矩形顶管施工监理工作实践

　　上海轨道交通六号线龙阳路车站是一个比较重要的站。车站共有4个出入口，其中4号出入口穿越东方路，入口设在车站西侧的东方城市花园小区内。由于东方路为浦东的交通主干道，两侧管线复杂，为此，业主与设计单位经多次研究后，决定该通道采用4m×6m矩形顶管方式施工。通道的设计单位为上海地下设计研究院，施工单位为上海隧道股份浦东有限公司，监理单位为上海上咨建设监理有限责任公司。
　　
　　1 工程概况
　　本通道横跨东方路，长40．5m，顶管外形尺寸4m×6m，顶管推进坡度7‰，平均覆土厚度5．7m；顶管始发井建在东方城市花园小区内，东贴东方路人行道，西贴小区网球场，南北分别贴近小区住宅和会所；施工场地十分狭小，环境保护要求很高；始发井净尺寸为8m×9．2m，深度11．7m；接受井与龙阳路车站主体西侧连通，受通道顶进方向影响，该井的平面呈五边形，深度11．2m。两井均采用SMW工法桩围护，桩长25m，用￠850三轴搅拌机施工，插入H700×300型钢，井底板采用￠600钻孔桩固定抗浮，基坑根据深度变化，设置了三道￠609钢管支撑。
　　
　　2 地质及管线情况
　　该顶管主要推进区域在③层淤泥质粉质粘土层和④层淤泥质粘土层中，该区域浅部地下水属潜水类型，主要补给来源为大气降水，水位随季节变化，年平均一般在0．5～0．7m之间，地下水对混凝土无腐蚀性。
　　通道穿越东方路两侧沿线的地下管线有煤气、给水、污水、电力电缆、通信等共十根管线，其中埋深最深的是￠450污水管，距顶管顶部距离约0．9m。
　　
　　3 主要机械设备工作原理及管片情况
　　通道施工选用上海隧道股份公司自行开发、设计、制造的土压平衡式矩形顶管机。顶管机机头由两个3m×3m的大刀盘组成，刀盘由两组4根共8根偏心轴连接，可分别驱动(液压)，并能进行相对和相反运动，在对前方土体进行全面切削的同时支撑开挖面；整个系统以土体平衡为工作原理，刀盘切削的土体进入土压仓，通过调整两只螺旋机的转速及顶进速度来控制出土量，使土仓的压力值稳定在设定的范围内，使机顶与开挖面的土体取得平衡，从而有效防止正面土体倒塌。该机械采用机电—液压一体化技术，由结构紧凑的闭式液压系统和PCL电气控制系统组成。顶管机刀盘最大扭矩44tm×2，纠偏系统由16个千斤顶组成。
　　管片由钢筋混凝土整体浇注成型，在工厂预制加工，外形尺寸4000mm×6000mm，管壁厚度500mm，长度1500mm，混凝土强度C40，抗渗等级P8。本工程共用管片26节。
　　
　　4 主要施工程序与主要施工难点
　　4．1主要施工程序
　　地面准备工作→顶管机就位调试→顶管机出洞→正常段顶进施工→顶管机进洞→顶管机进洞后施工。
　　4．2主要技术难点
　　本工程主要技术难点是：地面准备工作、顶管机进场吊装就位、调试、顶管机出洞段控制、顶管过程中轴线控制、顶管机进洞、进洞后的工作。
　　
　　5 监理工作实践
　　矩形顶管在目前施工中使用不多，主要是由于矩形顶管的外形受力不很合理，在顶进过程中易产生背土效应，造成土体破坏。通过一些工程实践，也总结了一些经验，故此次施工，引起了各方的高度关注，建设方申通集团与六号线项目公司，专门召开了研究会议，对施工方案进行了细致讨论。针对此次顶管工作的特点，监理组在按常规开展监理工作的同时，着重对下列几项工作进行强化管理：
　　5．1做好认真细致的准备工作
　　施工前，请设计、施工方进行设计思路、施工方案与工艺、安全与文明施工的交底，并与施工单位进行技术交流；编写监理实施细则，认真审核施工方案；对施工人员进行技术和安全交底，从而保证了全体监理和施工人员对即将实施的施工过程、控制方法做到心中有数。
　　5．2监测方案的编制与实施
