0 引言

　　近年来，轨道交通的快速发展极大地缓解了城市化进程带来的交通压力，愈加复杂的城市环境对地铁的施工技术要求越来越高，同时，地铁车站出入口兼做过街通道的情况越来越普遍，传统的明挖工法因需占用大量地面资源而不适用。顶管法作为一种非开挖工法，具有施工噪声小、对地面交通及地下管线的影响小、施工工期短等优点而在轨道交通工程中得到应用^[1,2,3,4]。

　　本文主要以宁波轨道交通3号线一期工程鄞州区政府站D号过街出入口工程为背景，详细介绍了顶管法在地铁出入口中的应用。

　　1 工程概况

　　宁波市轨道交通3号线一期工程鄞州区政府站为3,5号线L形换乘车站，站位位于天童北路与鄞县大道交叉路口西南侧公园绿地内，如图1所示。车站共设6个出入口，其中A,E2号出入口横跨鄞县大道，D,E1号出入口横跨天童北路，均采用顶管法施工，管节外尺寸为7.5m×4.3m×1.5m(长×高×宽)，净空尺寸为6.5m×3.3m×1.5m，采用7.514m×4.314m土压平衡式矩形顶管机施工。

　　鄞州区政府站D号出入口始发井位于天童北路东侧，接收井位于天童北路西侧，顶管通道总长度34.76m，下放第1节管节开始顶进至顶管机到达接收井，共计12d，平均每天可顶进2环管节长度。顶管通道顶覆土4.64～4.37m，坡度1%，自东向西顶进，主要穿越(2)₁黏土、(2)_2a淤泥、(2)_2b淤泥质黏土等，土层参数如表1所示。

　　

　　图1 鄞州区政府站平面示意 

　　 

　　  

　　表1 土体参数 

　　 

　　 

　　

　　表1 土体参数

　　2 顶管工作井设计

　　2.1 确定工作井尺寸

　　顶管井吊装孔四周设置环框梁，吊装孔净空需满足设备、管节的吊装要求;综合考虑D号始发井预留远期接地块条件，接收井内设置人防段，始发井吊装孔为8.6m×9.6m，接收井吊装孔为8.6m×8.1m(见图2)。

　　

　　图2 顶管始发井剖面示意  

　　 

　　工作井净尺寸设计由顶管机、管节、顶环、顶块长度及顶进设备的工作空间等确定^[5,6]。始发井最小净长L≥B₁+B₂+B₃+B₄+B₅，其中B₁为顶进设备及后座总长度，B₂为顶块+顶环长度，B₃为1环管节的宽度，B₄为顶管机长度;接收井最小净长满足顶管设备吊出即可。

　　工作井最小净宽B≥D+2b，其中D为顶管机外径，b为施工操作空间，取0.8～1.5m。D号始发井净尺寸为10.0m×10.8m，接收井净尺寸为10.0m×9.3m。

　　工作井最小深度H≥H₁+h+H₂，其中H₁为顶管上部覆土深度，h为管节高度，H₂为机架高度。D号始发井H=4.64+4.3+1.45=10.39m，接收井H=4.37+4.3+1.45=10.12m。

　　2.2 顶管最大顶力

　　国内外学者对顶力进行了大量研究^[5,6,7]，国内相关规范也给出了相关计算方法^[8,9]。

　　F=F₁+F₂，其中F₁为管道与土层的摩阻力，F₂为顶管正面阻力。

　　F₁=L₁·L₂·f，其中L₁为顶管管节周长，L₂为顶管管道长度，f为管节与土体之间的摩阻力，通过实际试验确定，得到宁波软土地层f=3k N/m²。

　　F₂=S·R₁，其中S为顶管正面面积，R₁为顶管机下部1/3处的被动土压力。

　　

　　 

　　2.3 工作井允许最大顶力及围护结构设计

　　矩形顶管井允许土抗力为顶管井所受被动土压力和主动土压力的差值，同时考虑井壁侧摩阻力和井底摩阻力。顶管后靠围护结构抗力、始发井后靠加固对被动土压力的增大效应及出洞加固对主动土压力的减小效应视为安全储备(见图3)。

　　

　　图3 工作井受力  

　　 

　　顶管井顶部土压力:

　　

　　 

　　顶管井底部土压力:

　　

　　 

　　顶管井后靠被动土压力:

　　

　　 

　　顶管井主动土压力:

　　

　　 

　　B_y=B+2×0.7m=11.4m，其中B_y为顶管井外轮廓宽度。

　　始发井自重:

　　

　　 

　　土体侧向土压力系数K₀=0.4，顶管井与土体的摩阻力系数u=0.6。

　　顶管井底板摩阻力:

　　

　　 

　　顶管井单侧侧墙摩阻力:

　　

　　 

　　顶管井总抗力:

　　

　　 

　　顶管井围护结构:后靠采用800@1 000钻孔灌注桩+1排850@600三轴搅拌桩止水帷幕，其余采用850 SMW工法桩;进出洞及后靠加固均采用4排850@600三轴搅拌桩，如图4所示。

　　

　　图4 D号出入口围护结构平面 

　　 

　　3 顶管施工方案及工艺

　　3.1 矩形顶管施工流程

　　矩形顶管施工流程为:测量放样→安装机架、后靠等设备→设备调试→顶管出洞、顶进→顶进测量→顶管进洞→顶管机分解、吊出→浆液置换→拆除管内设备、管节嵌缝、退场。

　　3.2 矩形顶管出洞前准备

　　为保障顶管出洞安全，出洞前须完成以下准备工作:(1)安装洞门密封装置洞圈周围安装橡胶帘布、环板、单向铰链板等组成的密封装置，防止顶管出洞时井外土体涌入始发井内;(2)安装顶管机架及顶进设备机架轨道坡度与顶进坡度一致，确保顶力与管道中心线在同一直线上;(3)顶管机就位、调试吊装顶管机，确保始发顶进轴线精确、各设备运转正常。

