超大断面矩形顶管施工工法

超大断面矩形顶管施工工法

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顶管施工技术最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。20世纪70

年代以来，随着经济的发展、地下空间的开发和利用的需求，矩形隧道掘进机施工技术

有了新的飞跃.20世纪80年代后，世界各国掀起了开发异形断面掘进机的高潮，先后

曲亍了场隧道、椭圆形隧道、双圆形隧道、多圆形蹴盾构掘进机及施2。支术的试验

研究和工程应用。从隧递的使用功能来分析，城市交通人行地道、地下共同沟、地铁隧

道的断面形式以矩形最为合适、最为经济，因而娜盾构掘进机的重新研究开发和应用

在这些领域十分活跃。

目前矩形顶管施工工艺主要集中用于地铁出入口人行通递和街道地下人行通道的

施工，施工长度基于工程项目的要求，TSS25ms70m之间；根据文献调研，何须

管的技术还不完善，目前没有针对矩形顶管的设计标准和规范，对于矩形顶管施工背土、

姿态控制、管节劭it算分析、顶管事故预防与处理等方面的问题还没有完全解决，需

要进一步研究。

我公司在郑州市下穿中州大递隧道工程中经过严密的准备与策划，采用矩形顶管施

工I艺，四次成功的穿瓯T中州大道，II稣J的完成了下穿中州大速隧递的顶进，取得了

良好的效果。超大断面矩形顶管施工过程中成功克I艮了顶管隧道覆土湿净间距小、地

表沉降大、姿态控制^推进距离长等难题，这种超大断面烟I须管施工工S为匡内类

似工程提供了锚和参考，也为类似工程的设计提供思路，为此对超大断面矩形顶管施

作业进行总结、形成工却嘴必要。

2工去特点

21安全可靠、风险性小

超大断面矩形顶管采用土压平衡模式，能保证学子面的稳定，不会发生涌水涌砂等

事故，地面沉降小，即使碓灌土fi端况，地表沉降依然朝辅J科见范要求范围内。

2.2对周围环境、交通等影响小

顶管施工属于三明挖施工技术，施工过程中对周围管线、建筑褥境影响较小，同

时在施工过程中，上方交通无需断行，可正常通行.

2.3施工进度快、工期短

顶管管节采用整环预制，在施工过程中进行拼装，施工完成后无需进行二衬，施工

进度较快.

2.4空间利用率高

矩形顶管法与圆形盾构都采用土压平衡原理，对地层扰动较小.在同等条件下，矩

形顶管可有效利用空间，，减少断面，减少覆土厚度，减少引坡段长度，与圆形隧道相

比，提高空间利用率20%以上.

3.适用范围

3.1城市交通繁忙道路、周围建筑物密集的商业区、管线多且复杂等地下过街通道、

地铁出入口通道和各种管线的共同沟；

3.2对地表沉降要求较高的高速公路,铁路轨道等既有线的下穿通道.

3.3下穿宽度1501n以下的江、河的地下通道.

3.4受空间结构控制，有效空间满足不了的地下隧道.

4.工艺原理

顶管法施工原理是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，管节紧跟在顶管机后,

在主千斤顶推力的作用下，顶管机向土层内掘进，掘出的渣土由渣土泵或螺旋输送机排

出或以泥浆的形式输出，推进一节管节后，主千斤顶缩回，吊入另一节管节，继续顶进.

如此往复,直至顶管机到达接收井，管节全部铺谀到位后，顶管机从接收井拆除、吊至

地面.

图4.1土压平衡矩形顶管机施工示意图

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

2

图5.1土压平衡矩形顶管机顶进施工流程图

5.2.工艺操作要素

5.2.1后靠背及端头加固

因顶管机始发、接收洞门外土体为软弱含水的土层，若不提前加固外理极易坍方

或流失，造成地面塌陷，甚至使顶管机失去控制，为确保施工安全，必须对始发，接收

河门外土体进行加固处理.端头加固的长度根据端头地层参数和顶管机的长度进行确定,

加固长度一般比顶管机长1.Om-2.0m为宜.

顶管掘进过程中的反力主要依靠始发井主体结构.围护结构和原状土体提供，由

于需要提供反力较大，需对始发井背后土体进行加固，以提高其侧向承载力，形成反力

堵.后靠背加固的长度根据顶管最大推力、始发井结构形式、后靠背土体的长度和地质

参数等综合因素进行确定，一般加固长度为3.0m以上为宜.端头加固施工工艺流程见

5.2,

图5.2端头旋喷加固流程图

5.2.2项管机组装和调试

5.2.2.1顶管机的组装

顶管机组装流程见图5.3.

前一下部下井|

[~~T一尼上郃下井组装.

