范新宇

摘要：在分析市政橋梁隧道施工研究成果的基礎上，闡述了在施工現(xiàn)場準備、盾構頂管受力值計算、隧道洞口處置、盾構頂管體安裝、摩擦力降低措施、矩形管節(jié)施工作業(yè)等方面的市政橋梁隧道施工技術，通過市政橋梁隧道工程施工實例，驗證上述施工技術滿足相應規(guī)范要求。

關鍵詞：市政橋梁隧道；盾構頂管；施工技術

0? ?引言

盾構頂管施工是市政橋梁隧道施工過程中的重要環(huán)節(jié)，當前市政橋梁隧道項目已逐漸采用現(xiàn)代化建設模式，具有建設規(guī)模大、建設環(huán)境復雜、施工成本高等特點。隧道需要貫穿電信、電力等多種管線，這也給盾構頂管施工增加了作業(yè)難度。

市政橋梁隧道施工在城市建設中具有戰(zhàn)略地位，許多專家耗費了大量精力對其展開研究，取得了許多具有建設性的研究成果。劉智等人根據(jù)深圳某隧道項目特點，重點研究超大直徑泥水平衡盾構穿越斷層破碎帶的施工技術，開創(chuàng)性地采取輔助氣壓掘進模式完成斷層破碎帶穿越作業(yè)。鄧章鐵等人根據(jù)武漢市大東湖核心區(qū)污水傳輸項目特點，提出采用超深長距離頂管對接施工技術，解決了超深及復合地層條件下長距離曲線頂管無法繼續(xù)頂進這一長期困擾業(yè)界的難題。

然而以上2種施工技術仍然依托傳統(tǒng)施工技術，很難切實提高隧道施工質量，隧道內地表易出現(xiàn)不同程度隆起及沉降變形情況，同時管節(jié)接頭處的沉降量很大，為隧道工程交付后的使用帶來安全隱患。本文重點研究盾構頂管施工技術在市政橋梁隧道工程中的應用，以期提升該類工程的施工質量。

1? ?市政橋梁隧道施工技術要點

1.1? ?施工現(xiàn)場準備

盾構頂管施工作業(yè)現(xiàn)場準備工作主要包括：將施工所用機械設備及材料放置現(xiàn)場指定位置，并完成清場；在隧道兩側出入口位置使用明挖法挖掘設備安裝井，用于安裝盾構頂管體；對隧道出入口進行加固和止水施工，以確保施工作業(yè)的正常進行和盾構頂管機的作業(yè)安全；在頂進施工作業(yè)時，采用矩形管節(jié)支護隧道上方覆土，避免地表隆起和沉降變形的發(fā)生[1]；根據(jù)市政橋梁隧道設計圖紙和施工現(xiàn)場實際情況設置盾構頂管技術參數(shù)，并開始盾構頂進施工作業(yè)。

1.2? ?計算盾構頂管受力值

盾構頂管體完成安裝后，按照項目特點設定盾構頂管機主頂力、正方向土壓力等相關參數(shù)，在盾構頂進施工時，盾構頂管機受到正方向土壓力，依據(jù)彈性土壓力理論，計算盾構頂管機正方向土壓力理論值，其公式為：

U=Mεg? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：U為盾構頂進正方向土壓力；M為隧道盾構頂管覆土的深度，一般情況管道上方4.25m，管道下方10.65m；ε為容重；g為隧道盾構頂進土體的側方向系數(shù)。

然而在現(xiàn)實作業(yè)中，盾構頂管機自隧道洞口區(qū)域頂進原狀土時，需加大盾構頂管機正方向土壓力數(shù)值，并超過理論數(shù)值。為了保持盾構頂管作業(yè)效率，由盾構頂管機初始拉力和正面阻力，計算盾構頂管作業(yè)主頂力數(shù)據(jù)，盾構頂管機正面阻力的計算公式為：

F1=2（z+k）wq? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中：F1為盾構頂管正面阻力；z為盾構頂管機的寬度；k為盾構頂管機的高度；w為盾構頂管頂進深度；q為盾構頂管外表面與巖體的摩擦力平均值。其中盾構頂管機外表面與巖體的摩擦力平均值q的計算公式為：

q=sα+ηδ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式中：s為盾構頂管外表面摩擦系數(shù)；α為盾構頂管的外周長；η為盾構管節(jié)1m所受重力；δ為管節(jié)重力與巖體間摩擦系數(shù)，該摩擦系數(shù)一般介于0.25～0.55之間。

