魏登輝

中鐵上海設計院集團有限公司 天津 300110

引言

隨著我國城市軌道交通事業(yè)的快速發(fā)展，為更好地服務客流，滿足建筑功能，出入口過街通道下穿主干路、快速路、高速公路的案例越來越多，在軟土地區(qū)采用矩形頂管施工過街通道能很好地解決交通疏解和管線切改等難題。本文結合天津地鐵4號線南段工程5座車站過街通道矩形頂管的設計及施工經驗，總結軟土地區(qū)過街通道矩形頂管設計及施工過程中的關鍵技術，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

天津地鐵4號線南段8標，共6站5區(qū)間，均位于天津市東麗區(qū)。車站主體均設置于津濱大道南側，5座車站出入口均設置過街通道下穿津濱大道，采用矩形頂管法施工，該工法在天津地區(qū)地鐵工程中屬于首次大規(guī)模集中實施[1]。

沙柳南路站頂管長度約98.8m，由北向南上坡，縱坡為1%，頂管覆土厚度約為6.2～7.31m。約77°斜向下穿津濱大道、張貴莊排水河。受管線和交改制約，在始發(fā)井內設置臨時后背墻和斜向牛腿，取消背后加固，始發(fā)端頭加固采用MJS大直徑旋噴樁，接收井吊裝孔壓縮為10.7m×5.3m。

登州南路站頂管長度約94.9m，由北向南上坡，縱坡為1.03%，頂管覆土厚度約為6.1～7.1m。約76°斜向下穿津濱大道、張貴莊排水河。受管線和交改制約，始發(fā)井端頭和背后加固采用MJS大直徑旋噴樁，接收井吊裝孔壓縮為10.5m×5.1m。

躍進北路站頂管長度約97.9m，由北向南上坡，縱坡為1%，頂管覆土厚度約為7.1～8.9m。橫向下穿津濱大道，始發(fā)、接收條件較好。

航雙路站頂管長度約88.5m，由北向南上坡，縱坡為2%，頂管覆土厚度約為6.2～7.9m。橫向下穿津濱高速、津北公路，始發(fā)條件較好。受管線和交改制約，接收井吊裝孔壓縮為10.7m×3.2m。

民航大學站頂管長度約89.7m，由北向南上坡，縱坡為2.1%，頂管覆土厚度約為6.6～8.4m。橫向下穿津濱高速、津北公路，出入口明挖段及始發(fā)井位于民航大學校內湖填筑場內。受航油管安全距離要求的制約，采用站內接收。

以上5條過街通道均已施工完成，采用土壓平衡式矩形隧道掘進機，頂進時間約20～25天。

工程地質及水文地質概況：場地范圍內土層從上而下依次為：①2素填土、④1粉質黏土、④2砂質粉土、⑥1黏質粉土、⑥2粉質黏土、⑦1粉質黏土、⑧1粉質黏土等，頂管部位主要位于⑥1黏質粉土和⑥2粉質黏土層； 場區(qū)內地下水位較高，勘察期間測得場地地下潛水水位：初見水位埋深1.5～3.4m，相當于標高0.81～1.54m。

2 線路特征

2.1 平面線型及縱斷面坡度

矩形頂管機適應雜填土、淤泥、黏土、粉土、中粗砂、粉細砂等軟土地層。平面線形要求為直線，不得轉彎；始發(fā)井與接收井端面與頂管中心線一般要求垂直，若條件困難無法垂直，也可采用楔形鋼環(huán)接頭解決，如登州南路站始發(fā)井端墻與頂管中心線不垂直，采取特殊工藝處理，成功始發(fā)。頂管段長度不宜過大（88.5m～98.8m），超過100m時應設置安全疏散口。縱向坡度一般要求平坡，對于頂管工藝而言，線路縱向優(yōu)先采用頂進坡度較小的上坡為宜；最大縱坡一般不超過+5%、-3%，宜在 -1%～+1%之間。

2.2 最小覆土要求

根據頂管通道的斷面大小，其覆土厚度除滿足工藝要求外，尚應滿足抗浮及結構受力要求，根據地下管線情況及地面沉降控制標準確定，一般最小覆土滿足0.8～1倍通道結構總高度要求，不滿足要求時應采取可靠措施，確保頂板上部覆土的穩(wěn)定[2]。

2.3 與管線最小距離

5座車站過街通道上方均有較多市政管線，其中控制性管線主要有：沙柳南路站?1500污水管，距離頂管約2.6m；登州南路站張貴莊排水河，河寬20m，距離頂管約2.5m；躍進北路站DN1000污水管，距離頂管約1.1m；航雙路站?2000污水管，距離頂管約1.7m；民航大學站?2200污水管，距離頂管約2m。

