一种利用顶管技术的机械法联络通道施工方法
阅读说明：本技术 一种利用顶管技术的机械法联络通道施工方法 (Mechanical method connecting channel construction method utilizing pipe jacking technology ) 是由 葛佳佳 李海波 赵星星 刘阳 杨敏龙 徐汪豪 周长永 刘晓波 张永南 张想陈 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及利用顶管技术的机械法联络通道施工方法,包括步骤：S1、施工准备；S2、顶管始发、掘进施工；S3、顶管接收施工。本发明的有益效果是：本发明的拼装式联络通道结构及顶管法施工方法具有施工机械化程度高、质量可靠、速度快、无需进行土体预加固、造价低、环境扰动小等优点；本发明采用的小直径土压平衡顶管机以及后配套设备,与隧道内支撑体系一体化设计,实现隧道施工过程中的掘进、管片拼装、出渣、进料以及注浆,实现全机械化作业。内支撑体系设计油压自动调节装置,实现支撑油缸顶力随隧道应力变化自动调整,全面实现自动化服务。(The invention relates to a mechanical method connecting channel construction method by using a pipe jacking technology, which comprises the following steps: s1, construction preparation; s2, starting a jacking pipe and performing tunneling construction; and S3, receiving construction by the jacking pipe. The invention has the beneficial effects that: the assembled connection channel structure and the pipe jacking method construction method have the advantages of high construction mechanization degree, reliable quality, high speed, no need of soil body pre-reinforcement, low manufacturing cost, small environmental disturbance and the like; the small-diameter earth pressure balance push bench and the rear supporting equipment adopted by the invention are integrally designed with the tunnel inner support system, so that tunneling, segment assembling, slag discharging, feeding and grouting in the tunnel construction process are realized, and full-mechanized operation is realized. The inner support system is provided with an oil pressure automatic regulating device, so that the jacking force of the support oil cylinder can be automatically regulated along with the stress change of the tunnel, and the automatic service can be comprehensively realized.)
技术领域
本发明涉及地铁联络通道施工技术领域，具体涉及一种利用顶管技术的机械法联络通道施工方法。
背景技术
在城市轨道交通上下行隧道中间，开挖通道并在其内设置隔离墙、防火门的结构或构造称之为联络通道。若联络通道处于隧道区间最低处，可降低联络通道标高，同时在联络通道底部向下开挖集水坑，连通区间隧道散水导流系统，同时安装水泵等排水设施。联络通道主要为连通地铁上下行隧道，可在紧急情况疏散人员，也可作为紧急救援的生命通道，并兼顾隧道集水、排水。
目前，城市轨道联络通道大多采用矿山法开挖等隧道施工技术，同时辅以注浆或冻结加固保证隧道开挖时围岩稳定，但该工法在加固施工或开挖施工等方面存在天然缺陷，常规冷冻法存在“工期长、造价高、质量隐患”等问题，但在含水量较低地层无法应用，若改用液氮冻结，造价将更为高昂，常规注浆加固存在“占用地面空间、安全隐患、工期长、质量隐患”等问题。城市轨道交通施工多在主干路下方，车流量较大，缺乏空间条件，矿山法施工主要利用天然的或加固处理后的土体自稳性保证开挖安全，工艺要求较高，施工过程管理要求更高，且应急保障措施繁琐，容易出现坍塌等事故，如上海地铁4号线渗水流砂事故等。
