盾构顶管施工技术在市政桥梁隧道工程中的应用

摘要：盾构顶管施工是市政桥梁隧道施工过程中的重要环节，当前市政桥梁隧道项目已逐渐采用现代化建设模式，具有建设规模大、建设环境复杂、施工成本高等特点。隧道需要贯穿电信、电力等多种管线，这也给盾构顶管施工增加了作业难度。市政桥梁隧道施工在城市建设中具有战略地位，许多专家耗费了大量精力对其展开研究，取得了许多具有建设性的研究成果。本文将针对盾构顶管施工技术在市政桥梁隧道工程中的应用展开详细分析，以供参考。

关键词：市政桥梁隧道；顶管施工；明挖法；

前言：在国家新型城市化建设不断推进下，各地加大对地下空间的开发与利用，市政桥梁隧道工程领域发展迈进了黄金时期，大批量市政桥梁隧道工程在全国各地开展，据相关统计资料显示，国内已有38个城市获批修建隧道，规划总里程已经达到15 562.41km，市政桥梁隧道已经成为城市基础设施现代化的标志。盾构顶管施工是市政桥梁隧道工程中一个重要施工项目，当前市政桥梁隧道工程已经形成现代化体系，具有规模大、成本高、线路长、地质环境复杂等特点，由于施工所在区域为市内，大部分工程周围环境比较复杂，隧道穿越的管线比较多，包括电力管线、电信管线等，因此盾构顶管施工具有一定的难度

1.市政桥梁隧道施工中盾构顶管施工技术设计

市政桥梁隧道施工中盾构顶管施工大致可以分为四个部分，在正式进场施工之前将施工设备与材料准备，并且做好清场工作；采用明挖法对隧道两端入口进行挖取，将盾构体进行现场安装，为了保证盾构顶管施工安全，以及施工顺利进行，对隧道进出洞口进行加固及止水。根据市政桥梁隧道工程实际情况，对盾构顶管技术参数进行设计，开展盾构顶进作业，在顶进作业过程中利用矩形关节对隧道上覆土进行支护，防止地表隆基及沉降变形，以下将从进出洞口加固及止水、盾构顶管体安装、盾构顶进作业、矩形管节支护四个方面对盾构顶进施工技术进行详细说明[1]。

1.1 进出洞口加固及止水

为了保证后续盾构顶管施工顺利进行，在隧道两端洞口采用明挖法对其进行挖取，挖进距离为3.45m，用于盾构顶管体安装。为了保证盾构顶管施工作业安全，在挖取的洞口处采用三轴搅拌桩对其进行加固，防止隧道洞口坍塌，搅拌桩的直径为750mm，桩体结构采用钢筋混凝土，配筋率不能低于50%。如果施工区域地下水丰富，则需要在洞口安装帘布橡胶板密封洞圈，并且在洞口处安装2～3个降水井，将盾构顶管施工期间涌出的地下水导入到降水井，以此起到止水的作用[2]。

1.2 盾构顶管体安装

盾构顶管体主要由盾构机与顶管机两部分组成，顶管机主要负责顶进，盾构机负责管内岩土挖出，根据施工现场实际情况，对盾构顶管体进行安装。采用运输设备将盾构机与顶管机运输到隧道洞口，在隧道底板前50cm插入下托板，将盾构主体、顶管主体固定在下托板上，顶管主体在前，盾构主体在后，将盾构顶管主体相互焊接，并将其与下托板外露部分焊接在一起。按照隧道轴线放出盾构顶管各墩柱底板开凿边线，对槽基底利用钢筋混凝土对其进行硬化处理，将盾构顶管墩柱与预埋托板平整焊接。在隧道洞口搭设临时平台，在该平台上制作盾构顶进体主梁，采用17.55mm厚钢板制作盾构顶管体外壳，将外壳安装在盾构顶进主体上，安装后的外壳宽度应大于隧道总宽度约25.55mm。利用焊接技术将盾构顶管体外壳与主梁、顶板底面焊接，以此完成盾构顶管体安装。

1.3盾构顶进作业

安装完盾构体后，根据实际情况对盾构顶管机正面土压力、主顶力等技术参数设定，在盾构顶进作业过程中，盾构顶管机要承受正面土压力，根据弹性土压力理论确定盾构机正面土压力参数，计算得到的是盾构顶管机正面土压力理论值，但是在实际中当盾构顶管机从隧道洞口加固区顶进到原状土时，需要将盾构顶管机正面土压力值增加，使其大于理论计算值。为了保证盾构顶管施工效率，根据盾构顶管机迎面阻力与初始拉力，确定盾构顶管作业的主顶力参数。

