胡家谱
中国建筑第二工程局有限公司华东公司 上海市 200135
摘要：近些年，随着社会发展，带动了我国科学技术水平的进步。目前，手掘式顶管是最早发展起来的一种顶管方式，也是目前市政工程中最常用的顶管施工方法，具有操作简单、机械设备要求低、施工成本低、排障方便等优点，因而被广泛采用。但手掘式顶管一般只适用于土质情况较好的地层，如遇到软弱土层，则必须采取相应的辅助加固措施，才能保证顶管施工安全顺利进行。
关键词：手掘式顶管；垂直注浆；软弱土层；地层加固
引言
随着城镇化进程加快，城市管网建设已被提上日程。2014年国务院办公厅提出坚持先地下、后地上的城市地下管线规划基本原则，用10年左右时间建成较为完善的城市地下管线体系。城中既有建（构）筑物众多，当新建管线穿越既有建（构）筑物时，往往采用非开挖施工工艺，在不对地表造成破坏的情况下敷设各种地下管线。非开挖管线敷设技术体现工程施工水平及城市的现代化建设进程。
1工程概况
某区临空核心四街坊地下人行勾连工程位于某区北翟路与协和路交叉口周边四象限地块中部对接处，该四地块为某区临空经济园区的核心四街坊，工程将对该核心四街坊进行地下人行系统的勾连。本工程含4条地下人行通道，其中下穿北翟路高架段人行通道采用外径10．4m×7．5m，内径9m×6．1m的超大断面矩形顶管施工。
顶管段通道全长约74m，由1台10．4m×7．5m土压平衡顶管机从位于12号地块北侧工作井始发后，侧穿外环线高架以及下穿电力箱涵结构后到达位于15号地块南侧工作井。顶管通道最大设计坡度5‰，通道顶覆土5．4～5．8m，属浅覆土施工。途中穿越北翟路外环高架的上坡段，距离高架桩基最小间距约3.94m，矩形通道位置如图1所示。
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图1矩形通道平面位置
2施工难点
详勘报告JWG-04、JWG-05、JWG-06三个孔位的柱状图显示，污水干管里程桩号JWK0+098～JWK0+177段（共79米）存在1.5m厚的<2-1-1>软塑粉质黏土层，顶管管道将从软塑黏土层下方强风化泥岩层穿过，管道开挖顶面距软塑黏土层底面之间强风化岩层最小厚度仅有0.1m左右。由于软塑状粉质黏土自稳能力较差且上部存在富水卵石土层，如不对该软塑黏土层提前进行处理，开挖过程中极易发生因岩层被打穿或岩层太薄无法支撑上部软塑黏土层而导致塌方及涌泥，危及作业人员安全。
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图2 JWK0+098～JWK0+177段地质剖面图
同时，软塑粉质黏土层容易造成地面沉降，且此项目周边有一处景观湿地项目正在同步进行打造和蓄水作业。蓄水后地表水系改变，由此可能导致周边地层地下水渗流和补给情况发生不确定性地变化，对顶管下穿软弱地层施工带来一定的安全风险。
3主要施工工艺
3.1回扩掘进顶拉
在末端井安装掘进机头，回扩掘进，接着在机头后安装管节，利用钻杆穿过管道中心，在管道尾端拉顶管道。掘进机头负责掘进扭矩和迎面阻力，设备余力通过机头后分动装置和传力杆传到管尾，实现顶进目的。前一节管节顶拉完成后，将下一管节从地面吊至井底，与前一管节承插连接，再通过掘进头继续进行顶拉，依次完成本步骤，直至掘进头到达前段井，管道成型。掘进顶拉时，需根据土层情况选择相对应的化学泥浆，钻进并回拖顶拉管道施工时应配备真空泥浆车，泥浆直接进管，平衡地下压力，减轻顶进阻力（见图3,4）。
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3.2顶管机(管节)转角纠偏技术
