随着城市地下空间开发与利用的不断深入，地铁、隧道及地下管线铺设对后建地下工程提出越来越高的要求，建设过程中遇到的问题更加复杂。尤其是大城市核心城区地上地下密集空间内的地下工程，需发展非开挖地下穿越工法，要求尽可能降低施工对地面和周围环境的影响。

管幕-箱涵工法是一种适用于软土地层的非开挖地下穿越施工技术，具有穿越地面沉降小、周围环境影响小、施工安全性高、断面形式丰富多样、适用极浅覆土等优点，适合城区建 (构) 筑物密集或环境保护要求严格的大断面地下通道、地铁车站等大尺度地下空间开发。

管幕顶进施工时沉降变形控制是管幕-箱涵工法极重要的一环。以上海田林路地道下穿中环线新建工程项目为依托，在管幕掘进机、纠偏系统、顶管后方配套设施、洞口止水装置、触变泥浆系统等方面进行针对性改进，并形成精细化施工管理措施，满足管幕钢管群多次穿越中环线顶进时较高沉降变形控制的要求，为后续箱涵推进施工创造有利条件。

田林路下穿中环线地道新建工程位于上海市徐汇区漕河泾开发区中部，西起古美路，东至桂平路，穿越城市快速路———中环线。地道穿越断面为三机两非形式，断面尺寸19.8m×6.4m，如图1所示。

地道穿越中环线施工采用管幕-箱涵工法，穿越长度86m，钢管幕顶覆土深度6.3m。由中环线西侧始发井向东侧顶进，如图2所示。

管幕-箱涵工法预先采用小口径管幕掘进机在拟建箱涵位置的外周逐根顶进钢管，形成封闭的口字形水平钢管幕，如图3所示。钢管幕由62根带锁口的Q235B钢管组成 (上部钢管24根，两侧各7根，下部24根) 。每根钢管长86m，内径800mm，壁厚12mm，管幕内设计净空间为20.0m×6.5m。

管幕钢管锁扣为内插式雌雄锁口，如图4所示。基准管两侧均为雌口，承插管一侧为雌口，另一侧为T字形雄口，闭合管均为T字形雄口，为保证有效闭合，闭合管雄口根据现场管幕顶进后测量结果，进行现场焊接。

相比常规外锁扣管幕钢管，沉降控制采用内锁扣具有以下优点: (1) 内锁扣钢管在顶进过程中，自身对周边土体或地层扰动小，有利于顶进沉降控制; (2) 内锁扣自身可对后根相邻钢管顶进起导向限位功能，掘进机纠偏少，减少相应沉降; (3) 内锁扣钢管幕洞口止水较外锁扣易解决，有利于始发姿态控制和洞口沉降控制。

根据地质勘察报告，工程场地主要由成层分布的饱和黏性土、粉性土、砂土组成。钢管幕施工在 (3) 淤泥质粉质黏土和 (4) 淤泥质黏土中顶进，具有含水量大、承载力低、渗透系数小等特点。

中环线路面结构层厚1.1m，主要为5cm厚沥青层、12.5cm厚中粒混凝土层、36.5cm厚粗粒混凝土层、36cm厚混凝土层及20cm厚砾石层。路面结构层下部存在2.2m厚素填土层，如图5所示。

本工程依次逐根顶进62根钢管幕，虽然口径较小，但顶进数量多，且距地下管线近、顶进覆土浅、穿越高等级道路中环线，因此，钢管幕施工过程中，周边环境对沉降变形控制要求很高。施工重点放在刀盘和泥舱设计、钢管顶进顺序、顶进纠偏、洞口止水、泥浆套形成5方面。

为较好控制开挖面前方土体稳定，采用小口径泥水平衡顶管机，刀盘为面板式，开口率为7%～8%。严格控制周边刀具伸出量在3mm内，并精确控制刀具焊接精度，减小超挖量。

在泥水舱前端增加泥舱，平衡前方土压力及兼具二次破碎功能。后侧泥水舱下部接入进排泥管路。顶进过程中，顶进速度尽量保持不变，根据监测结果，将变频器控制的进排泥泵系统调节进排泥流量，控制泥水舱压力，进而控制开挖面稳定性。顶管机泥舱布置如图6所示。

根据文献[5]，管幕顶进作业应以地道横断面中轴线为基准对称进行，合理的钢管顶进顺序对控制管幕施工累计沉降有积极作用，口字形钢管幕先上后下施工有利于沉降控制，先下后上有利于提高钢管幕整体精度和封闭性。因此，综合考虑沉降控制的难点和管幕整体，水平向钢管幕的施工顺序为先下后上，由中间向两边逐根顶进。侧排钢管幕则自上往下，逐根顶进。

为使工作面清晰，避免相互干扰，采用多个掘进机头在工作井两侧分开对称施工。具体施工顺序如图7所示。

1) 第1步采用3台管幕掘进机，施工底排基准管D13及侧排基准管Z8, Y7。

2) 第2步采用2台掘进机交替完成底排钢管D5～D12及D14～D20的顶进;采用1台掘进机从上往下完成Z2～Z8的顶进;采用1台掘进机从上往下完成Y1～Y7的顶进。