的盾上部下井组装|I

]|后靠讦井安装

螺旋机下井组装|I

____________}___________项拉装理下井组装

刀盘下井组装]

-----------1----------顶管机调试

盾是下部下井组装——------------------------

图5.3顶管机组装流程图

5.2.2.2顶管机调试

（1）空载调试

顶管机组装和连接完毕并确定无误后，即可进行空载遍试.主要调试

内容为：配电系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、注浆系统、以及各种仪表、

传感器的调试.

（2）负载调试

空载调试顶管机各系统运转后即可进行负载调试.负载调试的主要目的是检查各

种管线及密封的负载能力；使顶管机的各个工作系统和辅助系统达到满足正常生产要求

的工作状态.

（3）调试内容

1）高压系统的测试：高压电缆、接头、高压开关柜及变压器的绝缘及功能调试.

2）低压供电系统的调试：照明系统（含紧急照明）、动力系统、弱电供电系统.

3）刀盘驱动系统测试：正转、反转功能、最大速度、速度调节、制动，压力是否

正常.

4）油脂密封系统测试：系统工作是否正常并且将油脂注满主轴承，直至溢出，测

量压力是否到达要求，控制部分功能是否正常，汩脂桶液位连锁功能是否正常.

5）齿轮油循环系统测试：工作是否正常，液位报警功能等.

6）液压泵站测试：检查油箱油位传感器,油温传感器、液压油过滤、循环系统以

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及各泵的工作压力是否正常.

8）其他辅助液压系统测试：动作、压力、油温是否正常.

9）顶推装置测试：推进速度、油缸压力、油缸行程的检测.

10）泡沫系统的测试：泡沫系统水泵、气路、泡沫发生器的功能泡沫压力、流量

以及各泡沫注入点阀门启闭，泡沫发生剂发泡性能和注入管路工作情况等的测试。

11）螺旋输送机系统测试：包括螺旋输送机转速，油压、伸缩动作、正反转和出土

闸门启闭等的测试.

12）顶管机铳接功能的测试：各较接油缸动作和钱接功能的测试.

13）整机联动控制是否正常，各个环节在控制室的控制情况是否正常.

14）顶管机故障显示测试：显示是否正确•急时.

5.2.3洞门密封安装

为了防止顶管始发掘进时泥土、地下水及触变泥浆从盾壳和洞门的间隙处流失，

以及盾尾通过洞门后管节背后触变泥浆的流失，在顶管始发时需安装洞门临时密封装置,

临时密封装置由帘布橡胶、扇形压板、折叶板、垫片和螺栓等组成，橡胶密封后预留加

注触变泥浆的预埋管，临时密封装置见图5.4。

5.2.4洞门破除

按照自上而下的苗除顺序，先将外排主筋全部割除，然后凿除外侧钻孔灌注桩，

凿除过程中，严格遵守施工规范和交底，发现洞门渗水现象立刻停止凿除进行处理,保

证预留洞门净空不设计要求，宜大不宜小，确保顶管穿越时不擦挂主体结构.

5.2.5土压平衡矩形顶管始发

5.2.5.1始发线路设计及基座安装

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(1)始发姿态的设计

根据反力架的厚度、顶进油缸基座厚度、推进油缸的行程长度、U型顶铁厚度、土

压平衡矩形顶管组装位置要求、始发井结构、隧道线路设计轴线确定土压平衡矩形顶管

始发姿态空间位置，然后反推出始发台的空间位置，提前调整好始发台的标高、坡度等.

(2)始发基座安装

依据隧道设计轴线、洞门实际预埋位置及土压平衡矩形顶管机的尺寸，反推出始

发基座的空间位置.始发基座可采用混凝土结构或钢结构，其结构上部需安装43kg/m

以上钢跳，主要承受土压平衡矩形顶管的重力，当土压平徜矩形顶管在组装时还需要对

主机进行前后移动，结构设计还需考虑土压平衡矩形顶管移动施工的便捷和结构受力.

5.2.5.2试推进

(1)试推进任务

由于顶管推进距离较短，一般顶管始发前20m作为试推进段.试推进主要任务包

括：

进一步进行土压平衡矩形顶管机及设备能力检验并掌握土压平衡矩形顶管操作控

制最佳方法.

摸索在本工程该类地层中各项土压平衡矩形顶管推进施工参数的选择，优化顶管

推进参数.

熟练掌握管节拼奘工艺、防水施工工艺、环形间隙注浆工艺.

掌握土压平衡矩形顶管后退规律和后退装置的应用，调试泥浆注入系统、注入压

力及注入量与顶力的关系.

