上海地铁陆家嘴站 5 号出入口矩形顶管施工
1概述
(1)工程概况
上海地铁 2 号线陆家嘴车站 5 号出入口人行地道工程，位于浦东陆家嘴金融贸易中心区，两条人行地道采用矩形 顶管施工，其中 5 号出入口为始发井，4 号出入口为接收井，分布在延安东路隧道引道段的南北两侧，见图 1。
图 1 工程总平面、纵剖面图
通道由两条长各为 62.25m 的平行管道组成，两条管道外壁净间距为 2.2m，管道坡度均为 0.2%，管道顶平均覆土 厚度约 5.3m。
本工程首次采用 3828mm×3828mm 组合刀盘土压平衡矩形顶管机施工。
通道结构全部采用预制矩形钢筋混凝土管节，管节接口全部采用\型承插式，接缝防水装置由锯齿形止水圈和 弹性密封垫内外两道组成。管节外形尺寸为 3800mm×3800mm，壁厚为 400mm，管节长度为 2m。管节设计强度等级 为 C50，抗渗等级为 0.8MPa。
工程沿线将穿越陆家嘴路、延安东路隧道南北线浦东引道段及上水管、煤气管、雨水管、污水管、市话线、电力 线等地下管线。其中管道顶与 φ450mm 污水管、φ1000mm 雨水管、φ800mm 雨水管底净距均为 1m，与延安东路隧道 南线引道段结构底最小净距为 1.564m。
(2)地质状况
本工程顶管沿线主要穿越的地层为：灰色砂质粉土、灰色淤泥质粉质粘土，各土层物理力学指标见表 1。
各土层物理力学指标
序号
土层名称
层底标高
m
(1)1 (2)1 (2)2 (3) (4) (5)1
人工填土 褐黄色粘土 灰色砂质粉土 灰色淤泥质粉质粘
土
灰色淤泥质粘土 灰色粘土
-11.30 -15.81
4.99 4.51
60.1
17.1 17.6
1.40 1.129
2.19 3.67
23.6 48.5
2.19 0.69 -2.31 -6.31
1.91 1.5 3 4
32.1 42.7
17.9 18.0
层厚 m 含水量(%)
容重 kN/m3
0.897 1.201 孔隙比 e
8.94 3.13
压缩模量 MPa
角°
内摩擦
2. 3828mm×3828mm 土压平衡矩形顶管机 (1)施工原理
矩形顶管机施工以土压平衡为工作原理，通过大刀盘及仿形刀对正面土体进行全断面切削，改变螺旋机的转速及 顶进速度来控制出土量，使土仓内的土压力值稳定并控制在所设定的范围内，达到开挖面的土体稳定，顶进形成的断 面由不断顶入的矩形管节组成矩形隧道。
(2)主要施工机械设备及各项性能(见表 2) 主要施工机械设备及各项性能 表 2
设备名称
壳体尺寸
断面尺寸 前段壳体长度
管
刀盘系统
后段壳体长度 刀盘转速 最大扭矩
机
仿形刀系统
仿形刀数量 最大行程
顶进装置
千斤顶数量 缸体长度
2 270mm 16 台 2515mm
总顶力 千斤顶行程
2560t 1.30mm
最大扭矩
25.9kNm
技 术 参 数 指 标 3828mm× 3828mm 顶 3000mm 600mm 0~1.4rpm 175kNm
螺旋机系统 纠偏系统
千斤顶数量 纠偏角度 最大顶力 输送能力 转速
8 台 ±1.8° 12000kN 42m3/h 0~15rpm
3矩形顶管进、出洞施工技术
(1)顶管出洞施工技术
顶管机顶出距工作井 6m 范围为出洞段。 ①封门形式及地基加固
工作井基坑支护结构采用 SMW 挡土墙，即在水泥土搅拌桩内插入 H 型钢作围护结构，然后采用现浇钢筋混凝土 进行内部结构的施工。SMW 挡土墙即为工作井的洞圈封门。也就是说，此顶管的出洞过程即为搅拌桩内 H 型钢的拔 除及机头顶过出洞加固水泥土段并进入原状土体的过程。
工作井外侧距井壁 2700mm 范围内采用 5 排搅拌桩作地基加固，见图 2，其设计强度为 1.2MPa。在确定顶进设备 运转情况良好后，将顶管机顶入洞圈内至距 SMW 挡土墙 100mm 左右。
图 2 出洞段地基加固断面图
②洞圈止水
洞圈与管节间的建筑空隙为 110mm，在顶管出洞过程中极易造成外部土体涌入工作井内的严重事故。为此，施 工前在洞圈上安装一环形帘布橡胶板，以密封洞圈，橡胶板由 12mm 压板固定牢靠，压板的螺栓孔采用椭圆形式，以 利于在顶进中随时调节压板与管节间的间隙，保证帘布橡胶板的密封性能。
③土仓内加注粘土
