陳朝文（上海建工集團(tuán)股份有限公司， 上海 200023）

1 工程背景

1.1 工程概況

某科技智慧城綜合管廊二標(biāo)段項(xiàng)目位于上海市普陀區(qū)，沿敦煌路、景泰路和永登路敷設(shè)，全長 2.29 km。本工程在景泰路段為單艙管廊，在與永登路的交叉口位置需下穿 3.5 kV 變電站，考慮到頂管施工法在一定的條件下具有優(yōu)越的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能[1]，該段采用頂管施工方案。

頂管直線頂進(jìn)長度為 165.50 m，內(nèi)徑為 3.50 m，壁厚為 0.32 m。選用Φ4 160 mm 泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)，自北向南頂進(jìn)，北側(cè)為工作井，南側(cè)為接收井。頂管覆土厚度為8.6～9.6 m，頂管頂進(jìn)區(qū)間主要穿越 ④1淤泥質(zhì)黏土層。

1.2 地質(zhì)情況

本工程地質(zhì)情況如表 1 所示。地下水屬潛水類型，其補(bǔ)給來源主要為大氣降水和地表徑流?？碧綄?shí)測鉆孔穩(wěn)定地下水位埋深為 0～1.80 m。工作井與接收井位置無承壓水層，基坑無突涌風(fēng)險(xiǎn)。

表1 工程地質(zhì)情況

1.3 工作井和接收井概況

工作井和接收井長 8 m，寬 10 m，采用地下連續(xù)墻，墻厚 800 mm，內(nèi)襯墻墻厚 400 mm，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C 35，抗?jié)B設(shè)計(jì)等級為 P 10。墻縫外側(cè)采用Φ2 200 mm的 MJS 工法（全方位高壓噴射法）進(jìn)行止水補(bǔ)強(qiáng)，樁長 24 m，水泥摻量 40%，28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 ≥ 1.2 MPa。基坑共設(shè) 4 道水平支撐，其中第 1、2 道為鋼筋混凝土支撐，第 3、4 道為鋼支撐。

坑內(nèi)采用Φ800 mm @ 600 mm 高壓旋噴樁滿堂加固，加固范圍為坑底以下 4 m，三重管工藝，水泥摻量25%，28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 ≥ 1.0 MPa。頂管洞口采用高壓旋噴樁加固，共 7 排Φ800 mm @ 600 mm 高壓旋噴樁。其中，涉及 2 處墻縫各 4 根旋噴樁加長至 24 m，其余加固范圍為洞口及上 4 m、下 5 m，總長 13.5 m，三重管工藝，水泥摻量 25%，28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 ≥ 1.0 MPa。

工作井和接收井圍護(hù)采用現(xiàn)澆地下連續(xù)墻，基坑開挖區(qū)域坑底以下均采用高壓旋噴樁作滿堂坑內(nèi)加固、封底。

1.4 周邊構(gòu)筑物沉降要求

與路政部門溝通，頂管橫穿永登路道路，需保證路面允許變形量控制在 20 mm。

在開工前，項(xiàng)目部與各大管線單位明確施工范圍內(nèi)管線搬遷和保護(hù)措施，頂管施工過程中加強(qiáng)影響范圍內(nèi)的管線監(jiān)測工作。監(jiān)測要求為單次變化 ≤ 2 mm，累計(jì)變化 ≤ 20 mm。

3.5 kV 變電站為筏板基礎(chǔ)、框架結(jié)構(gòu)建筑。經(jīng)項(xiàng)目部與電力單位溝通，變電站允許變形量控制在 20 mm。

1.5 沉降估算

本工程對變電站、路面和電力管線的施工沉降采用Peck 公式進(jìn)行估算。Peck 在分析了大量地表沉降數(shù)據(jù)后，認(rèn)為地表沉降是由地層損失引起的，由此假定地表沉降槽體積等于地層損失體積。估算公式如式（1）所示。

