中铁四局集团上海工程有限公司上海市200000
摘要：目前，我国的科技发展十分迅速，大断面矩形顶管法施工易产生地面及管线沉降、顶管机姿态控制困难以及顶管机整体易后退等难题。文章介绍了深圳市城市轨道交通9号线通过滨河大道范围顶管法施工方法，顶管通道外空尺寸为7.7×4.3m，内净空尺寸为6.5×3.3m，为目前全国较大断面矩形顶管，对方案实施过程进行剖析并制定了相应的应急措施。
关键词：大断面矩形顶管；施工技术；重难点分析
引言
顶管技术由于断面利用率大、覆土浅、施工成本低等优点，近年来被广泛地用于城市交通人行地道、地下共同沟、轨道交通区间隧道施工。目前，小断面（3m×5m左右）矩形顶管隧道，主要应用于共同沟、电力隧道、水利隧道以及小型地下通道、地铁车站出入口等建设，技术水平已经相当成熟；但大断面（5m×9m左右）矩形顶管隧道在国内应用较少，尤其是大断面（7.5m×10.4m）的矩形顶管隧道，因存在顶管顶进施工技术、地面沉降控制、管节制作运输等诸多困难，之前尚无应用先例。本文结合郑州市中州大道下穿隧道工程，详细介绍了大断面矩形顶管掘进施工的关键技术。
1概述
顶管法是一种类似于盾构法的地下工程非开挖管道铺设技术，采用顶管掘进机成孔，将预制成形的管道从顶进工作井顶入，形成连续衬砌结构的管道铺设技术。整个控制系统以土压平衡为工作原理，通过大刀盘及仿形刀对正面土体的全断面切削，通过注入土体改良泥浆加强土体稳定性，改变螺旋机的旋转速度及顶进速度来控制排土量，使土压仓内的土压力值稳定并控制在所设定的压力值范围内，从而达到开挖切削面的土体稳定。
2顶进施工关键点的控制
2.1掘进机进、出洞施工技术
2.1.1顶管出洞段施工
顶管机顶出洞圈至顶管机切口距工作井6m范围为出洞段。顶管的出洞过程即为搅拌桩内拔除H型钢和顶管机头经过出洞段加固区并进入原状土体的过程。在洞圈内的H型钢全部拔除后，应立即开始顶进机头，由于正面为全断面的水泥土，为保护刀盘，顶进速度应放慢。另外若出现螺旋机出土困难，必要时可加入适量清水来软化或润滑水泥土。顶管机进入原状土后，为防止机头“磕头”，拉紧机头和前三节管节之间的拉杆螺丝，同时适当提高顶进速度，使正面土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。
2.1.2顶管正常段顶进施工
（1）某工程采用土压平衡式顶管机，土压力随着顶进施工，土压力值应根据实际顶进参数、地面沉降监测数据作相应的调整。（2）主顶力随顶进距离的增加而增大。顶管掘进机头出洞，在进入原状土且正面土压力没有建立之前，要控制主顶力不能过大。（3）在顶进过程中，应尽量精确地统计出每节的出土量，力争使之与理论出土量保持一致，确保正面土体的相对稳定，减少地面沉降量。（4）顶管在正常顶进施工中，必须密切注意顶进轴线的控制。在每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以免土体出现较大扰动及管节间出现张角。由于是矩形顶管，因此对管道的横向水平要求较高，所以在顶进过程中对机头的转角要密切注意，机头一旦出现微小转角，应立即采取刀盘反转、加压铁等措施回纠。顶进轴线偏差控制要求：高程±100mm；水平±100mm。（5）为减少土体与管道间摩阻力，在管道外壁压注触变泥浆，具体参数见表1触变泥浆配合比，在管道四周形成一圈泥浆套以达到减摩效果，在施工期间要求泥浆不失水，不沉淀，不固结。既要有良好的流动性，又要有一定的稠度。压浆通过压浆泵浆泥浆压至管道内的总管，然后经压浆孔压至管壁外。注浆压力控制在0.05MPa左右。为了保证压浆效果，在隧道掘进机四周布置了20只压浆孔，其中在机头顶部安装了两排共8根压浆管，并开设压浆槽，使土体与壳体上平面形成泥浆膜，以减少土体同壳体的摩擦力，防止背土现象的发生。在管节的端部环向均匀布置了8只压浆孔。隧道掘进机后面的3节混凝土管节上都有压浆孔，以后每隔一节设置一节有压浆孔的管节。压浆总管用2寸白铁管，除隧道掘进机及随后的3节混凝土管节外，压浆总管上每隔3m装一只三通，再用压浆软管接至压浆孔处。
