程具体体如下(见图图1)：顶管工艺流程图图安装机架、后靠、主顶装置安装机架、后靠、主顶装置设备调试设备调试测量放样测量放样顶管出洞顶管出洞顶管顶进顶管顶进吊放垫块或管节置吊放垫块或管节置顶进测量顶进测量顶管机进洞顶管机进洞顶管机分解、吊出接收井置顶管机分解、吊出接收井置浆液置换浆液置换拆除管内设备、嵌缝、清理、接头处理拆除管内设备、嵌缝、清理、接头处理置顶管始发井内平平面布置图 顶管始始发井内剖面面布置图图 1顶管机顶进洞圈圈至顶管机切切口距工作井井6m范围内内为（进）出出洞段。（进进）出洞的施施工步骤：设设备调试顶管机头靠靠上支护桩封封门支护

6、桩破除除顶管机切削削加固土体机头切口进进入原状土。4 顶管进出出洞施工中易易出现的问题题 顶管机头“磕头”现象：矩形顶管机机头设计总重重量约1300t，顶管机机在机头自加加固区进入原原状土过程中中，由于前后后土体强度差差异较大，在在自重作用下下易引起机头头“磕头”，机头一旦旦“磕头”，在方向纠纠偏上难度极极大，极易造造成质量问题题。 顶管机无法法准确出洞：矩形顶管机机在进洞过程程中，未按照照设计轴线顶顶进；或矩形形顶管机姿态态控制不符合合要求，导致致机头方向跑跑偏，使得顶顶进主通道偏偏离设计轴线线，无法正常常施工 出洞时洞口口处土体涌入入井内：机头在出洞洞期间，洞口口封门拆除后后，洞内土体体不

7、能自立，洞洞圈的密封装装置不能有效效阻挡土体，土土体随之进入入井内，若土土体塌方量过过大，造成地地面沉陷，严严重影响洞口口附近地下管管线和地面建建筑物的安全全，同时造成成井下无法施施工。 进洞时洞口口处涌入泥水水、砂水:因接收井洞洞门和管节间间存在15ccm的周边间间隙，且接收收井一侧无始始发井的橡胶胶袜套结构（止止水措施），顶顶管机头进洞洞时容易因“背土”引起水土流流失，严重时时会导致路面面沉降、损害害地下管线。5 矩形顶管管进出洞施工工技术措施 工作井围护护结构的选择择：西祠堂巷地地下过街通道道工程工作井井围护结构为为850SMMW工法桩，混混凝土挡墙内内预埋钢洞圈圈，SMW工工法桩即为工

8、工作井的洞圈圈封门（接收收井封门除SSMW工法桩桩围护结构外外，在接收井井洞门内还预预先浇筑200cm厚的钢钢筋混凝土挡挡墙），矩形形顶管的出洞洞过程即为搅搅拌桩内拔除除H型钢和顶顶管机头经过过出洞段加固固区并进入原原状土体的过过程。采用SSMW工法桩桩作为矩形顶顶管工作井的的围护结构，既既能有效的阻阻止地下水的的涌入工作井井内，又能方方便快捷的拔拔出H型钢，减减少机头进出出洞过程的时时间，有效的的降低进出洞洞阶段的风险险。在施工场场地和水文地地质条件允许许的情况下，SMW工法法桩应为矩形形顶管工艺工工作井围护结结构的第一选选择。 对进出洞口口区域进行土土体加固：矩形顶管工工艺进出洞口口区域的

9、土体体加固可以采采用深层搅拌拌、压密注浆浆、化学注浆浆等方法，目目的是将洞口口处一定范围围内土体预先先固结，达到到进出洞时所所需的强度，能能使洞口封门门拆除后洞口口处暴露的土土体自立。但但地基加固后后的土体强度度均匀性差，特特别是在软土土地层中尤为为突出，所以以必须加强检检测，使加固固土体的强度度、均匀性及及其加固范围围等均达到加加固设计的标标准。在加固固设计时应考考虑到加固土土体的强度与与矩形顶管机机机头切削刀刀盘的刚度及及出渣输送的的匹配。 本工程进出洞口口加固区采用用高压旋喷桩桩加固，出洞洞为围护外33.5m，进进洞为围护外外1.2m，深深度均为顶管管顶以上3mm至顶管底以以下4m，设设

10、计强度要求求qu1.0MMPa，经现现场取芯水泥泥土强度达到到5MPa，针针对高强度的的水泥土，在在机头刀盘做做了加强处理理，从而了保保证矩形顶管管机在水泥加加固土体中正正常顶进，同同时也提高了了洞口区域土土体的稳定性性，保证其在在一定时间和和范围内能够够达到自立的的效果，降低低了进出洞时时洞外土体塌塌入井内的风风险。 出洞口采用用双层袜套止止水密封圈：出洞洞门密密封圈的安装装是矩形顶管管出洞施工重重要措施之一一。由于洞圈圈与管节间存存在着10ccm的施工空空隙，在顶管管出洞及正常常顶进过程中中极易出现外外部泥水、砂砂水涌入始发发井内的严重重质量安全事事故。为此，施施工前在洞圈圈上安装帘布布橡