式中：Smax—計(jì)算深度處土層的最大沉降量，mm；

i—地面沉降槽寬度系數(shù)；

x—沉降曲線中心線至沉降計(jì)算點(diǎn)的水平距離，m；

Vs—每米的超挖量，按每米出土量的 2% 計(jì)，m2；

H—計(jì)算深度處土層與管頂之間最大覆土厚度，m；

φ—土層的內(nèi)摩擦角（°）（頂管所處地層為淤泥質(zhì)黏土，φ=12°）；

V0—管道每米的出土量， m2；

D—管道直徑， m。

在估算路面沉降時(shí)，H取 9.6 m。將相關(guān)量的取值代入式（1）得到計(jì)算結(jié)果為：

由此可知，路面最大沉降量滿足路政部門提出的沉降限值要求。

在估算電力管線沉降時(shí)，由于管線埋深 0.9 m，H取8.7 m，同理計(jì)算出，管線最大沉降量滿足電力公司提出的沉降限值要求。

在估算 3.5 kV 變電站沉降時(shí)，由于基礎(chǔ)埋深為 2.0 m，H取 7.6 m，同理計(jì)算出，變電站的最大沉降量超過了限值要求，需采取加固措施。

1.6 頂管頂力估算及中繼間設(shè)置

頂管總頂力F按式（2）計(jì)算。

其中：F0=π/4×d2×p設(shè)；f=f1πd

式中：F0—封閉式工具管迎面阻力，kN；

f—每延長米管外壁摩阻力，kN/m；

f1—單位面積管外壁摩阻力，本段頂管為直線頂管，摩阻力f1取 2.5 kN/m2；

L—管道長度，m，L取 165 m；

p設(shè)—設(shè)計(jì)土壓力，kPa，p設(shè)取 105 kPa；

d—管道外徑，m，d取 4.14 m；

由式（2）得到計(jì)算結(jié)果為：

根據(jù)頂力估算，總頂力需 6 693 kN，該頂力小于工作井的設(shè)計(jì)允許最大頂力 7 000 kN，因此該段頂管不需要設(shè)置中繼間。

2 施工流程

施工流程如圖 1 所示。

圖1 施工流程圖

3 主要施工技術(shù)

3.1 頂管機(jī)的就位

（1）頂管機(jī)的吊放。頂管機(jī)總重量為 65 t，選用徐工XCA350 型 350 t 汽車吊吊放及回收。根據(jù)現(xiàn)場工況，作業(yè)回轉(zhuǎn)半徑控制在 11 m，主臂長度控制在 25.3 m。

（2）頂管機(jī)調(diào)試以及頂進(jìn)參數(shù)的設(shè)定。頂管機(jī)下井之前的調(diào)試工作由專業(yè)工程師負(fù)責(zé)，調(diào)試完畢后列出實(shí)際頂進(jìn)時(shí)頂管機(jī)各部位的參數(shù)。參數(shù)如表 2 所示。

3.2 進(jìn)出洞洞口的加固及鑿除

（1）洞口注漿加固。洞口加固采用 7 排Φ800 mm@600 mm 高壓旋噴樁加固，加固范圍為洞口上 4 m、下 5 m范圍，總長 13.5 m。加固采用三重管高壓旋噴工藝進(jìn)行，水泥摻量 25%，28 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度 ≥1.0 MPa。注漿采用雙液漿注漿工藝，水泥漿水玻璃體積比為 3∶1，水泥漿的水灰質(zhì)量比為 0.7∶1，水泥等級采用 P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥。

（2）洞口鑿除。頂管進(jìn)出洞口加固的土體達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的強(qiáng)度，并且保證自立性和滲透性等技術(shù)指標(biāo)符合要求后，方可進(jìn)行洞口鑿除工作。首先，在洞門周圍打設(shè) 8 個(gè)深度為 100 cm 的孔洞，觀察是否出現(xiàn)滲漏狀況。洞口槽壁的混凝土采用粉碎性鑿除，分層進(jìn)行。先鑿除外層，遵循“先下部，后上部”的原則，將鋼筋及預(yù)埋件徹底割除，以保證預(yù)留門洞的尺寸。洞門鑿除作業(yè)由 5 名有經(jīng)驗(yàn)的工人負(fù)責(zé)，嚴(yán)格按照施工方案中規(guī)定的洞門鑿除施工流程執(zhí)行，確保施工的質(zhì)量和效率。