矩形顶管机(管节)一旦转角过大，会导致:增加管节的拼装难度;易使管节止水条外翻，失效，导致管节渗漏;成型隧道线型差，影响总顶力;加大周边土体扰动和对周边环境的影响;影响接收安全，严重的导致顶管机进不了预埋接收洞圈。故矩形顶管机(管节)转角控制是顶管施工中重要的控制点之一。
顶管机(管节)转角的控制主要在2个方面:加强转角控制意识，严格制定转角控制制度;贯彻关注趋势、勤测勤纠原则。发现顶管机出现转角增大趋势，立即采取措施予以纠正。根据施工实践，一般在顶进过程中应将顶管机转角控制在±15'以内。超出10'时应采取相应的措施予以调整。
顶管机(管节)转角控制措施主要有:刀盘与转角的同向转动。通过刀盘切削土体时产生的扭矩力来调整顶管机转角;顶管机(管节)单边内压重来抑制、控制和纠正转角;通过顶管机(管节)对角压注厚浆液形成反力矩来实现转角纠偏。3种方法在不同的状态下对控制和纠正转角均有一定的效果。从实践经验来看，3种纠偏方式渐循而上。第1种适合矩形断面长宽较接近，且顶管机转角较小的顶管机转角纠偏。第2种是比较直接有效的顶管机转角纠偏方式。在第2种实施时，可兼顾第1种方式一并实施。待1，2效果受限或纠偏不明显时，可同步实施第3种纠偏方式，增强转角纠偏能力。具体实施以实际工况和实施效果选用。
3.3注浆工艺
垂直注浆是通过压力注浆机在地面把水泥浆或其混合浆液由钻孔（Φ108×4mm钢花管）注入地层内部（空隙、间隙、裂痕或空洞等），浆液注入土体一般都是先渗透，当通道被阻，浆液渗透困难，即对周围地层进行压密，当压力继续升高，在土体中会产生劈裂现象，浆液顺裂缝进一步扩散形成固结工作断面，达到密实、改良岩土层、止水、防沉降、防坍等效果。渗透、压密、劈裂互相影响、互相补充，共同起到了提高土体完整性和强度及降低地层渗透系数和含水率的作用。
垂直注浆通过钢花管柱面扩散、劈裂将顶管段上方及侧面填充密实，注浆浆液为水灰比1:1的纯水泥浆液，注浆压力控制在0.3～0.6MPa，扩散半径为0.5～0.6，足以将需注浆顶管段土层固结为一个整体，平均注浆厚度为2.5米。
注浆流程：测量布孔→钢花管施工→清孔→压浆→封孔。
（1）测量
布孔采用挖机平整场地，测量人员根据注浆孔平面布置图放样布孔。
（2）钢花管
施工钢花管底部做成锥形，长度应和注浆深度吻合，采用钻机振动法将钢花管打入土层，管底全部穿过软弱层，成孔过程中连续作业，且保持成孔的垂直度。
（3）浆液制作
按照设计和试注试验确定的配合比拌制好浆液，浆液的比重应符合要求，制作好的浆液要有良好的可泵性、和易性、保水性。配制好的浆液应在规定时间内注完，随配随用。
（4）清孔
先检查注浆头的状况，钢花管不能有堵塞现象，并保证各节管路的连接质量，注浆前先采用吹孔法吹出管内沉积物。
结语
通过顶管工作井开挖时现场察看注浆加固范围，注浆的有效扩散半径均达0.5m以上，土体整体性和强度得到了明显改善。施工期间，工作井周边、顶管沿线地面均未产生明显沉降（实测累计最大沉降3mm），也侧面说明了注浆对地层起到了较好的加固效果。顶管施工过程中，开挖面未发生钢花管侵入及坍塌现象，该段顶管按计划顺利完成软弱地层下穿施工任务。背景项目手掘式顶管下穿软弱地层施工的顺利实施，说明通过对软弱地层进行注浆加固后再进行软弱地层下穿施工的方法是可行的，该方法可为后续类似项目手掘式顶管下穿或直接穿越软弱地层施工提供借鉴，但在应用过程应重点加强注浆效果的控制和沉降观测，以确保顶管施工的绝对安全。
参考文献
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