武汉地铁出入口顶管施工风险控制分析
牛丰 苏原 周翔宇 杨俊
（1. 中国铁路总公司，北京 100844
2. 华中科技大学 土木工程与力学学院，湖北 武汉 430074）
[摘要]：本文以武汉市轨道交通3号线一期工程宗关站Ⅲ、Ⅳ号出入口的实际施工情况为背景，针对施工过程中可能出现的各种不同的风险，并同时结合实际的监测数据，进行了综合分析。考虑到顶管施工技术在武汉市这种软土地区还未广泛运用，且施工人员的顶管施工经验不足，对这一施工技术中存在的风险问题进行及时预防，并采取相应的措施予以控制，显得尤为必要，同时也为今后的类似工程提供宝贵的经验材料。通过对宗关站Ⅳ号出入口的顶管施工过程和实际监测数据进行分析，可以得出如下结论：（1）在施工现场不同部位布设监测点能有效地避免风险的发生；（2）Ⅳ号出入口顶管施工过程中，地表沉降量远远大于周边建筑物的沉降量，且最大沉降可达58.58mm，且随着顶管的顶进，呈现逐渐增大趋势；（3）顶管通道周边的高架桥墩的沉降量很小，且不超过2mm，沉降值大体保持稳定。 [关键词] ：矩形顶管，地铁出入口，施工监测，风险控制 [中图分类号]：TU745.3
[文献标识码]： A
[文章编号]：
1222
随着科技的快速发展，越来越多的施工技术都一路，顶管通道结构距离二环线桥墩最近距离已广泛投入使用，顶管法是继盾构技术之后发展起0.72m。出入口顶管始发井位于建一路与解放大道来的一种地下空间施工技术，它不需要开挖面层，交叉路口的西南象限内的扬子江大厦门前，顶管施可以穿越地下管线、地面建筑物、公路、铁路、地工场地需要占用扬子江大厦门前的人行道及解放大下构筑物等多种障碍，由于它的各种优点，现已被道两股机动车道。出入口顶管接收井紧临车站主体大量运用在地下建筑领域，且取得了良好的成效。结构，位于二环线高架桥正下方，接收井地面在桥但对于武汉市这种软土地区来说，特别是在地铁出面下净空4.2m。Ⅲ号出入口顶管通道施工期间，需入口施工的过程中，顶管施工的运用还不是很普及，要下穿一根φ800污水管、一根φ1350污水管、一相对于北方地区，武汉市目前只有少数几个地铁车处强电管群，一个路灯杆基础。 站出入口是采用的顶管法施工，在土质方面，顶管Ⅳ号出入口下穿二环线高架桥、横跨建一路，施工有其严格的要求。针对武汉市仅有的运用顶管顶管通道结构侧墙外侧距离二环线桥墩最近距离施工的车站进行研究分析，可以为将来类似的情况3.62m。出入口顶管始发井临近车站主体结构，位提供经验依据，具有重要的参考价值。 于建一路东侧半幅道路下方；顶管接收井位于建一
本文就针对武汉市轨道交通3号线一期工程宗路西侧的空地内。出入口顶管通道施工要下穿一根关站Ⅲ、Ⅳ号出入口顶管施工过程中可能出现的风φ1350污水管和一根φ1000污水管、下穿一个电力险进行分析，通过具体的预控措施，对各种风险进方沟，电信、军缆、信息网络、信息管网等管线。 行控制，进而让施工能按照计划进行，同时也达到
安全施工的目的。
1 工程概况
1.1 地理位置及周边环境
宗关站Ⅲ号出入口通道下穿二环线高架桥、建
[基金项目]：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2014QN213）
[作者简介]：牛丰(1978-)，男，安徽人，高级工程师。主要从事土木工程施工与安全研究。
地层 编号 3-1-2 3-1-3 3-1-4 地层 名称 粉质 粘土 粘土 粘土 层厚 (m) 0.60～3.90 0.70～3.90 0.60～3.90 层顶标高(m) 18.20～22.70 17.14～21.05 14.94～19.41 图1 宗关站Ⅲ、Ⅳ号出入口平面位置图
1.2 工程地质及水文地质概况
本工程拟建场地地貌单元属长江Ⅰ级阶地的河流堆积平原，场地地势较为平坦、开阔。现状地面标高一般为24-26m，地面略有起伏。主要由第四系全新统湖积淤泥质粉质粘土及冲洪积粘性土及砂土构成。上部为粘性土，下部为砂性土（含砾卵石），呈明显的二元沉积结构，基岩埋深约55.0m。