对地表隆陷、地中位移.管节受力、建(构)筑物位移等进行监控量测,依此具

体分析在该类地层中，果用一定的推进施工参数时的相关影响，并对推进参数进行优化,

为工程安全顺利施工提供技术依据.

(2)试推进注意事项

在进行始发基座、后靠背定位时,要严格控制始发基座,后靠背的安装精度，确

保土压平衡矩形顶管始发的轴线与设计线路重合.

顶管机下井前在基座轨道上涂抹油脂，减少土压平衡矩形顶管推进阻力，在刀头

和帘布橡股板上涂抹油脂，避免推进时刀头损坏洞门帘布橡胶板.

在始发阶段,由于地层受加固影响相对较硬，而土压平衡矩形顶管始发基座相对

不会变形,要特别注意土压平衡矩形顶管姿态控制，尽量避免土压平衡矩形项管低头与

偏离.始发推进时采取低推力、低速度向前推进，尽量减少对加固体和土体的扰动.

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土压平衡矩形顶管在始发基座上向前推进时，通过控制推进油缸行程加加配重等

方式使土压平衡矩形顶管基本沿始发基座向前推进.

5.2.6土压平衡矩形顶管掘进施工

土压平衡顶替的开挖土仓由刀盘、切口环.隔板、土压传感器及膨润土添加、泡沫

注入系统组成.土压平衡推进模式中土仓压力的保持首先需选定土仓压力，推进过程中

通过调整推力控制推进速度，通过调整螺旋输送机转速控制出碓量.推进系统控制流程

见图5.5.

I掘进推制

I更改设定值

济

十减少注入垃］

改

良

打

上

压

力

控

共

推

进

速

身

控

制

监

祝

图5.5矩形顶管机推进控制流程图

5.2.6.1土仓压力值P的选定

土仓压力P值应能与地层土压力和静水压力相平衡，土仓压力采用Rankine压力

理论公式进行计算：

P中=K0(P地+Yh)

P中：顶管机土仓中部压力；

Ko：粉土的侧压力系数；

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P*:地面附加荷莪；

Y：土的容重，取加权平均值；

h：土仓中部地层埋深.

理论计算数据只能作为顶管机推进土仓压力最初设定值.在推进施工过程中土仓

压力根据试推进时取得的经验参数并结合顶管机所在位置的埋深、地面荷载.土层状况

及地表监测结果进行调整与控制.

5.2.6.2推进速度控制

为保持土仓压力的稳定，推进速度必须与螺旋输送机的转速相符合，同时为确保

触变泥浆能均匀填实管节与地层的空隙，起到涧滑作用，顶管推进速度必须与注浆（触

变泥浆）速度相匹配.

顶管推进速度不宜过快也不宜过慢，过快和过慢都易引起地表沉降，在盾构施工

过程中必须匀速，连续的推进，根据顶管施工的经验掘进速度控制30mm/min左右.在

顶管推进的过程中根据盾构推力和地表沉降及时进行调整盾构掘进速度.

5.2.6.3主推力的选择

顶力由推进机前端的迎面阻力和管壁外周摩阻力决定，主顶力随顶进距离的增加

而增大,在正常推进中，要注意顶力的增大应该是缓慢的，不允许有突变。

顶进阻力参照《给水排水管道工程施工及验收规范GB50268-2008》进行计算，其

公式为：

FP-SLfk+NF

式中：Fp为顶进阻力（KN）;

S:管节外壁与周圈土层接触的面积（M）;

L:盾构顶进设计长度（m）;

fk：管道外壁与土的单位面积平均摩阻力（kn/m?）,取值为4.0-7.0;

NF:顶管机的迎面阻力；NF=PShP为控制土仓压力，S1为盾构刀盘开挖面积

5・2.6.4喳土改良

根据顶管隧遒不同的地层采用不同的喳土改良剂，改良剂以加泡沫剂、膨润土泥

浆为主，辅助加入高分子聚合物.在粘土地层中推进，主要是要稳定开挖面.防止刀盘

产生泥饼，并降低刀盘扭矩,分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行碓土改良，必

要时可向螺旋输送机内注入泡沫.在富水地段和其它含水地层推进时，主要是要防止涌

水、降低刀盘扭矩，向刀盘面、土仓内和螺旋输送机内注入膨润土泥浆或高分子聚合物,

并增加对螺旋输送机内注入的膨润土，以利于蝶旋输送机形成土寒效应，防止涌水.改

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良后的碓土成牙膏状、流塑状，既能保证掌子面的稳定，又耍有利于出跄和喳土运输。

在粘土地层中推进，主要是要稳定开挖面，防止刀盘产生泥饼，并降低刀盘扭矩.

拟采取分别向刀盘面和土仓内注入泡沫的方法进行喳土改良，必要时可向螺旋输送机内

注入泡沫.

