矩形顶管在天津黑牛城道地下管廊的应用
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引言
顶管施工技术作为综合管廊发展的一个分支，近年来得 到迅速发展，并广泛应用于地下通道工程。富水软弱地层中大 断面顶管建设具有以下特点:
(1)地下空间利用率高;
(2)能容纳多种管线;
(3)占地面小、不开挖路面、不封闭交通、不迁改管线、低噪声、无扬尘;
(4)连续始发状态极易造成洞门漏 水，同时大断面顶管容易对土体产生扰动，易产生地面和管线的变形。因此，对富水软弱地层中的超大矩形断面顶管施工技 术进行研究意义重大。
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工程概况
2.1 顶管隧道设计概念
过黑牛城道地下通道长92.6m，线型为直线，无纵坡，覆土厚度8.17m，该通道采用土压平衡式顶管机施工，管节采用C50P12钢筋混凝土结构，断面宽度10.4m、高度7.55m，管节宽度1.5m，厚度700mm。管节数量62片，单片管节重量为79t。矩形管节之间纵向连接采用承插式F型接头。
2.2工程地质、水文情况
地下通道自上而下分布的土质为:
1-1杂填土、
1-2素填土、
3-1黏土、
4-1黏土、
6-2淤泥质黏土、
6-3粉土、
6-4粉质黏土、
7-粉质黏土、
8-1粉质黏土、
8-2粉土、
9-1粉质黏土、
9-2粉砂。
隧道洞身主要范围主要为6-3粉土和6-4粉质黏土。
2.3周边环境情况
过黑牛城道地下通道周边无建筑物，通道周边主要是黑牛城道的主干道、辅道和人行道以及道路两旁的绿化带。黑牛城道为天津市城市快速主干道，道路宽度66.5m，双向10车道，车流量大、交通繁忙。
顶管隧道下穿黑牛城道，上方管线众多，共有22条管线，距离顶管隧道最近的有压管道为1000mm的自来水管，距离顶管隧道6m，距离顶管隧道最近的无压管道为准1650mm雨水管，距离顶管隧道3.6m。
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富水软弱地层中超大矩形断面顶管施工风险分析
本标段地下通道顶管具有结构尺寸巨大、地层富水软弱、管节预制精度高、顶进距离长，周边环境复杂等特点。主要从3个方面应对富水软弱地层中超大矩形断面顶管施工风险:
(1)对始发洞门进行动态防水;
(2)减少顶管施工对地表及管线变形的影响;
(3)控制顶管位移和变形，确保顺利完工。
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管节预制精度控制技术措施
矩形管节断面尺寸大，重量较重，无法采用工厂预制和运输。为保证管节预制精度满足设计要求，在场地内建设标准化管节预制厂，针对矩形管节，钢筋采用高精度大型弯曲机进行弯曲，确保钢筋笼的加工精度，能够顺利入模;模板采用大型定制钢模板，可调节底模，内外模均采用液压控制，所有预埋件均采用与钢模板螺栓固定。
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始发、接收施工风险控制技术措施
5.1 始发风险控制技术措施
为了防止始发推进时泥土、地下水从土压平衡矩形顶管顶管壳体和洞门的间隙处流失，在始发时需安装洞门临时密封装置，洞口密封采用2道折叶式密封压板+2道帘布橡胶板(见图1)。钢箱上预埋注浆球阀(见图2)，始发时，往洞门钢箱内注入惰性浆液，起到防水密封作用。
图1 外延钢箱示意图
图2 注浆球阀示意图
5.2接收风险控制技术措施
为确保顶管机接收安全，顶管接收采明洞施工，顶管机长度约8m，明洞采用钢筋混凝框架结构，利用施工完成的底板、侧墙施工而成，施工总长度为10m。地连墙破除完成，立即对明洞进行回填作业，底板顶至顶管顶部上3m采用低标号砂浆回填，砂浆强度在28d后不大于1MPa。
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地面及管线变形控制技术措施
6.1正面土压力控制
顶管顶进过程中，采取满仓掘进，经过改良后土体充满整个土仓。
顶管机正面设置有9个隔膜压力计，施工前根据地质情况及埋深，初步设定土仓压力控制值，顶进过程中通过沉降观测及时调整土仓压力的实际控制值，实际操作中，通过控制顶进速度和螺旋机出土来调整土仓压力。
6.2渣土改良
针对不同地层采用一种或多种复合改良剂进行渣土改良，使改良后的渣土具有塑性、流动性及止水性，并填满整个土仓，避免土仓出现虚压，且保证2个螺旋机均衡、连续出土，确保顶管机顺利顶进，地表和管线沉降变形可控。
6.3顶管机与管节、管节间的连接
顶管机机头与首节管节一圈采用钢板满焊的方式进行刚性连接，使顶管机与管节形成一个整体，运动轨迹保持一致，减少对土体的扰动。每环管节在拼装完成后，该环管节与前一环管节之间采用4根大螺杆拉紧连接，保证顶进时所有管节沿着同一条线的轨迹运动，避免出现因管节自重和地下水浮力致使管节出现下沉或上浮，对地层产生二次扰动，增加地表与管线的变形量。
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总结与建议
通过本文研究可以总结如下:
(1)采用大型定制钢模板制作大断面矩形管节，精度能满足设计和施工要求;
(2)通过多道洞门密封装置可为顶管施工提供动态防水保证，明洞接收可有效降低顶管接收风险;
(3)采用铰接油缸主动纠偏和通过预埋孔打土辅助纠偏可以有效控制顶管姿态;
(4)通过正确的土仓压力设定、渣土改良以及顶管机与管节的整体连接可以减少地面和管线的变形。
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