近年来，采用机械法开挖联络通道已在我国各大城市开展初步的应用，例如申请号为CN201910655321.8的中国专利公开了一种借助隧道盾构施工的联络通道施工方法，该主法中联络通道施工与隧道盾构施工交叉作业，打好时间差，隧道盾构施工为主，联络通道施工为辅，避免对隧道盾构施工正常掘进影响的同时，保证联络通道的施工进度。申请号为CN201710216575.0的中国专利公开了一种拼装式联络通道结构及其施工方法，其采用盾构法推进的方式，该方法可适应于较长距离的联络通道施工，但该方法不能同步注浆，适应于弱含水地层，对于富含水地层具有一定的风险。申请号为CN201810537259.8的中国专利公开了一种联络通道盾构施工方法及联络通道，其在盾构施工过程中逐渐对盾壳进行拼装加长并最终保留在土体中，其成本较高，难以全面推广。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种利用顶管技术的机械法联络通道施工方法，用于解决或部分解决城市轨道交通上下行隧道中间联络通道的施工技术难题，保障施工人员安全，降低施工成本。
这种利用顶管技术的机械法联络通道施工方法，包括以下步骤：
S1、施工准备；
S1-1、主隧道内布置；
S1-2、主隧道注浆加固：在联络通道始发、接收端位置及联络通道位置衬砌全环进行注浆加固，注浆采用水泥浆+水玻璃溶液；
S1-3、始发洞门环梁制作；
S1-4、设备定位及套筒连接；
S1-5、始发套筒、接收套筒填仓；
S2、顶管始发、掘进施工；
S2-1、始发参数控制：顶管机采用套筒密封后，切削洞门混凝土进行始发，始发过程中确定土仓压力、推力、扭矩、推进速度、刀盘转速、注浆量、螺机闸门开度、油脂注入和出土量；
S2-2、掘进参数控制：正常掘进段，顶管机的推进速度控制在20mm/min-30mm/min，其他掘进参数保持不变；
S2-3、管节拼装：联络通道全环分为两块标准块构成，错缝拼装，无楔形量；管节经吊车按安装顺序放到管节运输平台上，掘进结束后由管节吊装器送到管节安装范围内进行安装，安装到位后伸出相应位置的推进油缸顶紧管节，当其顶推力大于稳定管节所需力，移开管节安装机，进行衬砌环椭圆度测量，拧紧纵向螺栓；
S2-4、减摩注浆：掘进过程中采用触变泥浆进行减摩注浆，填充管外壁土体间隙；
S2-5、壁后注浆：在顶管机完成顶进结束后，采用硬性浆液对泥浆套进行置换，并对注浆孔进行封堵，硬性浆液为水泥浆+水玻璃溶液双液浆，注浆压力控制在0.5MPa以内；
S2-6、姿态控制：顶管机顶进最大偏差量不超过±50mm，若顶进过程中遇姿态出现偏差，则通过调整顶推油缸的压力分配调整顶管机姿态；
S3、顶管接收施工；
S3-1、接收施工准备：接收前，对顶管机的位置进行准确的测量，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时对接收洞门位置钢管片进行复核测量，确定顶管机的贯通姿态及掘进纠偏计划；
S3-2、接收洞门环梁施工；
S3-3、接收套筒安装：接收钢套筒分四段，其中前端、加长环及后端为整体环，中间段分为上下两半圆组成；接收套筒焊接于开洞钢混复合管片处；利用5#后配套台车运送进隧道，再通过千斤顶及手拉葫芦调整接收套筒姿态，并从套筒内部将套筒前端与钢混复合管片上的预留洞门焊接成整体；套筒连接到位后，且支撑体系加载完成后，在外圈对其进行加固，加固采用工字钢沿套筒轴向及环向进行支撑，支撑一端焊接于套筒外弧，另一端支撑在管片；
S3-4、套筒接缝密封处理：接收套筒与主隧道钢管片之间、钢套筒三道环向接缝和两道纵向接缝采用焊接，并在焊接完成后，对焊缝密水性进行检测，检查焊缝质量，若出现质量缺陷则进行补焊处理；并在钢管片隔板位置增加钢套筒纵向加劲板；
S3-5、钢套筒填仓：在刀盘靠近接收端管片时，停止掘进，在钢套筒组装完成后，开始填充钢套筒，填注材料为砂浆，采用挤压泵泵送至钢套筒内，直至完全充满钢套筒，并进行密封试验；
S3-6、顶管机到达掘进。
作为优选，步骤S1-1包括以下步骤：
S1-1-1、轨道铺设：在主隧道施工完成后，根据顶管机台车的轨距铺设轨道；若台车轨距与主隧道电瓶车轨距相同，则将轨道进行加固处理；轨道铺设后，在双轨中间布设走道板，并采用铁丝固定；
S1-1-2、水电安装：在主隧道内布设供水管和排水管，供水管和排水管采用镀锌钢管；始发侧隧道布设两路电路，电路中的一路为高压电缆，另一路为照明线路，照明线路采用LED灯带；接收侧隧道布设一路低压动力电缆。
作为优选，步骤S1-3包括以下步骤：
S1-3-1、测量放点及钢环定位：在主隧道内现场测量放样，确定洞门位置，并将预埋钢环固定，钢环定位后进行临时加固焊接；
S1-3-2、植筋：在钢环位置打孔、植筋，植筋时配合注胶，将搅拌头插入孔的底部开始注胶，注满孔体积的2/3；将准备好的钢筋旋转着插入孔底，在规定的固化时间内进行安装，使得锚固剂均匀的附着在钢筋的表面，待其固化后再进行其他工作；植筋采用螺纹钢筋，植筋长度为30cm-40cm，直径为16mm-20mm；孔深20cm-30cm；
