劉龍衛(wèi)， 薛發(fā)亭， 劉常利

(中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司， 重慶 401120)

1 工程意義

頂管法施工技術(shù)無論是在理論研究、設(shè)備研發(fā)，還是在施工過程控制和工藝水準(zhǔn)等方面，均已相對成熟。目前，已建成的最大頂管隧道均為2車道(寬度10 m左右)。隨著城市的發(fā)展，2車道已無法滿足城市快速路、主干道交通功能，需向更大、更高斷面發(fā)展。嘉興下穿南湖大道矩形頂管隧道寬度從10 m級別提升到15 m，開創(chuàng)了頂管法施工3車道隧道的先河。

超大斷面矩形頂管的成功應(yīng)用，有效解決了城市主干道—南湖大道封閉施工問題，確保嘉興南大門暢通，施工不封路、不斷流、不影響路面交通，施工過程環(huán)保、低噪音。為超大斷面矩形頂管、盾構(gòu)等設(shè)備制造及應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)，為解決后續(xù)節(jié)點(diǎn)施工“斷頭路”、下穿道路等提供了新方案，也為地鐵車站、地下空間開發(fā)等提供了新的設(shè)計(jì)思路，有助于將頂管法施工技術(shù)推廣到地下工程的各個(gè)領(lǐng)域。

2 工程概況

2.1 工程概況

嘉興市市區(qū)快速路環(huán)線工程(一期)土建3標(biāo)位于浙江省嘉興市南湖區(qū)，線路全長2 079 m。其中，下穿南湖大道區(qū)段采用矩形頂管法施工，頂管斷面尺寸為14.8 m×9.426 m，頂管段落長100.5 m，兩側(cè)布置工作井，始發(fā)井位于南湖大道西側(cè)，到達(dá)井位于南湖大道東側(cè)，南北線結(jié)構(gòu)凈距1.2 m，埋深5.68～6.54 m，坡度5‰下坡，先頂進(jìn)北線，到達(dá)到達(dá)井后拆運(yùn)至始發(fā)井二次始發(fā)頂進(jìn)南線。頂管工程平面位置見圖1，橫斷面見圖2，工作井工程和頂管工程設(shè)計(jì)參數(shù)見表1和表2。

表1 工作井工程設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 頂管工程設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 頂管工程平面位置圖

圖2 頂管段標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖 (單位： mm)

2.2 地質(zhì)水文情況

2.2.1 地質(zhì)情況

本工程地處長江三角洲沖湖積區(qū)域，區(qū)內(nèi)第四系為一套河流沖積及河湖相、濱海相松散沉積物，總厚度可達(dá)190 m左右。頂管工程穿越的土層自上而下主要特性描述如下： ①3路基填土，成分雜，工程性質(zhì)較差; ③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑，具高壓縮性、高靈敏度、易觸變等特點(diǎn)，主要軟土層之一; ④1粉質(zhì)黏土，硬可塑，中等壓縮性，干強(qiáng)度高，韌性高，物理力學(xué)性質(zhì)較好; ④2砂質(zhì)粉土，中密，中等壓縮性，物理力學(xué)性質(zhì)較好; ⑥2粉砂，中密，中壓縮性，物理力學(xué)性質(zhì)較好。

頂管穿越的土層主要為④1粉質(zhì)黏土、④2砂質(zhì)粉土，其地質(zhì)縱斷面見圖3，地基土物理力學(xué)性質(zhì)見表3。

圖3 地質(zhì)縱斷面圖

表3 地基土物理力學(xué)性質(zhì)

2.2.2 水文條件

擬建場地地下水類型主要為賦存于淺部地層的孔隙潛水及賦存于深層砂土層中的弱承壓水。

1)潛水穩(wěn)定水位埋深為0.5～1.0 m。

2)承壓水： ④2層承壓水水位埋深為3.52 m，相應(yīng)的標(biāo)高為-1.27 m; ⑥2層承壓水水位埋深為4.20 m，相應(yīng)的標(biāo)高為-0.81 m。

2.3 工程特點(diǎn)及重難點(diǎn)

2.3.1 工程特點(diǎn)