通過公式（3）計算出盾構頂管機外表面與巖體的摩擦力平均值q，進而計算出盾構頂管正面阻力F1。然后按照公式（4）由計算出盾構頂管主頂力，其公式為：

F=F1+F2? ? ? ? ? ? ? ? （4）

式中：F為盾構頂管主頂力，F(xiàn)2 為盾構頂管初始力。按照上述公式計算完畢后，根據(jù)計算結果，設置盾構頂管正方向土壓力及主頂力參數(shù)值。參數(shù)值設置后，即可開始盾構頂進施工作業(yè)。

1.3? ?隧道洞口的處置

為了確保盾構頂管施工作業(yè)的正常進行，需要使用明挖法在隧道兩側設備井內挖掘隧道洞口，挖掘深度為3.5m，以便盾構頂管體完成安裝。

為了保障盾構頂管作業(yè)過程中施工安全，需要使用三軸攪拌樁加固處理洞口區(qū)域，避免隧道洞口發(fā)生坍塌。攪拌樁直徑為750mm，樁體結構為鋼筋混凝土，配筋率高于50%。如果作業(yè)現(xiàn)場地下水較多，需在洞口區(qū)域布置簾布橡膠板密封洞圈，同時在洞口區(qū)域安裝3～4口降水井，在盾構頂管作業(yè)過程中將涌出的地下水引入降水井，以達到止水效果[2]。

1.4? ?安裝盾構頂管體

盾構頂管體由盾構機和頂管機2個主要部分構成，頂管機負責頂進，盾構機負責挖出管內巖土。根據(jù)項目具體狀況，針對性完成盾構頂管體安裝工作。

使用專業(yè)運載機具將盾構機和頂管機運送至隧道洞口指定區(qū)域，在隧道距離底板前方0.5m處安設下托板，把盾構主體和頂管主體固定在下托板上，頂管主體結構安設在前部，盾構主體結構安設在后部，將頂管和盾構主體結構焊接在一起，并與下托板進行焊接[3]。

順著隧道軸線方向開鑿邊線，使用鋼筋混凝土硬化處理溝槽基底，將預埋托板與盾構頂管墩柱精細焊接。在隧道洞口處搭建臨時平臺，在臨時平臺上建造盾構頂進體主梁。在盾構頂進主體上安裝外殼，材料采用厚度為18.55mm的鋼板，其寬度比隧道寬度大約26.55mm。將盾構頂管體外殼、頂板底部及主梁焊接在一起，完成盾構頂管體安裝作業(yè)。

1.5? ?降低摩擦力的措施

為了減輕巖土對頂管機配套刀具的破壞，降低在盾構頂進時頂管機與接觸巖土之間的摩擦力，使用混合注漿減摩方式開展頂進施工作業(yè)。

將一個泥漿套安設在盾構頂管體上，泥漿套和管材間的縫隙填滿滲透塊。膨潤土泥漿的潤滑效果好，在水泥砂漿中添加膨潤土形成膨潤土泥漿，通過注漿泵打入滲透塊里，注漿壓力值為3.25～5.25MPa。

在盾構頂管機的頂進作業(yè)中，膨潤土泥漿滲透進四周巖土體并進行擴散，填滿土體顆粒的間隙。一段時間后，土體顆粒間滲透的泥漿形成凝膠體，達到降低在盾構頂進時頂管機與接觸巖土之間摩擦力的作用[4]。

1.6? ?矩形管節(jié)施工作業(yè)

1.6.1? ?計算矩形管節(jié)受力值

盾構頂進施工作業(yè)在一定程度上，會破壞巖土的主體結構，引起地表沉降、隆起變形等。因此在盾構機頂進作業(yè)的同時，須采用矩形管節(jié)進行支護。矩形管節(jié)的壁厚很重要，直接影響其支護效果。經過精確計算矩形管節(jié)荷載，可得出其壁厚尺寸。支護矩形管節(jié)，需滿足其軸向推力的最低值，其公式為：

V=WSp? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

式（5）中：V為矩形管節(jié)軸向推力最低值；W為矩形管節(jié)的受力面積；S為管材抗壓強度，矩形管材通常采用C50規(guī)格鋼筋混凝土；p為矩形管節(jié)后座反作用力。使用此公式計算矩形管節(jié)荷載，直至矩形管節(jié)推力最低值大于其最大承受力為止，以此確定管節(jié)的壁厚值。

1.6.2? ?注漿作業(yè)