S1-3-3、洞门环梁施工：在植筋完成后，支模板，绑扎钢筋，安装预埋式注浆导管和遇水膨胀橡胶条，混凝土浇筑，拆模，养护；模板采用厚度10mm-20mm竹胶板，设木钉固定；模板与模板之间设置弹性垫片密封并压紧；洞门环梁钢筋与植筋焊接在一起；混凝土采用分层对称连续浇注；混凝土采用料斗下料，电瓶车运输进隧道内人工倒运入模浇筑；竖向分层浇筑，层高为40cm-50cm，两侧对称浇捣，控制好两侧混凝土面的高差；混凝土的浇筑采用平板式振捣器或插入式振捣器振捣，混凝土自由下落的高度差大于3m时，设置串筒；混凝土浇筑完毕，待终凝后养护，养护方法为洒水养护，混凝土浇注完毕后，在12小时内加以覆盖和浇水，保持养护期间混凝土表面润湿；
S1-3-4、管片中心刀区域凿除：在混凝土强度达到设计强度后，始发前，将顶管机中心刀区域管片人工凿除。
作为优选，步骤S1-4包括以下步骤：
S1-4-1、按照顺序依次将各台车吊装下井，始发端侧为1#后配套台车、2#后配套台车、3#后配套台车和4#后配套台车，接收端侧为5#后配套台车，进行组装；1#后配套台车右侧布置高压开关柜、高压电缆分支箱、变压器和混合液箱；1#后配套台车左侧布置水箱、水泵和电器柜；2#后配套台车右侧布置泡沫原液、补偿柜和主控室，2#后配套台车左侧布置储气罐、空压机和液压泵站；3#后配套台车车架包括1、2、3、4号立柱，前部月牙板，后部月牙板，顶部物料运输组件，后支撑组件，油缸支撑，顶管机支撑组件，始发套筒组件，台车轮对和顶管机主机；4#后配套台车左侧布置配电柜，制浆机，水泥浆、水玻璃和物料吊运系统；5#后配套台车包括车架、接收钢套筒和接收端液压泵站；
S1-4-2、始发套筒与主机连接；
S1-4-2-1、始发套筒与主机连接前，完成盾尾刷焊接、油脂涂抹及间隙块焊接施工；盾尾刷焊接完成后完成手涂油脂的涂抹，每道尾刷油脂涂抹量不低于4kg；
S1-4-2-2、始发套筒和主机吊装至工装上部定位、加固，泵站准备到位；
S1-4-2-3、主机顶至指定位置、焊接加固，操作泵站推进主机进入始发套筒，推进至指定位置后，固定主机与始发套筒；
S1-4-2-4、始发套筒与预埋钢环对准后，进行满焊密封处理，焊接完成后进行探伤检测及密封性试验，满足要求后进行始发作业；
S1-4-2-5、油缸支撑调整、始发套筒及主机加固、防磕头装置安装。
作为优选，步骤S1-5包括以下步骤：
S1-5-1、始发套筒填仓：3#台车焊接完成后，往始发套筒内注入膨润土泥浆，膨润土泥浆按膨润土：水的质量比为(1：10)～(1：6)进行配制；采用机械搅拌桶把钠基膨润土与水搅拌均匀后打入注浆管进行注浆；
S1-5-2、接收套筒填仓：接收套筒焊接完成后，完成填仓施工，填仓材料采用商品浆，通过同步浆车将填仓抽入接收套筒内。
作为优选，步骤S2中，顶管机的推力为3000kN-5000kN，扭矩为600kN·m-1000kN·m，顶管机的推进速度为1-2mm/min，刀盘转速为1-1.2rpm，螺机闸门开度不大于20％，推进过程中出土量控制在98％～100％；联络通道的管片由上管节和下管节组成，分块组合形式为一块圆心角为150°的管节和一块圆心角为210°的管节，管片采用错缝拼装，接缝采用遇水膨胀止水条止水；触变泥浆的材料包括膨润土、碱、聚丙烯酰胺和水；壁后注浆设计中水泥浆中水与水泥的质量比为0.5-2，水玻璃溶液中水和水玻璃的体积比0.5-2，双液浆中水泥浆和水玻璃溶液的体积比为0.5-2.0。
作为优选，步骤S3-2包括以下步骤：
S3-2-1、测量放点及钢环定位：在主隧道内现场测量放样，确定洞门位置，并将预埋钢环固定，钢环定位后进行临时加固焊接；
S3-2-2、植筋：在钢环位置打孔、植筋，植筋时配合注胶，将搅拌头插入孔的底部开始注胶，注满孔体积的2/3；将准备好的钢筋旋转着插入孔底，在规定的固化时间内进行安装，使得锚固剂均匀的附着在钢筋的表面，待其固化后再进行其他工作；植筋采用螺纹钢筋，植筋长度为30cm-40cm，直径为16mm-20mm；孔深20cm-30cm；
S3-2-3、洞门环梁施工：在植筋完成后，支模板，绑扎钢筋，安装预埋式注浆导管和遇水膨胀橡胶条，混凝土浇筑，拆模，养护；模板采用厚度10mm-20mm竹胶板，设木钉固定；模板与模板之间设置弹性垫片密封并压紧；洞门环梁钢筋与植筋焊接在一起；混凝土采用分层对称连续浇注；混凝土采用料斗下料，电瓶车运输进隧道内人工倒运入模浇筑；竖向分层浇筑，层高为40cm-50cm，两侧对称浇捣，控制好两侧混凝土面的高差；混凝土的浇筑采用平板式振捣器或插入式振捣器振捣，混凝土自由下落的高度差大于3m时，设置串筒；混凝土浇筑完毕，待终凝后养护，养护方法为洒水养护，混凝土浇注完毕后，在12小时内加以覆盖和浇水，保持养护期间混凝土表面润湿；
S3-2-4、管片中心刀区域凿除：在混凝土强度达到设计强度后，接收前，将顶管机中心刀区域管片人工凿除。
作为优选，步骤S3-4中，钢套筒上预留若干个注入孔，钢套筒顶部预留一个厚浆注入孔和一个双液浆注入孔，钢套筒下部预留一个卸压孔，均安装对应尺寸球阀；钢套筒筒体材料采用钢板，每段筒体的外周焊接纵、环向筋板，每段筒体结合面均焊接法兰；顶管机接收前，在已组装的钢套筒上预留注浆孔和压力表，利用预留的注浆孔向钢套筒内补充注浆，浆液采用膨润土浆液；当顶管机进入钢套筒时，钢套筒局部接缝出现渗漏，现场采用引流管进行引流，根据渗漏情况，刀盘内注入改良材料，进行渣土改良，封堵止水。
