敝开式顶管机新管幕法施工顶进工序及纠偏技术

随着经济的高速发展、人口的快速增加以及城市规模的急剧扩张，城市交通已日趋拥挤。为缓解不断增大的交通压力，降低对城市道路、管线、建（构）筑物的影响，暗挖工艺逐渐成为在复杂环境下修筑地下结构的首选。作为暗挖工艺的一种，管幕法对施工空间及周边环境的影响较小，该工艺常用于下穿己建高速公路或铁路线的地道施工中。

下穿太原火车站采用新管幕法施工，属于首次将新管幕法应用于下穿特级火车站，利用大直径的顶管施工，在钢管内进行钢管切割、支护、焊接、钢筋绑扎、混凝土浇筑施工，形成全部或部分永久钢筋混凝土结构，在此永久钢筋混凝土结构的支护下，进行暗挖结构土方开挖，最终完成全部地下结构，是一种全新的支护结构一体化设计形式。本文针对敝开式顶管机的顶进工序及纠偏技术进行研究和探讨，控制掘进过程的方向，减少对盾体周边土体的扰动。

1 工程概况

太原市迎泽大街下穿火车站通道工程是迎泽大街东延的控制性工程，分为南北两个通道，北通道管幕段全长102.5m，南通道管幕段全长107.5m。南北通道各20根管道。车行通道管幕结构采用φ2m钢管，壁厚为20mm。车行通道顶、底板处各布置7根钢管，左右侧墙各布置3根钢管，共计20根，钢管间距为165~265mm。

以地勘、物探报告及太原站站改资料作为不同地层条件下顶进设备选型依据，上部杂填土地层中采用敝开式盾构机，下部新黄土地层中采用土压平衡式盾构机施工。敝开式顶管机计划顶进顺序为：A1、A3、A5、A7、A20、A2、A4、A6、A8，土压平衡顶管机计划顶进顺序为：A11、A13、A17、A15、A19、A18，A16，A14、A12、A9、A10。

2 环境特点

本工程位于山西省太原市，气候四季分明，因冬季寒冷干燥、夏季炎热多雨，对于施工影响较大，冬季需采取保温措施防止注浆管、水管等上冻，夏季需在机房配置空调等设备，防止动力泵站等机器运行时温度过高。

3 地质特点

由于太原火车站经过5次大型、20多次小型站改，站内对管幕施工有影响的障碍物较多，浅地层中存在混凝土灌注桩、挡墙、雨棚基础、废弃的接触网柱基础、轨枕、钢轨、电缆管线等大型障碍物，对顶管施工影响极大，故管幕上部不含地下水区域采用敞开式顶管机掘进施工。

4 敝开式顶管机顶进工序

4.1 始发

4.1.1 平台搭设及调整

根据始发洞口孔口管与工作井底板标高实际高差，安装平台支座，测量平台标高加以调整，复核平台标高，固定平台。

4.1.2 变径法兰及始发密封安装

孔口管法兰、变径法兰、始发密封三者之间应该严丝合缝，防止顶进过程中注浆出现漏浆情况，特别是孔口管和变径法兰，之间，如无法密合，应在内侧抹上一层水不漏或其他堵漏材料。始发密封如图1所示。

 

4.1.3 导轨压力板顶进架安装

导向架及压力板安装一定要严格按照测量队所给轴线安装，误差不应大于10mm，否则会影响油缸受力，从而影响顶进方向并可能影响旋转角度纠偏，压力板与后背墙间隙用灌浆料填实。

4.1.4 激光发射器安装

钢管顶进施工过程中，采用UNS激光导向系统24h全程监控及时纠偏，增设偏转传感器及时监测，调整转动方向，增加配重防止机头偏转。激光发射器是顶管定位准确的核心，一旦激光出现偏差，会直接影响操作手的判断，导致顶进方向改变，因此在顶进过程中，要勤测勤纠激光，在安装激光发射器时，杜绝将激光发射器固定或间接连接在压力板上，因为压力板可能会因为受力而产生轻微变形或颤动。

4.1.5 操作面板管线安装

油管安装时，应确保安装连接到位，不能出现油路卸压情况。信号线等线路连接应压紧，否则机器会无法正常运转。

4.1.6 始发时盾体状态

始发前，应将盾体内清理干净，电子元件应吸尘，两道较接处应填充黄油，顶管机初进洞时，应处于抬头状态，顶进过程中尽量使机器处于微抬头状态。

4.1.7 安装承插管

皮带机事先安装在承插管内，顶管机前中盾顶进土层，确认盾尾与顶环距离，下承插管，承插管与盾尾通过12个50高强度螺栓连接，开采的渣土通过皮带机运至后方渣土车内。

4.1.8 始发结束

顶管机完全进入土层，始发结束。

4.2 顶进

4.2.1 钢管焊接

除盾体与承插管，承插管与插管间采用高强度螺栓外，其余钢管均采用焊接工艺，焊接时，应先打底后进行二次焊接，保证焊接部位无缝隙，焊接完毕后，焊接部位不得存在突起、毛刺等，以避免顶进过程钢管出现裂缝。

4.2.2 顶进速度

正常掘进时控制顶进速度，速度不宜过快，刀头插入土体不宜太浅，防止掌子面土体坍塌，使非掌子面区域出现孔洞，刀头插入也不宜过深，否则会影响顶进方向和旋转角度。

4.2.3 注浆

顶进过程中应及时注浆，使钢管与土体之间的空隙被膨润土泥浆填充，以减少地面沉降。停止顶进时应循环注浆，及时补浆，通过检查钢管内二次注浆孔流浆程度判断管壁外侧注浆情况，查看是否需要继续补浆。注浆应控制膨润土粘稠度、静置时间、注浆压力、注浆量（注浆频率）。

