软土地层顶管穿越复杂管线关键施工技术探讨

李 炎

（中铁十五局集团城市建设工程有限公司 河南洛阳 471000）

随着城市化发展的不断加快，地面交通已经不能满足人们日常通勤的需求，地铁[1-3]作为一种运量大、快速、准时的轨道交通，近年来在全国一二线城市发展迅速，截止2019年，地铁已在全国43个城市开通运营。顶管法作为一种非开挖式技术，成为地铁建设过程中常见的施工方法之一。由于市政管线空间位置复杂，顶管施工[4,5]需严格控制施工参数和方法。本文依托上海沈梅路站出口轨道工程，研究探讨了关键施工技术，为今后类似工程提供借鉴意义。

1 工程概况

沈梅路站位于沈梅路以南的沪南公路上，沿沪南呈南北向布置，为地下两层岛式车站，如图1所示。车站南侧的2号出入口需穿越康沈路采用顶管采用施工，3、4号出入口因需要穿越即有管线采用顶管施工。顶管出入口基坑围护均采用Φ800@950mm灌注桩加Φ850@600mm搅拌桩止水帷幕。

图1 沈梅路站平面布置图

2 顶管施工关键技术

2.1 顶管施工测量

2.1.1 平面控制测量

（1）按顺序复测控制导线点，确定出洞口和进洞口的位置。

（2）采用两个洞口中心线作为矩形顶管的轴线。轴线放线后，通过全站仪投入工作井，作为发射装置定位的中轴线。

（3）现场布设控制网，采用全站仪进行导线点测量。

2.1.2 高程控制测量

（1）高程控制点布设在在出洞口的井上和井下，需定期复测。

（2）施工过程中对顶管机和管节的跟踪测量，实时观察顶管机的偏位和管节的沉降。

2.2 始发顶进

始发顶进分为三个阶段：第一阶段为设备下井就位、安装、调试、安装止水装置；第二阶段为始发顶进洞门凿除；第三阶段为顶管机就位后立即组织对出洞区域的围护桩（即旋喷桩和钻孔灌注桩）进行凿除，围护结构破除后切削加固土、掘进正常推行。其具体施工内容为：

（1）凿除井壁洞口的钢筋混凝土，安装洞门止水

（2）实时控制顶进速度，防止地面塌陷。

（3）顶管机出洞3m范围作为试验段，根据地表沉降情况确定最佳参数。

2.3 顶管正常段施工

2.3.1 施工参数

（1）顶管推进顶力计算

式中：

F——总顶力（kN）；

F1——管道与土层的摩阻力（kN），F1=2（a+b）L′f；

L′——管道顶进长度（m）；

f——管道外壁与土的平均摩阻力（kN/m2）；

F2——顶管机的迎面阻力（kN），F2=abR1；

R1——顶管机下部1/3处的被动土压力。

顶管推进详细参数取值及顶力计算结果如表1所示。

表1 参数取值及顶力计算结果

实际施工中，考虑一些外加的不利因素，实际顶进的最大推力在10000 kN（1000t）左右。

（2）顶管正面土压力的设定

土压力采用朗肯土压力理论进行计算：

式中：

P——管道的侧向土压力；

k0——粉砂土的侧向系数；

γ——土的容重；

z——覆土深度；

P1——超载系数。

正面土压力计算详细参数取值及计算结果如表2所示。

表2 参数取值及土压力计算结果

理论计算的结果只作为土压力的初始值，实际顶进过程中土压力的取值应根据地表沉降实时调整。

2.3.2 顶进轴线控制

顶进过程中顶管轴线控制尤为重要，一旦发现机头偏移，随时纠正。顶进过程中通过安装在后靠墙上的激光经纬仪随时观察顶管机姿态，及时进行调整。

顶进轴线偏差控制要求：高程±50mm；水平±50mm。

2.3.3 地面沉降控制

在顶进过程中，必须严格控制速度，确保不间断施工作业。土压力值由监测数据实时调整，保证最佳状态。

2.3.4 管节减摩

在管道外壁压注触变泥浆[6]并在管节外壁涂刷石蜡，减少土体与管道间摩阻力。

2.3.5 止退装置

由于矩形顶管机断面较大，顶进阻力大，油缸回缩会连带机头和管节后退 20～30cm，原有的土压平衡被打破，开挖面会发生失稳，造成开挖面坍塌，地面和周边管线也会产生竖向变形，直接影响到周边民用设施的正常使用。

