黃雷

摘要：為優(yōu)化矩形頂管穿越硬巖施工，以深圳市16號(hào)線共建管廊工程項(xiàng)目為例，開展長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖施工技術(shù)的研究。為確保工程的順利開展，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)做好頂管施工前設(shè)備選型、場地布設(shè)、觸變泥漿設(shè)計(jì)與測量點(diǎn)位布設(shè)等；在遇硬巖時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整施工工藝，以此來實(shí)現(xiàn)矩形頂管穿越硬巖段施工。通過實(shí)例應(yīng)用，指出矩形頂管在硬巖施工中存在的不足，為后續(xù)工程在此方面設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：長距離；大斷面矩形頂管；硬巖凸起；方案優(yōu)化

0? ?引言

長距離大斷面矩形頂管施工技術(shù)作為一種先進(jìn)的非開挖工程技術(shù)，廣泛應(yīng)用于城市地下管網(wǎng)建設(shè)、交通設(shè)施改造等工程項(xiàng)目中。施工中，其利用切削刀盤和液壓缸共同作用，將預(yù)制管節(jié)逐節(jié)頂入地層中，直到達(dá)到預(yù)定位置[1]。該技術(shù)具有工期短，精度高，對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)勢，尤其在穿越建構(gòu)筑物、既有線施工時(shí)，能夠解決傳統(tǒng)開挖方式難以解決的問題，有效提高工程的可靠性和安全性。

與傳統(tǒng)的開挖方式相比，矩形頂管施工技術(shù)在應(yīng)用中，對設(shè)備的要求較高，需要使用專用設(shè)備。矩形頂管在軟土和軟巖地層中技術(shù)較為成熟，在硬巖地層中，矩形頂管施工目前尚且存在困難，所以對于復(fù)雜的地質(zhì)條件，施工前需進(jìn)行詳細(xì)的勘察和評估，以確保施工的安全性和可行性。為深化此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，本文以深圳市16號(hào)線共建管廊工程項(xiàng)目為例，開展長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖施工技術(shù)的研究。

1? ?工程概況

1.1? ?工程基本情況

昌盛路頂管區(qū)間位于深圳市16號(hào)線共建管廊坪山段，區(qū)間穿越未開發(fā)山林地塊，區(qū)間起訖里程KE0+000-KE0+214.232，全長214.232m，設(shè)始發(fā)井和接收井各1座[3]。頂管段全長183m，管節(jié)結(jié)構(gòu)采用矩形斷面，外尺寸7.7m×4.5m，壁厚700mm，結(jié)構(gòu)覆土厚度約為4～6m，頂進(jìn)坡度為18‰。采用土壓平衡頂管機(jī)施工，區(qū)間頂進(jìn)施工過程中，下穿廢棄廠房，上跨地鐵16號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間隧道。

1.2? ?地質(zhì)狀況

根據(jù)地質(zhì)縱斷面圖及詳勘報(bào)告可知，頂管區(qū)間穿越地層主要為粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土素填土和砂質(zhì)粘性土，上部為素填土（填黏性土為主），下部為花崗巖。由于地塊條件限制，靠近接收端位置在詳勘階段勘測點(diǎn)位布設(shè)間距較大，詳勘報(bào)告中對該區(qū)域巖層分界線無準(zhǔn)確界定。為明確巖層分界線，施工前對靠近接收端范圍重新進(jìn)行了地質(zhì)補(bǔ)勘。補(bǔ)勘結(jié)果顯示，頂管接收井開挖范圍內(nèi)存在中、微風(fēng)化花崗巖，位于結(jié)構(gòu)底板以上高度2.1～7.2m。緊接接收井里程KE0+016.36～KE0+030.25，長約13.9m的頂管段，存在微風(fēng)化花崗巖凸起，實(shí)測巖石單軸抗壓強(qiáng)度30.5～58.8MPa，侵入頂管區(qū)間底板高度0～2.56m。

