上海地鐵陸家嘴站5號出入口矩形頂管施工

1、上海地鐵陸家嘴站5號出入口矩形頂管施工 1概述(1)工程概況上海地鐵2號線陸家嘴車站5號出入口人行地道工程，位于浦東陸家嘴金融貿(mào)易中心區(qū)，兩條人行地道采用矩形頂管施工，其中5號出入口為始發(fā)井，4號出入口為接收井，分布在延安東路隧道引道段的南北兩側(cè)，見圖1。圖1 工程總平面、縱剖面圖通道由兩條長各為62.25m的平行管道組成，兩條管道外壁凈間距為2.2m，管道坡度均為0.2%，管道頂平均覆土厚度約5.3m。本工程首次采用3828mm×3828mm組合刀盤土壓平衡矩形頂管機施工。通道結(jié)構(gòu)全部采用預(yù)制矩形鋼筋混凝土管節(jié)，管節(jié)接口全部采用"F"型承插式，接縫防水裝置由鋸齒

2、形止水圈和彈性密封墊內(nèi)外兩道組成。管節(jié)外形尺寸為3800mm×3800mm，壁厚為400mm，管節(jié)長度為2m。管節(jié)設(shè)計強度等級為C50，抗?jié)B等級為0.8MPa。工程沿線將穿越陸家嘴路、延安東路隧道南北線浦東引道段及上水管、煤氣管、雨水管、污水管、市話線、電力線等地下管線。其中管道頂與450mm污水管、1000mm雨水管、800mm雨水管底凈距均為1m，與延安東路隧道南線引道段結(jié)構(gòu)底最小凈距為1.564m。(2)地質(zhì)狀況本工程頂管沿線主要穿越的地層為：灰色砂質(zhì)粉土、灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，各土層物理力學(xué)指標見表1。各土層物理力學(xué)指標 序號土層名稱層底標高m層厚m含水量(%)容重kN/m3孔

3、隙比e壓縮模量MPa內(nèi)摩擦角°(1)1人工填土2.191.91(2)1褐黃色粘土0.691.5(2)2灰色砂質(zhì)粉土-2.31332.117.90.8978.94(3)灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土-6.31442.718.01.2013.13(4)灰色淤泥質(zhì)粘土-11.304.9960.117.11.402.1923.6(5)1灰色粘土-15.814.5117.61.1293.6748.52. 3828mm×3828mm土壓平衡矩形頂管機(1)施工原理矩形頂管機施工以土壓平衡為工作原理，通過大刀盤及仿形刀對正面土體進行全斷面切削，改變螺旋機的轉(zhuǎn)速及頂進速度來控制出土量，使土倉內(nèi)的土壓力

4、值穩(wěn)定并控制在所設(shè)定的范圍內(nèi)，達到開挖面的土體穩(wěn)定，頂進形成的斷面由不斷頂入的矩形管節(jié)組成矩形隧道。 (2)主要施工機械設(shè)備及各項性能(見表2)主要施工機械設(shè)備及各項性能 表2設(shè)備名稱技 術(shù) 參 數(shù) 指 標頂管機殼體尺寸斷面尺寸3828mm×3828mm糾偏系統(tǒng)千斤頂數(shù)量8臺前段殼體長度3000mm糾偏角度±1.8°后段殼體長度600mm最大頂力12000kN刀盤系統(tǒng)刀盤轉(zhuǎn)速01.4rpm螺旋機系統(tǒng)輸送能力42m3/h最大扭矩175kNm轉(zhuǎn)速015rpm仿形刀系統(tǒng)仿形刀數(shù)量2最大扭矩25.9kNm最大行程270mm頂進裝置千斤頂數(shù)量16臺總頂力2560t

5、缸體長度2515mm千斤頂行程1.30mm3矩形頂管進、出洞施工技術(shù)(1)頂管出洞施工技術(shù)頂管機頂出距工作井6m范圍為出洞段。封門形式及地基加固工作井基坑支護結(jié)構(gòu)采用SMW擋土墻，即在水泥土攪拌樁內(nèi)插入H型鋼作圍護結(jié)構(gòu)，然后采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土進行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的施工。SMW擋土墻即為工作井的洞圈封門。也就是說，此頂管的出洞過程即為攪拌樁內(nèi)H型鋼的拔除及機頭頂過出洞加固水泥土段并進入原狀土體的過程。工作井外側(cè)距井壁2700mm范圍內(nèi)采用5排攪拌樁作地基加固，見圖2，其設(shè)計強度為1.2MPa。在確定頂進設(shè)備運轉(zhuǎn)情況良好后，將頂管機頂入洞圈內(nèi)至距SMW擋土墻100mm左右。圖2 出洞段地基加固斷面圖洞圈止