富水地段和其它含水地层推进时，主要是要防止涌水,降低刀盘扭矩，拟向刀盘

面、土仓内和螺旋输送机内注入膨润土泥浆或高分子聚合物，并赠加对螺旋输送机内注

入的膨润土，以利于螺旋输送机形成土塞效应，防止涌水。添加量根据具体情况确定。

5.2.6.5出琏量的控制

根据顶管施工经验可知，控制顶管推进过程中的出喳量是控制地表沉降和顶管推

进施工安全的有效措施，为此在施工过程中必须严格控制出硅盘.每环推进出磴格根据

理论计算和试推进段取得的参数进行控制.

(1)理论出硅量：

理论出碓量：V=SL

式中：S为大顶管开挖面积，

L为每环掘进长度.

(2)过程控制

在顶管推进过程中根据地层的松散系数，根据油缸的伸长量，严格控制每环出琏

量，出磴量一般控制在理论出喳量98%~102%范围内.在施工过程中根据顶管试掘进收

集的顶管推进参数、监测数据等及时调整出硅量.

5.2.6.6琏土运输

硅土运输分为洞内水平运输和工作井内垂直运输.

(1)洞内水平运输

洞内水平运输可根据施工条件、周围环境等因素选择有轨运输，泵送运输等运输

方式.采用有轨运输在喳土运输期间顶管掘进需停止，无法保证连续掘进.采用泵送运

输可保证顶管连续掘进，但对碓土改良效果要求较高，同时破土含水量大,需晾晒后外

运，当施工场地允许时可采用泵送运输.

(2)垂直运输

垂直运输可采用汽车吊、履带吊，门吊等机械进行运输.

5.2.6.7推进方向控制与调整

推进方向控制与训整采取推进自动导向系统和人工测量辅助进行土压平衡矩形顶

管姿态监测.每10m进行一次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并焚核士压平

衡矩形顶管的位置.姿态，确保土压平衡矩形顶管推进方向的正确.

根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统反映的土压平衡矩形顶管

姿态信息，结合隧道地层情况，通过操作土压平衡矩形顶管的被接油缸来控制推进方向.

同时可以在土压平衡矩形顶管的壁上注泥浆，通过压力差变化来调整方向

实行纠偏程序前，采用现场、部门、项目部,专家会等分级确定调整方案的原则,

确保顶管机姿态及时纠正；盾构姿态调整时，做到勤纠、少纠，避免出现蛇形姿态；

5.2.6.8六刀盘的控制

六刀盘的控制关系顶管姿态、地表沉降、渣土改良等顶管掘进的多个方面，同时为

减小地层对顶管机的反作用力，防止顶管机的滚动，项目部制定了6刀盘控制的原则为：

“上下对称，左右对称，严格的6刀盘控制程序，在顶管掘进过程中必须采取以下四

种模式进行掘进.

当顶管施工过程中，出现特殊情况时，需采用上述4中模式意外的方式进行掘进,

必须通过项目管委会及顶管施工厂家会议讨论后方可调整，在顶管恢复正常后，及时调

回以上4中模式.

5.2.6.9两螺机出土控制

两螺机出土对矩形顶管姿态影响较大，施工过程中必须严格控制两螺机出土.在正

常掘进时，两螺机必须出土一致，防止由于出土不一致，造成矩形顶管左右例压力差进

而影晌顶管姿态.当顶管姿态有偏差时、可通过控制螺机出土调整矩形顶管土仓左右侧

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压力偏差，进而调整顶管姿态.

5.2.6.10止退装置与防后退技术

由于土压平衡矩形顶管在顶进中前端阻力很大，即便顶进了较长里程后，在每次

拼装管节或加垫块时，主顶油缸一回缩，机头和管节就会一起后退20~30cm,机头和前

方主体间的土压平衡受到破坏，土体得不到稳定的支撞，易引起机头前方的土体坍塌.

因此，在前基座上安装一套止退装置见图5.6,将管节和机头稳住，从而使地面沉降量

明显减少.

图5.6止退装置示意图

5.2.6.11管节安装

(1)防水材料的安装及涂蜡

防水止水条、传力衬垫安装按设计进行，避免错用漏用.管节止水设计见图5.9.

密封垫等材料的安装要制定专门的作业指导书，并要求在施工中必须产格执行.

在弹性密封垫粘贴安装前清除管节上预留凹槽接触面的灰尘，防止安装后剥离、脱落。

安装时应特别注意，弹性密封垫必须精确的粘贴在凹槽的正中位置、以保证管节拼装时

弹性密封垫能以最大面积接触.