在頂進作業(yè)的同時進行注漿。為確保注漿均勻，需使用并聯(lián)式注漿管路。在注入漿液之前進行配筋作業(yè)，采用5.5mm直徑的鋼筋，其間距介于25～45mm之間。每頂進15m進行二次注漿，注漿量為同步注漿量的50%。盾構機頂入隧道洞口之后，開始增加二次注漿量，調整其為同步注漿的75%，確保隧道洞口結構穩(wěn)定。

矩形管節(jié)同步支護作業(yè)，可有效提升橋梁隧道覆土層穩(wěn)固性。當矩形管節(jié)初凝后，需實時檢驗其抗壓度，如發(fā)現(xiàn)低于抗壓度要求值，需進行補漿作業(yè)，達到合格標準為止。

1.6.3? ?管節(jié)頂進

頂管機頂進過程中，使用盾構機對土體進行挖掘。1個作業(yè)周期為1個管節(jié)的頂進時長，一個管節(jié)頂進后，重復相同方式操作下一個管節(jié)頂進，直至完成市政橋梁隧道工程的盾構頂管施工作業(yè)任務[5]。盾構頂管施工作業(yè)現(xiàn)場如圖1所示。

2? ?實例分析

2.1? ?工程概況

某市政橋梁隧道工程的施工地點位于市中心，隧道為東西方向，中間貫穿多條管線和市政道路，隧道附近存在多條市政管線。施工地點的地質情況比較復雜，覆土層主要由人工填土構成，并摻有部分淤泥，覆土層厚度約為11m，為此施工過程易對周圍交通和環(huán)境造成影響，施工難度較大。

該隧道挖深為13.25m，隧道底部土質多為砂卵石，其厚度接近6m，且硬度較高。隧道設計長度為146.25m，隧道的主通道寬度為8.555m，高度為5.35m。隧道兩側出入口采用明挖法進行施工，主通道采用盾構頂管技術進行施工。根據(jù)本工程特點，將盾構頂管機正方向土壓力值設定為136.35MPa，將主頂力值設定為149.42MPa，矩形管節(jié)壁厚為650mm。

2.2? ?隧道施工質量檢測

2.2.1? ?檢測管節(jié)接頭處沉降值

管節(jié)接頭處變形沉降和地表沉降是盾構頂管施工的重點管控對象，也是市政橋梁隧道竣工驗收的關鍵項目。隧洞施工完成后，須對管節(jié)接頭處沉降值和地表沉降值進行嚴格檢測。檢測方法如下：隨機抽取7個管節(jié)接頭處，使用全站儀測量其沉降值；隨機抽取7個管節(jié)接頭施工區(qū)域，使用全站儀測量其地表沉降值，并記錄測量數(shù)據(jù)。

根據(jù)相關工程管理規(guī)范要求，市政橋梁隧道項目中涉及盾構頂管施工作業(yè)的管節(jié)接頭處沉降值不得大于15.25mm，地表沉降量不得大于20.25mm。

該隧道完成施工，使用全站儀對隨機抽取的7個管節(jié)接頭處和7個管節(jié)接頭施工區(qū)域地表的測量結果表明，管節(jié)接頭處的最大沉降值為4.31mm，施工區(qū)域地表的最大沉降值為7.25mm，均大幅低于規(guī)定值，這說明此項目盾構頂管作業(yè)沉降指標符合技術要求。

2.2.2? ?檢測地表隆起值

在盾構頂管作業(yè)過程中，如果發(fā)生注漿量不準確、頂推參數(shù)設置不科學等情況，會引起地表隆起變形。為更科學驗證該盾構頂管施工技術的可行性，在施工區(qū)域隨機抽取8個測量點，在施工完成后使用全站儀測量地表隆起值，并記錄了測量數(shù)據(jù)，如表1所示。

從表1可知，相關工程管理規(guī)范要求市政橋梁隧道項目中涉及盾構頂管施工作業(yè)的地表隆起值不得高于48.55mm。該隧道項目完成施工后測量的地表隆起量最值為20.32mm，大幅度低于規(guī)定值。測量結果表明，本隧道項目采用的盾構頂管施工技術可以有效控制施工區(qū)域沉降和變形程度，切實提高了施工質量。

3? ?結語

該項盾構頂管工程施工參考了相關方面研究成果和同類項目建設情況，在傳統(tǒng)施工技術的基礎上，通過計算盾構頂管受力值以及矩形管節(jié)受力值，科學合理地安排市政盾構頂管施工工藝，通過工程實例，驗證了該市政橋梁隧道施工技術具有很好的應用效果，可有效降低管節(jié)接頭沉降值和地表沉降值，避免地表隆起變形，提高施工質量，對提升我國市政橋梁隧道項目的建設水平，具有一定應用價值。

參考文獻

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