Ⅲ、Ⅳ号出入口顶管通道施工范围的地层从上往下主要为粉质粘土（3-1-2）和粘土（3-1-3）、粘土（3-1-4）。详细图表如下所示：
表1 工程地质分层特征表
分布 情况 场地沿线普遍分布 场地沿线 普遍分布 场地沿线 普遍分布 岩性特征 褐黄色、灰兰色，可塑，饱和，局部含少量铁锰质氧化物斑点。 褐黄色、灰兰色，可～软塑，饱和，局部含少量铁锰质氧化物斑点。 灰色、灰褐色，可塑，饱和。
图2 顶管施工地质纵剖面图
Ⅲ、Ⅳ号出入口场地范围的地下水主要为上层滞水、承压水及基岩裂隙水。
上层滞水主要赋存于场地上部人工填土中，主要接受大气降水入渗补给,水位、水量与地形及季节关系密切,但对本工程顶管通道施工影响较小。
顶管通道结构以下约3.8m深即为42m厚的含承压水土层粉砂夹粉质粘土、细砂地层，根据武汉市地区经验，其水力受季节性影响且与汉江水位有一定水力联系，主要受侧向径流补给与排泄，枯水季节水位较低，丰水雨季则较高，历年最高承压水水位标高22.00m左右。顶管通道始发和到达施工期间受地下承压水的影响较大。
宗关站Ⅲ、Ⅳ号出入口通道采用一台b×h=6.92×4.92m的土压平衡式矩形顶管机施工，内衬结构管节每节长度是1.5m，在预制厂生产好后拉到现场拼装。顶管顶进施工前先对顶管始发和接收的端头土体采用双重管高压旋喷桩进行加固，Ⅳ号出入口顶管始发井背后增强支撑采取在车站内部架设临时钢支撑的形式。
按照现场条件，先施工Ⅳ号出入口通道，再施工Ⅲ号出入口通道，Ⅳ号出入口通道施工场地设在车站主体基坑附近，从紧邻车站端往爬坡段上坡顶进施工，Ⅲ号出入口通道施工场地设在扬子江大厦门前，顶管施工从爬坡段往车站主体结构方向下坡顶进施工。
顶管通道具体施工工艺流程如下图所示：
2 顶管施工方案及工艺技术
2.1 顶管施工方案
图3 顶管通道施工工艺流程图
2.2 顶管施工的技术要点 2.2.1 土压平衡式顶管机
本工程顶管通道拟采用的土压平衡矩形顶管机尺寸为JD6920×4920，它主要由切削搅拌系统、动力系统、纠偏及液压系统、壳体、螺旋输送机、测量显示系统、电气操作系统等组成。从顶管机的正面看：由六个小刀盘组成；上下刀盘是前后错开的，并且在每个刀排的后方都设有搅拌棒。除了顶管机以外，其附件主要有主顶设备、注浆等，施工时可根据具体情况有选择地取舍。
图4 JD4920×6920mm土压平衡式矩形顶管机立面示意图
图5 JD4920×6920mm土压平衡式矩形顶管机剖面示意图
2.2.2 土压平衡顶管机顶进施工概况 2.2.2.1 顶管始发段顶进施工
顶管机顶进始发钢环至顶管机切口距工作井6m范围为始发段。顶管的始发过程简单说就是破除始发井围护结构的钢筋砼，顶管机头经过始发段加固区并进入原状土体的过程。
在破除洞圈内的全部围护结构后，应立即将机头顶进洞圈内，由于正面为全断面的水泥土，为保护刀盘，顶进速度应放慢。另外，可能会出现螺旋机出土困难，必要时可加入适量清水来软化或润滑水泥土。在顶管机进入原状土后，为防止机头“磕头”[5]，宜适当提高顶进速度，使正面土压力稍大于理论计算值，以减少对正面土体的扰动及出现地面沉降。
顶管机进入洞门后，需检查洞口止水装置是否有损坏，如有损坏应立即整修，确保泥水、浆液的不外漏。
2.2.2.2 顶管正常段顶进施工
正常段顶进施工阶段，施工参数的控制工作是必不可少的。例如，土压力采用Rankine压力理论进行计算：
靠近始发端位置：
p上?K0?Z1?0.632?16kN/m3?3.45m?34.89kN/m2?0.035MPap下?K0?Z2?0.632?16kN/m3
?8.35m?84.44kN/m2?0.084MPa 靠近接收端位置：
p上?K0?Z1?0.632?16kN/m3?4.62m?46.72kN/m2?0.047MPap下?K0?Z1?0.632?16kN/m3?9.52m?96.27kN/m2?0.96MPa