现有的方法是在基座的两端增设一个止退装置，在管节回缩时由止退装置顶住管节的后退力，从而避免产生后退量。

2.3.6 出土

本工程出土采用螺旋输送机+轨道土箱+卷扬机+履带吊的形式出土，一节管节的理论出土量为43.8m3，为控制地面沉降，出土量应严格按照理论值实施，确保开挖面土体稳定。出泥量过大会造成前方地面沉降，出泥量过小会造成前面地面隆起。因此，应确保出泥量和取泥量的平衡，从而减少顶进过程对土体的扰动。

2.4 顶管接收

2.4.1 接收井准备

接收井施工结束，及时确认洞门位置，安装接收架，并准备破除接收井洞口的地墙钢筋混凝土。

2.4.2 顶管机位置、姿态的复核测量

顶管机头靠近接收井时，加强轴线测量，按原设计方案实施，确保正常进洞。顶管机以良好的姿态进入洞口，是评估施工方案、轴线控制的关键部分，使顶管机最终能精确的坐落到接收井的基座上。

2.4.3 施工参数调整

由于接收井的洞门和管节之间存在间隙，所以在顶管机的机头进入洞门是会产生土体流失，进而造成地面和管线的沉降，现有方法是通过放慢顶进的速度，放慢出土，以保证顶管机进入洞门时前方土体的稳定。

2.4.4 顶管顶进接收

洞门完全打开前应采用探孔的方式观察洞门四周是否有渗水现象。如发现有大量水流涌出，应立即用木锲及时封堵。采取应急预案，重新制定洞口加固方案，确保施工安全。如未发现渗水，则顶管机按照预定计划匀速前进。如发现有渗水，用降水井进行水位控制。顶管机停机后，尽快分离机体与管节，并封堵洞门。

2.4.5 顶管接收后注浆阶段

洞门封堵完成后，为了减小该区域土体损失，对洞口的间隙作填充处理，注入部位见图2。现场根据实际情况及时调整。

图2 管节与洞门接口图

3 监控量测技术

3.1 监测目的

顶管施工是开挖面土体卸荷导致土体失稳的一个过程，周边土体发生剪切破坏，造成地表和管线发生沉降，随着土体重新固结，场地又趋于稳定。顶管平均覆土为6.4m左右，顶管穿兴业路及高架桥匝道，通道上方密集的重要管线群，故顶管施工过程中对地层沉降控制要求较高。因此，顶管施工过程中监测量测尤为重要。

3.1 监测内容

根据沉降监测的具体要求，结合本工程的具体情况。依据国家相关规范，顶管施工时对以下项目进行监测：

（1）周边道路地表沉降；

（2）给水、燃气、电力、污水、雨水、通信等管线的竖向位移监测；

（3）周边建筑物沉降监测；

（4）地下水位监测。

3.3 监测结果

顶管施工期间管线及地表的累计监测数据如表3所示。结合监测数据与现场巡查情况，顶管施工过程周边环境安全可控。

表3 累计监测数据

由表3可知，由于顶管施工过程中采取了必要的施工技术措施，各种管线沉降位移监测数据均未超过控制值，确保了顶管的顺利推进。

4 结 语

本文以上海沈梅路站出口顶管工程为例，对施工测量、始发顶进、顶管施工、顶管接收等关键技术作了总结说明，施工参数应根据现场情况动态调整。施工期间对地表和管线变形跟踪监测，变形量均未超标情况，说明采取技术措施得当，顶管顶进均在可控范围，说明本项目制定的顶管施工方案切实可行，施工质量满足周边环境保护的要求，