11、胶板密封封洞圈，即外外袜套，橡胶胶板采用122mm厚钢压压板作衬托，压压板的螺栓孔孔采用腰子孔孔形式，以利利于顶进过程程中可随管节节位置的变动动而随时调节节，保证帘布布橡胶板的密密封性能。针针对西祠堂巷巷工程地下水水位高，渗透透系数强的特特点，在钢洞洞圈内又设置置一层橡胶板板密封圈，即即内袜套。采采用“双保险”的方式有效效的阻止出洞洞口周圈涌入入泥水、砂水水，降低出洞洞过程中的风风险(见图22)。内袜套外袜套内袜套外袜套图2 双袜套套技术措施在在西祠堂巷地地下过街通道道的设置 进洞口设置置钢筋混凝土土临时封面：为了减少接接收井附近上上方路面塌方方的风险，节节约清理时间间，做到安全全、迅速进洞洞

12、。同时使机机头靠上封墙墙时已搁置在在洞圈上，避避免了等待凿凿除封墙时间间内机头有可可能的下沉。西西祠堂巷地下下过街通道工工程在进洞口口紧贴围护处处设置临时封封面，具体做做法是在进洞洞钢洞圈内紧紧贴围护放置置400mmm后泡沫板，形形状（包括圆圆角尺寸）按按照洞圈预制制，宽度与洞洞圈同宽，高高度范围内下下部200mmm铺设黄沙沙垫层，洞圈圈靠近井内的的200mmm浇筑钢筋挡挡墙挡墙（见见图3），可以有有效的降低进进洞过程中的的安全风险。图3 进洞洞口临时封面面示意图 进洞口坑外外增设降水井井：坑外降水可可有效地疏干干砂性土中的的地下水，提提高该土层的的密实度，但但不能大幅度度提高土体的的强度。如

13、洞洞口敞开面积积大、埋深大大、敞开时间间长，仍会有有土体失稳坍坍塌的问题存存在，此时降降水仅能作为为辅助措施：由于降水效效果还受到降降水深度、土土质条件、周周围环境条件件等的限制，所所以只能在许许可条件下使使用。本工程程地下水初见见水位埋深11.21.35m，稳稳定水位埋深深1.151.30mm，水位标高高8.979.17m；勘察期间间最高地下水水位标高为77.86m，即即地面以下22.5m。经经过多方专家家科学论证，在接收井围护外侧设置6口300钢管降水井，与主通道呈扇形分布，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

14、进洞并吊出、完成洞门封堵后关闭，即进洞的整个过程保持降水井开启。降水过程中同时加强对周边道路地面沉降和地下管线的垂直位移监测。由于降水时间短短，降水井布布设科学，降降水深度控制制合理，有效效降低了进洞洞过程中地下下水夹土夹砂砂涌入井内的的风险，未对对周围路面、地地下管线、建建筑物、构筑筑物、地铁隧隧道造成不良良影响。图4 进洞口口坑外降水井井布设平面图图 顶管施工中中的轴线控制制和防止“磕头”措施：根据西祠堂堂巷地下过街街通道工程经经验，矩形顶顶管定位的准准确程度主要要取决于矩形形顶管基座的的安装和调节节，故在安装装矩形顶管机机机头时，必必须保证其位位置与设计轴轴线方向一致致。顶管在正正常顶进

15、施工工中，必须密密切注意顶进进轴线的控制制。在每节管管节顶进结束束后，必须进进行机头的姿姿态测量，并并做到随偏随随纠，且纠偏偏量不宜过大大，以免土体体出现较大扰扰动及管节间间出现张角。由由于是矩形顶顶管，因此对对管道的横向向水平要求较较高，所以在在顶进过程中中对机头的转转角要密切注注意，机头一一旦出现微小小转角，应立立即采取刀盘盘反转、加压压铁等措施回回纠。顶进轴轴线偏差控制制要求：高程程：100mmm；水平：100mmm。通过上述述控制有效杜杜绝进出洞过过程中的轴线线偏差风险。机头自加固区进进入原状土过过程中，由于于前后土体强强度差异较大大，在自重作作用下易引起起机头的“磕头”，本工程针针对

16、性的设置置了拉杆螺丝丝，拉紧机头头和前三节管管节，同时适适当提高顶进进速度，防止止机头磕头，保保持良好姿态态。6 矩形顶管管进出洞过程程的安全控制制 在进出洞作作业前，施工工单位应对进进出洞施工影影响范围内的的雨污水管进进行探测。根根据探测情况况形成书面报报告，内容有有：平面关系系图、纵断面面关系图、雨雨污水管病害害探测情况（渗渗水、漏水、裂裂缝、错位等等）、修理建建议等。 根据探测情情况报告，并并结合工程所所处的水文地地质及周边工工况等条件，施施工单位必须须编制矩形顶顶管进出洞专专项方案并经经专家审定通通过，以保证证进出洞安全全。 在城市重要要干线和敏感感地段（包括括施工影响范范围内有重要要

17、建(构)筑筑物、重要管管线或管道和和密集住宅小小区等）盾构构进出洞作业业，设置深层层监测点，加加强对路面沉沉降的监测；在施工影响响范围内有大大口径管线的的，应对管线线布设直接监监测点。 顶管进出洞洞作业前，请请建设单位组组织召开进出出洞作业涉及及的各类地下下管线单位会会议。确定工工程出险后地地下管线单位位的抢险配合合工作，并形形成会议纪要要，并报工程程质量安全监监督站备案。 施工单位编编制的矩形顶顶管进出洞专专项方案应包包括应急预案案，应急预案案应明确工程程一旦出险后后的施救技术术路线，确保保相关抢险设设备和专业抢抢险队伍能及及时赶到现场场救援。并按按照应急预案案要求储备应应急物资。7 结束语西祠堂巷地下过过街通道矩形形截面顶管工工艺进出洞的的风险控制成成功在于采用用科学、合理理的施工技术术措施