一种顶管机在端头冷冻加固条件下水中平衡接收的施工技术

顶管法因其成本低、施工速度快的特点，在地铁出入口施工中得到了广泛的应用。为规避顶管机始发、接收过程中涌水涌砂风险的发生，接收井的接收端的围护结构外一般设有旋喷桩或搅拌桩作为端头加固。然而施作端头加固却可能需要进行管线迁改、交通道路疏解，往往难以具备施工条件。

本文结合广州某人行隧道工程顶管接收方案进行具体研究，总结出一种顶管机在端头冷冻加固条件下水中平衡接收的施工技术，以解决无法顺利征得地面施工场地的问题及避免基坑内由于水土流失造成的涌水涌砂的风险的发生。

1 工程概况

1.1 工程概况

广州某人行隧道工程西出入口采用盖挖顺作法施工，地面标高约18.56 m，围护支撑体系采用地下连续墙+内支撑方式。结构顶板覆土约3.4m，结构底板最大埋深11.5 m。人行隧道区间标准段采用顶管法施工，管片为矩形断面，外轮廓尺寸为5mx7m，顶板覆土约4.5 m。

1.2 地质条件

广州某人行隧道工程顶管施工由东向西下穿机场东路顶进，隧道顶进长度为31m，其流水坡度为1.38%，隧道顶部高程约为14.069~14.500 m，顶管覆土深度约为4.5 mo广州某人行隧道工程顶进区间为粉质粘土和砾砂层，该隧道地下水位线埋深为3m，A1人行隧道下方现有两条城际隧道，城际隧道上方距离顶管施工底部最近距离为2.7 m。

2 水平冷冻加固设计概况

2.1冻结孔布置与冻结壁形成预计

顶管机尺寸长7m、宽5m，延顶管壳体外侧距离400 mm位置布置单圈46个水平冻结孔。开孔间距500~600 mm，孔深4.8 m（与顶管机壳体有效搭接大于3m）。测温孔4个，外侧2个距冻结孔外侧400 mm内侧2个距冻结孔200mm。如图1~图2所示。

2.2冻结设计参数

冻结施工参数如表1所示。冻结20 d（其中顶管顶至地墙位置冷冻不小于10d）后具备凿洞门条件，此时冻结壁范围和平均温度均能满足上述设计要求。

 

表1 接收水平冻结施工参数一览

 

3 施工关键技术

顶管机到达接收井连续墙边后，利用水平冻结和部分倾斜孔冻结加固地层，使顶管机外围及开洞口范围内土体冻结，形成圆柱加板块、强度高、封闭性好的冻结帷幕，达到设计强度后，开始安装密封、破除洞门，洞门破除后，基坑内倒灌水进行水下接收（见图3）。

 

3.1水平冻结孔施工

水平冻结孔施工工艺复杂，主要工序为：定位开孔及孔口管安装→孔口密封装置安装→钻孔→测量→打压试验。具体如下：

（1）冻结孔轴线定位。通过专业测量队伍在洞门环梁和中板所给的顶管轴线坐标点拉线，两点成线，通过在轴线上吊两个垂线，每个冻结孔的轴线定位在钻杆上选取两点到两个垂线的距离来确定。

（2）定位开孔及孔口管安装。根据设计孔位图放样各孔位置。注意内衬结构内主筋干涉时，调整孔位，用开孔器按设计角度开孔，开孔直径121mm，当开到深度300 mm时停止钻进，安装孔口管。

（3）孔口装置安装。用螺丝将孔口密封装置装在球阀上，注意加好密封垫片。

（4）钻孔施工

①如受接收井内梁、板等结构限制冻结孔不能按设计布置，冻结孔按放射状钻进，即孔底位置按设计确定，开孔位置向预留洞门边缘移动。

②冻结孔施工顺序为：先施工冻结孔，再施工测温孔；先施工下部的冻结孔，再施工上部的冻结孔。

③水平冻结孔采用跟管钻进法法施工。

3.2 积极冻结与凿洞门

3.2.1 冻结系统试运转与积极冻

结设备安装完毕后进行调试和试运转。在试运转时，要随时调节压力、温度等各状态参数，使机组在有关工艺规程和设计要求的技术参数条件下运行。在冻结过程中，定时检测盐水温度、盐水流量和冻结壁扩展情况，必要时调整冻结系统运行参数。冻结系统运转正常后进入积极冻结。要求一周内盐水温度降至-18 ℃以下。

3.2.2 凿洞门

实测测温孔温度，使冻结壁平均温度和厚度达到设计值，检查冻结壁与围护结构界面温度不高于-5℃，顶管顶进区域内施工探孔若干穿透地连墙无泥沙流出，方可破地连墙钢筋混凝土。破洞口连续墙钢筋混凝土时，并密切注意破连续墙时是否破坏冻结管，如一旦发现冻结管漏盐水，及时关闭该冻结器，并用焊接补好漏点。

3.3 水中平衡接收

为平衡接收井内外水土压力，防止顶管机在进入井内过程中与洞门之间间隙涌水、流土，在洞门凿除后对接收井进行灌水，灌至与井外水位标高一致处。

完成灌水后，顶管机方可进入洞内，完成接收。

3.4 停止冻结

洞门地连墙凿除后，工作井内灌水完成后停止冻结，待顶管顺利接收后割除外圈冻结管。

4结语

受制于地面加固不具备施工条件，该工程顶管机，接收加固方案改用洞内水平冷冻法的加固方式，并使用水中进洞的接收方式。通过提前在到达井内施工水平冻结孔，冻结孔布置在顶管接收端、顶管机周边，在顶管机顶进至接收井地下连续墙后，采用冷冻法对顶管设备周边的土体进行冻结加固，同时安装洞门密封装置，在形成稳定冻结帷幕后开始凿除洞口，待洞口凿除完成后，向顶管井内灌水、同时开始解冻，顶管机顶进接收井，并进行背填注浆，封堵洞门。利用该技术，可以缩短工程建设周期，并使顶管机安全接收，规避涌土、流砂的风险。

 

本文由唐兴装备整理自《一种顶管机在端头冷冻加固条件下水中平衡接收的施工技术》罗泽宏，袁守谦，转载请注明出处，如有侵权请联系删除。