頂管隧道地下對接施工工法

《頂管隧道地下對接施工工法》是上海市第一市政工程有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是董澤龍、徐剛、徐飛、胡瑞靈、王劍鋒；適用範圍是市中心區或老城區，交通繁忙、地下管線和房屋密集、場地狹小難以設定接收井的場合，通過對掘進機結構的改造，可以對隧道線形、長度和管徑進行各種選擇和變更，適用於不同夾角隧道、不同管徑隧道的直接貫通和超常距離頂管施工。

《頂管隧道地下對接施工工法》主要的工法特點是可以實現多種形式對接；對掘進機外殼和內部結構進行改造加工；兩個頂管掘進機在施工過程中實行聯合雙向測量；採取了對接區加固及防水、機頭連線、內部結構施工等關鍵技術。

2008年1月31日，《頂管隧道地下對接施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：頂管隧道地下對接施工工法
• 工法編號： YJGF221-2006
• 完成單位：上海市第一市政工程有限公司
• 主要完成人：董澤龍、徐剛、徐飛、胡瑞靈、王劍鋒
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

隨著城市市政基礎工程建設的不斷發展，地下工程建設逐步進入高峰，建設項目越來越多，可供開發的地下空間資源越來越緊張，工程實施的難度不斷加大。隨著政府與社會對城市文明建設、環境保護的日益重視，快速、文明施工的呼聲越來越高，對地下工程建設的要求越來越多、越來越嚴格在交通繁忙的城市中心區或交通流量較大、管線較多等道路區域進行施工必須盡最大可能減少對地面交通的影響、減少對周圍環境和居民生活的影響。所有這些因素推動著非開挖技術不斷發展，作為主要非開挖技術之一的頂管施工，施工方法在不斷改進，出現許多新的施工工藝，地下對接技術就是其中之一。為此，上海市第一市政工程有限公司立項《頂管施工地下對接技術》進行科研攻關，在2005~2006年度，成功實施了四段總長2416米的不同形式的頂管對接施工，形成了《頂管隧道地下對接施工工法》。

工法特點

《頂管隧道地下對接施工工法》的工法特點是：

1.可以實現多種形式對接：線形上有直線對接、曲線對接、直角對接、斜角對接等；管徑上可以是同管徑隧道和不同管徑隧道。

2.為便於對接的實現，對掘進機外殼和內部結構進行改造加工，對接成功後兩個頂管掘進機的外殼作為隧道的永久結構，掘進機的內部機械拆除回收。

3.兩個頂管掘進機在施工過程中實行聯合雙向測量，改進測量工藝以修正測量誤差，確保精確對接的實現。

4.為確保對接貫通和施工安全，採取了對接區加固及防水、機頭連線、內部結構施工等關鍵技術。

操作原理

適用範圍

《頂管隧道地下對接施工工法》的適用範圍是：

1適用於市中心區或老城區，交通繁忙、地下管線和房屋密集、場地狹小難以設定接收井的場合。

2通過對掘進機結構的改造，可以對隧道線形、長度和管徑進行各種選擇和變更，適用於不同夾角隧道、不同管徑隧道的直接貫通和超常距離頂管施工。

工藝原理

《頂管隧道地下對接施工工法》的工藝原理敘述如下：

頂管地下對接是套用頂管施工的基本原理，利用兩台經過改造加工過的頂管掘進機，在不設中間接收井的情況下，從兩端向中間頂進，通過準確的雙向測量控制，將兩個頂管掘進機外殼作為隧道永久結構進行對接，實現超長距離隧道或轉角隧道或不同管徑隧道貫通的一種施工方法。在施工過程中，需採取一定的輔助性關鍵技術措施，主要有掘進機對接段的加固措施以防止水土流失和控制地面沉降；兩個掘進機之間的準確定位和連線措施；對接段隧道內部結構的施工技術措施等。

施工工藝

• 工藝流程

《頂管隧道地下對接施工工法》的工藝流程如圖1所示。

圖1 地下對接頂管施工流程示意圖

操作要點

《頂管隧道地下對接施工工法》的操作要點如下：

一、掘進機結構改造

掘進機及相關輔助設備改造對頂管地下對接特別重要，結構的好壞是對接能否完成的前提和主要條件。應著重考慮以下幾個方面：

1.雙向切口結構改造以便於對接導向和連線，分直線和夾角對接兩種；

2.合理地布置整體結構，以便對接後設備拆除和後續工序的進行；

3.合理地布置圓周注漿管和面板正面注漿管，使之能更好地改良土質和建立可靠的隔水帷幕。如圖2~圖7所示。

二、隧道對接區加固及防水

在頂管對接施工結束後，為保證機頭開倉連線施工時不發生水土滲漏，保證兩個對接機頭形成封閉的整體和施工安全，必須在對接施工前對頂管對接區土體預先進行加固。土體加固採用常規的旋噴樁和注漿施工方法。

