矩形顶管弃壳技术施工应用及工艺改进研究

随着城市化进程的快速发展，城市轨道交通也随之相应迅猛发展，按照常规工序安排，地铁车站的出入口通道往往是最后施工，倘若车站出入口在后期施工过程中受车站主体结构预留的孔洞空间不够或工期紧迫影响，就会导致矩形顶管机机头无法正常吊运出来，因此需要采用顶管弃壳工艺技术，而顶管管节通常又是事先预制好的，为避免顶管管节的浪费，研究一种顶管弃壳技术改进工艺是十分必要的。

唐兴装备作为国内领先的非开挖顶管设备设计制造商，接下来将结合某地车站出入口通道项目的施工应用案例进行技术分析，证明了该顶管弃壳技术工艺改进是合理可行的，成功完成了既定目标，又节约了成本。

1工程概况

某地铁车站出入口通道采用矩形顶管法施工，始发井基坑深度约11.3m，围护结构选用直径0.8m间距1.0m的钻孔灌注桩+直径0.85m间距0.60m的三轴搅拌桩止水帷幕。始发井顶进方向加固采用直径0.8m间距0.55m的高压旋喷桩。接收井位于车站主体结构内部，接收井处也采用直径0.8m间距0.55m的高压旋喷桩加固。通道总长约71m（48节管节），坡度为1.5%下坡，通道顶覆土深度约5.0~7.0m。
项目顶管走向情况见图1。

2岩土工程特性及参数分析

根据地质勘探显示：本车站出入口矩形顶管穿越地层主要为淤泥地层，为高压缩性的极微透水地层。

本顶管的隧道围岩综合分级表见表1。

3主要施工技术要点

本项目采用的主要顶管施工工艺流程如图2。

3.1常规顶管接收技术

顶管施工常规接收方案主要分为正常吊出和弃壳两种。

待顶管机头达到指定位置后，经接收条件核查合格后，按照始发井洞门的方式进行接收井洞门的破除，待破除完后，迅速将顶管机顶进至围护结构内。

（1）吊出接收方案：在中板、顶板上预留吊装孔洞，在顶管机到达接收井内前，采用型钢搭设钢平台，平台与后边已完结构进行可靠连接固定，并满足承载力要求。平台安装完成经验收合格后，即进行接收洞门的破除，然后安装接收导轨，将顶管机推进至导轨上，通过吊装孔洞分体拆解吊装至场地外。

（2）弃壳接收方案：由于本项目顶管接收时间不能满足联合调试的要求，故采取顶管机弃壳接收方式，传统弃壳方案如下：

当顶管机刀盘切口进入加固区距离围护结构0.3m时，顶管停止顶进，开始凿除洞门，待洞门破开适当范围后，顶管机头要在尽量短的时间范围内连续快速顶进，停止顶进以前端机壳进入钢洞圈为界，当即要将机壳与洞圈悍成整体，同时为减少水土流失，需在管节和洞圈间隙范围用水硬性浆液进行填充。

①设备拆解：依次拆解机壳内设备，向后运输，从始发井吊出；从前部拆下刀盘，分散临时存放在中板上；割除胸板，然后分批次吊出；把机壳外壳留置在通道内。

②机壳段结构施工：设备拆解完成后即可以开始机壳内钢筋混凝土结构施工。

3.2具体弃壳接收技术

（1）弃壳段顶进施工

根据设计要求和弃壳施工工艺特点，需预先在接收井端头4m范围内采用直径0.8m间距0.55m的双重管高压旋喷桩进行土体加固。

顶管施工对测量的控制要求很高，尤其当机头刀盘快要出洞前，更要加强加密测量和监测，以保证掌子面轴线、高程的精度，做到随偏随纠，务必要将偏差控制在设计允许范围内，能让机壳顺利准确地进入到接收井内预埋的洞门钢环上。

当顶管进程到了弃壳段范围内时，逐级减少顶力至约8000kN，发挥机头刀盘切削掌子面上土体的推进能力，做到该范围段保持均匀、连续、慢速的节奏作业态势。施工现场接收洞门破除情况见图3。

