1）周圈减摩钢板的重新固定在工具式钢管幕顶进完成后，先解除周圈减摩钢板与工具式钢管幕之间的固定，再将周圈减摩钢板与进始发洞门固定。图8-43箱涵顶进在箱涵顶进时，固定在进始发洞门上的周圈减摩钢板将箱涵与土体隔离，切断箱涵与地层之间的摩擦联系，避免箱涵上部土体产生背土效应，减摩钢板在箱涵顶进完成后留在土体内。......
2023-10-09
工具式钢管幕顶施工安全控制及案例分析
【摘要】：工具式钢管幕与顶管机、工具式钢管幕与工具式钢管幕均采用螺栓连接，应保证工具式钢管幕与顶管机体处于同心同轴状态。工具式钢管幕安装完毕后，应测出其位置、高程，并做好记录。图8-33关闭安全门由于进始发洞门处第二道围檩在最上排工具式钢管幕顶进范围内，为此在最上排工具式钢管幕顶进前，将始发洞门处第二道围檩拆除，在最上排工具式钢管幕接收前，将接收洞门处第二道围檩拆除，并对围檩拆除后的进始发门处钢板桩进行加
1）工具式钢管幕布置形式
由于采用箱涵全断面双重置换法施工，工具式钢管幕为全断面形式布设，横向布设4根，纵向布设3排。具体布设如图8-25所示。
图8-25 工具式钢管幕布置形式
2）顶进流程
工具式钢管幕顶进流程为：安装顶进设备（顶管机等）→顶管机靠近洞门→割除始发洞门处钢板桩，顶管机始发→顶进工具式钢管幕→割除接收洞门处钢板桩，顶管机接收→顶管机调离接收井→按上述流程依次顶进底排和中间排的工具式钢管幕→安装顶进设备（刃口等）→按上述流程依次顶进最上排的工具式钢管幕。
3）顶进准备
（1）洞门结构体系安装。施工前在进始发门处安装洞门结构体系，由洞门结构来承受基坑正面和侧向土压力，洞门结构由钢板桩、钢围檩、型钢立柱、钢管斜撑和平面钢桁架结构等组成。
（2）定位（图8-26）。在进始发门钢板桩上放线确定箱涵顶进轴线和外边线，然后确定每一根工具式钢管幕在进始发门上对应的开洞位置和开洞边线。
图8-26 定位施工
（3）设备就位（图8-27）。在始发工作井内沿顶管轴线方向安装刚性反力梁、发射架、主顶千斤顶、顶管机、工具式钢管幕等设备，工作井边设置下井扶梯供施工人员上下。准备就绪后，调试顶管机头。
（4）对拉拉锚设置。为防止顶进施工中正面洞门围护结构的移动，在铁路铁轨下用对拉拉锚将进始发门的钢板桩对拉，铁轨下方的拉锚外加塑料套管与铁轨隔离，以防轨道电路短路。
4）顶管始发
图8-27 设备就位
确定后顶装置及矩形顶管机轴线准确无误和始发段土体加固效果良好后，打开始发洞门上设置的探漏球阀（图8-28），确认无漏水、漏泥后按照开洞边线割除顶进位置对应的洞门钢板桩（图8-29），割除边线为顶管机外边线外放1 cm。
图8-28 洞门上的探漏球阀
图8-29 顶管机始发割除洞门钢板桩
洞门钢板桩割除后，打开洞门，顶进顶管机切削加固土，开始推进，逐步提高正面土压力至理论计算值。始发阶段，顶进速度应尽量放慢，同时要加入适量清水来软化和润滑土体。
初期顶进时顶管机应均匀出土，并加密测量顶管机的偏差，及时调整后座千斤顶合力中心来控制初始偏差，确保机头初始状态稳定和轴线顺直。一旦发现有“磕头”趋势，立即用后座千斤顶进行纠偏。应根据地面沉降监测数据及时调整施工参数，找到正面土压力、出土量、顶进速度等各施工参数最佳值，为正常推进段施工服务。推进时姿态需时时跟踪，一旦发现有偏差，立即采取措施，通过铰接油缸来调整顶管机姿态。
5）正常段施工
