摘要：针对近年来在上海等软土地区城市轨道交通过河通道设计施工中矩形顶管法的逐步应用,对15号线古浪路站的矩形顶管法在地铁车站过河通道中的应用及抗浮问题的设计方法进行了论述,为今后类似工程的设计及施工积累经验。
关键词：矩形顶管法 抗浮 过河通道
0.工程概况
上海市轨道交通15号线工程古浪路站位于古浪路与沪嘉高速之间规划南陈路下方，南北向布置。古浪路为地下二层一岛一侧车站，站前设置渡线，站后设置存车线。车站东侧为桃浦河和在建智富名品城，西侧现状为空地，规划为智富名品城；南侧为古浪路；北侧为沪嘉高速。车站东侧设两条下穿桃浦河通道与智富名品城小区相连。
1．研究背景及内容
“十五”期间我国城市地铁进入建设高峰期，城市用地越来越紧张，地铁车站紧邻城市河道的现象越来越多，过河地铁出入口也随之出现。随着城市轨道交通的大力发展,矩形顶管法也开始应用于城市轨道交通的工程中, 尤其是在下穿主干道路出入口通道结构的设计与施工工程中，但矩形顶管法穿越河道却鲜有应用，地铁车站过河通道引起的抗浮问题得到更多重视。
研究内容：矩形顶管法在地铁车站过河通道中的应用及抗浮问题的研究。
2．研究内容的主要技术对策
（1）浅覆土区域设置带抗拔桩的抗浮板
在浅覆土区域采取顶管顶部设置带抗拔桩的抗浮板，以保证顶管推进过程中的施工安全。
经计算，当矩形顶管顶部覆土大于1.43m时，顶管结构可满足施工及使用阶段顶管通道自身的抗浮要求。由于本工程桃浦河规划河床标高为-0.5m，河床底无条件再加高覆土，因此本次设计中考虑在桃浦河底沿顶管通道轴线方向对顶管通道覆土小于1.43m的区域进行特殊设计，设计中考虑在该区域设置总宽度12.1m的抗浮板，长度方向以顶管侧墙外壁外2m为界，抗浮板板厚0.5m。另外，为保证施工安全及顶管推进中上部浅覆土层的稳定以减少对周边环境影响，在抗浮板下部还设计了6根φ600钻孔灌注桩作抗浮桩。
（2）加强桃浦河驳岸保护
桃浦河驳岸为重力式挡墙结构，顶管在下穿该部分结构时，由于驳岸两岸覆土厚度差异较大，盾构姿态控制较难，极易造成驳岸结构产生沉降和位移并进而影响东岸下沉广场。作为临时保护措施，结合施工实际情况，设计中考虑如下技术措施：
1）在顶管穿越河道处护坡上浇筑20cm钢筋混凝土，增强岸壁结构整体刚度，避免顶管机穿越时岸坡因不均匀沉降而产生局部开裂。
2）在顶管机穿越范围内，岸坡上方架设水平H型钢支撑，目的在于防范可能引起的岸坡位移现象。
（3）加强顶管管节内的壁后注浆，以保证盾构推进结束后隧道整体稳定性
由于顶管结构上覆土压力较小，抗浮板仅提供足够的被动抗力，而隧道顶部与抗浮板夹层间土体经开挖，顶管推进扰动后较松散，在隧道上浮力作用下必然产生压缩，导致隧道上浮，后期因土体固结再产生沉降。隧道这一上浮再沉降的过程势必降低结构接缝防水质量，降低工程的使用寿命。因此，设计中在管节内事先预留注浆管，顶管施工结束后，再对管节顶部土体进行加固处理，以提高整条顶管通道的稳定性。另外，通过后期的沉降观测，也可对沉降值较大的点予以补注浆处理。
3．施工工法的比较
1.明挖法
出入口通道大多采用明挖顺做法施工，其优点是工法成熟、风险小、土建的造价低；但城市过河地下通道遇到的最大困难是河道的导流和河道驳岸的保护。首先，地下过河通道的施工不能完全阻断河道的畅通，所以一般采用导流分段施工，即将下穿河道的通道沿纵向分成几个施工区段，在未施工区段可维持河道的畅通，满足河道汛期过流面积的要求。施工分段数由河道需要的过流面积决定的，一旦过流面积要求较高时，必然会增加施工分段数，从而降低施工效率，增加施工成本，实际的施工工期也会更长。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以，采用导流分段施工无论如何都不能保证施工期间河道的100%畅通。其次，地下通道的施工必然会破坏通道范围内的驳岸，对周边驳岸也会产生较大的影响。驳岸的修复和保护也是一项费时费钱的工作。
