地下通道矩形顶管施工技术
广州地铁李阶智
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一、矩形顶管机类型
◆刀盘类型
◆压力平衡模式
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开敞式网格式
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偏心刀排
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大小刀盘组合
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大刀盘、偏心刀排组合
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小刀盘、偏心刀排组合
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行星刀盘（公转+自转）Personal designed by Lijiezhi
行星刀盘组合
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土压平衡式
Personal designed by Lijiezhi泥水平衡式Personal designed by Lijiezhi
二、场地要求及掘进过程
场地要求：◆始发井
◆接收井
掘进过程：◆始发
◆接收
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始发井场地
1.4101m+主机+钢副环+千斤顶+反力台架旋喷桩4.85顶管主机6.04管片密封环61~1.5m内衬结构围护结构始发井平面
9Personal designed by Lijiezhi
始发过程
4.85顶管主机管片4.344.3Personal designed by Lijiezhi
接收井场地
71.41m+主机+1m2.074.85顶管主机密封环围护结构吊出井平面
2.07内衬结构6.046.19Personal designed by Lijiezhi
接收过程
4.85顶管主机管片管片4.344.34.3Personal designed by Lijiezhi
三、端头加固
加固目的：◆止渗漏
◆抵抗破桩后的土体压力
加固方法：◆旋喷桩
◆搅拌桩+旋喷桩◆注浆
◆素墙+旋喷
常见问题：◆渗漏
◆完整性差◆砂层问题
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始发井加固体厚度
推荐加固体厚度：均质淤泥、粘土、残积土地层1.8~2.0米；
复合含砂地层2.8~3.0米
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接收井加固体厚度
◆预先破除围护结构时，厚度同始发井
◆抵达后破除围护结构时，机壳切入加固体1米，厚度约1.8米
14.85顶管主机导轨密封环2加固体接收井纵剖面
4.34Personal designed by Lijiezhi
旋喷桩加固
2.85旋喷桩旋喷桩加固区域36.1密封环2.85密封环导轨0.72.762端头加固平面端头加固纵剖面Personal designed by Lijiezhi
搅拌桩+旋喷桩加固
2.85旋喷桩搅拌桩加固区域旋喷桩加固区域6.1搅拌桩密封环2.85密封环导轨0.72.762端头加固平面端头加固纵剖面
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注浆加固（自稳性较好地层）
密封环导轨20.7密封环导轨0.72.742.74垂直注浆加固水平注浆加固Personal designed by Lijiezhi
素墙+旋喷桩加固
旋喷桩素墙旋喷桩素墙密封环密封环导轨20.7端头加固平面端头加固纵剖面
核心问题：刀盘破混凝土能力→低标号混凝土
一般只用于补救措施
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常见问题1：渗漏
问题描述：
加固效果差，加固体不连续，未达到止水效果
补救措施：
始发或到达前钻水平孔检验效果，有渗漏需采取注浆或补旋喷措施直至达到止水效果为止。
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问题描述：
加固体与围护结构之间是止水薄弱环节，易形成渗水通道
加强措施：
始发或到达前钻水平孔检验效果，有渗漏需采取注浆或补旋喷措施，并可在转交处增加旋喷桩，延长渗水路径。
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常见问题2：加固体完整性
良好Personal designed by Lijiezhi
问题描述：
加固效果差，加固体不连续，可能起不到止水和抵抗土体压力的作用
补救措施：
始发或到达前钻垂直孔检验效果，完整性差时应采取补强措施
温馨提示：
操作手经验至关重要，关系到加固能否一步到位。补强措施费时费力，也很难达到预期效果
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常见问题3：砂层问题
问题描述：
砂层因渗透性强，旋喷压力损失，难以达到加固效果；
中粗砂层往往标贯值很高，搅拌桩难以实施等。
加固效果往往出现两个极端：加固效果很差或强度过高（可达20~30MPa）给掘进带来困难。
4.85顶管主机4.34措施：
1、选用双管旋喷桩；2、自外向内加固；
3、加入惰性物质—膨润土，既可以增加砂层抗渗性，防止旋喷压力损失，又可以防止强度过高的问题。
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四、其他辅助措施
◆千斤顶反力台
◆土体改良与管节减摩◆止退装置◆密封环
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千斤顶反力台
4.85顶管主机流塑状等不良地层加固6.04保持千斤顶后靠背垂直Personal designed by Lijiezhi