6、水洞圈與管節(jié)間的建筑空隙為110mm，在頂管出洞過程中極易造成外部土體涌入工作井內(nèi)的嚴重事故。為此，施工前在洞圈上安裝一環(huán)形簾布橡膠板，以密封洞圈，橡膠板由12mm壓板固定牢靠，壓板的螺栓孔采用橢圓形式，以利于在頂進中隨時調(diào)節(jié)壓板與管節(jié)間的間隙，保證簾布橡膠板的密封性能。土倉內(nèi)加注粘土為防止在攪拌樁內(nèi)H型鋼拔除過程中正面土體的坍塌，并由此而造成工作井前方電纜出現(xiàn)過量沉降等施工險情，在頂管靠上H型鋼后，利用螺旋機倒轉(zhuǎn)向土倉內(nèi)壓注粘性土，并提高到一定土壓力(P=0.065MPa)。在土倉內(nèi)加注粘土，可潤滑土體便于螺旋機出土，同時確保刀盤受力均勻，避免頂管機旋轉(zhuǎn)。主要施工參數(shù)摸索由于工作井與陸家嘴路

7、距離僅為7m，且在頂進中將陸續(xù)穿越陸家嘴路、450mm污水管、1000mm雨水管、延安東路隧道引道段、800mm雨水管等，所以在頂管出洞過程中應(yīng)盡量減少水土流失，控制好地面沉降。在H型鋼全部拔除后，應(yīng)立即開始頂進機頭。由于正面為全斷面的水泥土，為保護刀盤和仿形刀，頂進速度不宜過快，使刀盤和仿形刀能對水泥土進行徹底的切削，防止井壁整體移位；另外由于土體過硬，必要時可加入適量清水來軟化和潤滑土體。在水泥土被基本排出，螺旋機內(nèi)輸出全斷面原狀土后，為控制好地面沉降、頂進軸線，防止頂管機突然"磕頭"，宜適當提高頂進速度，把正面土壓力建立到稍大于理論計算值，以減小對正面土體的擾動及出現(xiàn)

8、的地面沉降。在頂管的出洞段施工中，應(yīng)不斷根據(jù)地面沉降的數(shù)據(jù)反饋進行參數(shù)調(diào)整，迅速摸索出各類參數(shù)最佳設(shè)定值。(2)頂管進洞施工技術(shù)頂管機頂進至距接收井6m范圍為進洞段。頂管機姿態(tài)的復(fù)核測量當頂管機逐漸靠近接收井時，應(yīng)適當加強測量的頻率和精度，減小軸線偏差，以確保頂管順利進洞。頂管貫通前的測量是復(fù)核頂管機所處的方位、確認頂管機狀態(tài)、評估頂管機進洞時的姿態(tài)和擬訂頂管進洞的施工軸線等的重要依據(jù)，使頂管機在此階段的施工中始終按預(yù)定的方案實施，以良好的姿態(tài)進洞，正確無誤地座落到接收井的基座上。各施工參數(shù)的調(diào)整在頂管到達距接收井6m時，停止第一節(jié)管節(jié)的壓漿，并將壓漿位置逐漸后移，保證頂管機在進洞前有6m左右

9、的完好土塞效應(yīng)，避免在進洞過程中減摩泥漿的大量流失而造成管節(jié)周邊摩阻力驟然上升。在頂管機切口進入接收井土體進洞加固區(qū)后，應(yīng)立即調(diào)整機頭姿態(tài)，使其與頂進軸線相平行，盡可能將頂管機和后部管節(jié)間出現(xiàn)的接縫間隙減為最小。同時適當減慢頂進速度，加大出土量，逐漸減小正面土壓力，以保證洞口處結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和頂管機設(shè)備完好。洞圈封堵在頂管機切口到達混凝土攪拌樁后，停止頂進，并在接收井洞圈外攪拌樁的四個角開觀察孔，以確切探測出頂管機的實際位置，在確保頂管機能正確落在接收井洞圈范圍內(nèi)時，開始鑿除攪拌樁。在攪拌樁被完全鑿除后，迅速、連續(xù)頂進管節(jié)，縮短頂管機進洞時間。頂管機頂進到位后，立即將鋼板與其焊成一個整體，并用水硬性

