广州地铁东湖站顶管施工方案

1. 工程概况 1.1 概述

顶管工程位于东湖路海印桥北引道旁， 为地下人行通道。 由于该处为广州市 主要交通道路，客流量和车流量都很大；且地下管线众多，迁改难度极大，迁改 费用极高。 所以考虑环境及人流集散的需要， 下穿东湖路由东向西方向的一条长 为 61.5m 的矩形隧道组成。 顶管始发井位于东湖路东侧东湖公园内， 接收井位于 东湖路西侧人行道边志联房产公司肯辛顿大楼前。 2 个顶管工作井的开挖深度在 9m 左右，始发井基坑围护主要采用地下连续墙围护、接收井基坑围护主要采用 ? 1200 钻孔桩围护，工作井设置 2 道 ?609 钢管支撑。由于在接收井洞口段、始 发井洞口段所处人行道下地下管线众多， 为了保证加固方案切实可行， 接收井进 洞口区域、始发井出洞口段区域的土体均采用二重管旋喷桩加固。 顶管结构全部采用预制矩形钢筋混凝土管节，管节接口采用 F”型承插式， 接缝防水装置采用锯齿型止水圈和双组分聚硫密封膏。管节外形尺寸为 6000mm x 4300mm,管壁厚为500mm,长度为1.5m，单节重约34.8t;管节混凝土强度为 C50,抗渗

等级为S8。采用大刀盘土压平衡式矩形顶管机进行掘进施工。顶管工 程主要工程量为：土方约1638用；管节顶进61.5m。 1.2 工程地质特征

根据《岩土工程勘察报告》 施工区的地层分布及工程地质特征分述如下 （由 上而下）： 1、 人工填土层<1>:各孔均有揭露，层厚0.64〜4.00m。人工填土主要为杂 填

土，呈灰色、黄褐色，稍湿〜湿、欠压实〜稍压实、松散〜稍密，主要由粘性 土、碎石、砂土及砖块等建筑垃圾修路回填而成，公路上 MFZ3-DH-09孔顶部一 般为30cm?的沥青、砼面板。 2、 粉细砂层 <3-1>：该层各孔均有揭露，直接位于人工填土层底部。层厚 5.00〜10.90m。土性为青灰色，饱各，松散〜稍密，级配不良，以石英质粉细砂 粒为主，且含少量粘粒。其主要物理力学指标（建议值）为：水上坡角 37.5〜 39.5°，水下坡角 33.5〜34.0°。

3、 残积硬塑状粉质粘土 <5-2> :本次勘察的MFZ3-DH-09钻孔中有揭露，呈 透

镜体状，揭露层厚0.5m。岩性为褐红色，硬塑状粘性土，土质均匀，由下伏基 岩风化土 残积而成。 4、强风化粉砂质泥岩 ＜7＞：本次勘察各钻孔均有揭露， 主要层状产出于中风 化

岩层顶。层厚0.50〜2.60m。该层岩性为褐红色、青灰色，岩性风化强烈，组 织结构已大部分破坏， 但原岩结构尚可清晰辨认， 矿物成分已显著变化， 风化裂 隙发育，岩体较破碎， 岩芯呈半岩半土状， 岩芯手可折断， 岩质极软， 失水碎裂， 遇水易软化。 顶管施工大部分在 ＜3-1＞冲〜洪积粉细砂层中作业， 局部（底部）在＜7＞泥质 粉砂岩全风化地层中穿越， 应采取必要的施工措施， 以防土体坍塌。 经过注浆加 固后的基坑底部土体应能抵抗承压水的水头压力。 由于顶管机无法切割钢筋砼结 构，为此，在进洞、出洞段必须先作好土体加固后，应将原始发井洞口区的连续 墙及接收井洞口区的钻孔桩破除。 1.3 地下管线分布情况

顶管将穿越东湖路， 根据地下管线资料， 该区段地下管线有供水管、 电力电 缆、通信线、 煤气管等管线。 各种管线中 ?1200 供水管底距顶管顶部距离最近， 仅为1m左右，且该管属砼管，建筑年代旧远，接口及基础形式溥弱，目前地铁 公司前期部已组织相关单位进行该管的换管临迁工作。 顶管工作井范围内的管线 由地铁公司前期部负责在施工开始前搬迁完毕， 在工作井施工过程中需做好对相 邻管线的保护， 避免成桩以及开挖时对土的扰动造成对管线的影响。 顶管施工过 程中，加强对各种管线的监测， 根据监测数据适时调整顶进施工参数， 必要时采 取对管线有效保护措施，确保管线安全。 管线分布祥见附图一《东湖站U b出入口矩形顶管管线分布平面图》 2. 机械设备及性能

