上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

上海軌道交通12號(hào)線漕寶路站2#出入口矩形頂管工程為橫穿漕寶路的南北向地下人行通道，頂管始發(fā)井位于漕寶路南側(cè)場(chǎng)地內(nèi)，由于漕寶路下重要管線密集且鄰近車站，設(shè)置接收工作井將搬遷大量管線，代價(jià)巨大。因此在地下通道施工工藝策劃中，確定了頂管利用車站主體進(jìn)行接收的方式。該通道采用外截面為6 240 mm×4 360 mm的矩形頂管工藝，壁厚500 mm，坡度為0.5%，全長(zhǎng)42.5 m。工程覆土深度約為9.75 m，頂管管底埋深約14.11 m，頂管穿越土層主要為第④1層灰色淤泥質(zhì)黏土（圖1）。

1.2 周邊環(huán)境

眾所周知，頂管工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵技術(shù)之一是控制土層擾動(dòng)引起的地表沉降。2#出入口基坑?xùn)|側(cè)為污水泵站，地下11 m沉井基礎(chǔ)，距離58 m；北側(cè)為漕寶路，人行道路位于圍墻外，距離基坑地下連續(xù)墻邊約10 m，漕寶路下為市政管線，距離基坑最近約16 m；基坑?xùn)|南側(cè)為上海市第八人民醫(yī)院住院部，地上20層，凈距29 m；距離基坑南側(cè)17 m為第八人民醫(yī)院門診大樓。

頂管施工的建（構(gòu)）筑物為2#出入口通道穿越漕寶路，并近距離穿越φ1 200 mm污水管，該污水管為20世紀(jì)80年代建造的混凝土承接管，日流量約1×105m3，埋深約5.7 m，距進(jìn)洞口基坑邊約7 m，距頂管頂距離約3 m，為重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象（圖 2）。

圖1 出入口頂管通道剖面示意

1.3 工程難點(diǎn)

1.3.1 進(jìn)洞安全

1）頂管下穿漕寶路，車流量大，同時(shí)地下土質(zhì)復(fù)雜，受⑤1層砂性土影響，土方開(kāi)挖至頂管底相同標(biāo)高時(shí)，將會(huì)發(fā)生滲漏流砂現(xiàn)象。而進(jìn)洞時(shí)萬(wàn)一發(fā)生流砂，搶險(xiǎn)需封閉漕寶路，對(duì)社會(huì)影響極大。為防止水土流失對(duì)進(jìn)洞附近的污水管造成影響，我們?cè)谶M(jìn)洞端土體旋噴加固基礎(chǔ)上，增加了輔助水平冰凍措施，以提高土體承載力及止水效果（圖3）。

2）頂管機(jī)出洞一般需要單獨(dú)設(shè)置接收井，但為避免搬遷污水管，頂管利用車站主體進(jìn)行接收，取消車站主體外掛接收井，矩形頂管機(jī)拆卸吊離采用 “金蟬脫殼法”。為在洞口部位增強(qiáng)結(jié)構(gòu)密實(shí)度，加強(qiáng)防水效果，決定在進(jìn)洞口現(xiàn)澆段有效長(zhǎng)度7.3 m范圍內(nèi)的頂板和左右側(cè)墻上部0.8 m范圍用高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料進(jìn)行施工，其余部分用自密性混凝土施工。

圖2 污水管剖面位置示意

圖3 水平冰凍剖面示意

1.3.2 穿越安全

頂管頂進(jìn)過(guò)程中，一些主控項(xiàng)目，如頂管機(jī)的姿態(tài)、土壓力的平衡、推進(jìn)速度、出土量、背土現(xiàn)象控制等因素，與周邊環(huán)境控制息息相關(guān)，在控制施工參數(shù)的基礎(chǔ)上，為了以防萬(wàn)一，在φ1 200 mm污水管下增加預(yù)埋的注漿管，作為應(yīng)急備用。車站主體內(nèi)每1.5 m預(yù)埋水平注漿管，注漿管長(zhǎng)8 m，頂管穿越期間若出現(xiàn)沉降預(yù)警，則及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行注漿保護(hù)。注漿過(guò)程中嚴(yán)格控制注漿量、注漿壓力，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)信息化施工[1-3]。

2 頂管施工前期控制措施

2.1 進(jìn)出洞口加固

為確保頂管機(jī)出洞的絕對(duì)安全，需對(duì)后靠土體及進(jìn)、出洞區(qū)域土體進(jìn)行高壓旋噴樁加固。

2#出入口始發(fā)井基坑圍護(hù)采用厚800 mm地下連續(xù)墻，始發(fā)井洞口加固采用φ1 000 mm@700 mm三重管高壓旋噴樁，水泥摻量30%，加固范圍為頂管以上3 m、以下5 m，頂管左右各3 m，加固寬度為4 m，加固后土體28 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu不小于1.2 MPa；后靠加固采用φ1 000 mm@800 mm三重管高壓旋噴樁，水泥摻量30%，加固范圍為頂管以上5 m、以下6 m，頂管左右各5 m，加固寬度為4 m，加固后土體28 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu不小于1.2 MPa；接收井即12號(hào)線漕寶路站車站主體，基坑圍護(hù)采用厚1 200 mm地下連續(xù)墻，洞口加固采用垂直水泥土加固輔助水平冰凍法，垂直水泥土加固平剖面同始發(fā)井洞口加固。