10、漿液填充管節(jié)和洞圈的間隙，減少水土流失。4頂管頂進施工技術(shù)(1)主要施工技術(shù)參數(shù)的控制正面土壓力的設(shè)定作為土壓力的最初設(shè)定值。在實際頂進后，通過頂進參數(shù)、地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，將設(shè)定土壓力值調(diào)整到0.12MPa左右時，出土量、地面沉降情況較為理想。 出土量控制一節(jié)管節(jié)的理論出土量為3.8×3.8×2=29m3。在頂進過程中，應(yīng)精確地統(tǒng)計出每節(jié)管節(jié)的出土量，盡量使之與理論出土量保持一致，以保證正面土體的相對穩(wěn)定，減小地面沉降量。頂進速度頂管頂進速度是保證切口土壓力穩(wěn)定、正面出土量均勻的主要手段。所以在頂進時，應(yīng)不斷調(diào)整頂進速度，找出頂進速度、正面土壓力、出土量三者的最佳

11、匹配值，以保證頂管的頂進質(zhì)量，確保頂進設(shè)備以最佳狀態(tài)工作。各施工參數(shù)的相互關(guān)系(見圖3)圖3 施工參數(shù)雷達圖減小正面土壓力可適當減小刀盤扭矩，但同時將增大地面沉降量。增加潤滑泥漿壓注量，可減小頂進阻力，同時適當提高頂進速度。(2)頂進軸線的控制軸線控制是矩形頂管頂進的一大難題，由于頂管機外殼與外部土體間是4個面積為12m2的面面接觸，所以在頂進時一旦出現(xiàn)較大量的偏差并形成導(dǎo)向，將增大糾偏難度。頂管在正常頂進施工過程中，必須密切注意頂進軸線的控制。在每節(jié)管節(jié)頂進結(jié)束后，必須根據(jù)頂管機的姿態(tài)，做到隨偏隨糾，且糾偏量不宜過大，以避免土體出現(xiàn)較大的擾動及管節(jié)間出現(xiàn)張角。高程控制考慮到頂管上部管線眾多，

12、在頂進過程中一旦頂管上拋過量，不宜采取降低地面土壓力、增大出土量、過量向下糾偏等動作。在頂進時，將高程始終控制在負值，這樣即使在頂管機下沉過量時，應(yīng)采取的糾偏措施也和地面沉降控制要求相統(tǒng)一。平面控制由于受第一條頂管頂進時擠壓、壓漿等影響，在已成管道周邊土體強度較原狀土大，以至在第二條頂管頂進時，平面將偏離已成管道。頂進時將平面始終控制在靠已成管道方向，以利于頂管軸線控制。轉(zhuǎn)角控制由于矩形隧道今后是作人行通道用，因此對管道的橫向水平要求較高。在頂進過程中需密切注意頂管機的轉(zhuǎn)角，一旦出現(xiàn)微小轉(zhuǎn)角，就應(yīng)立即采取刀盤反轉(zhuǎn)、加壓鐵等措施往回糾。形成良好導(dǎo)向在頂進時每隔1m對頂管機姿態(tài)進行復(fù)核，隨偏隨糾。

13、在出洞段就形成一個與設(shè)計軸線相吻合的頂進軌道，使頂管始終沿此導(dǎo)向向前延伸，減小頂管軸線控制的難度。注漿糾偏如管節(jié)軸線偏離后不及時糾正，導(dǎo)向一旦形成，會造成頂管機更大的偏離。在管節(jié)不同部位注漿，起到糾偏效果。在整個頂進過程中，軸線嚴格控制在質(zhì)量標準以內(nèi)。頂管機切口及尾部偏離軸線最大值為：切口平面+38mm，高程-25mm；尾部平面-47mm，高程+52mm；(3)管節(jié)減摩為減小土體與管壁間的摩阻力，控制好地面沉降，提高工程質(zhì)量和施工進度，在頂管頂進的同時，向管道外壁壓注一定量的潤滑泥漿，變固固摩擦為固液摩擦。加強潤滑泥漿的壓注管理，一方面要保證一定的壓注量，另一方面還應(yīng)保證所注泥漿要有質(zhì)的要求。

14、為保證壓漿效果，主要采取了以下技術(shù)措施：對泥漿原材料進行驗收，保證其質(zhì)量；制定合理的泥漿配比，保證潤滑泥漿的穩(wěn)定；經(jīng)常對拌好的泥漿進行測試，確保潤滑泥漿的質(zhì)量。壓漿順序地面拌漿啟動壓漿泵總管閥門打開管節(jié)閥門打開送漿(頂進開始)管節(jié)閥門關(guān)閉(頂進停止)總管閥門關(guān)閉井內(nèi)快速接頭拆開下管節(jié)接2寸總管循環(huán)復(fù)始。 單節(jié)管節(jié)注漿量計算：V=2×(3.8282-3.82)×500%=2.1m3制定合理的壓漿工藝，嚴格按壓漿操作規(guī)程進行。為使頂進時形成的建筑間隙及時用潤滑泥漿所填補，形成泥漿套，壓漿時必須堅持"隨頂隨壓、逐孔壓漿、全線補漿、漿量均勻"的原則，注漿壓力控制