（1）正面土压力的设定。本工程采用土压平衡式顶管机，利用土仓内的土压力来平衡开挖面的土水压力，维持顶管机前方开挖面的稳定，达到控制地面沉降的目的。因此，正面土压力的设定是顶进施工的关键，正面土压力的设定值采用静止土压力值：
P=K0γZ+P1=0.7×18.1×3.7+20=67kN/m2
式中 P——顶管机的正面土压力；
K0——静止土压力系数；
γ——掘削土层的土体容重；
Z——上覆土深度；
P1——地面超载。
以上数据为底层工具式钢管幕顶进时正面土压力的理论计算值，只能作为土压力的最初设定值。随着顶进的不断进行，土压力值应根据其他顶进参数、地面沉降监测数据做相应的调整。
（2）顶进速度。初始阶段不宜过快，一般控制在5～10 mm/min，正常施工阶段可控制在10～20 mm/min。
（3）出土量。严格控制出土量，管内的出土量要与顶进的掘削土量一致，防止超挖或欠挖。出土量大于顶进掘削土量，地面会沉降，出土量小于顶进掘削土量，地面会隆起，这些都会造成周围土体的扰动，只有控制出土量与顶进掘削土量相一致，才能实现微扰动施工。螺旋排土器出土如图8-30所示。正常情况下出土量控制在理论出土量的98%～100%，一节工具式钢管幕的理论出土量为6.4 m3，采用运土小车运至管外。考虑到加水因素，实际一节工具式钢管幕的出土量在7 m3左右。
由于铁路路基土质较硬，为了改善土仓内土体的流动性，顶管顶进过程中需利用土舱板、刀盘中心的注入口对开挖面进行注水、膨润土浆等，通过管路上的球阀可控制注入水量或注浆量的大小。
（4）工具式钢管幕安装。工具式钢管幕与顶管机、工具式钢管幕与工具式钢管幕均采用螺栓连接，应保证工具式钢管幕与顶管机体处于同心同轴状态。工具式钢管幕安装完毕后，应测出其位置、高程，并做好记录。
图8-30 螺旋排土器出土(www.chuimin.cn)
6）中间排工具式钢管幕的顶进（图8-31）
由于进始发洞门处第三道围檩在中间排工具式钢管幕顶进范围内，为此在中间排工具式钢管幕顶进前，将始发洞门处第三道围檩拆除，在中间排工具式钢管幕接收前，将接收洞门处第三道围檩拆除，并对围檩拆除后的进始发门处钢板桩进行加固。
7）最上排工具式钢管幕的顶进
由于通道顶基本紧贴既有线铁路道渣层底，所以采用刃口顶进、人工进入工具式钢管幕内挖土的方式进行最上排工具式钢管幕的非开挖顶进施工。
图8-31 中间排工具式钢管幕的顶进
施工前将刃口内的顶进油缸锁定，即刃口上部的超前支护帽成为固定式的超前支护帽。顶进时慢速推进矩形顶管机后部的主顶油缸，将超前支护帽顶入土体内，然后分层开挖刃口正面土体（图8-32），先刃口内掏槽，开挖刃口中部超前胸板面以下的土体，直至开挖至中部超前胸板内边为止，再掏槽开挖刃口中部超前胸板面以上的土体，直至开挖至刃口超前支护板内边为止。土体开挖时，下层土体的开挖面严禁超过中部的超前胸板，上层土体的开挖面严禁超过顶部的超前支护帽。在土体开挖完后，顶进后部的主顶油缸，将刃口超前支护帽顶入前方土体内，过程中根据上部土体监测数据动态调整推进速度、开挖步距、开挖顺序等参数，再按照上述开挖顺序在刃口内掏槽开挖正面土体，直至全部土体开挖完成。
图8-32 刃口内土体分层开挖
为保持火车经过时开挖面的稳定，在火车到来之前，关闭刃口内设置的安全门（图8-33），以防止前方土体坍塌落入刃口，从而保持开挖面稳定。
