石玉經(jīng)

(中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，浙江 紹興 312050)

0 引言

在城市交通施工項(xiàng)目中，要在全面分析地質(zhì)條件、施工環(huán)境的基礎(chǔ)上落實(shí)更加合理的技術(shù)方案。針對超大斷面施工區(qū)域要完善頂進(jìn)長度分析等細(xì)節(jié)，從而發(fā)揮技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。

1 頂管機(jī)裝機(jī)施工概述

1.1 原理

頂管機(jī)裝機(jī)施工技術(shù)在操作中，要在工作井內(nèi)完成始發(fā)臺座、頂推油缸、支架等相關(guān)設(shè)備的安裝工作，然后緊跟管節(jié)元件，逐漸向土層完成推進(jìn)，在推進(jìn)中產(chǎn)生的渣土則借助渣土泵設(shè)備或是螺旋輸送機(jī)設(shè)備以不同形態(tài)送出施工區(qū)域。在完成一節(jié)操作后，收回頂推油缸，向施工區(qū)域吊入另外一節(jié)管節(jié)，依照基本流程繼續(xù)頂進(jìn)，一直到頂管機(jī)滿足接收井的預(yù)設(shè)位置，確保管節(jié)完全鋪設(shè)，拆除頂管機(jī)吊回地面位置[1]。

1.2 優(yōu)勢

頂管法施工處理技術(shù)隧道設(shè)計(jì)多為圓形，但是圓形頂管隧道存在空間利用率較低的問題，那么在有效空間參數(shù)相同的狀態(tài)下，匹配矩形斷面能更好地完成地下空間的處理如圖1所示，相較于圓形斷面節(jié)省了45% 的地下空間，相較于雙圓隧道，實(shí)現(xiàn)35% 空間優(yōu)化。除此之外，還能減少隧道底部埋深，提升覆土厚度?；诖?，超大斷面區(qū)域配合使用矩形頂管技術(shù)，能更好地提升工程項(xiàng)目綜合質(zhì)量優(yōu)化空間利用率[2]。

圖1 圓形斷面和雙圓隧道處理方式

2 超大斷面矩形頂管機(jī)裝機(jī)技術(shù)應(yīng)用方案

2.1 工程概況

本文以嘉興市市區(qū)快速路環(huán)線工程（一期）土建工程項(xiàng)目為例，主線范圍為K5+260～K7+339，長2079m；地面輔道范圍為K5+260～K7+339，長2079m。標(biāo)段線路位置如圖2所示，具體工程量見表1。

表1 工程項(xiàng)目頂管施工工程量

圖2 嘉興環(huán)線土建3 標(biāo)線路走向

2.2 具體方案

依據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，選取的是中鐵裝備設(shè)計(jì)、制造的多刀盤輻條式土壓平衡頂管機(jī)，頂管機(jī)斷面尺寸14820mm×9446mm，刀盤驅(qū)動(dòng)功率30kW×59，刀 盤 扭 矩2005kN·m（1 組）+2548kN·m（1 組）+1238kN·m（4 組）+657kN·m（2 組）+486kN·m（4組）+77kN·m（2 組），6 前8 后多刀盤設(shè)置，開挖率達(dá)到90%，攪拌率達(dá)到70%[3]。

2.2.1 頂管機(jī)組裝施工前準(zhǔn)備工作

在頂管機(jī)組裝工作開始前，要對整機(jī)布置工作予以落實(shí)，整個(gè)設(shè)備包括前盾、中盾、尾盾、出渣螺機(jī)、頂推油缸及支架、后靠、供配電系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)、減摩注漿、糾偏系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，為此，要依據(jù)實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)布置方案，確保相應(yīng)元件都能在規(guī)定位置發(fā)揮其實(shí)際作用[4]。

另外，在完成吊裝作業(yè)前還要對吊裝作業(yè)區(qū)的地基情況有所了解，其中始發(fā)井場地基礎(chǔ)是混凝土硬化基礎(chǔ)，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，配合C30 混凝土，能符合起重機(jī)起吊的基本需求。而對應(yīng)的接收井是混凝土硬化基礎(chǔ)，在鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)的同時(shí)配合C25 混凝土，利用履帶吊場地基礎(chǔ)力學(xué)驗(yàn)算分析相應(yīng)參數(shù)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 頂管機(jī)吊裝下井