作为优选，步骤S3-5中，钢套筒初步填仓之后，打开钢套筒上预留的两个卸压口，顶部泄压口接入注浆管，采用压浆台车进行加泥加压，浆液为膨润土浆液，注入前关注仓内压力，观察仓套筒内压力不少于0.25MPa，保持一段时间未出现渗漏，压力损失不大于0.05MPa，接收套筒完成；若出现渗漏，组织封堵，持续进行保压试验直到压力满足要求为止；当套筒内压力小于0.27MPa时，组织拌制浆液，补充压力至0.35MPa时停止；切削管片之前，做好保压注浆的准备工作，刀盘切削过程中，关注接收套筒压力变化，当压力小于0.27MPa时，组织补浆。
作为优选，步骤S3-6包括以下步骤：
S3-6-1、顶管机到达前：通过测量确定刀盘距离混凝土管片的里程；顶管机在到达此里程即进入到达掘进状态，以每两小时一次的频率监测地面的沉降情况；顶管机刀盘未接触混凝土管片前，控制顶管机推力、推进速度和刀盘转速；顶管机的推力为3000kN-5000kN，顶管机的推进速度为3-5mm/min，刀盘转速为1-1.2rpm；
S3-6-2、切削管片阶段：顶管机切削管片阶段适当减小推进参数，取掘进施工参数范围的下限值，顶管机机头姿态高于轴线30～50mm，呈抬头向上姿势；水平姿态处于±20mm以内；
S3-6-3、钢套筒内掘进：钢套筒内掘进速度小于5mm/min，刀盘转速减小到0.5rad/min～1rad/min；掘进时以实际测量的钢套筒安装中心线为准控制钢套筒内掘进时顶管机姿态，中心线偏差控制在20mm之内。
本发明的有益效果是：
1)本发明提供了一种利用顶管技术的机械法联络通道施工方法，包括施工准备、顶管始发、掘进施工和顶管接收施工，其中施工准备阶段包括主隧道内轨道铺设、水电安装，主隧道注浆加固，始发洞门环梁制作，1#后配套台车、2#后配套台车、3#后配套台车(含始发套筒与主机)、4#后配套台车、5#后配套台车(含接收套筒)组装定位及套筒连接，始发、接收套筒填仓；顶管始发、掘进施工阶段包括始发参数控制，掘进参数控制，管节拼装，减摩注浆，壁后注浆，姿态控制；顶管接收施工阶段包括接收施工准备、接收洞门环梁施工，接收套筒安装，套筒接缝密封处理，钢套筒填仓，顶管机到达掘进。本发明的拼装式联络通道结构及顶管法施工方法具有施工机械化程度高、质量可靠、速度快、无需进行土体预加固、造价低、环境扰动小等优点。
2)本发明采用的小直径土压平衡顶管机以及后配套设备，与隧道内支撑体系一体化设计，实现隧道施工过程中的掘进、管片拼装、出渣、进料以及注浆，实现全机械化作业。内支撑体系设计油压自动调节装置，实现支撑油缸顶力随隧道应力变化自动调整，全面实现自动化服务。
3)本发明的区间隧道在联络通道处的管片采用钢混复合管片拼装结构，并采用玻璃纤维筋混凝土。联络通道采用管片拼装一次性成形，管节分上、下两块预制设计，错缝拼装，无楔形量，接缝采用遇水膨胀止水条止水，防水效果良好。
4)本发明主隧道与联络通道总位采用T型接头形式，联络通道进出洞环设计为钢管片，主隧道与通道管片间隙采取注浆填充，并以连接钢板满焊，外侧浇筑钢筋混凝土梁，确保结构的合理受力和安全。
附图说明
图1为地铁联络通道示意图；
图2为联络通道上下管节示意图；
图3为利用顶管技术的机械法联络通道施工工艺流程图；
图4为实施例二中联络通道位置示意图。
附图标记说明：主隧道1、联络通道2、洞门环梁3、钢管片4、上管节5、下管节6、1#联络通道7、2#联络通道8、3#联络通道9、余杭高铁站10、中间风井11、盾构工作井12。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本发明提出一种利用顶管技术的机械法联络通道施工方法，首先在主隧道内轨道铺设、水电安装，主隧道注浆加固，始发洞门环梁制作；再将1#后配套台车、2#后配套台车、3#后配套台车(含始发套筒与主机)、4#后配套台车、5#后配套台车(含接收套筒)组装定位，并与套筒连接，进而套筒填仓。其次，通过设合理的顶管始发、掘进参数进行掘进施工，管节拼装，减摩注浆，壁后注浆，掘进过程中控制顶管姿态。最后，在到达前做好接收施工准备、接收洞门环梁施工，安装接收套筒，并对接收套筒接缝密封处理，填仓钢套筒，切削管片出洞，并在钢套筒内掘进。本发明将极大程度上提高联络通道施工的安全性，提高施工效率，减小因施工对环境造成的不良影响，尤其是在极软、破碎、富水地层等不良地层内施工时，其优越性更加得到充分的体现。同时，机械设备使用寿命长，可周转使用，工序简单、工期短、速度快，施工过程投入相对较低，所以联络通道越多，施工成本越低，经济效益愈加明显，安全、经济、环保效益显著。
实施例一
本申请实施例一提供一种利用顶管技术的机械法联络通道施工方法，包括施工准备、顶管始发、掘进施工和顶管接收施工，其中施工准备阶段包括主隧道1内轨道铺设、水电安装，主隧道注浆加固，始发洞门环梁制作，1#后配套台车、2#后配套台车、3#后配套台车(含始发套筒与主机)、4#后配套台车、5#后配套台车(含接收套筒)组装定位及套筒连接，始发、接收套筒填仓；顶管始发、掘进施工阶段包括始发参数控制，掘进参数控制，管节拼装，减摩注浆，壁后注浆，姿态控制；顶管接收施工阶段包括接收施工准备、接收洞门环梁施工，接收套筒安装，套筒接缝密封处理，钢套筒填仓，顶管机到达掘进(顶管机到达前、切削管片阶段、钢套筒内掘进)。具体包括以下步骤：
1、施工准备
(1)主隧道内布置
1)轨道铺设：在主隧道施工完成后，根据顶管机台车的轨距铺设轨道。若台车轨距与主隧道电瓶车轨距相同，不需要重新铺设，但需将轨道进行加固处理。轨道铺设后，在双轨中间布设走道板，并采用铁丝固定。