为了最大化的减小管节吸收触变泥浆水分，以及减小管节与地层的摩赛力，在管

节外表面涂抹一层1mm左右石蜡.石蜡涂抹前必须将管节表面清理，然后将融化的石蜡

涂抹在管节的表面，然后使用明火将石始融化与管节避免融为一体，石蜡必须涂抹均匀.

(2)管节安装

使用90+90T门吊将粘贴好止水条的管节缓慢吊放到始发台的基座上，值班工程师

确认管节定位准确后，利用推进油缸缓慢将管节插口插入已拼装好的管节的承口内.管

节拼装过程中，必须使承插口对位准确，确保防水国和管节直接的连接销在拼装过程中

的完好.管节拼装完成后，及时检查管节拼装质量，管节质检的环向间隙允许误差为土

1mm.管节间错台允许偏差为±1mm.若管节间的误差超过控制要求，必须进行调整.直

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至管节拼装满足规范和设计要求后方可进行推进。

为保证管节拼装的质量和拼装的方便，在始发台两侧安装精度较高的铜结构滑槽,

以确保管节的拼装的质量.

5.2.6.12.触变泥浆

土压平衡矩形顶管施工中降低顶进阻力最有效的方法是向管壁外注入触变泥浆，

目前工程已用且成熟的触变泥浆主要由膨润土、CMC,纯碱等物质组成，注浆使管周外

壁形成泥浆润滑套，形成湿滑动润滑，从而降低了顶进时的摩擦阻力.

其注入的时机、压力、量以及减摩剂本身的质量（润滑效果、凝固时间等）将决

定着土压平衡矩形顶管施工的成败，因此必须取地质原样土与准备使用的减厚剂进行现

场试验，根据试脸结果动态的调整其参数.

（1）触变泥浆菜液配制

顶管施工所要求的浆液应不失水、不沉淀，不固结，既要有良好的流动性，又要

有一定的稠度.所用润滑浆液主要成分为膨润土、纯碱以及CMC,其配比见表5-1,性

能见表5-2・

表5T触变泥浆配比kg/nP

膨润土水纯碱CMC

200-250350-4002.5~4.51.5-2.5

表5-2触变泥浆的性能要求

性能要求

胶体性能泥浆胶体率）98乐成胶后不析水

触变性能高切低黏度，低剪切高黏度，剪切稀释指数达6.0

pH值PH610范圉内均可发挥增稠作用

在2800r/min转速下，搅拌lOmin,即成均匀的泥浆胶体，

分散性能陈放过夜后，泥浆胶体充分膨胀，呈现较高的胶体黏度.具

有良好的生物化学稳定性和热稳定性

采用泥浆搅拌机进行制浆.纯诚和CMC应预先化开（CMC可以边搅拌边添加），再加

入膨润土揽拌20min,泥浆要充分搅拌均匀.注浆泵采用专用泵，将其固定在始发井口,

拌浆机出料后先注入储浆桶，拌制后的浆液在储浆桶中需经过一定时间（不小于24小

时）膨化后方可通过专用泵送至井下.

（2）触变泥浆注入原则与注入量控制

顶进时压浆要及时，确保形成完整、有效的泥浆套，必须遵循“先压后顶、随顶

随压、及时补浆”的原则.管节上的压浆孔供补压浆用，补压浆的次数及压浆量需根据

施工时的具体情况而定,.

顶进施工中，触变泥浆的用量主要取决于管道周圉间隙的大小及周围土层的特性，

由于泥浆的流失及地下水等的作用，泥浆的实际用量一般取理论值的3~5倍,在施工

中还需根据土质情况、顶进状况及地面沉降的要求等做适当的调整.

5.2.6.13顶管机防背土控制

顶管施工过程中，当顶管机与周围土层的摩擦力大于上层土体的压力时.极易发

生顶管机背土的情况,给顶管机的推进、地表沉降控制造成较大的困难，严重时造成顶

管陞道无法施工，为此施工过程中必须防止顶管背土.顶管机设计时在前盾切口环处增

加帽檐结构，并预留注浆（触变泥浆）孔，顶管掘进过程中不间断的注入粒变泥浆，减小

顶管机和地层之间的摩擦力，确保不发生背土事故的出现.

图5.7顶管机帽梯结构处注浆照片

5.2.7土压平衡矩形顶管机到达施工

5.2.7.1到达施工流程

土压平衡顶管到达施工就是安装接收基座，洞门曲除，到达洞门密封安装，施工

流程图5.8所示.

图5.8到达施工流程图

5.2.7.2土压平衡矩形顶管定位及接收洞门位置复核测量

土压平衡矩形顶管推进至到达范围时，对顶管的位置进行准确的测量，明确成洞

隧道中心轴线与凌道设计中心轴线的关系，同时对接收洞门位置进行复核测量，确定土

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压平衡矩形顶管的贯通姿态及推进纠偏计划.在考虑土压平衡矩形顶管的贯通姿态时须

注意两点：一是土压平衡矩形顶管贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是接收

洞门位置的偏差.