第一，中盾安裝。要在始發(fā)井的固定位置完成合體拼裝操作，依據(jù)規(guī)范利用連接螺栓完成相應(yīng)工作，并配合門式起重機(jī)主吊，然后集中安裝焊接吊耳，在水平吊起操作結(jié)束后，要不斷對主副鉤鋼絲繩的間距予以調(diào)控，有效實(shí)現(xiàn)盾體的自由翻轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，中盾立直完成后，要借助門式起重機(jī)單獨(dú)將其吊運(yùn)到其他始發(fā)臺（圖3）。只有保證中盾就位，且前法蘭和始發(fā)臺之間相互垂直，才能開展后續(xù)的操作。

圖3 中盾整體下井示意圖

第二，安裝前盾。在安裝臨時(shí)吊耳后，利用連接螺栓實(shí)現(xiàn)緊固處理，主要借助100t 門式起重機(jī)實(shí)現(xiàn)平吊和翻身處理，完成吊運(yùn)安裝工作。首先，水平吊起，利用上部主鉤完成鉤升操作，調(diào)控鋼絲繩間距，以保證盾體自由翻轉(zhuǎn)，在中塊立直后去掉下部吊鉤和臨時(shí)吊耳，連接中盾，然后拆除左側(cè)斜撐結(jié)構(gòu)（圖4）。

圖4 前盾左塊下井拼裝

第三，要拆除前盾結(jié)構(gòu)和中盾結(jié)構(gòu)連接螺栓，并且對前盾予以支撐處理，借助200t 門式起重機(jī)完成起吊分離，在分離間距滿足1m 的距離后，配合實(shí)際應(yīng)用要求完成前盾和中盾螺栓的連接操作，依據(jù)規(guī)范實(shí)現(xiàn)緊固。

第四，安裝刀盤，在刀盤掛裝的過程中，要借助門式起重機(jī)完成立吊刀盤的處理，在緩慢旋轉(zhuǎn)刀盤后，利用手拉葫蘆輔助刀盤實(shí)現(xiàn)有效靠攏，從而保證簡體鍵槽位置和主驅(qū)動(dòng)花鍵位置匹配，完成定位處理就能直接穿入連接螺栓。需要注意的是，為了提升刀盤安裝的規(guī)范性，要踐行“從下往上、從后到前”的順序完成相應(yīng)的安裝處理。

第五，安裝后頂靠結(jié)構(gòu)，在始發(fā)井西側(cè)場地位置是完成合體拼裝處理，在合體拼裝操作結(jié)束后，結(jié)合規(guī)范要求配合連接螺栓實(shí)現(xiàn)緊固。依舊是應(yīng)用兩臺100t 的門式起重機(jī)作為整個(gè)吊裝操作的主吊設(shè)備，配合160t 汽車起重機(jī)完成副吊，翻身后焊接吊耳。在后頂靠連接操作過程中，要踐行規(guī)范性量測處理，保證后靠中心位置和隧道中心位置處于重合狀態(tài)，并且提升混凝土的貼緊度。

第六，安裝頂鐵元件，在整個(gè)操作環(huán)節(jié)中，環(huán)形頂鐵和U 形狀頂鐵在始發(fā)井西側(cè)場地進(jìn)行合體拼裝。合體拼裝時(shí)，按規(guī)范要求對連接螺栓進(jìn)行緊固。

第七，輔助系統(tǒng)安裝。首先，安裝出渣系統(tǒng)，以保證頂管頂進(jìn)后渣土能及時(shí)傳出，要將出渣小車導(dǎo)軌直接焊接在管節(jié)預(yù)埋鋼板結(jié)構(gòu)上。其次，要安裝電管線、液管線，在安裝地面操作室后，利用頂推的方式完成液壓泵站的安裝處理，并且始發(fā)安裝后在頂管機(jī)進(jìn)入10 節(jié)管節(jié)結(jié)束后將隧道設(shè)備直接轉(zhuǎn)移到隧道內(nèi)部。

第八，在完成相應(yīng)輔助設(shè)施后，就要對始發(fā)狀態(tài)予以及時(shí)性調(diào)控。

2.2.3 矩形頂管機(jī)吊裝施工

在矩形頂管機(jī)吊裝施工項(xiàng)目中，要按照渣土改良控制、土壓力控制、頂進(jìn)速度控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求落實(shí)具體工作。

其一，掘進(jìn)控制。

其二，添加材料并對注入?yún)?shù)予以設(shè)定，了解渣土的實(shí)際狀態(tài)，若過軟就要減少注入量，若過硬就要增加注入量，確保改良效果滿足實(shí)際要求。