2)水电安装：在主隧道内布设供水管、排水管各一根，供水管、排水管采用DN80镀锌钢管。始发侧隧道须布设两路电路，电路中的一路为10kV高压电缆，一路为照明线路，照明线路采用LED灯带。接收侧隧道须布设一路低压动力电缆。
(2)主隧道注浆加固
在联络通道始发、接收端前后5环及联络通道位置衬砌全环进行注浆加固，注浆采用水泥浆+水玻璃溶液，设计配比如表1。水泥浆为P.O 42.5普通酸盐水泥，水玻璃的波美度为35°-40°，水采用自来水。
表1浆液配合比表
(3)始发洞门环梁制作
①测量放点及钢环定位：
在主隧道内现场测量放样，确定洞门位置，并将预埋钢环固定，钢环定位后进行临时加固焊接。
②植筋
在钢环位置打孔、植筋，植筋时配合注胶，将搅拌头插入孔的底部开始注胶，注满孔体积的2/3。将准备好的钢筋旋转着缓缓插入孔底，在规定的固化时间内进行安装，使得锚固剂均匀的附着在钢筋的表面，待其固化后再进行其他工作。植筋采用螺纹钢筋，植筋长度为30cm-40cm，直径为16mm-20mm，孔深20cm-30cm。
③洞门环梁施工
在植筋完成后，根据洞门环梁图纸支模板，绑扎钢筋，安装预埋式注浆导管、遇水膨胀橡胶条，混凝土浇筑，拆模，养护。模板采用厚度10mm-20mm竹胶板，任何相邻两块竹胶板无论横向拼缝还是纵向拼缝，保证在同一根方木上进行搭接，设木钉固定，避免出现错缝。模板与模板之间设置弹性垫片密封并压紧，保证模板接缝拼贴紧密。洞门环梁钢筋与植筋焊接在一起。混凝土强度等级C40，抗渗等级P12，分层对称连续浇注。混凝土采用料斗下料，电瓶车运输进隧道内人工倒运入模浇筑。竖向分层浇筑，层高为40cm-50cm左右，两侧对称浇捣，控制好两侧混凝土面的高差。混凝土的浇筑采用平板式振捣器或插入式振捣器振捣，混凝土自由下落的高度差大于3m时，设置串筒防止混凝土离析。模板拆除的时间取决于混凝土的强度，承重模板必须达到规定强度才可拆除。混凝土浇筑完毕，待终凝后及时养护，养护方法为洒水养护，混凝土浇注完毕后，应该在12小时内加以覆盖和浇水，保持养护期间混凝土表面润湿。
④管片中心刀区域凿除
在混凝土强度达到设计强度后，始发前，将顶管机中心刀区域管片人工凿除，凿除深度为20cm。
(4)设备定位及套筒连接
①按照顺序依次将各台车吊装下井，始发端侧为1#后配套台车、2#后配套台车、3#后配套台车(含始发套筒与主机)、4#后配套台车，接收端侧为5#后配套台车(含接收套筒)，进行组装。
1#后配套台车右侧布置高压开关柜、高压电缆分支箱、变压器、混合液箱；左侧布置水箱、水泵和电器柜等。
2#后配套台车右侧布置泡沫原液、补偿柜、主控室，左侧布置储气罐、空压机、液压泵站。
3#后配套台车车架，包括1、2、3、4号立柱，前部月牙板，后部月牙板，顶部物料运输组件，后支撑组件(后背板)，油缸支撑(油缸托架)，顶管机支撑组件，始发套筒组件，台车轮对，顶管机主机。
4#后配套台车包括左侧布置配电柜、制浆机、水泥浆、水玻璃、物料吊运系统等。
5#后配套台车包括车架、接收钢套筒、接收端液压泵站等。
②始发套筒与主机连接
步骤一：始发套筒与主机连接前，需完成三道盾尾刷焊接、油脂涂抹及间隙块焊接施工。具体为：盾尾刷焊接完成后需完成手涂油脂的涂抹，盾尾刷共计三道，每道需钢丝刷约54块，为确保钢丝刷油脂涂抹饱满，要求每道尾刷油脂涂抹量不低于4kg，需消耗手涂型盾尾油脂约648kg(约2.5桶)。
步骤二：始发套筒、主机吊装至工装上部定位、加固，泵站准备到位。
步骤三：主机顶至指定位置、焊接加固，由专业人员操作泵站缓慢推进主机进入始发套筒，推进至指定位置后，固定主机与始发套筒。
步骤四：始发套筒与预埋钢环对准后，需进行满焊密封处理，焊接完成后进行探伤检测(超声波或100％磁粉探伤检测)及密封性试验，满足要求后方可始发作业。
步骤五：油缸支撑调整、始发套筒及主机加固、防“磕头”装置安装。
(5)始发套筒、接收套筒填仓
①始发套筒填仓
3#台车焊接完成后，往始发套筒内注入膨润土泥浆，膨润土泥浆按膨润土：水的质量比为(1：10)～(1：6)进行配制；采用机械搅拌桶(位于4#台车右侧)把钠基膨润土与水搅拌均匀后打入注浆管进行注浆。
②接收套筒填仓
接收套筒焊接完成后，需完成填仓施工，根据设计要求填仓材料采用商品浆，通过同步浆车将填仓抽入接收套筒内，浆液配合质量如表2。
表2浆液配合质量
物质
水泥(kg)
膨润土(kg)
水(kg)
粉煤灰(kg)
砂(kg)
质量
80
150
450
250
850
2、顶管始发、掘进施工
(1)始发参数控制
顶管机采用套筒密封后，切削洞门混凝土进行始发，始发过程中应确定土仓压力、推力、扭矩、推进速度、刀盘转速、注浆量、螺机闸门开度、油脂注入、出土量等掘进参数。
顶管机的推力为3000kN-5000kN，扭矩为600kN·m-1000kN·m。
顶管机的推进速度为1-2mm/min，刀盘转速(rpm)为1-1.2rpm。
螺机闸门开度不大于20％，在富水粉砂层掘进，要求闸门开度“即开即停”，以渣土顺畅排出为准。
顶管机理论出土量为：V＝[(π×D2)÷4]×L(其中，D为顶管机掘进形成的洞穴的直径，L为顶管机掘进形成的洞穴的长度)，推进过程中出土量(不含注入的改良材料及地层中的水)控制在98％～100％之间。
(2)掘进参数控制
正常掘进段，顶管机的推进速度应控制在20mm/min-30mm/min，其他掘进参数保持不变。
(3)管节拼装