3.3 頂管機(jī)出洞施工

（1）初始頂進(jìn)。出洞前，要確?；_(dá)到規(guī)定的抗偏壓強(qiáng)度，并安排專人對導(dǎo)軌順直度、標(biāo)高、中心軸線偏位等進(jìn)行檢查。最后，在基座軌道上涂抹減少推進(jìn)阻力的潤滑油。將頂管機(jī)出洞后的 20 m 作為頂進(jìn)試驗(yàn)段，收集地表隆陷和地中位移等數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析頂管在各種推進(jìn)參數(shù)下的地層位移規(guī)律，以便及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。在機(jī)頭接觸正面土體后，應(yīng)立即開啟切削系統(tǒng)。如開啟不及時(shí)，頂管機(jī)會(huì)對正面土體產(chǎn)生過度擠壓，造成地面隆起和刀盤損傷。出洞段頂進(jìn)施工過程中，對頂管機(jī)姿態(tài)要“勤測量、微糾偏”，做好軸線控制。頂進(jìn)速度宜緩慢，頂進(jìn)速度 ≤ 0.5 cm/min。

為防止頂管機(jī)上飄、旋轉(zhuǎn)，在頂管機(jī)出洞時(shí)，要加強(qiáng)頂管機(jī)姿態(tài)測量。如果頂管機(jī)出現(xiàn)較大轉(zhuǎn)角，則采用刀盤正反轉(zhuǎn)的措施進(jìn)行調(diào)整糾偏。刀盤切削土體時(shí)，可通過加水來降低機(jī)頭的正面壓力，防止其上飄。與此同時(shí)，加強(qiáng)對后背支撐的觀測，盡快完成后背支撐。

（2）止退措施。使管節(jié)能夠可靠地固定在千斤頂油缸收縮前的位置，便于在基座上焊接鋼板。在每個(gè)管節(jié)頂進(jìn)完成后，焊接鋼板使管節(jié)固定于基座上，起到止退的作用。

（3）頂進(jìn)操作及注意事項(xiàng)。施工期間，需保證管道內(nèi)的動(dòng)力和照明系統(tǒng)可靠。各種管線應(yīng)分門別類，固定牢固。在工具管處應(yīng)安裝足量的應(yīng)急照明燈，保證管道內(nèi)的施工人員能在斷電或停電等突發(fā)情況下順利撤出。頂進(jìn)過程中，需嚴(yán)格控制頂進(jìn)造成的地層擾動(dòng)，密切關(guān)注頂進(jìn)至不同土質(zhì)和覆土厚度位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，以及地面構(gòu)筑物的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，調(diào)整各項(xiàng)頂進(jìn)參數(shù)。

3.4 機(jī)頭跟進(jìn)測量

（1）控制測量方法。在頂管內(nèi)，頂進(jìn)姿態(tài)測量控制系統(tǒng)由接收激光束的光靶傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)用來測量以激光導(dǎo)向點(diǎn)為參照的切削艙測量板的垂直和水平位移、激光入射水平角及切削艙仰角及滾動(dòng)角。

（2）測量頻率。利用經(jīng)緯儀將其調(diào)到與設(shè)計(jì)軸線完全一致的角度，在操縱臺(tái)上的顯示屏直接觀察機(jī)頭中心與設(shè)計(jì)軸線的偏離值。動(dòng)中糾偏，使機(jī)頭的軌跡與設(shè)計(jì)軸線始終一致。 頂進(jìn) 150 m 以后，由于隨著距離的增加，激光點(diǎn)越來越弱，加上管道內(nèi)上部與下部的空氣密度不完全相同，激光發(fā)生折射會(huì)導(dǎo)致測量產(chǎn)生較大誤差。因此，頂進(jìn) 150 m以后必須改為人工測量。正常情況下，每頂進(jìn) 3 m 測量一次，如測量成果與設(shè)計(jì)軸線有偏差時(shí)，適當(dāng)加大測量密度。頂進(jìn)里程距離接收井 20 m 以內(nèi)，測量頻率改為每頂進(jìn) 1.5 m一次。

（3）精度控制。選擇在陰天或溫差不大的時(shí)候，進(jìn)行地面導(dǎo)線與臨時(shí)水準(zhǔn)控制點(diǎn)的測量；臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)測量采用往返測量，閉合差控制在 ± 40 mm 以內(nèi)；地面導(dǎo)線測量采用閉合導(dǎo)線測量，閉合差控制在 1/2 000 以內(nèi)。

3.5 觸變泥漿減摩

注漿工藝順序如圖 2 所示。

圖2 注漿工藝順序

（1）注漿原則。要合理布置注漿孔，注漿后在管道外壁形成一層均勻的泥漿套。壓漿時(shí)遵循“先壓后頂、隨頂隨壓、及時(shí)補(bǔ)漿”十二字方針，注漿壓力控制在0.3～0.4 MPa。