1)大。斷面尺寸為14.8 m×9.426 m，斷面面積為123 m2。

2)重。主機(jī)質(zhì)量約為770 t,單節(jié)管節(jié)質(zhì)量為140 t。

3)淺。頂管隧道頂部埋深5.68～6.54 m，是跨徑的40%，屬超淺覆土施工。

4)小。小凈距隧道，左右線凈距1.2 m。

5)3車道。首次采用超大斷面矩形頂管施工3車道隧道。

2.3.2 工程重難點(diǎn)

1)淺埋、軟土富水地層超大斷面矩形頂管及附屬設(shè)備研究、制造。針對本工程超大斷面、超淺覆土、富水軟土等特點(diǎn)，頂管機(jī)設(shè)計(jì)、制造需在盾體強(qiáng)度、超大頂力、多刀盤組合開挖、土艙土壓平衡、三螺機(jī)出土、姿態(tài)控制等方面進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新。因此研究、制造滿足本工程施工的超大頂管設(shè)備是本工程的重點(diǎn)。另外，超大尺寸、大跨度管節(jié)及吊裝孔設(shè)計(jì),以及管節(jié)水平運(yùn)輸、垂直下井、翻身是本工程重難點(diǎn)。

2)超淺覆土、小凈距施工技術(shù)及地表、管線沉降控制技術(shù)。矩形頂管下穿城市主干道南湖大道，頂管頂部埋深5.68～6.54 m，屬超淺覆土掘進(jìn)施工，頂管穿越地質(zhì)條件差，地下水位穩(wěn)定埋深0.5～1.0 m，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。隧道左右線凈距1.2 m，施工中減小左右線相互影響，特別是后頂進(jìn)隧道對先行隧道的影響是本工程的重難點(diǎn)。

隧道頂部分布著6條市政管線，頂管斷面大，成拱效應(yīng)差，土壓控制難度大，同時(shí)易產(chǎn)生背土效應(yīng)，因此頂管施工如何控制下穿道路、管線沉降，確保掘進(jìn)安全是本工程的重難點(diǎn)。

3)超大、超重、長距離頂進(jìn)姿態(tài)控制及減阻技術(shù)。頂管主機(jī)質(zhì)量為770 t，機(jī)頭重心靠前，且施工為5‰下坡頂進(jìn)，在軟土地層易發(fā)生“栽頭”現(xiàn)象；矩形頂管偏載以及土壓不平衡等原因?qū)е伦藨B(tài)控制難度大，影響隧道成型質(zhì)量，姿態(tài)控制及糾偏難度大。另外，隨著頂進(jìn)長度的增加，頂推力增大，施工中需做好減阻泥漿的配制及應(yīng)用，以減小管節(jié)摩擦力、降低頂推力，確保在設(shè)備額定頂推力之內(nèi)。

4)頂管安全始發(fā)、到達(dá)。頂管始發(fā)和到達(dá)段土體由上而下為含水豐富的①3雜填土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1粉質(zhì)黏土、④2砂質(zhì)粉土，地下水位高。頂管在始發(fā)、到達(dá)過程中可能發(fā)生漏滲水，甚至涌水、涌砂，造成水土流失，引起地面沉降變形過大，造成不良社會影響和經(jīng)濟(jì)損失，因此頂管如何順利始發(fā)、安全到達(dá)是本工程的重難點(diǎn)。

3 頂管研究創(chuàng)新

本項(xiàng)目采用1臺多刀盤輻條式土壓平衡頂管，頂管尺寸14 820 mm×9 446 mm，總功率2 207.5 kW。刀盤轉(zhuǎn)矩2 005 kN·m(1組)+2 548 kN·m(1組)+1 238 kN·m(4組)+657 kN·m(2組)+486 kN·m(4組)+77 kN·m(2組)，前6后8多刀盤裝置，開挖率達(dá)到89%，攪拌率達(dá)到70%。刀盤最大轉(zhuǎn)速1.0～3.8 r/min，最大推進(jìn)速度40 mm/min，切刀和先行刀采用高耐磨的硬質(zhì)碳鎢合金刀具，以適應(yīng)各類土體；配備良好的泡沫和膨潤土、觸變泥漿注入系統(tǒng)。頂管具體參數(shù)詳見表4，頂管實(shí)景見圖4。

表4 超大斷面類矩形土壓平衡頂管

(a) 正面圖 (b) 側(cè)面圖

3.1 多刀盤組合式開挖

采用前6后8多刀盤開挖系統(tǒng)，開挖率達(dá)到89%，攪拌率達(dá)到70%，渣土流動攪拌充分，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)掌子面的穩(wěn)定支撐，多刀盤能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)糾偏以及高效出渣。