衬砌环混凝土强度等级C50，抗渗等级P10，全环共分为两块标准块(B1)和(B2)构成，错缝拼装，无楔形量。联络通道2的管节分上、下两块预制设计(即上管节5和下管节6)，分块组合形式为1×150°+1×210°，单块重量最大约3.2t；管片采用错缝拼装，接缝采用遇水膨胀止水条止水。
管节经吊车按安装顺序放到管节运输平台上，掘进结束后由管节吊装器送到管节安装范围内进行安装，安装到位后及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管节，当其顶推力应大于稳定管节所需力，移开管节安装机，进行衬砌环椭圆度测量，拧紧纵向螺栓，管节拼装质量标准见表3。
表3管节拼装质量标准表
序号
项目
允许误差
1
竖向轴线偏差
±25mm
2
水平轴偏差
±25mm
3
管节安装成环偏差
≤10mm
4
相邻管节环间高差
≤4mm
5
环、纵缝张开量
≤2mm
6
环、纵向螺栓穿过率
100％
(4)减摩注浆
掘进过程中采用触变泥浆进行减摩注浆，填充管外壁15mm土体间隙，注浆量按建筑间隙的1.3倍计算，注浆速率与顶进速率匹配，注浆压入口压力取1.2γh。触变泥浆的主要材料为膨润土、碱、聚丙烯酰胺、水，主要起到支撑土体及减阻的作用。
(5)壁后注浆
在顶管机完成顶进结束后，可采用硬性浆液对泥浆套进行置换，并对注浆孔进行封堵，硬性浆液为水泥浆+水玻璃溶液双液浆，注浆压力控制在0.5MPa以内。壁后注浆设计中水泥浆中水与水泥的质量比为0.5-2；水玻璃溶液中水和水玻璃的体积比0.5-2；双液浆中水泥浆和水玻璃溶液的体积比为0.5-2.0。
(6)姿态控制
顶管顶进最大偏差量不超过±50mm，在确认管节拼装良好并经验收合格，所有机械运转正常的情况下，即可开始顶进。顶进过程中遇姿态出现偏差，优先通过调整顶推油缸的压力分配调整顶管机姿态，如效果不明显，通过调节顶管铰接调整强化纠偏，开启铰接后须密切关注成型管节的变形情况。
3、顶管接收施工
(1)接收施工准备
接收前，应对顶管机的位置进行准确的测量，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，同时应对接收洞门位置钢管片进行复核测量，确定顶管机的贯通姿态及掘进纠偏计划。
(2)接收洞门环梁施工
具体施工工艺参考始发洞门环梁施工。
(3)接收套筒安装
接收钢套筒分四段，其中前端、加长环及后端为整体环，中间段分为上下两半圆组成。接收套筒焊接于开洞钢混复合管片处。利用5#台车运送进隧道，再通过千斤顶及20t手拉葫芦调整接收套筒姿态，并从套筒内部将套筒前端与钢混复合管片上的预留洞门(即主隧道1要开洞的范围)焊接成整体。套筒连接到位后，且支撑体系加载完成后，在外圈对其进行加固，加固采用20号工字钢(或钢板拼接)沿套筒轴向及环向进行支撑，支撑一端焊接于套筒外弧，一端支撑在管片或外部支撑环。
(4)套筒接缝密封处理
接收套筒与主隧道钢管片之间、钢套筒三道环向接缝和两道纵向接缝采用焊接，焊缝严密、牢固，并在焊接完成后，对焊缝密水性进行检测，检查焊缝质量，出现质量缺陷及时进行补焊处理；并在钢管片隔板位置增加钢套筒纵向加劲板，增加钢套筒与钢管片连接强度满足接收时顶管机纵向推力受力要求。
钢套筒上预留了多个注入孔，需要使用3个，其余全部用钢堵头堵住，顶部预留一个直径较大的厚浆注入孔和一个双液浆注入孔，下部预留一个卸压孔，均安装对应尺寸球阀。钢套筒筒体材料用30mm厚的Q235钢板，每段筒体的外周焊接纵、环向筋板保证筒体刚度，筋板厚度20mm，高45mm，间隔约300×350mm，每段结合面均焊接法兰，法兰用30mm厚的Q235板，采用10.9级M20螺栓连接，中间加O形密封条。
顶管机接收前，在已组装的钢套筒上预留注浆孔和压力表，利用预留的注浆孔及时向钢套筒内补充注浆，浆液以膨润土浆液为主。当顶管机进入钢套筒时，钢套筒局部接缝出现渗漏，现场采用引流管进行引流，根据渗漏情况必要时刀盘内注入TAC改良材料，进行渣土改良，封堵止水。
(5)钢套筒填仓
在刀盘距接收端管片500mm时，停止掘进，在钢套筒组装完成后，开始填充钢套筒，填注材料为砂浆(砂、水、膨润土、粉煤灰)，采用挤压泵泵送至钢套筒内，直至完全充满钢套筒，并进行密封试验。
钢套筒初步填仓之后，打开钢套筒上预留的两个卸压口，顶部泄压口接入注浆管，采用高速自动压浆台车进行加泥加压，加压注浆压力0.35MPa，浆液为膨润土浆液，注入前密切关注仓内压力，观察仓套筒内压力不少于0.25MPa，保持30分钟未出现渗漏，压力损失不大于0.05MPa，接收套筒完成；若出现渗漏，立即组织封堵，在持续进行保压试验直到压力0.25MPa满足要求为止。
当套筒内压力小于0.27MPa时，立即组织拌制浆液，补充压力至0.35MPa时停止。切削管片之前，做好保压注浆的准备工作，刀盘切削过程中，密切关注接收套筒压力变化，当压力小于0.27MPa时，立即组织补浆。
(6)顶管机到达掘进
①顶管机到达前
顶管机到达前，通过测量确定刀盘距离混凝土管片的里程。顶管机在到达此里程即进入到达掘进状态，以每两小时一次的频率监测地面的沉降情况。顶管机刀盘未接触混凝土管片前，应严格控制顶管机推力、推进速度、刀盘转速等掘进参数，保证顶管机碰壁时具有良好的接收姿态。顶管机的推力为3000kN-5000kN，顶管机的推进速度为3-5mm/min，刀盘转速(rpm)为1-1.2rpm。