為確保地下管線的安全，頂管外壁距離地下管線的凈距離一般要求≥0.8m，同時應盡量避開管線窨井、接頭等位置。特殊管線，如民航大學站航油管最小凈距要求≥5m。

3 斷面尺寸

綜合比較后，4號線南段出入口過街通道矩形頂管截面均采用6m×3.3m凈空尺寸。采取3.3m凈高頂管尺寸，可以考慮將吊頂上方排煙管分成兩個支管設置，盡量減少設備高度，優(yōu)化后吊頂下凈高為2.6m，滿足地鐵設計規(guī)范最小2.4m的要求，且投資相對較小。管節(jié)壁厚450mm，保護層厚度為一般環(huán)境下的所有鋼筋（包括分布鋼筋）的凈保護層厚度：外側45mm，內側35mm。

管節(jié)接口采用“F”型承插式，管節(jié)寬度采用 1.5m。矩形頂管排版設計時一般采用標準長度管節(jié)，必要時可微調工作井的相對位置以滿足管節(jié)標準模數長度。如條件限制需采用特殊長度管節(jié)，其最小長度一般不宜小于1.0m。

4 工作井尺寸

頂管始發(fā)井的預埋鋼環(huán)內凈尺寸一般按管節(jié)外包尺寸單邊加110～150mm的外放考慮?？紤]頂管頂進過程中的允許施工誤差，頂管接收井的預埋鋼環(huán)內凈尺寸一般按管節(jié)外包尺寸單邊加160～200mm的外放考慮。洞口預埋鋼環(huán)的具體尺寸大小應根據不同的施工設備確定。

始發(fā)井大小以頂管通道的大小及頂管機工作、進出管片、出土等要求確定，始發(fā)井凈寬度一般不小于通道寬度兩邊各外擴1.5m；長度一般為頂管機長度（含螺旋出土器長）外加3倍管片環(huán)寬。本工程始發(fā)井開洞按9.9m×10.1m預留。

接收井的最小凈長度和凈寬度應滿足頂管機在井內拆除和吊出的要求。接收井凈寬度一般不小于通道寬度兩邊各外擴1.5m，長度方向凈距一般為頂管機長度兩邊各擴出1.5m。受現場條件限制，本工程接收井最小開洞為航雙路站10.7m×3.2m，接收井尺寸較小，頂管機拆除、吊出較為困難。

接收井一般采用明挖法施做，若接收井位置交通疏解及管線切改困難，可考慮采用站內接收方案；如民航大學站受航油管安全距離要求的制約，采用站內接收方案，可減少管線切改和交通導行，減少頂管接收井的施工時間，節(jié)省工期、降低造價，但是站內接收平臺影響車站鋪軌、站臺板施工、區(qū)間盾構作業(yè)、車站頂板覆土回填等工序，需與全線鋪軌及車站、區(qū)間施工工期緊密結合確定[3]。

5 始發(fā)、接收加固

進出洞及始發(fā)后靠背土體加固范圍應根據地層狀況、洞門破除要求確定，一般采用旋噴樁+攪拌樁加固，可采用預留降水井作為應急措施。始發(fā)、接收工作井加固長度一般不小于3m，寬為工作井左右各3m，圍護結構轉角處須包角處理，加固深度為通道頂底板上下各3m。

本工程頂管后背土體及始發(fā)加固采用五排?850@600三軸水泥攪拌樁；接收土體加固采用四排?850@600三軸水泥攪拌樁，一排旋噴樁；進出洞及始發(fā)可采用預留降水井（兼做觀測井）作為應急措施。

條件困難時可以在加固土體內插入型鋼或采用MJS大直徑旋噴樁加固，如沙柳南路站和登州南路站受交通導改和管線切改的制約，始發(fā)井端頭和背后加固采用MJS大直徑旋噴樁。加固后的土體指標需滿足工作井洞口鑿除后土體的穩(wěn)定性和抗?jié)B性要求。當頂管的總頂力大于始發(fā)井后靠側原狀土強度時，為保證工程的安全，增加被動區(qū)土體的抵抗能力，可以對始發(fā)井后靠的土體進行地基加固，一般可以采用攪拌樁、旋噴樁等加固形式。

6 頂管防水

矩形頂管的防水設計應遵循“以防為主，剛柔結合，多道防線，因地制宜，綜合治理”的原則，以工作井及鋼筋混凝土管節(jié)的結構自防水為根本，以管節(jié)接頭防水為重點，確保工程的整體防水。按照地下車站出入口、人行通道防水等級為一級的要求，即不得有滲水，結構表面無濕漬。