2? ?長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖段施工方案

根據(jù)地質(zhì)補(bǔ)勘結(jié)果可知，在接收端13.9m范圍內(nèi)存在硬巖凸起，頂管無法頂進(jìn)，需調(diào)整設(shè)計(jì)方案。在綜合比選地面鉆孔碎巖、接收井開挖后水平鉆孔碎巖、變更明挖施工等方案后，最終決定將接收井向始發(fā)井方向調(diào)整擴(kuò)大16m，將凸起硬巖調(diào)整至接收井范圍內(nèi)，減少16m頂管頂進(jìn)長度，增加16m明挖長度?；诖?，設(shè)計(jì)施工技術(shù)如下。

2.1? ?頂管施工現(xiàn)場準(zhǔn)備

在施工前，先做好頂管施工現(xiàn)場的布置，以便于后續(xù)頂管施工。頂管設(shè)備的運(yùn)行需要?jiǎng)恿Γ虼嗽诂F(xiàn)場電源接入點(diǎn)處安裝800kW及以上的變壓器，并與井上井下設(shè)備連接。及時(shí)對場地進(jìn)行清理，合理布置監(jiān)控室、操作室、注漿泵、空壓機(jī)及管線位置，合理規(guī)劃管節(jié)存放及吊車行走站位[4]。

本工程采用300t履帶起重機(jī)，以進(jìn)行管節(jié)、頂管機(jī)各部件的吊裝以及井下渣土提升。在工作井場地內(nèi)還需設(shè)置一個(gè)渣土坑，用來存放頂進(jìn)渣土[5]。頂管機(jī)采用1臺(tái)土壓平衡頂管機(jī)，頂管結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)如下表1所示。

完成施工現(xiàn)場的準(zhǔn)備工作后，在施工前，先將測量控制點(diǎn)布設(shè)在工作井四周及工作井中，以便在頂進(jìn)過程中完成頂管機(jī)姿態(tài)測量以及周邊地表、建筑物沉降與位移監(jiān)測。

2.2? ?觸變泥漿配合比設(shè)計(jì)與頂進(jìn)糾偏

2.2.1? ?觸變泥漿配合比設(shè)計(jì)

注漿是減小頂管阻力的最有效途徑之一，注漿液在管節(jié)外壁上形成一層泥漿潤滑層，可以減小頂管頂進(jìn)過程中與地層的摩擦阻力，從而減小液壓缸頂進(jìn)壓力，提升頂管施工效果[6]。在長距離頂管施工中，壓漿裝置的供漿量直接關(guān)系到頂管施工的質(zhì)量。依托工程一次頂進(jìn)長度，安裝1～2臺(tái)注漿設(shè)備，用于觸變泥漿的施工，并在頂進(jìn)過程中不間斷地進(jìn)行補(bǔ)漿。遵循“同步注漿”、“先上后下”、“適時(shí)注漿”等原則。

頂進(jìn)過程中，應(yīng)注意每一個(gè)推進(jìn)區(qū)段是否均有注漿。為降低啟動(dòng)壓力，在每次停止后重新啟動(dòng)前都要對壁后進(jìn)行補(bǔ)漿。有地下水時(shí)，漿液的注漿壓力要高于地下水水壓20～40kPa。同時(shí)，漿液的注漿壓力不宜太大，以免打穿地層，從而影響注漿效果[7]。觸變性泥漿的設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

在長距離的頂管施工中，頂管壁后的減阻潤滑是影響頂管施工的關(guān)鍵。本工程采用大斷面矩形頂管施工，地層變化復(fù)雜，施工距離長，采用單一的觸變性泥漿已不能滿足施工需要，觸變性泥漿的參數(shù)應(yīng)隨穿越地層的不同而實(shí)時(shí)調(diào)整。

2.2.2? ?頂進(jìn)糾偏

在淤泥質(zhì)、粉質(zhì)土地段頂管施工中，易發(fā)生上抬現(xiàn)象。在粉砂、細(xì)砂、中砂、礫砂段等地層中，泥漿易漏失而產(chǎn)生沉陷。為排除相關(guān)因素對施工的影響，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行頂進(jìn)糾偏，即通過使用全站儀等定位設(shè)備，結(jié)合地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)位置、軸線監(jiān)測，以確保頂管能夠沿著設(shè)計(jì)軌道準(zhǔn)確前進(jìn)。