②切削管片阶段
顶管机切削管片阶段应适当减小推进参数，可取掘进施工参数范围的下限值，顶管机机头姿态高于轴线30～50mm，呈略抬头向上姿势；水平姿态处于±20mm以内。
③钢套筒内掘进
钢套筒内掘进速度应小于5mm/min，刀盘转速减小到0.5rad/min～1rad/min。掘进时要以实际测量的钢套筒安装中心线为准控制钢套筒内掘进时顶管机姿态，中心线偏差控制在20mm之内，掘进速度应小于5mm/min，刀盘转速减小到0.5rad/min～1rad/min。
实施例二
杭海城际铁路项目余杭高铁站～许村镇站盾构区间左线长3126.22m，起点里程：ZDK0+437.570，终点里程：ZDK3+563.487，长链0.303m；余～许盾构区间右线长3126.555m，起点里程：YDK0+437.570，终点里程：YDK3+563.847，长链0.278m。线路最小曲线半径800m，最大曲线半径4000m，隧道埋深为7.6m～25m，线间距10.8～16m，最大纵坡为28‰。本区间在左DK0+785.000(右DK0+787.798)、右DK1+237.420(左DK1+239.019)、右DK1+800.000(左DK1+801.599)设置3座机械法联络通道。
如图4所示，1#联络通道7中心里程为左DK0+785.000(右DK0+787.798)，主隧道轨面-22.647(-22.689)，联络通道隧道中心标高-20.597(-20.639)，衬砌顶覆土厚度约24.1m，线间距13.0m；2#联络通道8中心里程为右DK1+237.420(左DK1+239.019)，主隧道轨面-25.464(-25.463)，联络通道隧道中心标高-23.414(-23.414)，衬砌顶覆土厚度约26.65m，线间距13.0m；3#联络通道9中心里程为右DK1+800.000(左DK1+801.599)，主隧道轨面-21.861(-21.850)，联络通道隧道中心标高-19.811(-19.800)，衬砌顶覆土厚度约19.96m，线间距13.0m。中间风井11位于余杭高铁站10与盾构工作井12之间，1#联络通道7、2#联络通道8、3#联络通道9位于余杭高铁站10与中间风井11之间。
1、工程地质条件
本场区内为第四系覆盖层，岩性以冲海积、海积、冲积、冲湖积的黏性土、粉土和粉细砂为主。按地质成因时代及其工程特征，场地沿线第四系地层空间竖向分布自上而下大致可分为：浅表层厚薄不一的填土或耕植土；其下为冲海积的黏质粉土、粉质黏土，海积的淤泥质黏土、冲湖积的黏性土、粉土、冲积的黏性土或粉细砂等。
本区间1#联络通道大部位于⑤4粉砂层，局部位于⑦2-1粉质黏土夹粉土层；2#联络通道大部位于⑦2-1粉质黏土夹粉土层；3#联络通道大部位于⑦2-1粉质黏土夹粉土层。
表4场地地基岩土划分及其特征表
2、水文地质情况
(1)地表水
本工点地表水属上塘河水系，场地地貌单元为冲湖积平原，场地内及周边范围内河网密布，互相连通。本工点涉及地表水体主要以小型河流为主，主要为场地西侧的乔司港。沿线地势较平坦，场区内河流水力梯度较小，水流流速缓慢，加上各河流断面相对较小，因此，场区内河流的净流量较小，对河床基本上无冲刷作用，以淤积为主。
(2)地下水
地下水因含水介质、水动力特征及其赋存条件的不同，其补、径、排作用和水化学特征均各不同，根据钻探揭露：勘探深度范围内地下水类型主要可分为第四系松散土类孔隙潜水和孔隙微承压水。
①第四系松散土类孔隙潜水
第四系松散土类孔隙潜水，主要赋存于场区浅部人工填土及黏性土层内，本次勘察测得稳定水位埋深为地面下0.1～3.0m，表层填土含水层组其富水性和透水性具有各向异性，透水性良好，下部黏性土层含水层组其富水性和透水性具有各向同性，透水性弱。孔隙潜水受大气降水竖向入渗补给及地表水体下渗补给为主，迳流缓慢，以蒸发方式排泄和向附近河塘侧向迳流排泄为主，水位随季节气候动态变化明显，据区域资料，动态变幅一般在1.0～1.5m左右。
②孔隙微承压水
孔隙微承压水主要赋存于下部的⑤4粉砂、⑦3粉砂、⑨3-1细砂、⑨4圆砾土层中，上覆黏性土层构成了相对隔水层，勘察调查可知，⑤4粉砂与⑦3粉砂之间分布有⑦2-1粉质黏土夹粉土层，以及⑦3粉砂与⑨3-1细砂、⑨4圆砾土之间分布有⑧3层粉质黏土，⑦2-1粉质黏土夹粉土层和⑧3层粉质黏土为相对隔水层，其分布连续性差，大部分区域上述含水层之间的水力联系差，⑨3-1细砂、⑨4圆砾土含水层之间局部分布无相对隔水层，上下两层含水层之间或直接接触或存在越流补给，因此可将⑨3-1细砂、⑨4圆砾土视为同一承压含水层。
3、结构设计
主隧道联络通道位置采用特殊环衬砌环管片。
(1)本衬砌环为双面楔形通用环，楔形量40mm。
(2)本衬砌环共分为6块，分块(K)、(B1)、(B2)、(A3)采用钢筋混凝土，混凝土强度等级C50，抗渗等级P12，尺寸及配筋均与衬砌环(TR)管片相同。
(3)分块(A1)H3,(A2)H3采用钢筋+玻璃纤维筋混凝土管。
片M30.，混凝土强度等级C50，抗渗等级P12，玻璃纤维筋抗拉强度≥450MPa，抗剪强度≥110MPa。
(4)(A1)H3,(A2)H3的结构除增设各预埋钢板(A1P))H3、(A2P))H3外，均与衬砌环(TR)各相应的陈砌块相同。
(5)预埋钢板材料：钢板-Q235B钢，钢筋φ-HRB400级钢筋。