为防止在搅拌桩内 H 型钢拔除过程中正面土体的坍塌，并由此而造成工作井前方电缆出现过量沉降等施工险情， 在顶管靠上 H 型钢后，利用螺旋机倒转向土仓内压注粘性土，并提高到一定土压力(P=0.065MPa)。
在土仓内加注粘土，可润滑土体便于螺旋机出土，同时确保刀盘受力均匀，避免顶管机旋转。 ④主要施工参数摸索
由于工作井与陆家嘴路距离仅为 7m，且在顶进中将陆续穿越陆家嘴路、φ450mm 污水管、φ1000mm 雨水管、延
安东路隧道引道段、φ800mm 雨水管等，所以在顶管出洞过程中应尽量减少水土流失，控制好地面沉降。
在 H 型钢全部拔除后，应立即开始顶进机头。由于正面为全断面的水泥土，为保护刀盘和仿形刀，顶进速度不宜 过快，使刀盘和仿形刀能对水泥土进行彻底的切削，防止井壁整体移位；另外由于土体过硬，必要时可加入适量清水 来软化和润滑土体。在水泥土被基本排出，螺旋机内输出全断面原状土后，为控制好地面沉降、顶进轴线，防止顶管 机突然\磕头\，宜适当提高顶进速度，把正面土压力建立到稍大于理论计算值，以减小对正面土体的扰动及出现的地 面沉降。
在顶管的出洞段施工中，应不断根据地面沉降的数据反馈进行参数调整，迅速摸索出各类参数最佳设定值。 (2)顶管进洞施工技术
顶管机顶进至距接收井 6m 范围为进洞段。 ①顶管机姿态的复核测量
当顶管机逐渐靠近接收井时，应适当加强测量的频率和精度，减小轴线偏差，以确保顶管顺利进洞。
顶管贯通前的测量是复核顶管机所处的方位、确认顶管机状态、评估顶管机进洞时的姿态和拟订顶管进洞的施工 轴线等的重要依据，使顶管机在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的姿态进洞，正确无误地座落到接收 井的基座上。
②各施工参数的调整
在顶管到达距接收井 6m 时，停止第一节管节的压浆，并将压浆位置逐渐后移，保证顶管机在进洞前有 6m 左右 的完好土塞效应，避免在进洞过程中减摩泥浆的大量流失而造成管节周边摩阻力骤然上升。
在顶管机切口进入接收井土体进洞加固区后，应立即调整机头姿态，使其与顶进轴线相平行，尽可能将顶管机和 后部管节间出现的接缝间隙减为最小。同时适当减慢顶进速度，加大出土量，逐渐减小正面土压力，以保证洞口处结 构稳定和顶管机设备完好。
③洞圈封堵
在顶管机切口到达混凝土搅拌桩后，停止顶进，并在接收井洞圈外搅拌桩的四个角开观察孔，以确切探测出顶管 机的实际位置，在确保顶管机能正确落在接收井洞圈范围内时，开始凿除搅拌桩。
在搅拌桩被完全凿除后，迅速、连续顶进管节，缩短顶管机进洞时间。顶管机顶进到位后，立即将钢板与其焊成 一个整体，并用水硬性浆液填充管节和洞圈的间隙，减少水土流失。
4
顶管顶进施工技术
(1)主要施工技术参数的控制 ①正面土压力的设定
作为土压力的最初设定值。在实际顶进后，通过顶进参数、地面沉降监测数据，将设定土压力值调整到 0.12MPa
左右时，出土量、地面沉降情况较为理想。
②出土量控制
一节管节的理论出土量为 3.8×3.8×2=29m3。在顶进过程中，应精确地统计出每节管节的出土量，尽量使之与理论 出土量保持一致，以保证正面土体的相对稳定，减小地面沉降量。
③顶进速度
顶管顶进速度是保证切口土压力稳定、正面出土量均匀的主要手段。所以在顶进时，应不断调整顶进速度，找出 顶进速度、正面土压力、出土量三者的最佳匹配值，以保证顶管的顶进质量，确保顶进设备以最佳状态工作。
④各施工参数的相互关系(见图 3)
图 3 施工参数雷达图
减小正面土压力可适当减小刀盘扭矩，但同时将增大地面沉降量。 增加润滑泥浆压注量，可减小顶进阻力，同时适当提高顶进速度。 (2)顶进轴线的控制
轴线控制是矩形顶管顶进的一大难题，由于顶管机外壳与外部土体间是 4 个面积为 12m2 的面面接触，所以在顶 进时一旦出现较大量的偏差并形成导向，将增大纠偏难度。
顶管在正常顶进施工过程中，必须密切注意顶进轴线的控制。在每节管节顶进结束后，必须根据顶管机的姿态， 做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以避免土体出现较大的扰动及管节间出现张角。
①高程控制
上海地铁陆家嘴站5号出入口矩形顶管施工
