城市密集区超大断面矩形顶管设计与施工关键技术-下载凯发k8
2023-03-20
运营部
上海轨道交通14号线静安寺站是国内首次采用非开挖顶管法工艺施工的车站，且车站暗挖段位于中心城区交通密集区，隧道处于富水软弱土层，存在深覆土施工、下穿众多市政管线、侧穿人行天桥及高架桥桩等众多难点。就项目中存在的难题通过新方法、新材料、新设备等方式进行针对性探讨，提出相应的施工控制技术，为后续非开挖顶管车站施工提供参考。
一、工程概况
1. 项目概况
静安寺站主体沿线路方向分a，b，c三区，其中b区采用顶管法实施。
项目平面
2. 工程地质与水文地质条件
根据地质勘察资料，站台层穿越土层主要为④灰色淤泥质黏土、⑤1-1灰色黏土及⑤1-2灰色粉质黏土，站厅层穿越土层主要为③灰色淤泥质粉质黏土及④灰色淤泥质黏土，联络通道位于⑤1-1层中。
1. 顶管机针对性设计
针对本工程周边管线多、地面沉降要求高、地铁车站轴线要求严等特点，顶管机采用针对性设计如下。
站台层顶管机刀盘面断面
站台层顶管机设备剖面
1 全断面切削
站台层顶管机采用大刀盘 周边偏心刀盘形式，站厅层顶管机采用2个大刀盘 4个中刀盘 2个小刀盘组合，可做到百分比切削，避免顶管机背土现象产生。
2 切削外径控制
由于顶管施工轴线主要为直线，此次切削外径单边控制在15mm，有效避免由于注浆不及时引起的壳体段及管节段沉降。
3 提高纠偏装置安全性
此次纠偏铰接装置在传统3道主密封基础上，增加了尾部钢板束及头部紧急密封气囊，规避开启铰接千斤顶纠偏时漏水漏浆风险。
4 新增纠偏中继间
在原有1道本体纠偏铰接装置的基础上增加1道纠偏中继间，进一步增强顶管机纠偏能力，有效控制隧道姿态。
2. 管节针对性设计
1 复合式管节设计
站台层顶管管节设计成复合管节（钢管节 混凝土内衬），施工阶段为钢管节，隧道贯通后通过内部浇筑混凝土形成复合管节，增强管节防水性能，提高管节整体刚性。站厅层顶管管节采用传统的混凝土管节形式，提高施工效率，保证管节耐久性。
2 钢管节拼装平台
钢管节设置成2个c形块，采用分块制作、分块运输至施工现场后，通过拼装钢平台再拼装合拢焊接成环，解决管节占三车道运输的交通难题。
3 管节翻身吊装装置
本工程设计1个全新的自动翻身装置，该管节吊运和翻身装置由横担式吊架、吊臂动力端、吊臂被动端、电器控制箱组成。解决传统的自重式翻身架存在重大安全隐患且施工效率较低的问题。
4 管节接头设计
站台层管节接头采用"f"承插设计式 4道止水密封（2道氯丁橡胶 2道遇水膨胀橡胶） 传力衬垫。站厅层管节接头采用"f"承插设计式 5道止水密封（1道氯丁橡胶 2道遇水膨胀橡胶 1道聚氨酯密封胶 1 道聚硫密封胶） 传力衬垫。均可满足纠偏和止水需求，待掘进结束后内弧面环缝进行水密焊止水。
5 管节注浆孔设计
钢管节开设16个1寸减摩泥浆孔及16个2寸二次注浆孔，同时每节管节设置4个止退孔及2个翻身孔。站厅层混凝土管节设12个一寸减摩泥浆孔及10个2寸二次注浆孔，同时每节管节设置4个止退孔（其中2个兼作翻身孔），用于管节减摩注浆、止退翻身、贯通注浆，有效控制地面沉降。
3. 洞口动态止水措施
针对本工程顶管推进覆土较深、土体含水量高，且工作井洞圈尺寸和顶管尺寸存在一定的间隙，对始发接收洞口采取以下针对性措施。
1 始发动态止水装置
始发动态止水装置
在洞圈周围安装钢箱体 2道钢丝刷 2道橡胶袜套，作为洞口防水措施。当顶管机进入洞圈后，通过第1道钢丝刷与第2道钢丝刷间布设预留的12道1寸油脂管压注盾尾油脂，并通过每根油脂管压力表观察油脂压力，按照理论计算及油脂压力控制压注量。
2 接收动态止水装置
接收动态止水装置
顶管接收止水装置采用外置式止水气囊，接收井洞门打开后，及时顶进机头，机壳搭上止水气囊后，及时向止水气囊内充气，根据洞口的渗漏情况调整不同部位的充气气压。
3. 自锁式止退措施
止退设计按后退力2000t考虑，拟采用300t千斤顶10个（左右各5个），高强度剪力销10个（6寸，钢材屈服强度大于500mpa），施工前对止退装置进行优化，采用前后两节管节同时止退，通过设置预加载力减少管节因止退力而产生的结构变形，保证整个止退装置的强度、刚度及稳定性。
站台层顶管止退装置
4. 顶管减摩措施
本工程新研制了具有抗水性能的触变果冻减摩泥浆，主要采用特殊的触变浆添加剂加入膨润土浆液，调配成具有触变塑性、润滑、抗水、微承载性能的浆液，主要用于注入顶管管节四周，可显著降低土体与管节接触时的摩擦，减少地层束缚产生的推力过大影响。
5. 轴线、转角控制措施
矩形顶管在推进过程中，对顶管机及管节的轴线偏差及转角偏差要求极高，轴线偏差要求控制在±50mm内，转角应控制在15′以内。
6. 管节变形三维激光扫描监测
由于类矩形管节较圆形管节抗弯、抗剪和抵抗形变的能力较弱，并且国内在采用钢管节顶管施工方面的工程经验较少，理论研究尚不完善。采用三维激光扫描仪在短时间内获得隧道表面的海量坐标信息，快速、全方位获取站台层隧道全断面变形，进一步保障施工和隧道结构的安全性。
三、结语
静安寺站矩形顶管车站是国内首次采用顶管法施工的地铁车站，该工程的圆满完成论证了城市密集区非开挖顶管法车站工艺施工的可行性，同时也为国内后续类似工程提供参考价值。
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