广东省基础工程集团有限公司 广东广州 510620
摘要：本文结合工程实例研究城市交通矩形地下通道泥水平衡顶管应用，以及对施工过程中的技术要点进行了分析，为今后类似工程的设计及施工积累经验。
关键词：矩形地下通道；泥水平衡顶管；施工工艺；关键技术
随着发展与建设的推进，城市交通过街地下通道日益增多，这类地下隧道工程以矩形最为经济，能满足人行通道的施工要求。矩形顶管施工是一个复杂的工艺过程，必须严格控制泥水平衡矩形顶管技术在非开挖施工中的应用各项指标，以确保工程质量。
1工程概况
深圳市华为产品研发园地下通道设计及施工工程位于深圳市华为坂田基地K区，冲之大道与稼先路交汇处西南侧，场地东侧隔居里夫人大道为华为小区，南侧为隆平路，西侧隔冲之大道为华为基地G区，北侧隔稼先路为华为深圳基地J区培训中心。该工程为华为坂田基地K区接驳G区之地下通道。该段通道长度约为52.3米，外包尺寸宽度为7.7米，高度为4.5米。
2 顶管掘进机选型
本工程顶管管道通过的地层主要是粉质粘土层，根据地质情况通过比选，本工程选用泥水平衡的顶管机，切削下来的泥土在泥水仓内建立高于地下水压力10～20kPa的泥水，以平衡地下水压力。顶管机的刀盘前面的切割面安装固定刮刀，刀座和刀盘焊接采用耐磨焊条，刀盘刮刀对前面土体可以全断面地刮动。顶管机的刀盘和泥土仓是个多棱体，且刀盘是围绕主轴作偏心转动，经过刀盘对前方土体切割，当有大块土体或块石进入顶管机泥土仓，经刀盘转动时就会被轧碎，碎块泥土小于顶管机的隔栅孔就进入泥水仓被泥水循环管输送走。
3矩形顶管施工技术
3.1初始穿墙顶进
本工程为达到止水效果，拟在顶进井出洞口安装可拆式止水钢圈，并在钢圈上安装止水胶圈。洞口安装好止水圈后，吊住工具头，顶出推进千斤顶，将环形顶铁对准工具头尾部，将工具头缓缓推进到井壁洞内。安装好所有管线（电力电缆、信号线、油管、触变泥浆管），转动刀盘，向工作仓注入一些泥浆，开始顶进，进入正常顶进工序。
顶管穿墙时要防止工具管下跌，在穿墙的初期，因入土较小，工具管的自重仅由两点支承其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。这时作用于土体支撑面上的应力很可能超过允许承载力，使工具头下跌。因此，工具头穿墙时，一方面要带一个向上的初始角（约5′），另一方面穿墙管下部要有支托，并且加强管段与工具管，管段与管段之间的联结。此外，工具管的推进一定要迅速，不使穿墙管内的土体暴露时间太长，暴露时间越长，危险性越大。顶管穿墙位置必须作好止水，防止孔口因为流失减阻泥浆，造成孔口塌陷，发生安全事故，或者减阻失效。
3.2调整舱内舱外达到泥水平衡
工具头的操作全部采用在管道外（始发井上）控制台控制，只需1个机手操作，可实现对工具头刀具的转动、纠偏控制、压力显示、实时监控（工具头安装了摄像头、控制台上安装电视机）。顶进千斤顶，观察工作仓的泥水力表，控制顶进速度和出土量保证舱内、舱外压力平衡；舱内压力过大，地面隆起；舱内压力过小，地面沉陷，所以控制顶进与出土的速度相当关键。
3.3正常顶进
顶进过程中，要求边注入触变泥浆边顶进，不注浆不顶进的原则。停止顶进或拼接管段、排除故障等原因造成短期或长期停顶时，要求工具头中留有足够泥水平衡土压力。重新开始顶进时，应对整个管路进行补浆。顶进一节管后，回缩千斤顶，拆开水、电、气、通风、泥浆管路，吊入下一节管段，调直对中，安装好接头止水材料，安装回各顶铁，接通各管线，开动油泵顶进一千斤顶行程，测量，纠偏，安放顶铁顶进，直至放一节管，又重复上述流程。纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，必须做到严密监测顶管的偏位情况，并及时纠偏。
3.4顶管机顶入接收井
顶管机顶入接收井是一项关键的施工环节。在顶管未顶入接收井前，先将接收井施工好等待顶管机的接收。当顶管管道接近接收井时，必须先复测本段管道的长度与设计长度相符，然后通过测量得知顶管机出口的具体位置，将接收井工具头出洞位置的混凝土护壁凿除。顶管机快速顶进，顶管机出洞。如遇地下水丰富时，用棉纱堵塞住管和洞口间的空隙，等顶管机完全出洞后即用水玻璃或水泥浆压住止水。进洞前做好人员设备的准备工作。机头进洞后，及时将与机头连接的管子分离，机头及时吊出井外；并抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门止水。机头进洞后止水工作抓紧作好，洞口处土体流失、管子沉降等现象就不会发生，也是保证顶管质量的关键。
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4施工质量控制措施要点
4.1顶进过程中的减摩措施