图8-33 关闭安全门
由于进始发洞门处第二道围檩在最上排工具式钢管幕顶进范围内，为此在最上排工具式钢管幕顶进前，将始发洞门处第二道围檩拆除，在最上排工具式钢管幕接收前，将接收洞门处第二道围檩拆除，并对围檩拆除后的进始发门处钢板桩进行加固。最上排工具式钢管幕顶进如图8-34所示。
8）接收（图8-35）
当顶管机头逐渐靠近接收井时，应适当加强测量的频率和精度，减小轴线偏差，以确保顶管能正确接收。
在顶管机刀尖接近接收侧钢板桩时，应适当减慢顶进速度，逐渐减小顶进时机头正面土压力，以保证顶管机设备完好和洞口处结构稳定。
当顶管机刀尖距接收井钢板桩10 cm时，顶管机停止顶进。在接收井钢板桩上对应的顶管机刀尖位置打探孔，确认顶管机位置和接收土体情况。如接收土体自立性良好，没有渗漏水现象，且顶管机位置准确时，根据测量计算出的实际顶进轴线确定顶管机在洞门钢板桩上的开洞边线，割除接收井洞门钢板桩，迅速、连续顶进顶管机及工具式钢管幕，顶进到设计位置，缩短顶管机接收时间。
图8-34 最上排工具式钢管幕顶进
图8-35 顶管机接收
单根工具式钢管幕接收完成后，将顶进完成的工具式钢管幕两端与进始发门临时固定，将工具式钢管幕两端与进始发门之间的间隙进行临时封堵，防止土体流失。
9）施工时间控制
打开进始发洞门及矩形顶管机穿越铁路轨道段施工，均利用火车运行间隙时间进行。
10）工具式钢管幕的顶进导向
工具式钢管幕的顶进导向，主要是实现先期顶进完成的工具式钢管幕对后续顶进的工具式钢管幕的导向。
以往相邻钢管幕的横向连接多采用锁口连接，常用的为角钢锁口，通过锁口连接使相邻管幕形成横向连接。锁口连接形式（图8-36）对钢管幕锁口的强度和加工精度都要求较高，长距离锁扣的难度大。
图8-36 角钢锁口连接形式
在本工程中，为了对相邻工具式钢管幕的顶进施工起到导向作用，在矩形顶管机上设置侧向液压连接挂钩，在工具式钢管幕侧壁设置有导向槽，导向槽沿管节通长设置。利用顶管机侧向液压连接挂钩和已顶进完成的工具式钢管幕侧向上的导向槽，可以实现对正在顶进中的工具式钢管幕的顶进导向。
导向槽可以实现相邻工具式钢管幕之间的顶进导向，但导向槽的导向功能需要顶管机的侧向液压连接挂钩相配合才能实现，这就对工具式钢管幕顶进中的偏转控制提出了很高要求。为此在工具式钢管幕的侧面上设置了导向板（图8-37），一方面可以阻止工具式钢管幕的侧向偏转，另一方面可以利用导向板对后顶进的工具式钢管幕起到导向限制作用。
图8-37 导向板
对于底排工具式钢管幕，是利用底排先顶进完成的工具式钢管幕和正在顶进的工具式钢管幕二者侧向的导向板之间的插入式横向连接，来实现先顶进完成的工具式钢管幕对后顶进的工具式钢管幕的导向限制作用。对于中间排工具式钢管幕，是利用底排工具式钢管幕上部的导向板和正在顶进的工具式钢管幕下部的导向板之间的插入式纵向连接，来实现先顶进完成的工具式钢管幕对后顶进的工具式钢管幕的导向限制作用。类似的，对于最上排工具式钢管幕，是利用中间排工具式钢管幕上部的导向板和正在顶进的工具式钢管幕下部的导向板之间的插入式纵向连接，来实现先顶进完成的工具式钢管幕对后顶进的工具式钢管幕的导向限制作用。导向板连接如图8-38所示。
图8-38 导向板连接
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