在多刀盤及盾體切刀的基礎(chǔ)上，采用水切削及風(fēng)鉆等處理方式，能達(dá)到盲區(qū)全斷面切削。刀盤開挖及攪拌示意圖見圖5。

(a) 開挖 (b) 攪拌

3.2 減阻泥漿自動補(bǔ)償系統(tǒng)

盾體采用自動減摩系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在前盾及尾盾共設(shè)置56個(gè)注漿減摩孔，利用上位機(jī)及自動球閥控制，通過設(shè)置固定的間隔時(shí)間、停止壓力或不同的注入模式，來實(shí)現(xiàn)減摩泥漿的自動注入，實(shí)現(xiàn)同步注漿自動控制。 泥漿自動補(bǔ)償系統(tǒng)及實(shí)景圖見圖6。

(a) 泥漿自動補(bǔ)償界面 (b) 泥漿系統(tǒng)實(shí)景

3.3 三螺機(jī)出渣系統(tǒng)

優(yōu)化單個(gè)螺機(jī)設(shè)計(jì)，采用三螺機(jī)出渣系統(tǒng)，能夠滿足大跨度斷面出渣，采用收渣設(shè)計(jì)能夠提高出渣效率，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)輔助糾偏的功能，通過3個(gè)螺機(jī)協(xié)調(diào)控制出土量，減小土艙壓力波動。三螺機(jī)實(shí)景及示意圖見圖7。

(a) 實(shí)景 (b) 示意圖

3.4 高效翻身及快速定位

翻身工序采用管節(jié)與垂直吊具整體吊裝翻轉(zhuǎn)的方式，采用重心偏心設(shè)計(jì)，保證翻轉(zhuǎn)過程中的高效與安全。下井利用龍門吊限位裝置及紅外感應(yīng)確?？焖?、精準(zhǔn)定位，管節(jié)翻身示意圖如圖8所示。

(a) 側(cè)面圖 (b) 正面圖

4 施工關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 淺覆土、小凈距及沉降控制施工技術(shù)

頂管隧道頂部埋深5.68～6.54 m，是跨徑的40%。軟土地層超淺覆土施工易發(fā)生地表、管線沉降，影響道路行車安全及地下管線安全。隧道左右線凈距1.2 m，施工中需減小相互影響，控制整體位移。

4.1.1 三螺機(jī)雙閘門出渣系統(tǒng)動態(tài)調(diào)整控制技術(shù)

1)采用三螺機(jī)設(shè)計(jì)，通過控制螺機(jī)出土量、出土部位，減小土艙壓力波動；同時(shí)通過控制各個(gè)刀盤轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，動態(tài)調(diào)整土艙壓力；另外，加強(qiáng)渣土管理，嚴(yán)格控制出土量，形成正常的土壓平衡。螺旋輸送機(jī)采用雙閘門，控制噴涌。

2)根據(jù)地表沉降數(shù)據(jù)及時(shí)修正膨脹系數(shù)，控制出土量，同時(shí)根據(jù)類似地層的頂管施工經(jīng)驗(yàn)，利用泡沫、膨潤土等進(jìn)行渣土改良，并試驗(yàn)確定合適的配合比。

4.1.2 洞門止退及拱背打土輔助施工技術(shù)

1)止退裝置使用。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測，每次拼裝管節(jié)主頂油缸回縮后，管節(jié)回退20～30 cm。當(dāng)頂管和管節(jié)往后退時(shí)，機(jī)頭和前方土體間的土壓平衡受到破壞，掌子面得不到穩(wěn)定支撐，易引起土體坍塌、地表沉降。為了防止管節(jié)后退，在洞門兩側(cè)各安裝 1 套止退裝置，當(dāng)拼裝管節(jié)時(shí)，將管節(jié)吊裝孔、止退立柱通過鐵銷連接，防止管節(jié)回退。同時(shí)，為減少管節(jié)的后退力，在止退前應(yīng)將正面土壓力釋放到0.09 MPa左右(頂管中心埋深約10 m)。

2)拱背打土沉降控制措施。利用高壓打土泵在拱頂沉降區(qū)域補(bǔ)充打土，將超挖、塌陷等土層補(bǔ)充回填，使已沉降地表回升。打土量及打土泵壓力根據(jù)地表沉降數(shù)據(jù)、范圍及監(jiān)控量測數(shù)據(jù)確定。