(6)衬砌环的连接包括16个环缝连接螺栓(M30)和12个纵缝连接螺栓。
(7)主隧道特殊衬砌环管片自转角度要求≤0.15°，左、右线开洞特殊衬砌里程偏差≤0.3m，主隧道水平轴线偏差要求≤±25mm。
本联络通道管节设计:
(1)联络通道始发和接收处分别采用一环钢管节，钢管节长度根据现场测量通道实际长度后，与设计确认是否需要增加用于调节通道长度的钢管节，钢管节宽度应控制在600～900mm；其余采用钢筋混凝土管节，管节宽度900mm。
(2)管节内径为2760mm，外径为3260mm，厚度为250mm，每环管节M24纵向螺栓10根，M24环向螺栓4根。
(3)管节采用错缝拼装，无楔形量，接缝采用遇水膨胀止水条止水。
(4)管节分上、下两块预制，单块重量最大约3.2t。
(5)钢筋混凝土管节，混凝土强度等级C50，抗渗等级P12。
(6)钢筋混凝土管节连接螺栓机械性能等级为5.8级，螺母机械性能等级为5级，垫圈硬度HV＝140；钢管节采用Q235B钢，连接螺栓机械性能等级为8.8级，螺母机械性能等级为8级，垫圈硬度HV＝300。
4、施工技术
在杭海城际铁路工程余许区间3#联络通道采用顶管法进行施工，首条机械法隧道于2020年3月13日贯通，2020年二季度又完成了2条通道的建设。利用实施例一中的施工工艺流程，并经过施工过程中的不断改进完善，最终形成了“弱加固、强支护、可切削、全封闭、保平衡、严防水、”关键施工技术。
(1)弱加固技术
弱加固主要是区别于冷冻法、全断面加固法；通过局部注浆，止水注浆材料、配比试验等技术攻关，形成了弱加固综合技术。主要内容包括：主隧道壁厚注浆加固、掘进前洞门注浆孔微加固、掘进完成后管片背后填充注浆、负环拆除前洞门止水注浆交叉型加固。
主隧道背后注浆加固是施工前进行补充注浆，采用双液浆配比，其作用是填充主隧道施工土体扰动裂隙，填充同步注浆收缩空隙，增强土体受力的整体性和均匀性。
掘进前洞门探孔微加固注浆选用双液浆配比，其作用是固结洞门周边土体，在始发阶段刀盘切除管片时较小地层扰动，防液化以及避免盾构机通过洞门后的栽头。
掘进完成的管片背后填充注浆先选用单液浆配比，其作用是及时填充刀盘开完直径φ3290mm与管片外径φ3260mm之间30mm环形间隙，类似于常规大盾构同步注浆。
拆除负环前洞门止水注浆采用双液浆实施，利用主隧道预留的6个注浆孔和联络通道洞门钢管片上预留的10个球形阀门注浆头。该球形阀门注浆头分布在洞门头尾两环钢管片上。注浆时与主隧道注浆孔形成交叉，从而确保主隧道与联络通道接口位置的堵水效果。
(2)强支护技术
主隧道管片在洞门位置采用了钢混复合管片设计，管片钢结构环缝和纵缝全部采用深切口焊缝连为一个整体，从而提升联络通道开口后主隧道结构抗变形能力。
在联络通道洞门切削过程中，主隧道结构被破坏，且切削和推进过程中主隧道需提供反力。在一个类似“牟合方盖”的结构中，出现复杂受力状态。在实验工程中，为确保结构安全和掘进反力提供，设计了一套隧道内支撑系统，对洞门附近7环管片形成整体性支撑，对支撑反力实时采集监控并与建模计算数据进行对比，按照推进前、洞门切削过程中、洞门完全破除时等多种工况进行受力分析。内支撑能力远大于主隧道受力破坏变形应力，以确保安全可靠。
(3)可切削技术
机械法联络通道的核心技术之一，就是在始发时主隧道管片，上开洞进入联络通道隧道和接收时穿过主隧道管片进入另一条主隧道的“穿越”技术。其包含2个方面的内容:一是联络通道洞口位置的主隧道管片设计为可切削的玻璃纤维筋混凝土，其强度满足主隧道受力和稳定性要求，同时具备可切削性。二是在施工设备的研制上，一方面，切削刀盘刀具应满足切削能力要求；另一方面，由于始发时管片为凹形面，接收时为凸形面，故刀盘需要有较好的吻合性，避免盾构机滑动或姿态难于控制。基于此，刀盘采用了仿形设计，即设计为外凸弧形，中心位置又采用了内凹设计，以分别应对始发时的凹面和接收时的凸面接触滑动。
(4)全封闭技术
机械法联络通道是一项“洞中打洞”的技术，在既有隧道采用直接切削的方法开洞完成另外一条隧道的掘进，必然要解决深埋地层各类地质条件下的渗漏水和地层稳定，通过半套筒尾部密封刷与盾尾密封刷转换技术，实现始发和接收全封闭，做到隧道掘进始终处于全密闭状态，套筒的密封压力和尾刷的密封压力采用打压实验进行检测。
(5)保平衡技术
水土压力平衡是盾构法的基本原理。本技术基本理念采用土压平衡以保持地层稳定、控制地层沉降变形，结合进出洞位置刚性结构至柔性土体的转换，在进洞时采用在土仓内注入聚合物(本工程选用膨润土)，一方面作为渣土改良介质拌和切削下来的管片混凝土碎片；另一方面建立土压，以平衡区间隧道管片被切削破除后地层传递的水土压力。
本工法的核心技术之一是全套筒接收，在盾构机破除接收端管片进入套筒时，套筒内亦需要建立相应的平衡压力。接收套筒内充填介质采用惰性浆液，同时安装注浆管路，配置注浆压力泵，在接收阶段不间断补充套筒内浆液以保持压力，实现接收阶段土压平衡。
(6)严防水技术
机械法联络通道防水技术集中体现了多层次物理密封理念，是传统盾构防水工程的延续与深化。整个系统防水分为5个方面：一是区间隧道管片在联络通道位置处钢混复合管片的防水设计；二是联络通道管片衬砌结构防水设计；三是套筒始发接收密封防水设计；四是施工过程中的工序防水；五是洞门防水。
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