大断面矩形顶管复杂工况下斜交进洞施工关键技术

陶涛

（上海隧道工程有限公司，上海 200032）

1 概况

上海轨道交通10号线伊犁路站位于上海市长宁区虹桥路北侧（古北路—伊犁路），为标准地下二层岛式车站，已于2010年4月开通运营。目前开通的1号和4号共两座出入口均位于虹桥路北侧，随着周边商业的发展，人流进出站体日渐拥挤，因此需要建设横穿虹桥路的3号出入口地下过街通道。

3号出入口地下过街通道建设采用内径3.3m×6 m大断面矩形顶管机（见图1）施工。通道北侧接通已建古北财富中心地下一层下沉式广场，南侧接通已建10号线伊犁路站站厅层，由于两已建结构内部设施布置已完成，因此平面上始发井和接收井的位置均不能变动，矩形顶管需要在两工作井之间、与虹桥路呈38°大角度顶进。

图1 3.3 m×6 m矩形顶管机示意图

矩形顶管顶进期间需要穿越众多沿虹桥路东西走向的市政管线，其中尤以紧靠接收井外侧的110 kV电力箱涵保护难度最高；该管线为上海轨交3、4号线供电电缆，需要制定特殊的保护设计方案及精心施工，同时确保整个施工过程累计沉降不大于±10 mm。

同时由于上述电力电缆箱涵采取原位保护，接收井仅能设置在其与已建车站地墙之间3.5～4.5 m的狭小空间内。本工程采用顶管机头外形尺寸为4.2 m×6.9 m×4.5 m，因此工况不满足常规进洞条件要求。进洞施工平面位置如图2所示。

图2 进洞施工平面图

2 矩形顶管进洞方案比选及确定

矩形顶管进洞方案需结合本工程特有的工况条件，着重解决以下难题：

（1）收井净空不满足机头吊出要求，需要考虑机头在接收井内原位拆解；

（2）机头拆解过程中，需要采取措施防止坑外水土沿机头与洞圈之间间隙涌入接收井，机头东侧与接收井之间尚有2.2 m空挡，为方案考虑重点部位；

（3）由于38°大角度斜交进洞，必然有部分机头壳体留置在土体内作为永久结构，同时井接头需要做特殊处理；

结合以上工程实际难点，主要有两种进洞方案。

一是机头西侧靠足车站地下连续墙之后，不再继续推进，井内切割掉西侧突出部分，东侧的缺口部分需要在接收井内向基坑外采用暗挖法施做，分上、东、下三个工作面分别焊接钢板与机头和井内钢洞圈连接，补齐缺口，完成进洞及隧道的贯通，即“一次进洞法”。一次进洞施工流程如图3所示。

图3 一次进洞施工流程图

二是机头西侧靠足车站地下连续墙之后，井内切割西侧突出部分，形成空间后二次顶进，把西侧切割后的平口再次推进至靠足车站地墙，东侧可与接收井钢洞圈封闭，最后切割二次推进后进入井内的部分，完成进洞及隧道的贯通，即“二次进洞法”。二次进洞施工流程如图4所示。

图4 二次进洞施工流程图

两种进洞方案主要差别在于机头西侧顶进至车站地墙后，东侧缺口的处理问题。一次进洞法采用暗挖的方式施工，在上海高水位的淤泥质粘土中难度较大，需配合降水及加固等辅助措施，但坑外电力箱涵保护要求高，因此实施难度极大；二此进洞法采用接收井内切割部分机头后进行二次顶进，后顶进的壳体补齐东侧缺口，工序较为繁琐，处理周期长，但实施难度较小。经过比选，决定采用二次进洞法施工。

3 顶管二次进洞方案实施

3.1 接收井内填土

由于顶管在全断面淤泥质粉质粘土中顶进，且坑外地下水位为地面以下约0.7 m，因此进洞过程易出现向接收井内的渗漏，对施工尤其是周边管线的保护极为不利。为平衡坑外的水土压力，进洞前采用原状土回填接收井，回填高度为顶管顶以上5 m。

3.2 拔除H型钢

接收井围护为SMW工法桩，顶管顶进至接收井围护外约0.5 m时暂停，等待H型钢的拔除。H型钢拔除按由一边向另一边一次拔除的原则进行。起拔时，起重吊装人员应默契配合，保证H型钢迅速、安全拔出。拔除后，在型钢形成的空隙内填注水泥浆。