4.1.3 減小拱頂背土及糾偏影響

超大斷面矩形頂管因矩形斷面特點(diǎn)，隨著推進(jìn)長度的加大，黏附土體增多，造成頂管推進(jìn)困難，同時(shí)地層發(fā)生較大的壟沉，即“背土”效應(yīng)，其影響范圍如圖9所示。

D0為隧道高度; H為隧道埋深; h1為背土影響高度; φ為土體內(nèi)摩擦角; B為隧道寬度; 2a1為總影響寬度。

為防止拱頂背土現(xiàn)象造成地表沉降過大，在頂管周圍注入觸變泥漿，形成良好的泥漿套，以減小頂管與地層之間的摩阻力；同時(shí)，頂管設(shè)計(jì)制造時(shí)，在頂管切口環(huán)處增加帽檐結(jié)構(gòu)，在帽檐結(jié)構(gòu)內(nèi)和鉸接處預(yù)留觸變泥漿孔。

頂進(jìn)施工中針對實(shí)際情況采取“勤測勤糾”、“小角度糾偏”等糾偏措施，糾偏不能大起大落。產(chǎn)生較大偏差時(shí)，糾偏系統(tǒng)以適當(dāng)?shù)那拾霃街鸩秸{(diào)整到軸線上來，盡量避免猛糾造成相鄰2段形成大的夾角。

4.1.4 小凈距隧道施工措施

本頂管隧道左右線凈距1.2 m，為減小后行隧道對前行隧道的影響，先行隧道貫通后采用預(yù)留螺栓全部剛性連接，形成整體；其次，水泥漿液置換觸變泥漿，同時(shí)持續(xù)加壓注漿加固土體，使隧道整體與周邊土體固結(jié)密實(shí)。中間土體經(jīng)加固后，抗剪強(qiáng)度增大。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)上述處理后，后續(xù)頂管施工對先行隧道及中間土體基本無影響。

4.2 富水軟土地層長距離頂進(jìn)減阻泥漿及自動補(bǔ)償技術(shù)

軟土地層受地質(zhì)、頂管質(zhì)量等影響，頂推阻力增加較大，在施工過程中，通過同步注減阻泥漿，在頂管和隧道周圍形成泥漿套是頂管隧道主要減阻技術(shù)措施。

4.2.1 減阻護(hù)壁泥漿材料比選

根據(jù)試驗(yàn)，對目前常用3種膨潤土原材料進(jìn)行比選： 復(fù)合型納基膨潤土、復(fù)合型鈣基膨潤土、復(fù)合型普通膨潤土，具體見圖10。通過對比3種膨潤土，初步判定復(fù)合型納基膨潤土呈黏稠狀，感官質(zhì)量較好。

(a) 復(fù)合型納基膨潤土 (b) 復(fù)合型鈣基膨潤土 (c) 復(fù)合型普通膨潤土

4.2.2 減摩泥漿配合比試驗(yàn)及性能指標(biāo)研究

為了確定何種膨潤土最適合本項(xiàng)目頂管工程，對目前常用3種膨潤土進(jìn)行配合比試驗(yàn)，試驗(yàn)摻量分別為：2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%，測定不同摻量下的黏度值，以及各自的失水量和析水率，具體變化規(guī)律如圖11所示。

(a) 復(fù)合型納基膨潤土 (b) 復(fù)合型鈣基膨潤土 (c) 復(fù)合型普通膨潤土

結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，初步設(shè)定泥漿試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)： 泥漿黏度>60 s、析水率<0.3%、失水量<15 cm3/30 min。由圖11可以得出，復(fù)合型納基膨潤土摻量在10%時(shí)，可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；復(fù)合型鈣基膨潤土摻量在12%時(shí)，可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；復(fù)合型普通膨潤土摻量在15%時(shí)，可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。綜合經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)量等多方面因素考慮，最終采用復(fù)合型納基膨潤土。

4.2.3 泥漿自動補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用

人工壓注減阻漿液具有隨意性和盲目性，注漿壓力、注漿時(shí)間、間隔時(shí)間均不能得到準(zhǔn)確控制，效果不甚理想。泥漿自動控制系統(tǒng)通過設(shè)置注漿壓力、注漿時(shí)間、注漿間隔等參數(shù)后，利用上位機(jī)及自動球閥控制系統(tǒng)，從而達(dá)到自動控制注入泥漿的目的，能有效確保減阻效果。