　　3.3 矩形顶管顶进工艺

　　1)洞门破除始发井洞门处围护结构采用SMW工法桩，H型钢拔除分2步进行，顶管机大刀盘距型钢10cm时，拔除大刀盘处2根型钢，顶管机继续推进45cm，拔除洞门范围内剩余10根型钢。

　　2)出洞加固区顶进顶管机进入加固区，逐步建立土压平衡，为确保正面出土顺畅，向土仓内加注适量水，增加切削加固土体的流动性。

　　3)原状土范围顶进顶管机进入原状土范围，为防止机头发生“磕头”下沉，需拉紧机头和前3节管节之间的对拉螺栓。

　　4)压浆为减少管道与土体间摩阻力，通过管节压注触变泥浆，在管道四周形成泥浆套以达到减摩效果，压浆时必须遵循“先压后顶、随顶随压、及时补浆”的原则。

　　3.4 矩形顶管进洞工艺

　　1)架设顶管机接收机架根据顶管机头姿态架设接收机架。

　　2)洞门破除顶管机机头距接收井洞门工法桩50cm时，拔除洞门范围内H型钢。当型钢拔出完毕后，立即继续顶进，直至顶管机头部分顶入接收井内，顶进长度要求满足机头前段吊装出井需要，随即拆卸连接顶管机前后两段的对拉螺栓。

　　3)顶管机吊出顶管机在接收井内分解，利用起重机吊出各部件。

　　4)浆液置换用混凝土将洞门与管节的间隙封堵，用单液浆置换出触变泥浆。

　　5)管节嵌缝清理管节缝隙内污渍并采用防水密封膏填充密实。

　　4 矩形顶管重难点分析及措施

　　4.1 顶管进出洞风险控制

　　进出洞施工向来是顶管施工中的难点之一。顶管机头进出洞过程中，井外土体易发生水土渗漏，涌入井内，严重时将发生塌方而造成工程事故;洞门凿除前，需在洞门内4个角及中心位置开探孔检查井外土体加固情况，如有渗漏，必须进行补强加固。顶管推进过程中，始发井洞门一直处于打开状态，需在始发井洞门处设1圈橡胶袜套并加强监测，避免因橡胶袜套密封不严密引起洞门外的水土流失，形成渗漏通道，造成地面沉降及周围管线变形等。

　　4.2 顶管范围地下障碍物风险控制

　　顶管施工前，需对场地范围内进行详勘，对影响顶管施工的废弃沉井、管槽等进行清障及黏土回填。顶管过程中需注意对管道上方管线的保护，及时调整顶管施工参数、控制顶进速度及出土量，并加强重要管线变形监测。

　　4.3 地面沉降控制

　　鄞州区政府站周边环境复杂，地面交通流量大，顶管施工过程中，为减小顶管顶进对地面沉降的影响，需严格控制顶管出土量，根据地面监测情况，随时调整土仓水土压力与开挖面原状水土压力至平衡状态。管节四周需增设2in(1in=25.4mm)压泥孔，地面沉降达到预警值时，通过压泥孔压注膨润土与原状土1∶1的浆液以补充地层损失应力，减小地面沉降，压浆压力≤0.2MPa。

　　D号出入口顶管段地表沉降监测点布置如图4所示，D80-2距始发井5m处，D79-2距始发井10m处，监测点D80-2和D79-2的地表位移如图5所示。0～5m为顶管出洞加固改良土范围，顶管机在加固范围顶进时，因改良土性好，此时D80-2处地面位移变化小;顶管机出加固区时，由于顶管机自重大，加固区前后土性差异大，机头快速下沉，D80-2处地面急剧沉降;为减小沉降对地面交通的影响，暂停顶进，通过管节上方压泥孔注泥，直至地面表现为微隆起;随着顶管机顶进，管节带动周边土体向前移动，D80-2处地面缓慢下沉，直至顶管到达接收井，D80-2处地面沉降达到稳定值。0～5m加固范围顶进时D79-2处地面位移变化小;随着顶管机继续顶进，受顶管机对前方土体挤压作用影响，D79-2处地面开始隆起，顶管机位于D79-2处隆起达到最大值;顶管机过D79-2处后，由于管节尺寸较顶管机小28mm，且受管节周边土体扰动影响，D79-2处地面快速沉降;后续过程中，D79-2处地面逐渐沉降直至稳定。

　　

　　图5 地表沉降随顶管顶进变化曲线  

　　 

　　4.4 顶进轴线偏差控制

　　顶管管道截面不垂直于管道轴线、顶管阻力与顶力不在同一直线上、顶管外侧的附加抗力等因素都会导致顶管管道产生偏差。在顶管机和管节四周布置定位贴片，始发井内采用全站仪定时测量顶管机及管节姿态，填写顶管姿态报表。顶管施工中，加强管道轴线控制，密切关注管道坡度与设计坡度偏差，每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以免引起土体较大扰动及管节间张角，机头一旦出现微小转角，应立即采取刀盘反转、调整各刀盘扭矩、反侧注泥、加压铁等措施回纠。

　　5 结语

　　地铁过街出入口往往穿越繁忙的道路，传统的明挖法因受到地面交通、地下管线的制约而不适用。本文结合宁波市轨道交通工程建设实践，详细介绍了顶管法应用于过街出入口中的设计要点、施工工艺、重难点处理措施及监测分析。