超大截面矩形顶管在富水砂质粉土层中的施工-j9九游会网站

矩形顶管工艺的实施是为了城市核心区内不相邻地下空间的互联互通，提高城市核心区地下空间的使用率叫完善人车分离的立体化地下交通。杭州萧山区地下新建人防工程与已建科创中心地下空间，通过采用超大截面矩形顶管工艺，实现地下空间的互联互通，从矩形顶管洞门的止水装置的技术研究、改良富水砂质粉土层技术研究和推进过程中二次注浆技术研究，为今后类似工程提供宝贵经验。

1工程概况

已建科创中心地下2层车库与待建萧山区人民广场东北区人防工程地下2层的车行通道，是连接两地块车库的便捷通道（见图1）。采用规格截面尺寸为10060mm×5260mm的矩形顶管机实施通道内径尺寸8660mm×3860mm矩形结构。通道全长74m，顶进坡度为上坡 1.68%，始发井覆土深544m，接收井位置覆土深4.2m。矩形通道位于第②₂层淤泥质粉质黏土夹黏质粉土、第②₃层黏质粉土、第②₄层黏砂质粉土中。

矩形顶管设备采用1台具有8个大刀盘 3个小刀盘的多刀盘形式的矩形顶管机，截面尺寸为10100mmx5300mm×5996mm的土压平衡式矩形顶管机，包括刀盘切削系统、油缸推进系统、螺旋排土系统、推进系统、铰接系统、同步注浆系统和集中润滑系等。

2矩形顶管始发洞门止水装置

矩形顶管洞门止水装置是为矩形顶管通道在顶进过程中防止洞口水土流失而设立，尤其是在含砂的富水土层中，洞口水土流失会造成周围地面严重塌陷，无法形成顶管减摩护壁，以至于造成顶力过大、顶管背土、管节破碎等不利情况。

洞门止水装置采用双套帘布板和双套钢翻板组成（见图2），即第1道止水装置外再设置1道止水装置，中间预留注浆孔，以备压注油脂或者黏土。

安装前须对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，确保其与洞圈上预留螺孔位置一致。安装顺序自上而下进行，压板螺栓应可靠拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止矩形顶管出洞后浆液泄漏。

当矩形顶管进入洞口内，四周铲齿进入第2道橡胶帘布板内后，在第1道止水装置和第2道止水装置中间，注入油脂或者固体的黏土，防止洞口四周存在缝隙而造成水土流失风险。

当矩形顶管顶至加固区1000m、前置土仓已逐步建立土仓压力值后，顶管设备先停止顶进，利用设备上预留的注泥孔进行洞门四周预留空隙环缝注浆，以填充洞口空隙，保证洞门密封性。注浆浆液采用黏性填充材料活性白土的膨润土，顶进过程中，根据洞门漏水情况，随时进行洞口补充注浆。

3富水砂质粉土层的土体改良

本次顶管通道使用的是土压平衡式顶管机，将穿越富水砂质粉土层，为保证开挖出的土体能作为支撑开挖面稳定的介质，达到良好的塑形变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等指标。需要对开挖面的土体进行改良，更好地建立正面平衡压力，降低透水性。另外顶管机切削下来的土体可具有更好的流塑性和稠度。

（1）土体改良方法。通过顶管机配置的刀盘和胸板上预留的注浆孔向刀盘面及土仓内注入改良剂，利用刀盘的旋转搅拌和土仓搅拌装置搅拌以使添加剂与土渣混合。通过土体改良，可以更好地建立正面平衡压力，降低透水性，同时能维持机器顶进或者停止期间的土仓压力，减少土体的压力变化；对于多孔性土质，能防止地下水侵入过多；减少因为磨损、堵塞、黏附而对顶进工作产生的影响，降低刀盘扭矩，提高顶进速度。

（2）土体改良剂的配合比见表1。

改良剂注入形式同减摩泥浆，从井上使用多级泵进入顶管机内部，再利用多阀门改线路进入顶管机仓内，对土体进行改良，进入刀盘区域（见图3）。

（3）土体改良的效果。土体改良浆液在地面上拌制完成后，会被直接泵送入管节注浆孔，因此在已基本完成膨润土浆液拌制的浆箱内掺入宝盛70添加剂，等浆液搅拌均匀并静置后观察土体改良的浆液效果见图4.其浆液流动性较好，呈现果冻状，工程应用土体改良的出土效果见图5。

4二次注浆技术

在矩形顶管推进过程中，根据不同作用，补充浆液可分为减摩浆液和填充浆液。

（1）填充浆液。矩形顶管顶进过程中随时填充浆液采用钙基土（黄泥土）、宝盛70添加剂和水拌和而成，拌和浆液呈现鸡蛋糊状，极为黏稠，并且黏性较大。补充浆液的注入采用黏土输送泵（型号stb120/10），把设备安放在推进隧道内，通过顶管机内预留的泥垫注入孔和分节管节预留的2寸注浆孔向需要补充位置向外补充土体，达到有效控制地面沉降，补充浆液的注入时间根据地面沉降的数据而定顶管周边地表垂直位移累计变化曲线图见图6。

（2）减摩浆液。减摩浆液采用改良浆液的同一配比浆液。每环推进约注出1箱浆液，即3m3左右，在推进过程中分2~3次注出。减摩浆液注岀的管节为单数编号管节，即1、3、5、7…19环。每环管节上共有12个注浆孔，仅对上部及左右的8个注浆孔进行减摩注浆，注浆孔布置见图7.在推进过程中进行注浆，注浆时打开总球阀，注浆持续时间0.5~1min，注完此环后，进行下一环注浆，直到注完所有单数管节。

注浆效果：从土压力的变化情况可以看出，在减摩浆液中掺入了宝盛70添加剂，矩形顶管的总推力并未明显减小，依旧保持在20000~25000kn范围内。

分析原因如下：

① 顶管机所受到的推进阻力主要来源于刀盘前方的迎面阻力，对顶管机及管节周边摩阻力的改善无法有效降低推进阻力。

②顶管机采用铰接装置纠偏后，铰接油缸一直处于伸出状态（下部油缸伸出6cm，油缸伸出3cm），导致顶管机正面受力面积增大，产生了轴向分力。

随着顶进里程的逐渐增加，推进阻力在总推力构成中的影响比重越来越大，总推力应随之逐渐增大，而在采用了新型减摩浆液后，总推力始终维持在20000~25000kn区间，由此可以推断出新型浆液的减摩效应在其中发挥了一定的作用。

5结语

超大截面矩形顶管在富水砂质粉土层施工的技术研究，为城市中心核心区的地下空间互联互通的发展和建设提供了参考依据，对促进经济发展发挥了积极的作用。

 

本文摘自《上海建设科技》中的《超大截面矩形顶管在富水砂质粉土层中的施工》陈露，如有侵权请联系删除。