综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整,纠偏要逐步完成,坚

持一环纠偏不大于4mm的原则.

5.2.7.3接收洞门凿除

接收井洞门凿除方式与始发井一样，关键是做好加固体的检测工作，确保在加固

体合格下凿除围护结构，时间安排在土压平衡矩形顶管到达前一周开始，预留内侧钢筋

不割除，侍顶管刀盘顶推到围护结构停机进行割

5.2.7.4洞门止水水装置安装

为防止土压平衡矩形顶管到达时推出的喳土损坏帘布橡胶板，洞门防水装置在土

压平衡矩形顶管贯通开挖面、硅土被完全清理干净后安装帘布橡胶板。

当土压平衡矩形顶管刀盘被推至始发门时调整翻板使其尽量压紧帘布愎胶板，并

将翻板焊接在到达特殊管节的预埋钢板上，以防止洞门泥土及浆液漏出.

图5.9顶管机接收洞门止水构造图（单位：cm）

5.2.7.5接收基座的安装

接收基座的中心轴线与隧道设计轴线一致，同时还需要兼顾土压平衡矩形顶管到

达姿态.接收基座的轨面标高除适应于线路情况外、为保证土压平衡矩形顶管刀盘贯通

后拼装管节有足够的反力，将接收基座以土压平街矩形顶管到达方向+5%的坡度进行安

装.

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5.2.7.6顶管到达注意事项

(1)顶管隧道贯通前，需将顶管破道前5环和后5管节全部拉紧，以防止顶推力

卸载后管节张开，造成接缝渗漏.拉紧装置在顶管隧道洞门施工完成后才能拆除.

(2)根据顶管机的贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进，纠偏要逐步完成，每一环

纠偏量不能过大.

(3)在顶管机刀盘距离端头墙5环时，选择合理的掘进姿态，逐渐放慢掘进速度,

控制在5~10mni/min之间，推力逐渐降低.缓慢均匀地切削洞口土体,以确保到达端墙

的稳定和防止地层坍塌。

(4)顶管进入到达段后，加强地表沉降监测，及时反馈信息以指导掘进.

(5)当顶管机前体盾壳被推出洞门时通过压板卡环上的钢丝绳调整折叶压板使其

尽量压紧帘布橡胶板，以防止涧门泥土及浆液漏出.在管片拖出盾尾时再次拉紧钢丝绳,

使压板能压紧橡胶帘布，让帘布一直发挥密封作用.

5.2.8监控量测

顶管掘进施工过程中要做好监控量测，并及时反馈数据，做到信息化施工.监控

量测主要分为两部分，一部分是顶管段的监控量测，另一部分为为顶管机提供推力的后

靠背的监控量测.主要监测内容见表5-3,顶管段断面监测布置见图5.10.

表5-3顶管施工监测内容

序号部位监测项目监测方法测点布置设测族率

1地表沉降水准仪每10m一个断面1・2次/天

2土体内部垂直位移磁环分层沉降仪每5m一个断面1-2次/天

项

3土体内部水平位移测斜管和测斜仪每5m一个断面1-2次/天

管

4管节顶部沉降水准仪每15m一个断面1-2次/天

段

5周边收敛收敛计每15m一个断面1-2次/天

6管节内力和变形钢筋计每15m一个断面1-2次/天

沿围护结构布置，1次八-2天

7围护结构水平位移经纬仪、水准仪

每5m—个点

基坑外范围、测点1-2次/2天

8周围地表沉降水准仪

间距10m

9后*深层土体水平位移测斜管和测斜仪埋设一周内

::每5m一个断面，每1次八~2天;

10深层土体垂直位移沉降管和分层沉降仪个断面7个孔埋设一周后

1次/周

围护结构外侧2~51次八-2天

11工作井支撑应力应力计

个观测孔

15

II

图5.10顶管段断面监测布置

5.3劳动力组织

劳动力组织见表5-4.

表5-4超大断面矩形顶管劳动力组织表

工序人员数量备注

技术员2人端头旋喷加固过程质量控制

端头旋喷加固测量员3人钻孔孔位放样

施工人员16人

技术员2人基座施工质量控利

始发.接收基电焊工2人基座钢轨安装

座施工钢筋工4人基座钢筋制安

模板及龄工4人模板安装及龄浇筑

值班工程师2人检查洞门破除质量

洞门凿除

普工10人洞门凿除及废渣搬运

值班工程师2人盾构施工

盾构司机2人盾构机操作及保养

超大断面矩形

♦X16人盾构掘进施工

顶管施工

技术员2人地表巡查

测量员2人盾构姿态控制及复核

6.材料与设备

机械设备，工具、材料包括旋喷设备，顶管掘进设备以及各个施工作业所需的专

业工具，并根据作业内容准备需更换配件.设备机具配备详见表6T.

