李志刚

（中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津 300300）

1 工程概况

1.1 设计概况

根据南沙区电力规划，本项目起点接现状220kV合兴站，向东南方向依次下穿现状沥心沙东路、在建南沙港快速路沥心沙立交（含主线和匝道、收费广场）、在建灵新大道，止点接在建红莲路南侧综合管廊。项目新建电力隧道总长约661m，其中顶管段全长约648m，明挖段全长约13m，电力隧道顶管段采用圆形截面，内径为3.5m，明挖段采用矩形截面，净尺寸为2.5m×3.7m。电力隧道起点段与沥心沙东路斜交（斜交角度约45°），其余管段整体走向与沥心沙东路大致平行，依次穿越了B 匝道、南沙港快速路主线、D 匝道、灵新大道。为减少对沥心沙东路跨线桥的影响，电力隧道主线按照距离现状桥梁不小于10m 进行控制，电力隧道如图1 所示。

图1 电力隧道

1.2 工程地质及水文地质条件

根据拟建场地区域内8 个钻孔揭露，本场地上部第四系覆盖土层主要有，人工堆积成因的杂填土层；第四系海陆积成因的粉砂；第四系冲洪积成因的粉砂、中粗砂、卵石、粉质黏土层，下部为全风化花岗岩。

场地地下水为第四系土层中的孔隙水。场地内粉质黏土含水量贫乏，是相对隔水层；淤泥质粉质粘土具有富水性，但不透水。上层滞水主要赋存于填土层，主要通过大气降水、附近鱼塘等地表水补给；孔隙潜水主要赋存于粉砂层＜3-2＞、中粗砂＜3-3＞、卵石＜3-4＞中，＜3-2＞层分布较广，厚度较厚，上部覆盖不透水淤泥质粉质粘土层，为承压水，为主要含水层，补给来源主要通过上部土层渗透及周边小水沟等地表水侧向的补给，其排泄方式主要通过渗流排泄。

2 工程周边环境及工程规划

2.1 工程环境

项目建设地点位于万顷沙保税港加工制造业区块西南侧，根据南沙区电力规划，本项目电力隧道起点接现状220kV 合兴站，向东北方向依次下穿现状沥心沙东路、在建南沙港快速路沥心沙立交（含主线和匝道、收费广场）、在建灵新大道，止点接在建红莲路综合管廊。

2.2 工作井、接收井规划

结合现场用地条件，在项目起点（220kV 合兴站）附近和沥心沙立交东南象限各设置一座顶管工作井（即1#、2#工作井），在沥心沙立交西南象限和项目终点（红莲路）附近各设置一座顶管接收井（即1#、2#接收井）。2#接收井至红莲路综合管廊之间的管段采用明挖法施工，1#工作井位于合兴变电站围墙外侧，四座井的地理位置如图2 所示。工作井截面为矩形：1#工作井内净空11.6m×10.6m，工作井壁厚0.8m，开挖深度16.2m，2#工作井内净空尺寸15.6m×10.6m，工作井壁厚0.8m，开挖深度18m。1#、2#接收井截面为内径6.5m 圆形井，接收井壁厚0.8m，1# 接收井开挖深度15.5m，2# 接收井开挖深度16.19m。工作井与接收井均使用排水下沉法施工。

图2 工程工作井与接收井位置

2.3 顶管区间规划

顶管段区间全长约为603.2m，电力隧道顶管段采用圆形截面，内径为3.5m。其中1#工作井～1#接收井顶管段长度为84.3m，线性坡度-0.5%，管顶覆土6.38～6.68m；2#工作井～1#接收井顶管段长度为217.6m，线性坡度0.5%，管顶覆土6.68～8.18m；2#工作井～2#接收井顶管段长度为301.3m，线性坡度0.5%，管顶覆土6.67～8.18m。项目顶管段采用钢筋混凝土圆形管道，管节内径3.5m，外径4.14m（壁厚0.32m），单节幅宽2.5m。管节施工时采用C50 预制钢筋混凝土结构，抗渗等级为P8，接头处采用钢承口，接头的钢套管与混凝土之间的接缝应用弹性密封填料勾缝，管道外嵌环状遇水膨胀橡胶圈止水，管节接口的内侧应使用PG321 双组份聚硫密封膏密封，填塞密封膏应抹平整，保证膏体不凸入管内；管节之间的传力面上应布置环形木垫圈，使用强力胶粘剂将二者连接。

2.4 明挖段规划

2#接收井至红莲路综合管廊之间的管段采用明挖法施工，全长约13m。明挖段基坑支护结构采用SMW工法桩支护体系+基坑外降水方案。本工程主要采用SMW 工法桩（“隔一插一”型），间距650mm×400mm，内插H 型钢尺寸为500mm×300mm×11mm×18mm，冠梁尺寸为800mm×800mm。围护结构基坑开挖深度8.6m，采用1 道混凝土支撑+1 道钢支撑的支撑体系，第一道混凝土支撑的尺寸是800mm×800mm，第二道钢支撑使用φ609mm，厚度t=16mm 的钢管支撑，钢围檩采用H 型钢，尺寸是HW400mm×408mm21mm×21mm。

3 工程重难点及应对措施

3.1 大断面顶管下穿南沙港快速路

大断面顶管下穿南沙港快速路，确保已运营公路的行车安全是本工程的重点。下穿南沙港快速路顶管外径4.14m，截面积13.45m2，属大断面顶管，且顶管结构位于淤泥层地质中，易出现沉降、开裂、冒顶等风险，南沙港快速路为交通繁忙的主干道且沿线周围管线复杂，顶管穿越过程中不允许出现任何闪失，在顶管施工过程中控制沉降确保已运营、公路安全是本工程的重点[1]。针对该工程难点，工程中采用如下的措施。