通過對頂管第14～17環(huán)泥漿注入和停止時(shí)間與頂推力進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，如圖12和圖13所示，得到變化曲線關(guān)系，并進(jìn)一步分析注漿時(shí)間、間隔時(shí)間。

圖12 頂推力隨注漿時(shí)間變化規(guī)律

圖13 頂推力隨注漿停止時(shí)間變化規(guī)律

由圖12可以看出： 頂推力隨著注漿時(shí)間的增加而減小，第14環(huán)在注漿時(shí)間達(dá)到80 s時(shí)，第15環(huán)在注漿時(shí)間達(dá)到100 s時(shí)，第16、17環(huán)在注漿時(shí)間達(dá)到120 s時(shí)，頂推力下降緩慢、趨于穩(wěn)定。故設(shè)定泥漿注漿時(shí)間取上述4環(huán)平均時(shí)間105 s。

由圖13可以看出: 當(dāng)?shù)?4環(huán)停止注漿30 s后、第15環(huán)停止注漿35 s后、第16環(huán)停止注漿30 s后、第17環(huán)停止注漿35 s后，頂推力隨著停止時(shí)間快速上升，幅度較大，因此設(shè)定注漿間隔時(shí)間取上述4環(huán)平均間隔時(shí)間為33 s。

因底部土壓最大，根據(jù)土壓傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)定注漿壓力停止值為0.3 MPa。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)分析，最終得出減摩泥漿注入的時(shí)間、間隔時(shí)間及停止注入的壓力，將上述參數(shù)輸入自動注漿系統(tǒng)，得到自動注漿界面參數(shù)，如圖14所示。

圖14 自動注漿界面參數(shù)設(shè)定

4.3 超大、超重、長距離頂進(jìn)姿態(tài)控制技術(shù)

4.3.1 頂管雙線姿態(tài)控制情況

1)頂管北線姿態(tài)控制情況。頂管段設(shè)計(jì)線路為5‰的直線下坡，北線頂進(jìn)姿態(tài)如圖15所示，頂管管節(jié)掘進(jìn)至第7環(huán)(進(jìn)洞11 m，前盾出加固區(qū)1.5 m位置)，頂管“栽頭”現(xiàn)象逐漸明顯，垂直姿態(tài)由-30 mm，推進(jìn)至24環(huán)時(shí)垂直姿態(tài)已達(dá)到-92.9 mm。通過措施糾偏，推進(jìn)至第53環(huán)，頂管設(shè)計(jì)值與實(shí)際值保持統(tǒng)一，完成糾偏。

圖15 頂管北線垂直姿態(tài)設(shè)計(jì)與實(shí)際對比圖

2)頂管南線姿態(tài)控制情況。根據(jù)頂管北線施工經(jīng)驗(yàn)，為確保頂管姿態(tài)，頂管在出加固區(qū)前進(jìn)行提前調(diào)向，確保頂管姿態(tài)始終比設(shè)計(jì)線路高出10～20 mm。由于地層較軟，第28～45環(huán)也發(fā)生頂管整體下沉現(xiàn)象，通過“勤糾微糾”以及其他糾偏措施，姿態(tài)偏差始終保持在30 mm之內(nèi)，南線頂管垂直姿態(tài)設(shè)計(jì)與實(shí)際對比如圖16所示。

圖16 頂管南線垂直姿態(tài)設(shè)計(jì)與實(shí)際對比圖

4.3.2 姿態(tài)偏差原因分析

1)頂管隧道斷面為矩形，頂管長度較短(7.2 m)且質(zhì)量較大(770 t)，頂管前盾(含刀盤)質(zhì)量約440 t,盾體重心靠前，且與管節(jié)為軟連接，頂管掘進(jìn)施工過程中，極易出現(xiàn)頂管“載頭”。

2)頂管隧道斷面大，掌子面地層上下地質(zhì)及水壓力差異大，施工過程中易出現(xiàn)土艙各點(diǎn)壓力不均且不連續(xù)，導(dǎo)致土艙左、右側(cè)或上、下側(cè)壓力不平衡，造成頂管隧道軸線偏差。