15、在0.5MPa左右。5周圍環(huán)境保護的施工技術(shù)措施由于工程沿線將穿越延安東路隧道浦東引道段及上水管、煤氣管等諸多地下管線，見圖4，在頂進過程中的地面沉降控制極為重要。圖4 管線分布圖(1)地面沉降機理在頂管頂進過程中，由于頂管機周圍土體的擾動和地層損失，造成地表沉降。從理論上講，頂管法施工引起隧道周圍地表沉降主要指施工沉降、主固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降三者之和。由于次固結(jié)沉降量相對較小，一般認為總沉降量等于施工沉降加上主固結(jié)沉降。施工沉降是指在施工過程中由于地層損失而引起的地表沉降。產(chǎn)生施工沉降的主要原因有：在頂進過程中，由于切口水壓過低、實際出土量大于理論出土量，引起周圍土體不斷涌到頂管機正面，使土

16、層出現(xiàn)應(yīng)力重分布；頂進時，同步注漿未能及時填補盾尾和管節(jié)之間形成的建筑空隙，致使周圍土層應(yīng)力釋放，填補了這段空隙；在頂管糾偏時，引起一側(cè)土體擠壓，另一側(cè)土體附加應(yīng)力釋放，形成空隙。主固結(jié)沉降主要由于頂管頂進過程中對土層產(chǎn)生擾動，使隧道周圍土層產(chǎn)生超孔隙水應(yīng)力，而在這部分超孔隙水應(yīng)力消散后，引起土層壓密。主固結(jié)沉降與土層厚度有著密切的關(guān)系，土層越厚，主固結(jié)沉降占總沉降的比例就越大。(2)地面沉降控制技術(shù)合理使用仿形刀裝置本工程采用組合刀盤矩形頂管機，由于沿線有大量重要管線，對地面沉降要求較高。而圓形刀盤對正面土體的切削率僅為78%，僅靠刀盤切削土體，勢必將對地面土體產(chǎn)生較大的擾動。為此，本矩形頂

17、管機專門安裝了一套仿形刀裝置，對矩形頂管機的四個死角內(nèi)土體進行仿形切削，以配合大刀盤充分切削正面土體。嚴格控制頂進技術(shù)參數(shù)頂進速度不宜過快，一般控制在15mm/min左右，盡量做到均衡施工，避免在途中有較長時間的耽擱。嚴格控制頂管的出土量，防止超、欠挖。嚴格控制頂管頂進的糾偏量，盡量減小對正面土體的擾動。保證持續(xù)、均勻壓漿，使出現(xiàn)的建筑空隙能被迅速得到填充，保證管道上部土體的穩(wěn)定。盡量避免頂管"背土"由于矩形頂管頂部是一個3.8m寬的面，在頂進時猶如一條慢速運行的傳送帶，這就極易發(fā)生管節(jié)頂部"背土"現(xiàn)象，造成已成管節(jié)段由于土體的不斷損失而出現(xiàn)持續(xù)的地面沉

18、降。為消除此工程難點，一方面通過壓注觸變泥漿盡量避免"背土"現(xiàn)象發(fā)生，另一方面在頂進過程中專門對出洞段管節(jié)上部進行注漿，隨時填堵由于管節(jié)"背土"而出現(xiàn)的建筑空隙，保證管線安全。信息化施工，調(diào)整各施工參數(shù)沉降監(jiān)測是指導(dǎo)工程施工的眼睛，了解各類管線、隧道引道段動態(tài)情況的科學(xué)依據(jù)是判斷頂進技術(shù)措施合理與否的標準。頂進前，在頂進軸線全線及幾個重要橫斷面上進行布點，頂進后實行24h連續(xù)監(jiān)測，及時把監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋到施工人員，以準確、及時地了解各類管線、隧道引道段的沉降情況，并在頂進施工中及時根據(jù)反饋數(shù)據(jù)調(diào)整各類施工參數(shù)。防范措施本工程對于隧道引道段的沉降量控制范圍為+10mm-30mm。一旦沉降量超過控制范圍，則必須采取一定的補救措施來控制沉降量，保證隧道引道段的安全。·施工參數(shù)控制：減小正面出土量、提高正面土壓力。在頂管內(nèi)超量壓注潤滑泥漿，提高管