1.對接區預先加固：加固範圍為頂管外徑外2~3米。由於頂管需穿越加固區，所以加固區土體強度要認真控制，強度不宜太高，以利於頂管機頭頂進。加固施工可提前一周左右完成，水泥摻入比控制在8%~10%左右（圖8、圖9）。

圖8 直線對接加固示意圖

圖9 直角對接加固示意圖

2.機頭內部注漿：對接頂管準確定位後，應提前檢查土體加固情況，根據情況通過機頭面板注漿孔補充注漿，以確保不發生水土滲漏。在先對接再進行對接區土體加固時，必須對機頭底部的加固“盲區”進行補充注漿；對地面不具備註漿條件的情況，需在設備改造時合理布置注漿孔，通過機頭內部對對接區進行土體加固。

三、頂管對接施工測量及軸線控制

頂管對接施工的測量工作是整個對接成功與否的關鍵，必須精心實施，確保精度，還要採取一定的軸線調整措施、技術措施和管理措施。

1.人員組織及儀器設備：成立專門測量放樣小組，由具有理論和實際施工經驗的測量工程師負責實施，配備合格足夠的測量儀器，施工中跟蹤測量並及時作記錄，每天對數據分析，指導頂管施工。

2.頂管軸線測量控制：以兩個頂管工作井的洞口實際坐標為基礎，建立測量控制網，進行雙向聯合測量。為了確保控制網的精度，平面控制網設成附合導線形式，進行多次覆核測量、平差後使用，精度必須符合要求。控制點設定在不易擾動、通視條件好、方便校核的地方，並加以保護。根據頂管軸線變動情況在頂管施工中做到勤測、勤糾、微糾。

3.對接點控制測量：對接區軸線控制的好壞對對接頂管的成功與否至關重要，所以從技術措施到控制管理必須做到嚴、細、準。

1）對接區頂進軸線的微調：對於長距離曲線對接頂管施工，隧道管節之間有張口，同時由於測量系統誤差、施工誤差等因素軸線的精確對接有一定難度，可採取對對接區軸線的微調措施，變曲線為局部直線對接。

2）機頭姿態的控制：兩個機頭順利、準確的對接有著極高的精度要求。在控制測量精度的同時，也要精確計算出兩個機頭的姿態，儘量保持兩個機頭中心軸線在同一條直線上，即兩個機頭的姿態要致。

3）對接區在測量頻次和覆核頻次上加密。

四、頂管對接段機頭連線施工

該階段的距離控制、設備拆除、土體清除、補充注漿、機頭連線等施工過程控制和連線措施的實施對工程安全和隧道質量尤為關鍵，須嚴格控制和管理。

1.當兩個頂管掘進機刃口接近時，必須對兩個掘進機的姿態進行測量，儘可能使兩個掘進機保持同軸或平行；測量與推進須配合進行，並控制對接位置；掘進機間距由對接偏差來確定，兩個頂管掘進機刃口連線與掘進機軸線的夾角小於15°，將軸線偏差角度和掘進機刃口間距控制在最小值。

2.在掘進機胸板上割除小孔，觀測土體加固和滲水情況，根據觀測情況進行雙液補漿，直到確保全全要求，再進行下一步施工。

3.拆除掘進機內部各種機電設備：拆除順序為電器零部件、液壓系統零部件和糾偏裝置、切割和拆除刀盤、驅動裝置、其他掘進機附屬檔案。

4.掘進機胸板割除和刃口連線施工須同時進行。整個胸板按“井”形分塊，先割除頂部胸板，並及時用提前備好的鋼板將刃口焊接連線，先點焊定位，再滿焊封死；依次由頂部向兩側、底部進行連線，最後封死底部；胸板兩側須對稱進行，每塊連線鋼板間須滿焊，以達到防水效果。

五、隧道對接段內襯結構施工

頂管對接機頭連線完成後，需按原隧道結構設計進行結構施工，以保持隧道的完整性。

1.對接區掘進機外殼處理：割除機頭內加筋板；在混凝土澆筑前對機頭外殼內表面進行除銹處理；對機頭外殼表面滲水點進行處理，確保混凝土澆筑前無滲水現象。

2.鋼筋模板：根據隧道原有內徑尺寸以及管節配筋進行鋼筋綁紮並按要求固定好預埋件；模板材料可採用加工定型弧型鋼模或小鋼模板拼接，根據管節內徑大小選擇；模板施工前必須塗刷脫模劑。