　　由于东方路沿线管线情况复杂，依据合同及施工方案的要求，选择了第三方作为本工程的监测单位。在工程实施前，我们要求该单位制定详细的监测方案。由于东方路上不允许埋设深层沉降桩，所以通过设置地表沉降监测点来间接反映管线沉降情况。根据监测方案要求，从始发点出发，沿推进轴线每间隔5m设置一排地表沉降监测点，每排设三个，点与点相距5m。为加强对重要管线的监测，又专门在￠1200给水管、￠450污水管和￠800雨水管在推进轴线位置上，增设了观测点。同时要求监理单位在顶管施工期间，每天不少于两次对所有观测点进行监测，在机头逼近重要管线时，增加对深沉沉降观测点的监测密度，直到机头远离管线且沉降值稳定后，再恢复原来的频数。由于各参建单位都对监测工作比较重视，整个过程、重要部位的沉降值，都控制在设定范围以内。
　　5．3洞门安装和基座安装
　　根据设计，洞圈与管节间存在114mm的空隙。在顶管出洞和正常顶进过程中极易出现外部土体涌入始发井的事故，为防止此类事故发生，设计在洞圈上加了帘布橡胶板密封圈，并用厚12mm的钢板压盖。监理对洞圈施工严格要求，重点检查，以确保帘布橡胶板在顶管施工过程中保证密封性能。
　　基座是为顶管机提供推进反力，目的是要求其在顶进过程中，在承受各种负载的情况下，都能保持不位移、不变形、不沉降。基座后靠与内衬间预留了一定的空隙，固定后需在空隙内填C20素混凝土，使顶管在顶进过程中产生的反力通过后靠均匀地分布在内衬墙上。钢后靠的高程偏差不超过5mm，水平偏差不超过7mm。
　　5．4主顶定位及机械调试
　　顶进轴线主要靠主顶来控制，故在主顶定位时，要求与管节中心轴线形成对称分布，以保证管节均匀受力。顶进轴线偏差控制：高程+800mm，－100mm；水平±100mm。
　　主顶定位后，需进行调试与验收，出洞前对机械进行反复调试，保证12个千斤顶的性能完好，使顶管机在工作中能始终保持最佳状态。调试与验收工作，由专业单位实施，监理对其试验与验收过程做好相应记录。
　　5．5顶管出洞的施工程序与出洞控制
　　设备调试→顶管机头靠上洞口→洞门处围护H型钢拔除→顶管机削地加固土体(适当提高正面推进压力值)→机头切口进入原状土(逐步减少正面土压力值至理论计算值)。
　　始发井围护水泥土设计强度为1．2Mpa，型钢拔除前应充分了解实地情况，对可能发生的漏水情况予以充分准备，制定拔桩顺序和方法，过程中作到岗位分工明确，并做好相应记录。在顶管机进入加固区时，应对刀盘在穿越加固层时，在洞圈内的型钢拔除后，机头开始顶进洞，由于正断面为水泥土，为保护刀盘，顶进速度较慢，且由于螺旋机出土困难，加入了适量水来软化或湿润水泥土。
　　5．6顶进段的施工控制
　　在顶管机进入原状土后，为防止机头“磕头”，适当地提高顶进速度，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。在顶进过程中，应尽量精确地统计每节出土量，力争使之与理论出土量保持一致，确保正面土体的相对稳定，减少地面沉降。
　　在顶进过程中，还应密切注意对顶进轴线的控制：每节顶进结束后，都要对机头状态进行测量，以便能随偏随纠；每次纠偏量不宜过大，以避免因土体出现较大扰动及管节出现张角，造成渗漏水后果。
　　由于本工程采用的是矩形顶管，故对管道的横向水平要求较高。在顶进过程中应对机头转角密切关注，机头一旦出现微小转角，便立即采取刀盘反转、加压铁等措施进行回纠。
　　为使顶进过程保持连续均衡施工，监理24小时值班，记录每天的顶进速度，防止出现长时间搁置情况，并与施工管理密切配合，根据监测数据进行土压力设定值的调整，使顶进过程始终保持最佳状态。同时做好每节管片出土量统计，严格控制出土量，防止欠挖或超挖，通过各方相互配合严格把关，有效地控制了地面沉降。