（2）注漿質(zhì)量控制措施。保證潤滑泥漿在施工期間不固結(jié)、不失水、不沉淀；嚴(yán)格按壓漿工藝流程和操作規(guī)程施工；盡可能保持連續(xù)頂進(jìn)施工，縮短中斷時(shí)間。

3.6 變電站沉降控制措施

為減少變電站建筑物的沉降，在頂管施工中，利用管內(nèi)的注漿系統(tǒng)，對管外壁壓入填充物。填充物采用水泥粉煤灰漿液，漿液配比：水泥∶粉煤灰∶水=3∶7∶3。使用壓漿泵將漿液壓至頂管外壁，加固范圍為建筑物下方 60 m 內(nèi)。每天注漿 1 次，每天注漿噸位為 10～15 t，以將頂管頂進(jìn)過程中的土體流失逐步填充加固。注漿加固的同時(shí)配合進(jìn)行沉降觀測，注漿施工在頂管貫通后持續(xù) 20 d，具體結(jié)合后期沉降變化情況確定何時(shí)停止注漿。

3.7 頂管機(jī)進(jìn)洞施工

（1）接收排架。洞口鑿除之前，接收井內(nèi)接收排架應(yīng)安裝完成。由于泥水平衡機(jī)頭 2/3 的重量都處于機(jī)頭前端，為防止進(jìn)洞時(shí)機(jī)頭前傾導(dǎo)致 1 號、2 號混凝土管脫節(jié)，在機(jī)頭前端進(jìn)入洞口 50 cm 時(shí)，前方必須要有托架托住機(jī)頭。

（2）進(jìn)洞口變形控制。頂管機(jī)前端靠近洞門時(shí)，為避免頂管機(jī)正面頂力過大而造成洞門變形，進(jìn)而產(chǎn)生水土涌入井內(nèi)的后果，在頂管機(jī)距離洞門約 3 m 時(shí)，立即打開預(yù)先設(shè)置在洞門上的 2 個(gè)應(yīng)力釋放孔，以此釋放頂進(jìn)引起的擠壓應(yīng)力。

（3）軸線復(fù)測。在機(jī)頭切口到達(dá)接收井前 60 m 左右時(shí)，進(jìn)行一次頂管軸線復(fù)測，以達(dá)到以下目的：測定頂管機(jī)的里程，計(jì)算出刀盤與洞門之間的距離，在刀具接近洞門時(shí)采取相應(yīng)的措施；校核頂管機(jī)的姿態(tài)，以便及時(shí)調(diào)整。

4 沉降預(yù)防措施

（1）對管道頂進(jìn)軸線的偏差，采用勤糾微調(diào)的方法進(jìn)行糾偏，避免糾偏幅度過大造成土層擾動(dòng)。

（2）地表沉降監(jiān)控方法可采用地表觀測和深層雷達(dá)物探。監(jiān)測數(shù)據(jù)每天進(jìn)行更新和統(tǒng)計(jì)分析。沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)作為頂管機(jī)的重要糾偏依據(jù)，在實(shí)際施工中根據(jù)地面的沉降情況合理地調(diào)整坡度。

（3）加強(qiáng)對洞口注漿、初期注漿、二級注漿和工后注漿的管理。應(yīng)確保注漿設(shè)備和管路具有良好的耐壓和密封性能。采用水硬性注漿材料，達(dá)到迅速控制地表沉降的目的。

5 結(jié) 語

經(jīng)過實(shí)測，頂管穿越段的市政道路最大沉降量為 15.3 mm，電力管線最大沉降量為 16.9 mm，與采用 Peck 公式估算的結(jié)果接近。變電站的累計(jì)沉降量為 19.2 mm，采取的沉降控制措施取得了良好的效果。在頂進(jìn)過程中，通過對開挖面的土壓力與出土量的控制、注漿壓力與注漿量的控制、軸線糾偏的控制、施工參數(shù)的控制，確保道路、管線、變電站的沉降量在允許范圍內(nèi)。如發(fā)現(xiàn)沉降監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)異常，應(yīng)立即按施工應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行處置，確保周邊構(gòu)筑物和管線的正常運(yùn)行。在施工過程中，通過加強(qiáng)施工管理，特別注意進(jìn)出洞施工，保證施工質(zhì)量。