3.混凝土澆築：整個管節分三次澆築，第一次、第二次採用常規混凝土澆築方法進行混凝土振搗澆築施工；第三次澆築拱頂結構時，為保證混凝土的密實度，在拱頂模板間隔5米左右預留澆築孔，採用網噴混凝土的澆築方法，將混凝土用軟管通過預留澆築孔送入模內；混凝土需滿足設計的強度、抗滲要求，並要有良好的可泵性（圖10）。

圖10 對接內膽現澆分節示意圖

勞動組織

《頂管隧道地下對接施工工法》的勞動組織如下：

頂管對接施工技術含量高、專業性強，現場除配備技術、質量、安全、設備、電氣、材料等各類管理人員外，頂進班組還需配備作業人員。頂管施工考慮一天24小時連續作業，每作業班組配備人員見表1。

材料設備

《頂管隧道地下對接施工工法》，根據隧道直徑需要相應的頂管掘進機兩台，掘進機結構需根據隧道直徑和線型經過改造和加工，尤其是機頭外殼要便於對接並將作為隧道永久結構外模。其他配合頂管施工的附屬設備同常規頂管施工工藝另外，由於對接區內部結構施工，需要常規鋼筋混凝土結構施工的相應設備。

表2 設備一覽表

序號	名稱	數量	備註
1	多刀盤土壓平衡頂管掘進機	1台	特殊改造
2	中繼間頂進設備	╱	根據實際需要
3	后座頂進設備	1套	╱
4	50噸吊車	1台	根據實際需要
5	裝卸車	2輛	5噸
6	泥漿攪拌機	2台	0.2立方米
7	單螺桿壓漿泵	2台	╱
8	泥漿泵	1台	╱
9	潛水泵	2台	╱
10	高壓水泵	1台	╱
11	井中對講機	1套	╱
12	配電系統	1套	╱
13	全站儀	2台	隧道測量
14	水準儀	1台	隧道測量
15	鋼筋彎曲機	1台	內膽鋼筋綁紮
16	鋼筋焊接機	1台	內膽鋼筋綁紮
17	振搗器	2台	內膽混凝土振搗
18	雙液注漿泵	1台	對接段土體加固

質量控制

採用《頂管隧道地下對接施工工法》施工時，除應遵照國家標準《建築地基基礎工程驗收規範》（GB 50202-2002）、《混凝土結構工程施工質量驗收規範》（GB 50204-2002）和上海市建委頒發的《市政地下工程施工質量檢驗規範》（DG/TJ 08-236-2006）、《鋼筋焊接及驗收規程》（JGJ 18 2003）標準的有關規定外，施工中還應達到表3的規定。

表3 質量控制要求

序號	控制要點	控制指標
1	掘進機刃口連線與掘進機軸線的夾角	<15°
2	掘進機刃口間距	<100毫米
3	內膽混凝土結構	滿足設計強度和抗滲
4	內膽尺寸誤差	<10毫米
5	糾偏角度	±1°
6	沉降和變形	符合有關規定

安全措施

採用《頂管隧道地下對接施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.嚴格遵照國家頒發的《建築機械施工安全技術規程》（JGJ 33-2001）和上海市市政工程管理局對施工現場安全的有關規定。