2.盾构顶管施工技术在市政桥梁隧道工程中的应用

2.1施工现场准备

盾构顶管施工作业现场准备工作主要包括：将施工所用机械设备及材料放置现场指定位置，并完成清场；在隧道两侧出入口位置使用明挖法挖掘设备安装井，用于安装盾构顶管体；对隧道出入口进行加固和止水施工，以确保施工作业的正常进行和盾构顶管机的作业安全；在顶进施工作业时，采用矩形管节支护隧道上方覆土，避免地表隆起和沉降变形的发生；根据市政桥梁隧道设计图纸和施工现场实际情况设置盾构顶管技术参数，并开始盾构顶进施工作业。

2.2隧道洞口的处置

为了确保盾构顶管施工作业的正常进行，需要使用明挖法在隧道两侧设备井内挖掘隧道洞口，挖掘深度为3.5m，以便盾构顶管体完成安装。为了保障盾构顶管作业过程中施工安全，需要使用三轴搅拌桩加固处理洞口区域，避免隧道洞口发生坍塌。搅拌桩直径为750mm，桩体结构为钢筋混凝土，配筋率高于50%。如果作业现场地下水较多，需在洞口区域布置帘布橡胶板密封洞圈，同时在洞口区域安装3～4口降水井，在盾构顶管作业过程中将涌出的地下水引入降水井，以达到止水效果。

2.3安装盾构顶管体

盾构顶管体由盾构机和顶管机2个主要部分构成，顶管机负责顶进，盾构机负责挖出管内岩土。根据项目具体状况，针对性完成盾构顶管体安装工作。使用专业运载机具将盾构机和顶管机运送至隧道洞口指定区域，在隧道距离底板前方0.5m处安设下托板，把盾构主体和顶管主体固定在下托板上，顶管主体结构安设在前部，盾构主体结构安设在后部，将顶管和盾构主体结构焊接在一起，并与下托板进行焊接[3]。顺着隧道轴线方向开凿边线，使用钢筋混凝土硬化处理沟槽基底，将预埋托板与盾构顶管墩柱精细焊接。在隧道洞口处搭建临时平台，在临时平台上建造盾构顶进体主梁。在盾构顶进主体上安装外壳，材料采用厚度为18.55mm的钢板，其宽度比隧道宽度大约26.55mm。将盾构顶管体外壳、顶板底部及主梁焊接在一起，完成盾构顶管体安装作业。

2.4降低摩擦力的措施

为了减轻岩土对顶管机配套刀具的破坏，降低在盾构顶进时顶管机与接触岩土之间的摩擦力，使用混合注浆减摩方式开展顶进施工作业。将一个泥浆套安设在盾构顶管体上，泥浆套和管材间的缝隙填满渗透块。膨润土泥浆的润滑效果好，在水泥砂浆中添加膨润土形成膨润土泥浆，通过注浆泵打入渗透块里，注浆压力值为3.25～5.25MPa。在盾构顶管机的顶进作业中，膨润土泥浆渗透进四周岩土体并进行扩散，填满土体颗粒的间隙。一段时间后，土体颗粒间渗透的泥浆形成凝胶体，达到降低在盾构顶进时顶管机与接触岩土之间摩擦力的作用。

2.7注浆作业

在顶进作业的同时进行注浆。为确保注浆均匀，需使用并联式注浆管路。在注入浆液之前进行配筋作业，采用5.5mm直径的钢筋，其间距介于25～45mm之间。每顶进15m进行二次注浆，注浆量为同步注浆量的50%。盾构机顶入隧道洞口之后，开始增加二次注浆量，调整其为同步注浆的75%，确保隧道洞口结构稳定。矩形管节同步支护作业，可有效提升桥梁隧道覆土层稳固性。当矩形管节初凝后，需实时检验其抗压度，如发现低于抗压度要求值，需进行补浆作业，达到合格标准为止。

结语：盾构顶管施工作为市政桥梁隧道施工中一个重要项目，其施工质量对整个工程质量具有重要影响，此次参考相关文献资料，在原有施工技术基础上，对市政桥梁隧道施工中盾构顶管施工技术进行了研究，设计了一个新的施工技术，有效解决了盾构顶管施工地表沉降、隆起变形问题，实现了对原有技术的优化与创新。

参考文献：

[1]庞洪贤.市政桥梁隧道施工中盾构顶管施工技术研究[J].中国建筑金属结构，2023，22（05）：22-24.

[2]李金书.顶管下穿运营高速铁路桥梁安全影响分析[J].铁道建筑技术，2022，（02）：84-88.

[3]王力波，郝朝伟.排水管道顶管施工穿越既有公路桥梁影响研究[J].建筑技术开发，2019，46（20）：138-140.