2.3? ?硬巖段明挖施工設(shè)計(jì)

當(dāng)施工到硬巖（本工程接收端）時(shí)，提前進(jìn)行明挖施工。在明挖施工過程中，需要密切關(guān)注地下水位變化，采取相應(yīng)的安全和技術(shù)措施，以確保工程的順利完成。硬巖段明挖施工步驟如下所示。

2.3.1? ?準(zhǔn)備工作

在轉(zhuǎn)變?yōu)槊魍谑┕で?，需要進(jìn)行一系列準(zhǔn)備工作。其中包括清理擴(kuò)大后接收井范圍內(nèi)地表雜物，施工場地硬化，進(jìn)行場地布置，并準(zhǔn)備好明挖施工所需各類機(jī)械設(shè)備、器具。

2.3.2? ?圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

根據(jù)變更設(shè)計(jì)圖紙確定明挖圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工邊界，重新進(jìn)行測量放樣，施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)，對接收端洞門土體進(jìn)行加固。接收井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁，接收洞門范圍將鉆孔灌注樁鋼筋更換為玻璃纖維筋，洞門土體加固采用高壓旋噴樁。

2.3.3? ?開挖及支護(hù)

使用適當(dāng)?shù)耐诰驒C(jī)械，進(jìn)行接收井范圍內(nèi)土石方開挖，同時(shí)根據(jù)開挖深度，及時(shí)施作混凝土支撐、鋼支撐和樁間網(wǎng)噴混凝土。根據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)采取降排水措施，以確保挖掘過程的基坑的安全和穩(wěn)定。

2.3.4? ?施工臨時(shí)封底

在基坑開挖完成后，及時(shí)施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)封底。

2.3.5? ?頂管接收

接收井開挖及臨時(shí)封底完成后，進(jìn)行接收洞門破除，安裝洞門止水裝置和接收軌道。接收準(zhǔn)備工作完成后，將頂管機(jī)繼續(xù)頂進(jìn)至接收井內(nèi)，完成解體接收。

3? ?方案對比

完成工程變更設(shè)計(jì)后，對變更前后工程量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對比，相關(guān)內(nèi)容如表3所示。

分析表3可知，變更明挖施工工藝后，為（轉(zhuǎn)下頁）（接上頁）確保結(jié)構(gòu)安全，在硬巖地層段設(shè)計(jì)方面仍做了全面且充分的考慮。例如，在鉆孔灌注樁（入巖）中，原設(shè)計(jì)工程量為180m，變更設(shè)計(jì)工程量為330m，用增大鉆孔灌注樁的數(shù)量，來確?；拥姆€(wěn)定性。類似地，在三管旋噴樁方面，原設(shè)計(jì)工程量為399.24m，而變更設(shè)計(jì)工程量為636.96m，未因硬巖地層而減少旋噴樁設(shè)計(jì)。

此外，冠梁、擋土墻和樁間網(wǎng)噴混凝土等工程項(xiàng)目均隨明挖施工長度的增加而作了相應(yīng)調(diào)整。設(shè)計(jì)變更前后工程量的變化，為后續(xù)工程在做此方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工序安排提供了參考，方便類似工程在此方面做出更好的調(diào)整。

4? ?結(jié)束語

本文以深圳市16號(hào)線共建管廊工程項(xiàng)目為例，對長距離大斷面矩形頂管穿越硬巖段施工技術(shù)展開了研究。在實(shí)際應(yīng)用中，需要注意設(shè)備的選擇和維護(hù)、材料的儲(chǔ)存和使用、現(xiàn)場勘察和評估等方面的問題。在未來的工程實(shí)踐中，建議進(jìn)一步優(yōu)化該技術(shù)的施工流程并提高設(shè)備的通用性，以降低成本，提高市場競爭力。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)交流，為該技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供有力支持。

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