土体改良与管节减摩
土体改良
砂性土排土不畅或造成砂层固结刀盘面板添加剂注入孔膨润土和发泡剂等
管节减摩
减少土体与管道间摩阻力在管道外壁压注触变泥浆
触变泥浆配比表（按公斤/立方米计）序号配方1配方2
膨润土200～250170
水3501000
纯碱2.5～4.5
5
CMC（CMS）1.5～2.5
7乳化油
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止退装置
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密封环
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五、应急处理案例
◆海珠广场站Ⅱ号通道刀具严重损毁应急处理◆文化公园站Ⅵ号通道端头渗漏应急处理
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◆海珠广场站Ⅱ号通道刀具严重损毁应急处理
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刀具损毁状况
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刀具损毁原因
旋喷桩加固区域44.85顶管主机管片4.34密封环2.5接收井剖面
24.3Personal designed by Lijiezhi
Ⅰ号通道概况
双管旋喷桩双管旋喷桩单管旋喷桩单管旋喷桩密封环密封环2.502.50接收井加固平面始发井加固平面
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旋喷桩加固区域4导轨2密封环2.5始发井剖面0.7车站结构管片管片管片管片管片管片4.34.34.34.34.34.3Personal designed by Lijiezhi
旋喷桩加固区域4顶管主机管片4.341.84.85密封环2.5接收井剖面24.3Personal designed by Lijiezhi
处理方案比选过程
1、强行顶进
发现刀具严重损毁时，机壳距加固体约40cm，开仓风险巨大。
强行顶进至机壳进入加固体，此阶段顶进约50cm，取出石块、部分损毁刀具。进入加固体后无法继续顶进。
旋喷桩加固区域42、竖井方案
用竖井开挖方式去除加固体。因顶管机上方靠车道侧土体无法加固，未实施。
顶管主机管片1.84.853、矿山法方案
4.34.34用矿山法开挖方式去除加固体。因机壳切入加固体仅0.1米，仍有较大风险。
工期长，管后泥浆固结对继续顶进不利。未实施。
2密封环2.49接收井剖面
4、平衡出洞方案
接收井回灌泥浆，启用铰接千斤顶，剪切破坏加固体，顶推洞身加固体出洞。
辅助措施：地表取芯、水平取芯。最终实施方案。
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出洞效果
水中出洞
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双管旋喷桩处理实施细节
单管旋喷桩1、连续墙破除
连续墙分两次破除，第一次60cm，第二次20cm。第二次破除时自下而上。
密封环2、取芯降低抗剪强度
垂直取芯、水平取芯
2.50接收井加固平面3、注浆孔预留
预埋注浆管，在破除连续墙和顶进过程中，如有渗漏时注浆止水。
4顶管主机4、平衡泥浆
砂层顶标高+1米以下回填泥浆。其余灌水回填。
5、管片背后注浆回填
注浆完成后方可抽出平衡泥浆。
2.49接收井剖面
2管片4.341.84.854.3Personal designed by Lijiezhi
教训与启示
旋喷桩加固区域1、元凶是“孤石”。地质资料显示人工填土层进入通道顶部，应分析是否有人工“孤石”的可能，或可以避免事故。2、操作人员在发现刀盘扭矩、声音异常时应立即停止掘进，处理“孤石”后再掘进，可以避免损失扩大。
密封环2.5接收井剖面3、平衡出洞是控制地表沉降的最有效措施，建议条件具备的工点尽可能采用。
24Personal designed by Lijiezhi
◆文化公园站Ⅵ号通道端头渗漏应急处理
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设计端头加固方案概况
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渗漏情况
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补充加固过程
第一次：双管旋喷
靠端头连续墙旋喷深度14m实桩，其余为顶管4.3m高度范围上下各3m实桩（总深12m，实桩10.3m）。在旋喷桩加固完成后，连续墙水平探孔时有发现漏水漏砂现象。经过钻孔取样，砂层成桩不连续。
第二次：袖阀管双液化学注浆
4排间距0.8m-1.0m。经探孔、抽芯检验，有一定的止水效果，但加固体整体性仍较差，连续墙破除过程仍有较大风险。
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素连续墙方案
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顶进过程遇到的问题
素混凝土连续墙
始发井连续墙钢筋
原有加固体
木桩
吊出端地质钻杆
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教训与启示
1、砂层加固效果难于保证，因慎重选择端头加固方式。本案原设计方案为搅拌桩为主，旋喷桩配合。因木桩原因改为全旋喷桩加固，应采取相应措施保证旋喷质量（见有关章节）。2、加固过程必须保质保量一次到位，之后的补救措施很难有效果。
3、采用素连续墙加固需要验证刀盘适应性、控制混凝土强度。
4、研究刀盘切削玻璃纤维筋的可能性。
5、本案采用了平衡出洞方案，地面沉降控制效果良好。
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手机已不再是贵族！盾构已成最廉价的工法！顶管也即将如此！
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