2.2 頂管機(jī)的選型

土壓平衡式頂管機(jī)出土為固體形式，較泥水平衡式頂管機(jī)出土為液體形式在土方處置方面更為便利，故本工程采用TH625PMX-1矩形土壓平衡式頂管機(jī)。

2.3 頂管施工參數(shù)確定

2.3.1 正面土壓力的確定

本工程采用土壓平衡式頂管機(jī)，利用壓力倉(cāng)內(nèi)的土壓力來(lái)平衡開(kāi)挖面的土體，達(dá)到對(duì)頂管正前方開(kāi)挖面土體支護(hù)的目的，并控制好地面沉降。

因此平衡土壓力的設(shè)定是頂進(jìn)施工的關(guān)鍵。土壓力采用Rankine壓力理論進(jìn)行計(jì)算：P=144 kN/m2。

以上數(shù)據(jù)為理論計(jì)算值，只能作為土壓力的最初設(shè)定值，隨著頂進(jìn)的不斷進(jìn)行，土壓力值應(yīng)根據(jù)其他實(shí)際頂進(jìn)參數(shù)、地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作相應(yīng)的調(diào)整[4-6]。

2.3.2 頂進(jìn)速度

出洞加固體頂進(jìn)階段不宜過(guò)快，控制在0～5 mm/min；加固體與非加固體頂進(jìn)階段，控制在5～10 mm/min；軟土頂進(jìn)階段，控制在10～20 mm/min。

2.3.3 出土量

嚴(yán)格控制出土量，防止超挖或欠挖，正常情況下出土量控制在理論出土量的98%～100%，一節(jié)管節(jié)的理論出土量為41 m3，出土采用泵送至地面的集土坑內(nèi)?？紤]泵送加水因素，實(shí)際一節(jié)管節(jié)出土量約在44 m3。頂管工程中，管內(nèi)的出土量要與頂進(jìn)的取土量相一致，出土量大于頂進(jìn)取土量，地面會(huì)沉降，出土量小于頂進(jìn)取土量，地面會(huì)隆起。這都會(huì)造成管道周圍的土體擾動(dòng)，而要做到出土量與取土量一致的關(guān)鍵是嚴(yán)格控制土體切削的尺度，防止超挖。

2.3.4 頂推力計(jì)算

本工程頂管推進(jìn)頂力經(jīng)計(jì)算為：F=（4 872～9 377）kN。

3 頂管頂進(jìn)過(guò)程控制措施

3.1 洞門止水裝置

頂管在進(jìn)出洞口時(shí)，由于工作井預(yù)留洞口與管節(jié)之間存在空隙，如果洞口土體處理不當(dāng)就會(huì)發(fā)生土體涌入工作井內(nèi)，從而造成洞口附近地面發(fā)生塌陷。因此除了對(duì)進(jìn)出洞口處土體加固之外，還需在出洞口安裝洞門止水裝置，防止土體和壓注的觸變泥漿流失造成地面塌陷，該裝置安裝在洞口設(shè)計(jì)預(yù)留法蘭上。常規(guī)出洞止水裝置由橡膠止水圈與翻板組成。本工程出洞止水裝置根據(jù)要求進(jìn)行了重新改進(jìn)，在出洞鋼洞圈外接一個(gè)鋼套圈，內(nèi)設(shè)2道鋼絲板刷及1道簾布橡膠止水裝置，并且加設(shè)油脂壓注孔（圖4）。

圖4 出洞止水裝置

止水裝置裝有壓力傳感器，用壓力表來(lái)顯示并控制加油，顯示低于設(shè)定壓力時(shí)，盾尾油脂泵將自動(dòng)打開(kāi)，進(jìn)行補(bǔ)充油脂并保壓，起到止水效果。

3.2 測(cè)量和糾偏

頂管軸線不順直會(huì)增大摩阻力，牽動(dòng)土體造成土體失穩(wěn)流失。頂進(jìn)時(shí)按設(shè)計(jì)要求的軸線、坡度進(jìn)行，施工過(guò)程中的糾偏措施很重要，主要原則為：勤測(cè)勤糾、小角度糾偏。