（1）顶管隧道在通过南沙港快速路前设定实验段，优化顶管推进参数，控制推进速度和出土量，以防止地面沉降过大而对周边构筑物及道路造成消极影响。控制顶管膨润土浆液浓度、注入量、注浆压力，使注入的膨润土浆液在管节周边形成润滑保护套，减小顶管推力，降低对周边土体的扰动。

（2）在南沙港快速路与顶管相接段采用相应限速、警示等措施，制定合理可行的应急预案，确保南沙港快速路施工安全。

（3）顶管下穿南沙港快速路推进时，利用始发累积的参数推进，并且要安排专业人员昼夜对南沙港快速路进行沉降监测，时刻注意路面结构的变形情况，确保反馈给顶管施工工作面的监测数据的实时性与高精度，使中央控制室能据此做出精准的判断，更好地完善顶管推进参数、及时做出调整。

3.2 顶管穿越塑料排水板加固区施工

顶管下穿南沙港快速路段采用塑料排水板堆载预压法施工，顶管施工过程中如何克服塑料排水板进行正常推进为本工程难点。根据南沙港快速路竣工图，南沙港快速路软基处理采用塑料排水板堆载预压法施工，排水板间距1.4m，处理深度为12.4～17.8m，B 型排水板抗拉强度约为1.3kN/10cm，宽度100mm，厚4.0mm。顶管段全长604m，其中55m 位于南沙港快速路软基处理范围。施工过程中易出现顶管机刀盘不能完全切断排水板，对排水板造成拉扯，造成软弱地层“蠕动”或排水板易卷入土仓积累，出现缠绕刀盘、堵塞排浆孔而“滞排”和停机，导致顶管机下陷，引起成型管节开裂、扭曲变形、脱节等。针对该工程难点，工程中采用如下的措施。

（1）借鉴同类型顶管结构下穿塑料排水板软土路基施工项目经验，编制详细、可行的施工方案，严格按照施工方案进行施工[2]。

（2）对塑料排水板进行二次破碎，对刀盘进行改造，调整刀盘撕裂刀间距，增加撕裂刀数量，控制撕裂刀与刮刀的高差。

（3）严格按照设计所要求的长度及范围对顶管四周进行加固，保证过程中的质量控制；加固施工过程中严格按照相关要求，从材料进场、设备、施工工艺等几个角度严格控制施工质量，确保加固质量。

（4）控制好顶管姿势，在确保出碴量正常的基础之上，以最快速度、最高效率完成顶管的始发与到达。另外，注意观察地层性质的改变，推进时须时刻注意顶管姿态骤变情况，勤测量、勤纠偏。

（5）在始发到达前做好始发到达安全应急预案的演练和应急位置的储备，确保出现异常情况后及时调拨人力、材料进行紧急处理，保证工程的安全。

（6）在下穿施工前，设备技术人员应对顶管机进行全方位的检查，确保在穿越施工过程中不出现机械故障，同时要加强机械的日常保养。

3.3 2#工作井近接高架桥桩施工

2# 工作井施工过程中如何避免高架桥桩局部沉降、变形为本工程难点。2#工作采用沉井法施工，结构尺寸为12m×17m，2#工作井距离沥心沙东路跨线桥基础柱12.8m，施工可能引起桥桩局部沉降、变形。针对该工程难点，工程中采用如下的措施。

（1）沉井与桥基础之间打入一排H 型钢，尺寸为500mm×300mm×11mm×18mm，桩长25m，隔断了桥基础桩地层损失对桥基础造成的不均匀沉降影响[3-4]。

（2）沉井与隔离桩之间的加固方式采用高压旋喷桩以改良地质土的结构和物理力学性质[5-7]。

（3）根据现场实时监测结果，如若需要跟踪注浆则立刻施作；根据后期监测情况，对桥基础桩进行地面跟踪注浆，改良桥基础柱周围地层，以确保沉降量控制在有关部门及规范允许的范围内。

（4）强化监控量测，穿越施工的全过程采用信息化施工，密切监控桥梁基础桩变形控制及地表沉降状况。

4 结语

针对在建的广州市南沙自贸试验区合兴变电站至灵新大道段电力隧道顶管工程施工的重难点问题，在分析地质资料、环境资料基础上，依托该工程进行大断面长距离顶管施工穿越富水淤泥质地层施工关键技术研究，详细研究了长距离顶管作业中工作井和接收井的数值位置及设置数量；针对土层的情况，确定了顶管隧道的管段参数及接口的衔接和防水参数等，对顶管隧道和红莲路综合管廊之间的管段的明挖法施工段，建议采用SMW 工法桩支护体系+基坑外降水方案，并确定了SMW 工法桩的参数。在此基础上，针对顶管隧道大断面下穿南沙港快速路，为确保运营公路的行车安全，提出了施工的应对措施；针对顶管下穿南沙港快速路段使用塑料排水板堆载预压法施工，顶管动工过程中需要克服塑料排水板的问题：施工过程中易出现顶管机刀盘不能完全切断排水板，对排水板造成拉扯，造成软弱地层“蠕动”或排水板易卷入土仓积累，出现缠绕刀盘、堵塞排浆孔而“滞排”和停机，导致顶管机下陷，引起成型管节开裂、扭曲变形、脱节等。提出了对刀盘进行改造，调整刀盘撕裂刀间距，增加撕裂刀数量，控制撕裂刀与刮刀的高差的工程应对措施；针对2#工作井近接高架桥桩施工易引起局部沉降、变形的问题，提出了在沉井与桥基础之间打入一排H 型钢尺寸的隔断桥基础桩的工程应对措施。