3)頂管隧道一次性頂進(jìn)距離長，隨著頂進(jìn)距離增加，頂管隧道柔性也增加，在掘進(jìn)過程中極易出現(xiàn)擺動。

4.3.3 姿態(tài)偏差的解決措施

1)鉸接糾偏。在超大斷面類矩形頂管施工過程中，鉸接糾偏是最直接、最有效的姿態(tài)控制方法之一。鉸接油缸位置的放置需考慮調(diào)向的靈敏性和盾體穩(wěn)定的導(dǎo)向作用方面要求。超大矩形頂管前盾的長度較短，使鉸接力能夠有效地傳遞到刀盤，便于轉(zhuǎn)向。正常掘進(jìn)時(shí)，鉸接油缸全部收回，以防頂管姿態(tài)發(fā)生偏差。當(dāng)頂管姿態(tài)發(fā)生偏差時(shí)，將發(fā)生偏差側(cè)的鉸接油缸進(jìn)行伸長，以調(diào)整頂管姿態(tài)。同時(shí)，將相應(yīng)側(cè)的用于與頂管和管片連接的拉桿松動，以利于頂管姿態(tài)的調(diào)整。

頂管南線和北線鉸接油缸偏差與機(jī)頭垂直姿態(tài)關(guān)系如圖17和圖18所示。機(jī)頭在發(fā)生“栽頭”后，立即調(diào)整糾偏油缸，下部油缸伸出長，上部伸出短，上下偏差按2 cm/節(jié)速率遞增，最終在鉸接底部油缸比頂部油缸伸長量大15 cm時(shí)，姿態(tài)調(diào)整為向上的趨勢。因軟土地層，正常段鉸接偏差控制在6 cm，可以保證頂管按設(shè)計(jì)縱坡推進(jìn)。

圖17 頂管北線鉸接油缸偏差與機(jī)頭垂直姿態(tài)關(guān)系對比圖

圖18 頂管南線鉸接油缸偏差與機(jī)頭垂直姿態(tài)關(guān)系對比圖

2)打泥糾偏。當(dāng)頂管發(fā)生中線偏差或滾轉(zhuǎn)、鉸接糾偏能力不足時(shí)，可借助于盾體及管節(jié)上預(yù)留的打泥注入系統(tǒng)，在需要的位置向地層注入黏土，調(diào)整頂管周圍的地層壓力，依靠地層壓力的偏差和地層的微量壓縮性進(jìn)行糾偏。如圖19所示，當(dāng)頂管出現(xiàn)“栽頭”現(xiàn)象時(shí)，通過在底部注入黏土緩慢對頂管進(jìn)行抬升。黏土一般采用地層改良后的黏土攪拌膨潤土使之剛好具備流動性和一定黏度，注入后不易壓實(shí)，過程中不間斷注入，緩慢抬升頂管。由于頂管為類矩形頂管，當(dāng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)刀盤、出渣調(diào)整效果不明顯時(shí)，采用打泥糾偏較為有效。當(dāng)頂管發(fā)生順時(shí)針扭轉(zhuǎn)時(shí)，通過向頂管盾殼對應(yīng)位置打泥，且保證注入一定量的泥土，可達(dá)到糾偏目的。

圖19 打泥糾偏

4.4 頂管安全始發(fā)、到達(dá)關(guān)鍵技術(shù)

4.4.1 坑內(nèi)外輔助降水措施

始發(fā)井內(nèi)布置3口混合井，坑外布置4口混合井；到達(dá)井內(nèi)布置3口混合井，坑外布置4口混合井；混合井兼觀察井，具有降水和觀測功能，井深均為36 m，井直徑550 mm，井管直徑273 mm。工作井四邊各布置1個(gè)水位觀測孔，孔深26 m?？觾?nèi)降水井基坑開挖前15 d開始降水，底板施工時(shí)封閉；坑外降水井在頂管機(jī)掘進(jìn)前15 d開始降水，保證頂進(jìn)安全。始發(fā)到達(dá)降水井平面布置如圖20所示。

圖20 始發(fā)到達(dá)輔助降水井平面布置 (單位： m)

4.4.2 短套箱+雙層簾布洞門密封技術(shù)

洞門密封采用30 cm長短套箱及雙層橡膠簾布+雙層壓板，為防止泥漿從洞門雙層壓板間空隙流出，在短套箱上預(yù)埋注漿管，通過注盾尾油脂或濃泥漿，起到洞門密封作用。洞門密封如圖21所示。