2.1 顶管机的选型

由于U b出入口过街通道矩形顶管断面较大，顶距不长，且在市区施工，宜 采用土压平衡顶管。在矩形断面顶管施工过程中，最为困难的是第〈 7〉层的强 风化粉沙质泥岩：深灰—褐黄色，风化作用强烈，岩石结构松散，岩心呈半土半 岩状，岩质软，岩块用手可折断。局部为粗沙岩，呈密实土状，局部夹中风化硬 块（中风化硬块的强度不大于I.IMpa）。它的天然密度为2.26g/cm3，较重；含 水量为15%，较干；粘聚力为300kPa很大；内摩擦角为30度，直立性较好，挖 掘面较稳定；单轴极限抗压强度仅有 1.0MPa很低。 根据上述土质条件要使顶管机土仓中的土达到具有较好的塑性、流动性和 较好的不透水性就必须做到可加水和能做到充分地搅拌。又由于岩石结构松散， 单轴极限抗压强度很低，可允许部分进行挤压。因此，多刀盘形式的顶管机是适 用的。但为了尽量减小地面沉降，在设计顶管机时以考虑最大限度地加大切削和 搅拌的范围。又由于有部分挤压，土仓的土压力显示就不准确，必须把顶管机全 断面的压力显示出来。 根据地质报告及顶管设备性能的比较，本工程选用我司针对上述地质情况 自行研发的JD3300X5000mm矩形顶管掘进机。 2.2顶管机设备及性能

关于其构造组成及使用的机械性能分成以下两个部份一一详述。 2.2.1顶管机的构造及操作

JD3300mmX 5000mm矩形顶管机是土压平衡式顶管机，从它的正面看：主 要由

图一1所示的处于中间的大刀盘和四个角上的四个小刀盘组成。 兀打0

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图一1 从图一2和图一3看，大、小刀盘是前后错开的，并且在每个刀排的后方都 设有搅拌棒。

顶管机设有前、后壳体。为了减轻起吊重量和方便拆装及运输， 壳体可以拆 卸成两段，加上螺旋输送机总长约4700mm，如果拆除螺旋输送总长约3200mm< 如图一4所示。

图一3 图一

2 从图一5可以看出，JD3300X5000mm矩形断面顶管机的切削面积占90%以 上，盲区很小，最大的盲区集中在顶管机两侧的腰部，是不稳定的。所有盲区的 刃口上设有铲齿，对于数量不多的I.IMPa强风化层可有效地铲碎。

3300mmx 5000mm矩形顶管机背面看主要由图一6所示：中间由7台30kW 电动

机通过行星减速器及齿轮箱组成的大刀盘驱动装置。在四个角上分别用 2 台22kW电动机通过行星减速器及齿轮箱组成的小刀盘驱动装置。 在大刀盘驱动 装置的左右两侧设有两个人孔。 若遇到大的障碍则必须采用相应的土体加固措施， 并且在确保人孔打开后不 会产生涌土的前提下打开人孔，排除障碍。 另外，在在大刀盘驱动装置下方左右两侧的胸板上分别装有两台螺旋输送 机。在顶管机前、后壳体之间用12台纠偏油缸联结。 顶管机主要技术参数(设计寿命为 大刀盘 1、 刀盘转矩1568KN-m 2、 刀盘转速1.17rpm 3、 刀盘电机30kW X 7台

4、 最大推进速度30mm/min 5、 上下最大纠偏角度3度

每顶50m左右必须对顶管机进行一次小修，

顶管机采用机外操纵方式操作，操作台的观察面板如图一 台17”的显示器，它可同时显示三个不同的画面，其中一个主画面比较大，两 个分画面较小。主画面和分画面之间是可以随意切换的。 三个画面分别来自安装 在顶管机内的三个摄像头，摄像头则可根据操作需求选择它的捕捉范围： 通常是 仪表板和两台螺旋输送机的排土状态。

操作台的控制面板如图一6所示：为了便于看清特把控制面板自左向右放大

500m)

小刀盘 1、刀盘转矩224KN-m 2、 刀盘转速1.97rpm 3、 刀盘电机22kW X 2台

左右最大纠编角度2.1度 200m进行一次大修。

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