2.矩形顶管法
采用矩形顶管法施工，不需要导流分段施工，不破坏河床和驳岸，也丝毫不影响现有河道的正常运行，一切施工均在河床下进行。采用先进的土压平衡顶管机，施工期间无噪音，河床沉降及驳岸的变形均在可控范围。
3.明挖法和矩形顶管法的比较
明挖法施工的优势往往在于土建造价较低，而矩形顶管法地下通道单位长度造价要高于明挖法。但是，如果将河道导流的费用、驳岸的修复和保护的费用一并考虑，一般在大城市，上述两种施工工法的综合经济成本就相当了。如果将河道受阻、施工噪音等社会成本也考虑进来，矩形顶管法相对于明挖法有不可替代的优势。
4．顶管法施工难题
虽然在上海及周边软土地区的轨道交通设计中, 已开始引入矩形顶管施工工法,并积累了一定的设计和施工经验，但是矩形顶管法进行桃浦河下浅覆土通道施工时，仍然面临以下风险和难题：
（1）顶管上覆土浅无法满足施工和正常使用的抗浮要求
受出入口总体坡度的设计影响，本工程顶管顶部覆土不足1.0m，远远小于规范中顶部覆土1.1D（直径）的要求。经验算，也不满足施工阶段和使用阶段结构自身抗浮要求。如果不采取特殊的、合理的技术措施，顶管推进至桃浦河底过程中，由于顶管顶部缺少足够荷载，将导致顶管产生上浮、冒顶、涌水等现象。
（2）桃浦河两岸驳岸的保护
桃浦河东岸驳岸紧邻新建智富名品城小区下沉广场，在顶管推出驳岸前后，覆土厚度有一突变，如果不能及时调整顶管平衡压力的设定，导致顶管姿态突变，必然造成驳岸产生沉降和位移，对驳岸和广场结构的稳定性造成危险。
（3）顶管在浅覆土地层推进中的轴线控制
顶管在河底浅覆土推进时，由于顶管管节拼装结束出机尾后，顶管底部土体的上部荷载会发生变化导致底部土体回弹，且该区域顶管顶部覆土很少（仅1.0m左右），该变化值对顶管影响程度更大，受此影响顶管姿态较易上扬，压坡困难，顶管上浮，轴线难以控制。而桃浦河的覆土最薄处仅为0.9m，一旦顶管轴线偏移上扬，如不采取相应对策，顶管的过量上浮极易引起顶管局部环缝张开量过大，导致管片接缝漏水。
5．结束语
（1）在通过浅覆土河道的顶管施工中，要根据所选的机型与河道覆土、水文情况、航道要求采取相应的施工措施，安全施工并保证以后运营时的顶管通道安全。
（2）采取顶管机进行河底浅覆土通道施工时要验算顶管上覆土的安全厚度。
（3）浅覆土厚度不足时，河底注浆加固与设置抗浮板是有效措施之一。
（4）由于顶管距河床底距离近、岸边地面建筑物密集，顶管推进中施工参数选取不合理就可能产生涌水、流砂、顶管通道上浮等危险施工工况，虽然有辅助技术措施加以保证，但如果应对措施不合理，不及时仍会对顶管通道及周围构造物带来不可估量的损失。因此，在总体设计时应尽量避免该不利工况。对顶管通道纵断面设计而已，应至少保证顶管顶部覆土大于4m。
参考文献：
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[2]宋杰；侯艳春；矩形顶管法在城市轨道交通中的应用与设计方法[J]；城市轨道交通研究；2010年10期
[3]熊诚；大截面矩形顶管施工在城市地下人行通道中的应用[J]；建筑施工；2006年10期
[4]刘发前；卢永成；矩形顶管地下通道的设计[J]；城市道桥与防洪；2014年08期
作者简介：姓名：刘维、性别：男、籍贯：湖北崇阳、职称：工程师、学位：硕士
论文作者:刘维
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/22
标签：顶管论文; 驳岸论文; 矩形论文; 通道论文; 河道论文; 覆土论文; 古浪论文; 《基层建设》2016年第34期论文;