(a) 大樣圖 (b) 實(shí)景圖

4.4.3 洞門分層鑿除措施

整個(gè)洞門分成12個(gè)區(qū)域，洞門鑿除采用人工手持風(fēng)鎬分區(qū)、分層、分塊逐步鑿除，鑿除順序?yàn)棰佟凇邸堋荨?，具體見圖22(a)。洞門鋼環(huán)支撐及腳手架平臺，見圖22(b)。鑿除施工順序?yàn)椋?破除始發(fā)井洞門地連墻內(nèi)側(cè)混凝土保護(hù)層—割除地連墻井內(nèi)側(cè)鋼筋—破除地連墻800 mm厚水下C30混凝土(先上后下)—割除地連墻井外側(cè)鋼筋(刀盤推至洞口)—拆除腳手架，清理場地。

(a) 鑿除順序 (b) 洞門鋼環(huán)支撐及腳手架平臺

在類矩形頂管確定始發(fā)推進(jìn)前(刀盤推至距洞門密封裝置約600 mm左右)，檢查洞門凈空尺寸，確保不得有殘留的鋼筋侵入洞門凈空。在確保頂管能正常推進(jìn)后，及時(shí)將頂管刀盤頂上掌子面，防止掌子面垮塌。

5 工程主要技術(shù)創(chuàng)新

1)軟弱沉積層淺埋3車道超大斷面矩形頂管施工工法。通過本項(xiàng)目成功實(shí)施，針對3車道15 m級斷面矩形頂管，形成一整套完善的施工技術(shù)及施工工法，填補(bǔ)國內(nèi)外在該方面施工技術(shù)和理論計(jì)算的空白。

2)超大斷面矩形頂管及附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造。針對本工程超大斷面、超淺覆土、富水軟土等特點(diǎn)，頂管在盾體強(qiáng)度、超大頂力、多刀盤組合開挖、土倉土壓平衡、三螺機(jī)出土、姿態(tài)控制、管節(jié)翻身定位等方面進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新。

3)通過三螺機(jī)雙閘門出渣系統(tǒng)順利應(yīng)用，洞門止退及拱背打土輔助措施，防止拱頂背土及勤測勤糾，以及小凈距隧道順利實(shí)施，總結(jié)出超淺覆土、小凈距施工技術(shù)及地表、管線沉降控制施工技術(shù)。

4)富水軟土地層長距離頂進(jìn)減阻泥漿及自動補(bǔ)償技術(shù)。采用自動減摩系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在前盾及尾盾設(shè)置56個(gè)注漿減摩孔，每節(jié)管節(jié)設(shè)置16或18個(gè)注漿減摩孔，利用上位機(jī)及自動球閥控制，通過設(shè)置固定的間隔時(shí)間或不同的注入模式，實(shí)現(xiàn)同步注漿自動控制，確保注漿質(zhì)量。

5)富水軟土地層超大、超重、長距離頂進(jìn)姿態(tài)控制技術(shù)。頂管主機(jī)質(zhì)量為770 t，機(jī)頭重心靠前，且施工為5‰下坡頂進(jìn)，在軟土地層易發(fā)生“栽頭”現(xiàn)象，在北線隧道頂進(jìn)中，最大“栽頭”達(dá)-92.9 mm。通過鉸接糾偏、打泥糾偏、出渣糾偏、頂進(jìn)油缸糾偏等組合控制技術(shù)達(dá)到姿態(tài)糾偏目的，特別對鉸接糾偏時(shí)鉸接油缸行程差大小與姿態(tài)偏差的關(guān)系進(jìn)行研究和總結(jié)。

6 工期及獲得榮譽(yù)

6.1 工程工期

北線隧道于2020年6月28日始發(fā)，2020年8月18日到達(dá)。

南線隧道于2020年9月20日始發(fā)，2020年10月21日到達(dá)。

6.2 獲得榮譽(yù)

發(fā)明專利1項(xiàng)，實(shí)用新型專利5項(xiàng)。

7 工程參建單位

建設(shè)單位： 嘉興市快速路建設(shè)發(fā)展有限公司

勘察、設(shè)計(jì)單位： 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司

施工單位： 中鐵隧道局集團(tuán)有限公司

監(jiān)理單位： 上海同濟(jì)市政公路工程咨詢有限公司