3.3 觸變泥漿

觸變泥漿不僅能起到減摩作用，同時(shí)也起到一定的土體穩(wěn)定作用，減少頂管對(duì)沉降的影響。一般頂管機(jī)的外徑較管節(jié)外徑大，頂管機(jī)頂過(guò)后，管節(jié)外圍將產(chǎn)生環(huán)形空隙從而導(dǎo)致地層損失。因此及時(shí)壓漿、充填空隙并在管道外圍形成一個(gè)良好的泥漿套顯得極為重要。

觸變泥漿的用量主要取決于管道周圍空隙的大小、觸變泥漿的失水量大小及頂管地層的土質(zhì)。一般情況下，觸變泥漿的質(zhì)量配合比為：水∶膨潤(rùn)土=（4～5）∶1， 膨潤(rùn)土∶摻合劑=（20～30）∶1 。施工期間要求泥漿不失水、不沉淀、不固結(jié)，既要有一定的黏度，也要有良好的流動(dòng)性。另外，注漿量也是影響減阻效果的重要因素，對(duì)注泵壓力而言，PA代表泥漿套頂端的水壓力和主動(dòng)土壓力，要求注漿壓力保持范圍為：PA≤P≤PA+30（kPa）。施工時(shí)，在壓漿口裝上壓力表，便于觀察、控制和調(diào)節(jié)壓漿的壓力，目標(biāo)控制值為0.3 MPa。

3.4 加密監(jiān)測(cè)

在頂?shù)骄唳? 200 mm污水管7 m時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率由原來(lái)的1天2次增加到1天4次。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確了解周邊環(huán)境的沉降情況，調(diào)節(jié)控制頂管后續(xù)頂進(jìn)過(guò)程中的施工參數(shù)。

4 頂管貫通后控制措施

4.1 置換注漿

頂管結(jié)束后，選用1∶1的水泥漿液，通過(guò)注漿孔置換管道外壁漿液，根據(jù)不同的水土壓力確定注漿壓力，加固通道外土體，消除通道在今后使用過(guò)程中產(chǎn)生不均勻沉降的隱患。

4.2 融沉控制

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和土工試驗(yàn)，凍土融化后其標(biāo)高可能略低于原始地層的標(biāo)高，為減少融沉量，解凍后可在通道內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母欁{，減小凍結(jié)對(duì)周圍環(huán)境的影響。

注漿的順序是先下部后上部，遵循多次、少量、均勻的原則。單孔1次注漿量為0.5 m3，最大不超過(guò)1 m3。一天地層沉降大于0.5 mm或累計(jì)地層沉降大于3 mm時(shí)應(yīng)進(jìn)行融沉補(bǔ)償注漿；地層隆起達(dá)到3 mm時(shí)應(yīng)暫停注漿。若凍結(jié)壁已全部融化且不注漿的情況下，實(shí)測(cè)地層沉降半個(gè)月不大于0.5 mm，一個(gè)月累計(jì)沉降量小于1 mm，即可停止融沉注漿。

5 頂管工程沉降數(shù)據(jù)分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，頂管推進(jìn)結(jié)束后，地表沉降累計(jì)最大變化量-24.69 mm，在警戒值（+10～-30）mm之內(nèi)。管線沉降4個(gè)點(diǎn)報(bào)警，累計(jì)最大變化量-15.32 mm。部分管線測(cè)點(diǎn)超報(bào)警值，是由前期基坑施工和頂管施工沉降變化累加形成，沉降數(shù)據(jù)處于可控范圍內(nèi)。

6 結(jié)語(yǔ)

頂管施工對(duì)于周邊環(huán)境沉降控制，需根據(jù)頂管的施工順序，每個(gè)施工階段都必須有相應(yīng)的措施來(lái)有效地減小土體的擾動(dòng)。結(jié)合漕寶路站2#出入口頂管頂進(jìn)的施工經(jīng)驗(yàn)，主要沉降控制技術(shù)要點(diǎn)如下：

施工前需充分調(diào)查了解工程周邊環(huán)境的詳細(xì)情況，結(jié)合實(shí)際情況再合理地選擇頂管機(jī)機(jī)型。結(jié)合始發(fā)井和接收位置的實(shí)際情況，決定頂管進(jìn)出洞口及后靠的加固形式和是否采取輔助措施如水平冰凍法來(lái)確保進(jìn)出洞時(shí)的安全性。同時(shí)根據(jù)頂管工程的特點(diǎn)，計(jì)算和選定頂管施工時(shí)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)。

頂管頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并根據(jù)每日不同時(shí)段的監(jiān)測(cè)報(bào)表數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)控制在出洞加固體階段、軟土階段及其他不同階段的頂管頂進(jìn)施工參數(shù)。

頂管貫通后，要及時(shí)置換漿液來(lái)控制頂管頂進(jìn)結(jié)束的后續(xù)沉降。對(duì)于采取輔助水平冰凍的情況，需在土體解凍后的凍結(jié)區(qū)域跟蹤注漿，減少凍結(jié)對(duì)周圍環(huán)境的影響[7-10]。