泥水平衡顶管的顶进阻力主要由顶管机的迎面阻力、顶管机和管道外壁与土体的摩擦阻力两部分组成，其中摩擦阻力是顶进中的主要阻力，其随着顶进进程的增加而增加，而减摩的最直接有效方法就是加入膨润土泥浆，让管道外壁和砂土层之间形成一圈环状润滑带，从而达到降低顶进阻力的目的。相关人员通过对膨润土泥浆的拌制制定相应的施工方案，经过多次试验后确定了合理的泥浆配合比（膨润土与水的质量比为1∶5）。在施工过程中注意控制泥浆的粘度和稠度，泥浆拌制应均匀，拌制好的泥浆集中排放到泥浆池中放置10小时以上，泥浆相关成分置换完全，从而形成粘度和稳定性较好的泥浆。同时，在管节顶进过程中不时地搅拌贮浆池内泥浆，以防止泥浆离析。在顶进施工中，还可以采用多点对称压浆法，通过压浆设备将减摩泥浆注入压浆孔，使得管节的插口端与承口端之间的环形间隙注满泥浆，并扩散到管节周边的土体中，从而在外壁形成完整的泥浆护套。同时配合顶管机尾部的同步注浆，泥浆可快速均匀填充，达到减小管节外壁与土体之间的摩擦阻力的目的。
4.2掘进机出洞防磕头措施
掘进机出洞时由于周围土体被破坏或在出洞时洞外泥水流失过多，造成出洞时掘进机因自重太重而下磕，为防止这一现场产生，采取措施：掘进机就位后，将机头垫高5mm，保持出洞时掘进机有一向上的趋势；调整后座主推千斤顶的合力中心，出洞时观察掘进机的状态，一旦发现下磕趋势，立即用后座千斤顶进行纠偏；机头尚未完全出洞不得纠偏，出洞后纠偏不得大起大落；在软土层中顶进混凝土管时，为防止管节漂移，可将前3～5节管与工具管联成一体。
4.3防止管道后退措施
当出洞口深度较深时，在初始顶进阶段正面水土压力可能大于管周围的摩擦阻力。拼接管子时主推千斤顶在缩回前必须对已顶进的部分与井壁进行固定，否则管道发生后退会导致洞口止水装置受损危险，因此在主推千斤顶退回前将混凝土管与始发井壁相连，直至混凝土管外壁摩阻力大于掘进机正面水土压力为止。
4.4管道抗扭转措施
顶进过程中由于周围土质的变化，纠偏的影响及管内设备的不均匀性会造成推进时管道发生不同程度的扭转，直接影响到施工质量。可采用相应措施：在管内设备及管道安装时，根据重量平衡原理，在安装设备及管材的另一侧配以相同重量的配重，使管道顶进时左右重量保持平衡，消除人为造成管道扭转的因素；顶进时在掘进机及每个中继环处设有管道扭转指示针，一旦发现微小的扭转即用单侧加压配重的方法进行纠扭。掘进机若发生扭转，则将左右两只抗扭转翼板向外推出。推出越长，抗扭力矩就越大，当掘进机平衡时则缩回翼板即可。
4.5顶管轴线控制措施
由于粘土和流沙层不稳定，顶进时遵循“勤测勤纠缓纠”的原则进行纠偏；且高程纠偏优先于方向纠偏。顶进过程中停机时间过久可能导致顶进方向偏差增大，要严格控制机头前进方向，及时进行姿态测量，并及时纠偏，纠偏量应按微量原则进行操作。纠偏操作不能大起大落，如果在某处已经出现了较大的偏差，这时也要保持管道轴线以适当的曲率半径逐步地返回到轴线上来，避免相邻两段间形成过大夹角。
4.6控制地面及建筑物沉降措施
地表监控采用地表和深层观测相结合的方法。沿顶进轴线的管线保护和重要区段应增加每天监测次数以致进行24小时跟踪监测。顶进过程中监测地面隆起和沉降情况，地面隆起的最大极限为+10mm，地面沉降的最大极限为-10mm。可采取相应处理措施：施工前应对工程地质条件和环境情况进行调查，并采取相应的加固保护措施。根据工具头前方设置的测力装置，掌握顶进压力，保持顶进压力与前端土体压力的平衡。顶管时在顶入管与土体之间存在的空隙，有可能导致土体的沉落。为此，必须及时在空隙中压注泥浆，边顶进边压浆，还要在中间补浆，使在项管中形成完整的泥浆套，既消除了空隙，又能平衡其上土体之自重，防止沉落。施工结束及时注入水泥浆置换润滑泥浆，可利用混凝土管上预设的注浆孔对土层进行填充物压注，以提高土层的密实度，减少土层的地面沉降量。此外，要严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏，避免因渗漏引起的土层流失，并最终导致地面沉降。
5结束语
矩形盾构隧道技术具有断面利用率大、施工成本低、覆土浅等优点，已在城市车行地道、人行地下通道、排水管道等工程应用广泛。但对于在地面以下进行的非开挖技术，其施工还是一定的难度，在施工过程中，只要做好以上关键技术，控制好各种施工问题，必定能顺利竣工。
参考文献
[1]董四海.泥水平衡顶管下穿铁路的施工技术[J].科技向导，2015（09）：261.
[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，2010，10
论文作者:张震
论文发表刊物: 《建筑学研究前沿》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/26
标签：泥浆论文; 顶管论文; 泥水论文; 管道论文; 工具论文; 矩形论文; 千斤顶论文; 《建筑学研究前沿》2017年第10期论文;