顶管机切口项进加固区并在刀盘抵达顶管接收井围护结构时，顶管机暂停顶进，通过施打水平探孔来确定加固区的效果，在确保洞门处没有渗漏水的情况下，一次快速地破除洞门，然后迅速将顶管机顶进出洞，至顶管机机壳与洞门预埋钢环搭接20cm后停止顶管推进，割除顶管机机壳最前方的刀齿，迅速采用3cm厚的钢板焊接封堵顶管机壳与预埋洞门钢环间空隙，从洞门钢环上预埋的注浆孔往顶管机壳前方外侧压注水泥+水玻璃双液浆，填充顶管机壳周边的空隙，固结顶管机壳位置。

（2）设备拆解

在顶管机到达设计预定位置后，完成注浆和洞门封堵工序并达到相应龄期后，方可进行相关装置的拆除工序作业。

①按拆卸顺序，首先拆除顶管机后部的2个螺旋输送机，通过平板拖车运至始发井内，再利用地面的250t履带吊吊出坑外。

②在顶管接收井上方利用工字钢搭设支架设置吊点，吊点处悬挂10t手拉葫芦，将顶管机前方的刀盘用钢丝绳绑住紧固，卸去刀盘前部帽口，用千斤顶抵住胸板，慢慢将刀盘推至接收井结构中板，缓缓放倒后临时置于接收井结构的中板上。现场前端设备拆解见图4。

③再拆除刀盘后部的齿轮箱及电机，其运送和吊出方式同拆螺旋输送机一致。现场内部设备拆解见图5。

④其次拆除铰接油缸、脱离油缸、电气动力柜和纠偏液压站等，通过通道内平板车拉至始发井坑内，吊至地面放置口。

⑤最后当机壳内全部的零构件都拆卸完后，再用工字钢对机壳内部进行临时支撑加固，以防机壳壳体结构变形，发生危险。临时支撑现场加固见图6。

（3）机壳与车站主体结构结合部位施工采用现浇段与井接头同步完成的施工方案，即底板、侧墙与顶板一次浇筑。侧墙浇筑利用设置在侧墙上部的临时浇注口，浇筑到位后封闭浇注口。顶板浇筑则是在接收竖井一侧设置的奋箕口，浇筑振捣密实之后。待混凝土达到初凝强度凿除竖井侧多余的奋箕口，修复位置至与内衬结构齐平。

3.3弃壳工艺改进

由于本项目顶管管节均按照原正常吊出图纸已全部预制完成，为了将已预制完的管节使用上，需在传统弃壳的方式上进行工艺改进，具体如下：

设备拆解：依次拆解机壳内设备，向后运输，从始发井吊出；从前部拆下刀盘，分散临时存放在中板上；割除胸板，然后分批次吊出；外壳体的割除，采取顶进与割除交替进行。接收井中板在顶管接收前已完成，中板预留位置距离围护结构外边缘约1.5m，待顶管机壳体顶进钢环至距离中板边缘0.1m左右时，进行壳体割除，环向分为10块，每次割除宽度约1m，割完后随即顶进，如此往复进行，直至壳体全部割除完成。壳体割除完成后，顶管始发节管片即顶进至钢环内。

3.4重要控制点

（1）由于本项目是土压平衡顶管工艺其出土量与实际掘进开挖土方量相差很小，所以每节管节出土量计算为59m³左右。出土量控制可采用顶进每13cm出渣1渣斗车（5m³）控制，顶管施工过程中，项目部安排专人对出土量进行统计、分析，严格进行控制。

（2）在路面沉降控制方面，需要触变泥浆及时跟进，施工时应做到随顶随注。

（3）顶管全部结束以后及时进行泥浆置换，确保顶管周边道路、管线和构建筑的安全。

（4）在顶管的始发及接收端，施做2口坑外应急降水井，以备顶管机进出洞时出现渗漏水的应急措施。

4结语

根据本项目案例实际情况，通过采用常规顶管弃壳技术和对其工艺上的改进，顺利完成了该车站出入口通道的施工，解决了顶管施工时接收场地狭窄、工期紧张等难题，同时又避免了已预制好的顶管管节的材料浪费，所以不论从技术安全上还是经济成本上，都是一个较为成功的案例，可为后续类似工程情况提供一定的借鉴参考。 

 

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