本工程管節(jié)間的防水措施主要有：

外側防水體系：承插口鋼套環(huán)采用厚18mm的鋼板，長350mm，與承口混凝土結構密貼。插口混凝土結構外側密貼楔形橡膠圈，插入承插口鋼套環(huán)，在插入過程中，橡膠圈被壓縮，密貼鋼套環(huán)與鋼筋混凝土結構，形成良好的防水體系。在承口處鋼套環(huán)內側粘貼遇水膨脹橡膠止水條，在承口與插口接口處設置嵌縫槽，嵌入雙組份聚硫密封膠，保證承口側的防水能力。

中間防水體系：在管片中部位置開槽，嵌入多孔型彈性密封墊。密封墊為三元乙丙橡膠。三元乙丙橡膠應與丁腈軟木有相協調的壓能力，保證拼裝后的防水效果。

內側防水體系：內側防水體系為預留防水體系。在管節(jié)內側兩管節(jié)接口處設置嵌縫槽，后期可采用注入雙組分聚硫密封膠形式或采用接水槽引水形式進行防水。

為減小進出洞滲漏水風險，防止地下水從頂管機殼體和洞門的間隙處流出，在始發(fā)時需安裝洞門臨時密封裝置，洞口密封采用2道折葉式密封壓板+2道簾布橡膠板。

7 施工注意事項

頂管施工采用土壓平衡式頂管機，頂管初始頂進速度宜控制在10mm/min～20mm/min范圍，頂進中的速度宜控制在20mm/min～30mm/min范圍；土壓力值設定應根據選用的頂管機類型確定。

頂管頂進過程中應采取防磕、抗扭轉、防倒退及控制地面沉降等措施；每頂進一節(jié)距離或頂進2m～3m應測量一次頂管機的姿態(tài)偏差，并及時調整，控制管道沿設計軸線頂進。

正面土壓力最初設定值隨著頂進施工應根據實際頂進參數、地面沉降監(jiān)測數據做相應的調整。

頂管頂進應采取下列措施控制地面沉降：①在頂進過程中，應根據理論出土量核對每節(jié)管片的實際出土量，使之保持一致；嚴格控制出土量，防止欠挖或超挖，盡量減少水土流失，控制好地面沉降。②應合理控制頂進速度，保證連續(xù)均衡施工，避免出現長時間機頭停滯的情況；應根據反饋數據反復調整土壓力設定值，保證掌子面土壓力、出土量、頂進速度、注漿量和注漿壓力等各項施工參數處于最佳狀態(tài)。③同步注漿以及沿線補注漿應及時有效，形成完整的泥漿套環(huán)，壓漿應先壓后頂，頂管結束宜用水泥漿對泥漿套進行固化。

施工過程中如果發(fā)現管線或地面有大的沉降趨勢，可利用管節(jié)內的注漿孔，使用快凝雙液漿（水泥+水玻璃）對沉降區(qū)域進行底部加固，控制住地面及管線的沉降趨勢。注漿量視實際情況而定，確保地下管線差異沉降量控制在允許值以內。頂管穿越風險源處，以及始發(fā)、接收時，建議通過打泥控制地面及管線的沉降及預防滲水。

為減小土體與管道間的摩阻力，在頂進時應及時在管道外壁壓注觸變泥漿，在管道四周形成一圈泥漿套環(huán)以達到減摩效果。觸變泥漿性能指標：黏度＞30s，濾失量＜25mL/30min，比重1.02～1.3。

頂管機頭吊出接收井后，應將管節(jié)與兩端洞門間的縫隙進行封堵。一般采用單液漿置換出觸變泥漿，對管節(jié)外的土體進行加固。漿液置換結束后，將管節(jié)和工作井鋼洞門用鋼筋連成一體，澆筑混凝土環(huán)梁。

頂管施工結束后，頂管管節(jié)間的縫隙先采用水泥填充，再使用雙組分聚硫密封膏填充。嵌縫前必須將縫隙內的雜質、油污等清理干凈，做到平整、干凈、干燥。要求壓緊刮平，防止帶入氣泡而影響強度和水密性。

8 結束語

針對地鐵車站出入口過街通道下穿城市主干路、快速路、高速公路，交通疏解及管線切改困難等特點，過街通道可采用矩形頂管法施工，經現場施工監(jiān)測數據顯示，地表沉降、管線變形、管節(jié)防水控制良好；且施工過程中占地小、不開挖路面、不封閉交通、不遷改管線、低噪聲、無揚塵，可為類似工程參考與借鑒。