2.1.3顶管进洞段施工
某工程接收井围护为SMW工法桩围护，H型钢拔除后，为了防机头进洞时洞内土体的塌方，在接收井洞门内预先浇注20cm～30cm厚的钢筋混凝土挡墙，作为接收井的封门形式。顶管机进洞时除了要拔除H型钢，还要凿除混凝土挡墙。（1）在顶管到达距接收井6m后，开始停止第一节管节的压浆，并在以后顶进中压浆位置逐渐后移，保证顶管进洞前形成完好的6m左右的土塞，避免在进洞过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升。（2）在顶管机切口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，逐渐减小机头正面土压力，以确保顶管机设备完好和洞口结构稳定。（3）顶管机切口距接收井H型钢50cm左右时，顶管机暂停顶进，等待H型钢的拔出。H型钢拔除后，顶管机继续推进，缓缓地靠上临时混凝土封门。此时要掌握好实际顶进距离和主顶的压力，当主顶压力突然升高，立即停止推进，等待临时混凝土封门的凿除。
表1触变泥浆配合比
2.2大断面矩形顶管施工技术
2.2.1大矩形开挖面渣土改良技术
大断面矩形顶管的大小刀盘有着不同的切削方式，同时由于断面大且土仓底部螺旋机进土口处呈平底状，因此对于渣土的流动性要求极高，必须对土体改良进行针对性研究。主要研究内容包括：改良添加剂比选与配比研究；砂性土地层土体改良参数、改良施工工艺研究及效果分析。
2.2.2减摩护壁泥浆技术
减摩护壁泥浆是影响顶管顶力、提高长距离顶进效率，以及控制背土和地面沉降的重要技术。基于大断面矩形顶管的特性，在顶管的顶部和底部会存在大面积的减摩护壁泥浆，减摩护壁泥浆的质量优劣更是关系到顶管顶进成功与否的关键，因此必须对减摩护壁泥浆技术进行针对性研究。主要研究内容包括：减摩护壁泥浆材料的比选研究；减摩护壁泥浆配比及性能指标研究；减摩护壁泥浆形成、影响和模拟试验研究；减摩护壁泥浆全断面自动注浆及控制工艺研究。
2.2.3大断面矩形顶管进出洞风险控制装置研究
大断面矩形顶管进出洞风险不亚于大直径盾构进出洞。另外，由于矩形的特殊形式，角部位置在进出洞期间更是渗漏高风险部位。因此，必须研究新型的进出洞密封装置用以控制大断面矩形顶管始发、推进直至接收过程中土水渗漏的风险。主要研究内容包括：风险控制装置结构形式设计研究；风险控制装置安装及施工工艺研究。
2.3顶管机扭转风险及应对措施
1）风险分析：顶管机扭转是由于刀盘旋转切削土体时，土体的反作用力可能使机身扭转。虽然矩形顶管相比圆形顶管较难发生扭转，但矩形顶管刀盘转动方式与圆形顶管不同，一旦发生扭转更难纠正。因为矩形顶管的截面特性，发生扭转后将影响通道的使用功能。
结语
矩形顶管法施工作为一种新的施工方法，在过街通道施工过程中所具备的优势是显而易见的，且施工速度快，从顶进设备安装完成正式顶进到完成整个通道顶进工作仅用了18天时间，平均每天的顶进速度可达到4.5m～6m，通过施工过程中对各关键工序的严格控制，确保了整个施工过程的安全顺利，整个顶进过程中地面最大沉降仅为3cm，确保了管线的安全，尤其是解决了顶管机穿越浅层大型排水箱涵这个重大安全风险，为类似工程积累经验。
参考文献：
［1］陶涛．大断面矩形顶管复杂工况下斜交进洞施工关键技术［J］．城市道桥与防洪，2015，32（8）：150－153．
［2］张志勇．复杂环境下大截面矩形顶管施工管线保护技术［J］．施工技术，2011，40（10）：179－182．