3) 第3步采用1台掘进机完成D1～D4的顶进，在D1钢管处闭合，D21～D24在D24钢管处完成闭合，先形成U字形钢管幕。

4) 第4步上排钢管幕顶进施工时，先顶进1根基准管S13，后采用4台掘进机，从两侧往中间，再中间往两侧，最终在S5, S20钢管处闭合，完成口字形钢管幕。

钢管顶进过程中，掘进机纠偏引起的土方超挖是引发沉降的主要因素之一^[4]，且钢管幕逐根施工存在累计沉降，因此，更应注重顶进纠偏的控制，减少对沉降的影响。

钢管幕掘进机配置专门的数字化激光反射纠偏系统，主要包括激光感应数字标靶、倾斜仪传感器、纠偏油缸行程仪传感器等，操作控制面板实时显示顶进轴线偏差、刀盘中心偏差、纠偏油缸行程等量化数据，并保证测量精度0.1mm级。

该纠偏系统使机头纠偏操作具有前瞻性、数字化、精确化等特点，顶进施工中实时为操作人员提供准确可靠、可量化的纠偏依据，极大方便操作人员勤测勤纠，顶进过程中纠偏量控制在±1cm内。

顶进地层均为淤泥质土，结合内锁口钢管特点，洞口止水拟在传统橡胶袜套形式基础上进行改进，采用洞门环配合压板的形式，如图8所示。

单根钢管顶进完成后，首先在下根钢管始发洞口前墙上采用钻孔取芯的方式沿洞口外周打设1圈小排孔，然后整体吊离洞口处的钢筋混凝土，以保证洞门环安装精度，然后安装洞门环，并将橡胶袜套和洞口压板通过螺栓安装在洞门环上，最后采用快速水泥封堵洞口钢环内圈和外圈。

管幕钢管在淤泥质软土中顶进时，周围触变泥浆配置以支撑为主、润滑为辅。泥浆采用钠基膨润土、水、少量黏土、高分子聚合物拌制成的厚浆，以填充顶进钢管与周边土层间的环状空间。

同步注浆量取建筑空隙的2倍，并采用变频控制螺杆泵全自动控制注浆与推进速度。若推进速度为10cm/min，则注浆量为8.7L/min。注浆压力上排为0.04～0.06MPa，下排0.10～0.12MPa，侧排管幕根据钢管中心标高，每下降1.000m，注浆压力增加0.01MPa。

同步注浆断面布置2个:一个在过渡环与掘进机连接处;另一个在首节钢管端部2m处，如图9所示。另外，考虑实际施工过程中泥浆的流失，顶管顶进较长距离后进行补浆。每隔30m设置1个补浆断面，断面上注浆孔布置与同步注浆断面相同，并采用不同的注浆管路进行补浆。

首根管幕钢管D13于2017年9月15日开始顶进，于2017年12月14日完成底排及两侧38根钢管顶进，形成U字形管幕。工作井内排架搭设完毕后，上排管幕于2018年1月4日开始顶进，最终于2018年4月5日完成全部62根钢管顶进，形成口字形钢管幕。期间，因春节放假、泥浆外运等因素，于2018年2月8日—2月25日暂停施工。

施工中加强对中环线主路路面的变形监测，通过地面监测得到隆沉量对比对应的顶管机推进参数、注浆参数等，不断优化施工参数，指导以后的顶管推进，争取最大限度减少土体扰动及变形。

取中环线主路东西两侧各1个监测断面E1和W1，如图10所示。每个监测断面由9个监测点组成，自北向南依次编号，横跨地道穿越断面。

各主要时间点的中环线主路监测断面变形沉降曲线如图11所示。

如图11a所示，下排及侧排管幕均顶进完毕，U字形管幕形成时，中环线路面以隆起状态为主，最大隆起值14.8mm，隆起主要集中在侧排管幕正上方，与管幕钢管累计顶进过程中持续的同步注浆有关。随后至1月4日上排管幕开顶前，隆起值逐渐回落到10mm以下，如图11b所示。

上排管幕顶进施工完毕形成口字形钢管幕时，中环线路面变形如图11c所示。虽然钢管口径较小，但距中环线较近，施工影响相对较大。地道北侧中环线路面以沉降为主，主要因素为同步注浆量不足，且进行一定范围的长时间顶进纠偏。地道轴线处及南侧、中环线路面以隆起为主，主要因素为同步注浆量过大。

钢管幕顶进完成1个月后，隆起值回落并收敛，中环线路面监测断面隆起值稳定在10mm左右，沉降值稳定在-8.3mm左右，满足变形控制±2cm的要求，如图11d所示。

1) 田林路地道采用管幕-箱涵工法下穿中环线，口字形钢管幕在浅覆软土中顶进，其施工沉降控制是管幕-箱涵工法成功实施的关键之一。

2) 结合钢管内锁扣的设计形式及淤泥质软土地层特性，针对钢管幕顶进穿越中环线时，主路路面累计沉降变形控制，在掘进机刀盘与泥舱、顶进纠偏系统、钢管幕顶进顺序、洞口止水装置、触变泥浆系统等方面进行设计与改进。

3) 钢管幕施工完成后，中环线路面及地下管线沉降变形监测结果表明，中环主路路面呈轻微隆起状态，均控制在±2cm内，表明针对性的施工改进措施对浅覆软土中管幕钢管累计顶进的沉降控制，具有很好的适用性和实践推广意义。