表6-1主要施工设备配置表

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设备名称规格数能备注

端头旋喷

高压旋喷台拿XY-22套

作业设备

吊车QY251台材料下井

始发，到达

电焊机BX1-300铜筋，轨道灯焊接

基座施工

设备截断机GQ401台钢筋下料

弯曲机GWJ6-40J1台钢筋制作

空气压缩机（含风镐）7套

洞门凿除

注浆机2台凿除洞门应急备用

机动车道顶管机及后1台

10120*7270mm机动车道隧道掘进

配套套

非机动车道顶管机及1台

7520*5420nun非机动车道鹿道掘进

后配套套

门吊90+90T1台顶管组装,物资垂直运输

履带吊250T1台管节场地你运输及翻身

盾构掘进

履带吊250T2台项管机的吊出

泥浆搅拌系统2套触变泥浆制作

触变泥浆泵G70-41套触变泥菜注入

纠偏泥浆泵GP201套顶管纠偏及二次注浆

防洪水泵4台防洪

对讲机若干施工中与洞外人员联系

7.质量控制

7.1各种准备工作

进行各个作业前，要求施工前的各种准备工作必须做充分,并经过技术部门的严

格检查、确认.

7.2端头加固质量控制

（1）由于浆液喷射压力较大，为保证成桩质量，施工时采用间隔跳孔施工.

（2）钻机开钻前必须用水准尺校平，保持机身平稳，就位后，钻杆与钻孔保持垂

直，开孔直径为110mm,钻孔偏斜控制在1%,钻进时应保持中速，遇硬层应减速慢钻,

以防卡钻.

（3）浆液严格按照设计配比进行配制，旋唯时按设计的提升速度.旋转速度，自

下而上开始喷射、旋转、提升，到设计终喷高度停喷，并提出喷射管.

（4）旋喷施工期间发生故障时，应停止提升和喷射以防桩体中断，同时立即进行

检查排除故障,如发生浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复喷.

（5）因故停喷后重新恢复施工前，应将喷头下放30cm,采取重迭搭接喷射处理后，

方可继续向上提升及喷射注浆，.停机超过3h时，应对泵体输浆管中进行清洗后方可继

续施工.

7.3掘进姿态质量控制

(I)人工测量与自动导向系统相结合，每10m进行一次人工测量，以校核自动导

向系统的测量数据并复核顶管的位置、姿态，确保土压平衡矩形顶管推进方向的正确.

(2)严格按照六刀盘、2螺机的控制程序进行掘进，防止顶管机姿态出现较大偏

差.

(3)根据掌子面地层情况及时调整推进参数,推进时应设置警戒值与限制值.当

顶管姿态接近警戒值时及时实行纠偏程序。

(4)顶管姿态进行纠偏，可以通过调整较接油缸、六刀盘控制程序、2螺机控制

程序以及盾壳周围注泥等措施进行纠偏.

(5)纠偏时应缓慢进行，在直线推进的情况下，应选取矩形顶管当前所在位置点

与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理.

(6)在切换刀盘转动方向，油缸油压的调整时，不宜过快、过大，以防造成管节

局部破损甚至开裂.

(7)矩形顶管始发、到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达推进的有关技

术要求，做好测量定位工作.

7.4地表沉降质量控制

3)做好地表沉降的监控量测，并根据监测数据及时调整顶管掘进参数、同步注

浆等参数，做到信息化动态施工管理.

(2)严格按照配合比进行触变泥浆的配制，确保触变泥浆的性能.

(3)加强同步注浆的管理，由当班技术人员根据监测数据确定触变泥浆的注浆量、

注浆压力和注浆部位，并及时进行二次补充注浆.

(4)精细化控制土仓压力，防止土仓压力波动造成地层扰动.

(5)根据不同部位的地层参数，选择合适的喳土改良方法，确保掌子面稳定.

(6)加强出喳量的控制，做好每环出琏量的统计指导施工，施工过程中适当减少

出植量.

(7)第一次穿越完成后，收集原始施工数据，组织专项讨论会议，总结施工经验,

优化施工参数，为后期下穿中州大道施工总结经验.