其三，進(jìn)行土壓設(shè)定，了解土倉土壓參數(shù)，若土壓較低，就要盡量減少掘進(jìn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速，若土壓較高，就要增加掘進(jìn)轉(zhuǎn)速，配合刀盤掘進(jìn)狀態(tài)選取適配的總推力，實(shí)時(shí)分析和評估周邊土壓，完成排土量控制。

其四，頂進(jìn)過程中要嚴(yán)格控制管機(jī)的姿態(tài)，避免姿態(tài)變化過大或過頓，確?？v坡變化在0.2%以下，最大程度減少頂管不平直對整個(gè)操作流程產(chǎn)生的影響。與此同時(shí)，要對頂進(jìn)的速度予以實(shí)時(shí)性監(jiān)管，保證管節(jié)安裝操作、頂進(jìn)施工操作作業(yè)時(shí)間匹配作業(yè)環(huán)節(jié)的具體設(shè)定，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、均衡地施工，避免長時(shí)間擱置對整體質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

2.2.4 出土量和渣土運(yùn)輸

在頂管工程施工過程中，不僅要對頂進(jìn)工序予以集中管理，也要對出土量和渣土運(yùn)輸環(huán)節(jié)展開質(zhì)量監(jiān)督，旋轉(zhuǎn)出土量要保持和頂管機(jī)頭刀盤削土量相同，從而確保相應(yīng)的處理工序最優(yōu)化。若是出土量超出頂管機(jī)頭刀盤削土量，則會(huì)出現(xiàn)地面不同程度的沉降問題，若是出土量小于頂管機(jī)頭刀盤削土量，則會(huì)出現(xiàn)土體擾動(dòng)問題。

基于此，要建立實(shí)時(shí)性監(jiān)管機(jī)制，保證出土量控制流程的規(guī)范性，避免超挖或者欠挖等問題。值得一提的是，非加固區(qū)域的出土量要控制在98%～100%，而對于加固區(qū)，相應(yīng)的出土量要控制在105%左右。

除此之外，在頂進(jìn)操作結(jié)束后，也要進(jìn)行空間的拓展處理，并且借助豎井處理機(jī)制對端頭井開挖工序予以支護(hù)處理，保證相應(yīng)支護(hù)體系能發(fā)揮實(shí)時(shí)性作用，維持整體工程項(xiàng)目的安全性和規(guī)范性。

2.2.5 頂管機(jī)接收井吊裝施工

首先，頂管機(jī)到達(dá)接收井后，使用脫離油缸將頂管機(jī)與管節(jié)脫離，使用鉸接油缸將尾盾和中盾分離，切斷電源，拆除電、液管線，清潔盾體及刀盤，焊接盾體各吊耳。

其次，取下尾盾鉸接密封，拆除尾盾上下塊連接螺栓，配合主吊和副吊瓦城尾盾吊出接收井的操作，采用13m 低版本板拖車，裝車運(yùn)至始發(fā)井。運(yùn)輸過程中利用支墊的方式處理盾塊，采用鋼絲繩與手拉葫蘆完成對應(yīng)的綁扎操作工序。

最后，拆解吊裝前盾、中盾結(jié)構(gòu)單元，并且在拆除完成后，配套設(shè)備管線，做好標(biāo)識，盤好分類堆碼。由16T 隨車吊吊運(yùn)至始發(fā)井。需要注意的是，為了保護(hù)盾體主要部件的安全性，針對大型異形運(yùn)輸部件的處理工作，主要是利用重型低板拖掛車，用緊固鏈、鋼絲繩、葫蘆等工具借助焊接吊耳操作工序、輔助吊耳操作工序等，有效實(shí)現(xiàn)八字形綁扎操作目的，并利用部件的吊點(diǎn)，在部件前后對設(shè)備縱向和橫向進(jìn)行綁扎加固，鋼繩與設(shè)備接觸面加墊保護(hù)層。安排專人配合交管部門，設(shè)置隔離阻斷標(biāo)識標(biāo)牌，對過往車輛合理分流，直至盾體運(yùn)輸車輛順利通過。

3 結(jié)語

總而言之，在超大斷面頂管機(jī)施工操作中，要綜合考量施工環(huán)境和施工方案的具體情況，建立健全的分析方案，并配合預(yù)制場地分析、運(yùn)輸條件分析完成斷面設(shè)計(jì)等工作，確保能依照標(biāo)準(zhǔn)化流程完成相應(yīng)工序，提升超大斷面矩形頂管施工的綜合質(zhì)量，為施工綜合效益的優(yōu)化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。