中铁隧道局集团路桥工程有限公司 天津 300308
摘要：管慕在一定跨度范围内可作为独立承担全部水土压力、适应任何断面隧洞的结构特点。本文以北京市地铁浅埋暗挖车站管慕施工为例子，管慕施工进行了论述。
关键词：管慕；浅埋暗挖；沉降
引言
随着城市建设发展，越来越多的城市采用轨道交通来缓解城市地面交通压力，受地面交通的影响，越来越多的城市地铁车站施工将采用浅埋暗挖工艺进行施工。但因城市路面交通繁华、地下管线布置复杂，在暗挖施工过程中如何控制管线、地表沉降来是浅埋暗挖工艺成功的关键。
1 工程概况
北京地铁19号线某车站体结构总长225.45m，采用14m岛式站台，标准段宽25.10m，车站南端局部宽26.29m。结构顶板覆土约6.78～7.23m，底板埋深20.70～21.15m，主体结构采用超浅埋棚盖暗作法施工，用于棚盖结构钢管施工的先行小导洞拱顶最小覆土约4.3 m。
车站地面交通繁忙、周边上方附近地下管线较多，有雨水、污水、热力、电力等管线。其中热力方沟与暗挖初支水平净距为2.13～14.05m；电力、雨水管、污水管、燃气管等管线管底与先行导洞初支竖向净距约0.65~2.5m左右。
2 管慕施工方案
本工程管幕施工采用螺旋出土顶管施工。边顶进边出土，在隧道边墙上方按顺序分节顶进Φ402mm钢管，分节长度2.0m～2.8m，管节接头处采用焊接连接，最后在钢管内用C30水泥砂浆进行灌注密实。
2.1螺旋式导向顶管原理
先顶进楔形无线导向杆（导向钻头直径略小于管幕钢管直径、钻杆长2.6m），随后连接相应的螺旋钻杆（螺旋钻杆通过锥扣联接，为中空结构，作为导向激光通道），管幕钢管直接作为螺旋钻杆直径的外套管，通过液压泵站使顶管机动力头旋转，同时配以顶管机的油缸将工作钢管徐徐顶入土体。管棚、管幕施工时通过外套管与螺旋钻杆之间的螺旋空间出土。
2.2顶管施工特点及适用范围
⑴安全性高：出土和顶进同步进行，钢管跟土体之间无缝隙，对地层扰动小。
⑵适用性强：砂卵石、粉细砂、粘土、回填地层都可以施工，可以灵活改变钻杆以及机器尺寸，场地条件限制小。
⑶精度高：管幕打设精度为±3‰。
2.3顶力计算
按本工程最大管径（402mm），和最大埋深7m计算推力的理论计算：
F=F1十F2 （其中 F—总推力 Fl一迎面阻力 F2—顶进阻力）
F1＝π/4×D2×P；（D：钢管管外径0.4m；P：控制土压力，P＝Ko×γ×Ho；Ko：静止土压力系数，一般取0.55；Ho：地面至管幕中心的厚度，取最大值7m，γ：土的湿重量，取1.9t/m3）
计算：F1=3.14/4×0.4×2×7.32＝4.597t
F2＝πD×f×L；（f：管外表面平均综合摩阻力，取0.8t/m2；D：管外径0.4m；L：顶距，取最大值30m）
计算：F2＝3.14×0.4×0.8×30＝30.144t。
故总推力F=4.597+30.144＝34.741t。
本工程选用的TY-LD600-1250型螺旋顶管机的主顶油缸选用2台1000KN级油缸，该机械推力能满足施工要求。后背墙直接利用隧道初支结构，其承受力远大于实际顶力600T。
3 管慕施工方法
3.1施工准备
管幕钻机及作业平台进场后首先在场地外进行安装调试，安装调试完成后对设备进行预作业验收，保证设备运转工作正常后方可运至工作面。洞内运输采用人工方式进行运输，注意运输过程中对管幕设备的保护。管幕钢管按照设计要求同样在洞外进行加工成型，运至现场安装，其它辅助设施进场就位。
3.2测量布点及初支拆除
首先由测量人员使用激光全站仪校检控制桩位，测放出管幕的准确位置并在导洞拱墙上对顶管位置按编号进行标记。放样完成后，采用人工手持风镐对管幕范围内导洞初支混凝土进行拆除，破除尺寸为1.5m*0.45m（长×高），格栅拆除为每次一榀。初支破除根据现场实际进度超前施作。
3.3钻机就位及仪器定位
现场根据钻孔位置确定钻机位置，结合工程管幕的施工范围搭设对应的操作平台。钻机操作平台采用梁式支架，高度根据钻孔高度确定，沿隧道纵向采用可滑动的轨道式结构，滑轨布设根据钻机底座尺寸现场确定。操作平台布设完成要求四周平稳，防止在钻进顶管过程中发生位置偏移造成严重的工程质量和施工安全，钻机位置在调整过程中用水准仪和地质罗盘对钻机进行测量复核标高。在钻机安装完成定位后，在钻机导向杆后方处安装可成像的全站仪对导向钻杆的靶盘进行对位，以便在后续掘进过程中进行纠偏观测。
3.4顶进施工
钻机组装调试完成就位后，调整导向钻杆标靶位置与后方成像仪器中心线轴重合。先顶进端头楔形钻头，导向孔施工结束后应利用仪器对导向孔的水平及竖直方向进行观测及时纠偏。随后跟进螺旋钻杆及第一节钢管，钢管顶入土体后超前楔形钻头，采用欠土顶进方式，边顶进边出土，作业面排出的渣土由专人及时清理。