3.3 机头（西侧）顶进至靠足车站地墙

为增加顶进距离，需要在车站地墙进行局部开槽凿除。凿除范围为5 m宽，50 cm厚，凿除高度为接收井基坑底板至底板以上约6.5 m。机头顶进至回填土后的接收井内，一直到西侧部分靠足，如图5所示。

期间保持机头螺旋机正常出土，保持前方土压，同时密切观察接收井内的土体变化，以反馈操作人员，主要目的在于均匀靠足地墙，避免压力过大引起车站结构变形。

3.4 注浆封闭土体

由于井内切割机头较为繁琐，因此需要预先将机头与土体之间的间隙进行注浆封闭。注浆液体为水泥加水玻璃双液浆，注浆孔为机头内预留，保证全断面封闭坑外土体，为切割作业提供理想操作空间，保持坑外土体稳定和电力箱涵安全。

注浆压力控制在0.10～0.15 MPa，以封闭、填充土体为主；压浆后需要观察压浆效果，坑内土体挖除时进行检查和补缺。

3.5 接收井坑内土体挖除

图5 第一次顶进到位（切割前）

注浆完成后48h后，进行坑内土体的挖除。由于坑内空间狭小，需要采取地面长臂挖机和井下人工清除的方式，挖到坑内机头全部暴露。期间随挖土面下降检查上阶段注浆效果，必要时采用快速水泥加钢板焊接封堵，允许少量向坑内的渗水，严禁漏泥漏沙。极端情况下采用油溶性聚氨酯封堵。

3.6 切割西侧部分机头

切割前，在机头内部拆除螺旋机、电机驱动、纠偏油缸等内部结构，通过始发井一侧吊出地面，只剩壳体部分保留。切割为内外同步进行，沿预先设置好的切割线逐步割除，期间需要同步切割机头内部筋板，工程量较大；考虑到机头仅一侧进入接收井，仍存在较大风险。切割后平面与剖面位置如图6所示。

3.7 胸板补焊

本工程采用的机头为封闭式土压平衡设备，土压仓后部的胸板挡住开挖面水土。切割机头西侧导致部分胸板被割穿，因此在二次顶进前需要将胸板的缺口补齐，材料采用20 mm厚钢板，沿胸板的切割线进行修补，保证焊接质量。

3.8 坑内二次填土

二次顶进前需要坑内二次填土至顶管顶以上3 m。由于顶进时机头向前运动导致前阶段的注浆封闭破坏，坑外水土将沿机头壳体与土体间缝隙涌入接收井，因次提前进行二次填土平衡接收井内外水土压力，保证坑外土体稳定及周边管线安全。

图6 第一次顶进到位（切割后）

3.9 机头二次顶进

在二次填土完成后，进行二次顶进，将切割后的机头西侧顶进至靠足地墙，此时机头东侧壳体将进入接收井预埋的钢洞圈，形成东侧的封闭，如图7所示。顶进时的措施同第一次填土。

图7 第二次顶进到位（切割前）

3.10 二次注浆封闭

机头需要二次切割，同样切割前需辅助二次注浆封闭措施，要求同第一次注浆封闭。

3.11 坑内土体挖除，机头切割到位

注浆封闭达到强度后，二次挖除坑内土体，切割机头至接收井内壁平，形成最终结构，如图8所示。

图8 第二次顶进到位（切割后）

3.12 施做井接头，完成隧道贯通

由于进洞时西侧为钢筋混凝土管节，东侧为机头壳体，因此需要先将东侧壳体内现浇200 mm厚自密实混凝土，最终井内设置圈梁将管节、壳体和接收井整体拉结，形成整体。

4 周边环境影响

二次进洞法施工周期长，工序复杂繁琐，对周边土体形成二次扰动。本工程周边环境保护重点为110 kV电力电缆箱涵，在特殊的进洞加固和整体悬吊等措施的联合作用下，采用二次进洞法施工整个过程箱涵累计沉降为-7 mm，施工效果良好，达到了保护管线的目的。

5 结语

大断面矩形顶管法作为城市繁华街区施工地下通道的一种特殊的工法，正得到越来越广泛的应用，工法的推广也面临着周边建筑、管线等既有结构通常较为复杂，保护要求高等不利因素。矩形顶管设备截面大，操作空间小，在一些特定的工况条件下实施难度颇高。笔者曾参与20余座大断面矩形顶管通道的施工，本工程进洞方案的实施无论是在施工难度上还是在施工精细化要求上，都较为完备，对周边主要管线的保护效果良好。希望本文对类似工程的研究有所裨益。