　　为减少土体与管道间的摩阻力，防止出现背土现象，在每节管节环内共设置了8只压浆孔，压入专门配制的触变泥浆，使浆液在管片外壁形成泥浆套，以达到减摩效果。泥浆要求达到不失水、不沉淀和不固结；压浆时须遵循“先压后顶，随顶随压，及时补浆”的原则，考虑到泥浆流失及地下水等影响，泥浆的实际用量一般取理论值的3～5倍，泥浆压力控制在0．05Mpa左右。在实际过程中，还需根据土质情况、顶进泥浆状况及地面沉降等要求，进行动态调整。

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　　5．7顶管进洞段控制
　　在顶管机逐渐靠近接收井时，应增加测量的频度与精度，减少轴线偏差，确保顶管机能准确进洞。
　　为防止机头进洞内土体的塌方，在接收井洞门内预先浇筑30cm厚的混凝土挡土墙，作为接收井的封门形式。顶管机进洞前，除应拔除H型钢外，还要凿除混凝土档墙；顶管机进入接收加固区域内，适当地减缓顶进速度，调整出土量，减少机头正面土压力，以保证机头设备完好和洞口稳定；顶管机进洞后，对机头再进行切割分解，安全吊出。
　　5．8浆液置换
　　顶管施工完成后，应迅速将两头门洞封住，并通过注浆管道，注入双液浆，置换出触变泥浆，对管节外的土体进行加固。注入的双液浆玻璃与水泥的重量比为1：6。浆液置换结束后，应尽快将管节与工作井洞门用钢筋连成一体，浇筑混凝土，并与工作井内壁浇平。
　　5．9管节间嵌缝
　　为防止内壁渗漏，顶管施工完成后，管节间的缝隙应采用双组分聚硫密封膏填充。嵌缝前应先将缝隙内的杂质、油污清理干净，做到平整、干净、干燥，用配制好的聚硫膏在缝两侧先刮涂一遍，第二次在缝中刮填密封至所需厚度。
　　
　　6 监理工作体会
　　6．1预控工作是项目顺利展开的基础
　　监理组对该项目高度重视。在施工前，对施工设计及施工工艺进行充分了解，制定监理实施细则，对施工环节进行分解，落实监理工作岗位和工作职责。针对本工程特点，监理组对施工方案进行反复讨论，在认真审核施工方案的基础上，提出监理工作要求，并在实施过程中不断予以补充完善。
　　每道工序开工前，监理都组织数次技术、安全工作交底会议，将施工中应注意的问题、可能发生的情况及应采取的措施，进行书面交底，使所有参建人员都能做到心中有数。在实施过程中，对可预见的问题，及时召开专题讨论会，进行分析、交底。在下道工序开始前，明确应做的工作和预防措施。
　　6．2过程中严格要求，加强检查，杜绝隐患
　　矩形顶管施工过程中，监理人员岗位明确，对重要工序、重要节点，监理组都事先做好交底布置；过程中进行跟踪检验、检测，对现场发现的不合要求和应予整改完善之处，积极采取应对措施。除每天安排统计监测报表外，还组织当班人员，对报表数据进行分析，及时告知施工现场人员，讨论应对措施，并要求每天将监测数据和现场施工情况、下道工序应注意的要点写入日记，做到班班有交接，人人都清楚每天的工作内容和关注的重点，有效地杜绝了施工中质量与安全隐患，使整个工程始终处于受控之中。
　　6．3及时进行总结，做好项目资料工作
　　此项较大面积的顶管工程在我们工作中首次遇到，且该施工工艺有良好的市场推广前景，对其中存在的一些问题，亦须进一步改进与完善。如本次顶管中，矩形预制钢筋混凝土管节使用的是“F”型承插式接口，在顶进过程中和顶进后由于管节拼接和后支座拆除，造成管节间的松动，部分接缝处有微渗漏情况。因此我们要求施工单位在顶管施工完成后，及时快速做好两端封堵和注入双液浆置换触变泥浆的工作，对管接缝进行内部嵌缝封堵，以保证通道内部的干燥；在落实上述工作的同时，还要求施工单位在整个通道管壁上，做好观测点，掌握整个通道在达到稳定状态前的变化情况，制定有效的调整措施。
　　
　　通过此次对矩形顶管全过程监理，使我们对矩形顶管施工工艺，有了比较深刻的认识。但由于本次项目实施比较仓促，对管片间采用“F”型承插式接口，管片间贴合面应有一定的柔性接触，以保证其贴合面能较好地接触，达到致密抗渗的目的。但本工程在实施过程中，采用的是夹板粘贴在混凝土预制管片的两侧，效果不甚理想，亦希望今后能够予以改进。