其中钢管每节长2m～2.8m，钢管连接方式采用焊接，在管幕钢管就位顶进前在现场进行焊接，焊接位置为管幕外斜上方60度.为保证焊接时每节管的水平精度及焊接质量，现场焊接采用爬焊机进行对位焊接，焊接时管外采用靠尺辅以地质罗盘进行对位控制以保证钢管密贴平顺。
顶管过程中应严格控制顶进速度，使顶进速度与出土相协调，以减少顶力，控制管幕顶进过程中对土体的扰动。同时利用钻杆内装入的光学装置，通过全站仪来测量方位，全程观测，及时发现管幕钻进的偏差，通过钻杆及时调整钻头前端的楔形板方向进行纠偏，严格控制孔轴线，确保施工精度。
3.5管内水泥砂浆填充
钢管顶进到位管内渣土清理完成后，在管口采用1cm钢板封端（预留灌浆孔和排气孔，排气孔与灌浆孔上下布置，排气孔在上方布置），然后通过注浆机对管内灌注C30水泥砂浆，注浆导管必须插至管幕前端50cm处，采取后退式注浆，退管与注浆进度协调一致。水泥砂浆填充作业暂定为滞后管幕10根后开始进行施工，根据现场实际情况及检测算据实时进行调整。灌浆终止以注浆量和现场观察溢孔溢浆情况进行双项指标控制，确保管内水泥砂浆填充密实，灌浆过程中控制好填充速度，不宜过快。
3.6管幕外补偿注浆
顶管完成2～3根后及时进行管外补偿注浆，控制地层变形。根据地表监测情况随时进行调整。补偿注浆采用1：1水泥浆进行灌注。严格控制注浆压力小于0.1MPa，加强洞内外巡视，防止注浆对周边管线及路面造成破坏。
3.7钢管连接及二次注浆
当导洞内东西两侧管幕钢管全部完成顶进后，进行钢管连接及二次注浆。连接钢管预留注浆和排气孔。钢管连接前对两侧外露钢管进行长度测量，根据现场实测长度进行加工。连接完成后进行连接部位的二次灌注。
3.8沉降控制效果
导洞内管慕施工完成后，在进行车站开挖过程，监控测量组持续监测地表、及管线沉降监测，监测数据显示，地表及管线累计沉降累计数值均在20mm以内，满足设计要求。
4 控制措施
4.1管体精度控制措施
通过前端的导向钻杆内装有的激光导向装置，由一束红色的激光直至机头尾部的激光靶并，实时跟踪测量方位，原则上每5米进行一次记录（纠偏时每节进行记录），得到偏差值，钻头前端的楔形板可以通过直接顶进来改变钻进轨迹，从而达到纠偏，确保钻孔精度。顶进纠偏必须勤测量，多微调。纠偏角度应保持在1.0°以内，最大不得大于1.5°。2个靶向点移出后方成像靶盘后立即进行纠偏，确保至少一个控制光点在靶盘上。
4.2管体沉降控制措施
⑴钢管的顶进采用欠土方式，禁止光转不顶或光顶不转施工。
⑵控制出土量，根据出土量对孔内是否坍塌进行判断（每延米钻孔出土量理论值为0.370m3）。
⑶通过主机油泵来控制顶进速度，开孔前端不易过快，保持匀速进尺。
⑷通过垂直距离较近的管线时，严禁不旋转直接顶进，并且加强测量的频次。
⑸结合沉降观测及时补注浆。
4.3管内注浆质量控制
钢管内采用C30水泥砂浆加微膨胀剂进行填充。
⑴管正上方安装Φ50mm镀锌管排气孔（如下图所示）；水泥砂浆灌注时导管跟灌注口采用软管连接。
⑵采用后退式灌注法灌注水泥砂浆，并控制灌浆压力，防止端头处地层存在隆起及对临近管线的破坏等风险。
⑶隧道两侧完成管幕注浆后，对两侧钢管进行连接并进行注浆密实，在钢管底部一段预留注浆孔，在另一端顶部预留排气孔以确保浆液密实。
4.4地下管线保护控制
根据管线位置图示意，先行导洞向西管幕上方存在的管路位置情况，在施工前对与管幕位置较近的管道和水井进行施工前调查，着重调查清楚水井和污水管道的具体方位与标高，并在导洞内相应管幕位置进行标记。管幕施工时，根据先前标记严格进行控制，当管幕顶进位置与管线（井）位置相差1米时，放慢顶进速度并降低旋转顶进动力，加强顶推力的监测，如遇顶推力或者钻头阻力突变时立即停止钻进并进行分析处理。当钻头通过管线（井）底部时采用匀速缓慢顶入，并在相应管线（井）位置安排专人进行盯控，如遇突发事件第一时间通知洞内作业人员停止施工采取相应措施并。
5 结论与谈论
在浅埋暗挖施工中地铁，采用管慕施工方案进行加固，可使地面及地下管线沉降得到有效控制，保证车站主体结构施工时地面交通畅通、地下管线安全，结构施工安全、工程质量、施工进度满足设计要求，同时，也取得良好得社会效益、经济效益和环境效益。
论文作者:饶晓强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/29
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