2.頂管機及各種設備用電、混凝土管節吊運、吊車使用、各操作員的操作程式等遵照常規頂管施工規範，不得違章作業。

3.對接區土體加固必須認真按方案執行，對接區隧道防止水體滲漏是安全的基本保障。

4.對接區機頭連線施工前，必須按應急預案準備好各種設備和材料。

5.對接區機頭連線焊接施工時，改善管道內的施工條件，保持管道內空氣流通，確保施工人員的健康和人身安全。

6.對接施工作業空間較小，對施工操作和運輸人員的行動和工作部位要統一指揮，統一調度。

環保措施

《頂管隧道地下對接施工工法》的環保措施如下：

1.施工前，對隧道軸線沿途尤其是對接區的建築物、構築物、地下管線及地質條件進行調查，制定相應對策。

2.施工過程中，對周邊的建築物、管線等實施全過程監測，根據監測數據對施工參數及時調整並嚴格控制，確保土體變形在允許範圍內減少對周圍環境影響。

3.在對接區頂管施工和土體加固施工時嚴格控制施工參數，有效控制地面變形量和後期變形量，儘量減少對周邊環境的影響。

4.對接區機頭連線施工時，必須對機頭內和周邊環境實施全過程監控，尤其密切注意機頭內水土滲漏情況和周邊環境的變形情況。

5.對周邊環境的保護措施必須及時有效。

效益分析

《頂管隧道地下對接施工工法》的效益分析如下：

1.減少了中間接收井的施工，不但節約工程本身的投資，更是節約了社會資源，減少土地占用，減少地下管線及房屋的搬拆遷，減少對社會交通和居民生活的影響，經濟效益、社會效益和環境效益明顯，如表4所示。

表4 上海合流污水三期1.5標工程直線對接經濟效益分析一覽表

方案一（原方案）		方案二（直線對接）
生產車間拆遷	150萬元	掘進機費用	112萬元
順吉市政養護公司損失	50萬元	注漿加固	30萬元
廣粵路立交橋保護	20萬元	對接段結構	25萬元
接收井	30萬元	特殊措施費用	35萬元
管線搬遷	380萬元	管線費用	10萬元
╱	╱	測量施工費用	32萬元
節省投資386萬元

2.對接頂管施工為兩個頂管掘進機從兩端向中間分別頂進，兩個掘進機可以同時頂進，同時減少了接收井建設，縮短了建設周期。

3.隨著地下空間的不斷開發利用和地下工程的不斷發展，在城市市區的隧道工程建設中具有較大的發展潛力。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

套用實例

《頂管隧道地下對接施工工法》的套用實例如下：

上海市污水治理三期UWW1.5標工程有三段，兩段為曲線頂管對接，一段為直角對接；另外，楊高中路電力隧道工程有一段大口徑的曲線頂管對接。

一、工程概況及施工情況

1.上海市污水治理三期UWW1.5標工程

原設計XYW1-2頂管接收井位於江場路與粵秀路交叉口。該井周圍有廣粵路三號橋，奎照村污水泵站，海軍地下軍事設施，4根380伏電纜，通信電纜4根，給水Φ200。因無法實施，決定取消YXW1-2頂管接收井，改為地下頂管直角對接。為了使地下直角頂管對接具有可操作性和安全性，以及保護軍事通信光纜和地下軍事設施，減小對俞涇浦駁岸的影響，原KZW2-1工作井至YXW1-2接收井的Φ1650頂管改為Φ1800頂管；YXW1-1工作井至YXW1-2接收井的Φ1650頂管不變。兩段均為“S”曲線頂管（圖11）。

圖11 直角對接平面示意圖

GYW4-2號~GYW6-1號之間採用Φ1650頂管施工穿越南何支線鐵路。整段頂管619米，含三段曲線，曲率半徑均為R=600米，因穿越鐵路無法實施接收井，採用頂管地下對接施工方法。JYW1-2~GYW6-1頂管為長距離“S”型曲線頂管頂程747米，含三段曲線，曲率半徑均為R=600米，因遇到地下障礙物，採用頂管對接施工。

2.楊高中路電力隧道工程

該工程9號~10號頂管總長530米，為半徑1023米曲線頂管。隧道中心埋深為7.2~7.8米。原設計頂管是以9號作為工作井，向10號接收井頂進。在頂管施工過程中，當掘進到約298米時，掘進機兩側及前端均有不明障礙物，導致無法再行掘進。經物探和專家會分析，從場地條件、施工安全、工程經濟、工期等方面綜合考慮，對“明挖清障法”與“反向頂管對接”兩種方案進行比選，決定採用從10號接收井反方向頂管對接施工。

二、工程檢測與結果評價

以上四段頂管對接施工均順利貫通。根據現場竣工測量及第三方監測反饋，楊高中路電力管道工程直線對接地表沉降-5.52~-1.17毫米，軸線平面最大偏差3.6厘米，高程最大偏差4.3厘米；上海市污水處理三期UWW1.5標工程直角對接地表沉降-2.07~-0.15毫米，重要管線沉降-0.08~-1.30毫米，南何支線鐵路最大沉降8毫米，廣粵路橋最大沉降3毫米，軸線平面最大偏差3.3厘米，高程最大偏差4.3厘米；所有沉降和偏差均在施工允許誤差範圍內。

對接全過程處於安全、穩定、快速、優質的可控狀態，對接區域無滲水、漏水現象，防水良好，滿足業主使用功能要求，得到了業主和上級領導的好評。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《頂管隧道地下對接施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。