4.3 接收

通道顶通前提前搭设接收平台，平台不得高于既定值，可，稍微偏低1~2cm，接收密封安装时，密封的螺栓要上紧上全，密封、变径法兰、孔口根部接缝处用水不漏封堵。

4.4 泥浆置换

钢管顶进完成与承插管全部进入接收井内后，立即开始泥浆置换准备及贯通测量，及时用双液水泥浆置换触变泥浆并填补空隙。

泥浆置换时，用混合器混合水灰比1：11水泥浆及相同体积的水玻璃液（水玻璃：水为1：11）后将其注入，更换注浆口的时间应控制在1min内，否则将会堵塞注浆管。

注浆口为2m/环，每环3个注浆孔，注浆应编组进行，每节管的出浆孔与相邻的两个注浆孔作为一组，逐组进行，直至全部注完。注浆顺序为：从接收井第一节管依次向后压注，压注每一节管时，应将本节钢管进浆孔、出浆孔（出浆口上连接适当软管并引入跟随的出土小车内）以及下节钢管进浆孔打开，其他管的进浆口及出浆口关闭，打开注浆泵向管内注浆，使原有管路中的触变泥浆在水泥浆的压力作用下，从本管节3个出浆孔中溢出，关闭下节进浆阀，继续向注浆管内注浆，3个出浆孔均溢出水泥浆后，关闭出浆孔并继续注浆（压力不得大于0.2~0.5MPa，以地表不冒浆为准），确保周边空隙全部被水泥浆填充。

出浆口排浆时，尽量保持一定的排浆时间，排浆均匀，压力稳定。所有注浆全部完成后，应关闭所有注浆阀门，保持静态保压至水泥初凝。浆液初凝后进行二次注浆，注浆方法同第一次注浆，压力大于第一次注浆压力，保证填充密实。

5 纠偏

5.1 方向纠偏

通过四个较接油缸伸缩配合控制刀头，油缸自右上、右下、左下、左上为1、2、3、4号油缸。

如果顶进过程中出现较接油缸压力过大的情况，应当稍微挖开对应油缸处的掌子面，观察前方土质情况：当盾体偏上时，应使1、4油缸伸出距离大于2、3油缸，缓缓低头。

当盾体偏下时，应使2、3油缸伸出距离大于1、4油缸，缓缓抬头。

当盾体偏右时，应使1、2油缸伸出距离大于3、4油缸，缓缓向左。

当盾体偏左时，应使3、4油缸伸出距离大于1、2油缸，缓缓向右。

对于纠偏，要坚持“三纠”原则，即早纠、少纠、勤纠：

早纠：机体开始偏离主轴线，应注意控制四个油缸伸出量，及时纠偏，一旦偏离趋势过大或回纠困难，将会产生较大偏差。

少纠：调整方向时，不宜大幅调整，应及时回纠偏，防止纠偏过量，出现反方向偏差，导致钢管左右、上下活动扰动土体，引起地面沉降，如当机体右偏2cm时，向左纠偏1cm即可回纠刀头，待刀头、盾体、标靶处于同一直线后，根据其偏差再次做出调整。

勤纠：在少纠偏的基础上勤纠偏，即减少每次纠偏量，增加纠偏次数，以避免出现钢管上下起伏、左右弯曲的情况。

5.2 旋转角度纠偏

5.2.1 旋转角影响

机体旋转度会影响操作手对机器的操作，影响方向纠偏。当旋转角度过大时，油缸位置发生变化，导致伸缩油缸无法达到指定效果，造成机体方向调节不便，同时，当机体旋转角度达到一定值时，电脑无法计算出机体准确的偏差值，导致显示结果与实际偏差值不符，影响操作手对方向纠偏的掌握。

5.2.2 旋转角控制

旋转角控制有三种常用方法：

（1）开挖土体

当机体向右旋转时，可稍微多开挖掌子面左边土体，减小左边土体对刀头的压力，从而使机体向左回转。

（2）调节较接油缸

当机体向右转时，使1、4油缸伸出距离大于2、3油缸，使刀头右边受力大于左边，从而使机体向左回转。

（3）添加配重

敝开式顶管机机体本身因为左边配有液压油箱、电机等部件，导致机体本身左部比右部重，所以在右部操作手座椅后方加有固定配重。

本工程由于机器较小，所以可通过增加机体左右两边重量的方式，以调节机体旋转角度，当顶进里程较短时（50m以内），在后方钢管对应侧添加配重，这样效果较好：当顶进里程较长时，后方添加配重效果逐渐减小，此时可在盾尾和承插管交接处往后逐次添加。

6 结语

太原市迎泽大街下穿火车站通道建设工程采用了新管幕法进行施工，在国内尚属首次。太原站作为百年老站，站内轨道多、站台多，通行火车量大，管幕段施工区域上部为杂填土地层，站内对管幕施工有影响的障碍物较多。敝开式顶管机解决了障碍物清除的问题，在施工中加强顶进过程的监控量测，熟悉掌握敝开式顶管机的纠偏技术，减少了对火车站内的轨道及建筑物的影响，以最终达到预期的效果。新管幕法在下穿太原站施工中的成功应用，为今后类似超浅埋下穿工程提供了相应参考。

 

本文由唐兴装备整理自《敝开式顶管机新管幕法施工顶进工序及纠偏技术》刘成龙，转载请注明出处，如有侵权请联系删除。