7・5顶管短暂停机质量控制

(1)顶管停机前做好施工准备，利用盾壳周围的预留注浆孔在顶管四周压注性能

18

较好触变泥浆，以防止或减小周围地层收敛，同时还可以减小盾壳与周围地层的摩擦；

（2）停机过程中，加强管节壁后的触变泥浆的压注，确保管节周围地层的稳定,

以减小再次启动时的推力；

（3）停机过程中，顶管每过一段时间后，向前推进3-5加，防止管节和盾壳被周

围土层包枭；

（4）加强施工管理的控制，在施工过程中尽量减少盾构停机的次数；

7・6顶管施工整体质量控制

（1）建立健全质量组织管理机构及质量保证体系.

（2）顶管机司机，注浆司机、管节拼装司机等人员必须经过培训考试，合格后方

可上岗.

（3）顶管机司机在操作时应密切注意电脑显示数据，当发现推力、刀盘扭矩、推

进速度等参数异常时，立即停机检查，分析原因.

（4）地面监测人员及时将地面沉降情况反馈给值班工程，值班工程根需地面沉降

调整推进参数.

（5）顶管机推进中根据不同土质和覆土厚度，结合地面监测信息，合理调整触变

泥浆质量，并按推力、推进速度和出土量的相互关系，合理控制推进速度，保证土仓压

力和开挖面水土压力平衡.

（6）针对止水条粘贴、管节拼装、管节疑身、触变泥浆施工等新工艺编制作业指

导并严格执行.

（7）制订详细的注浆施工设计和工艺流程及注浆质量控制程序，严格按要求实施

注浆、检查、记录、分析，及时做出P（注浆压力）-Q（注浆量）r（时间）曲线，分析注浆

速度与推进速度的关系，评价注浆效果，反馈指导下次注浆.

（8）做好注浆设备的维修保养，注浆材料供应，定时对注浆管路及设备进行清洗，

保证注浆作业顺利连续不中断进行.

8.安全措施

（1）针对每个施工工艺编制详细的安全操作规程，细则.制度及切实可行的安全

技术措施，满足国家、地方上的安全生产要求.

（2）施工前对施工班组人员进行岗前安全培训，熟悉本工程安全技术操作规程,

每周进行一次安全教育，提高职工安全意识.

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(3)坚持每周安全日的安全学习制度.严格执行交接班制度，坚持工前讲安全、

工中检查安全、工后评比安全的“三工制”活动.

(4)旋喷加固时，加强钻杆接头处的质量的控制，防止钻杆脱落，造成后期顶管

无法推进或推进难度较大.

(5)旋喷加固时，加强水泥浆管路的安全检查，防止管路破损后高压伤人.

(6)加强顶管姿态的监控量测，防止顶管姿态偏差或旋转较大时,影响后期隧道

的运营安全.

(7)做好沉降超限后应急预案，当中州大道沉降超过其允许值，立即进行地表注

浆或进行铜板覆盖，确保中州大道行车安全.

(8)对施工当中可能出现的各种险情提前进行演练，备齐各种抢险物兖，确保在

突发险情时处乱不惊.

9.环保措施

(1)严格遵守国家，部、河南省、郑州市有关主管部门颁布的相关法律、法规及

业主颁布的文明施工最新管理办法.

(2)为了全面落实创建文明工地的要求，本工程实行文明施工责任制，项目经理

为本工程的文明施工责任人，全面负责施工过程中的管理.安质质量部具体管理文明施

工达标日常工作，各部门、各工区全体员工，参与、开展文明施工达标活动.

(3)在工程施工全过程中全面开展创建文明工地活动，切实做到“两通三无五必

须”.

(4)材料堆放划分区域,对钢材，水泥等材料应搭棚存放，并堆放整齐，标识清

楚，指定专人负责看管.对不同的材料依据性能采取必要的防雨、防潮、防晒、防火、

防爆等措施.

(5)施工机械、车辆统一停放，便于夜间看护，机械设备保持清洁.

(6)对施工便道要通畅、平坦，不积水、不起泥、不扬尘，定期洒水，

(7)现场泥浆要及时外运，车辆离开现场不得夹带泥沙，城区内要低速慢行，时

速不超过20km/h,防止沿途抛洒污染环境.

(8)控制施工现场污水、废气等对环境的污染和危害.

10.资源节约

10・1人力资源

20

本工法施工机械化程度较高,土方采用顶管机械开挖、管节工厂预制并一次拼装

成型，无需二次衬砌，材料运输采用施工机械，与明挖法相比，大大提高了工程的机械

化程度，节省了大量的人力资源.

10・2材料资源

顶管隧道可采用矩形断面，与圆形隧道相比，提高隧道的空间利用率-，可大量减

少隧遒结构施工材料,同时洞内附属结构也大量减少，材料节约明显.

超大断面矩形顶管可以打破盾构隧道净间距和覆土的限制，施工场地大大减小，

同时还可以大大较小隧道两端的工作井以及隧道