矩形顶管工程地下障碍物处理技术实践

郑州轨交8号线文创站A1、B号出人口采用明挖+顶管法施工，始发并和接收井基坑采用明挖法施工，围护结构采用6800mm钻孔灌注桩+内支撑的支护形式。下穿绿博大道省道采用顶管法施工，采用1台7.72mx5.12m六刀盘组合式土压平衡顶管机。

地下障碍物探查

遇障情况—（MPP管）

根据管线图显示，文创站存在一路MPP管。通过向其产权单位了解咨询，此MPP管采用拖拉管施工，各管道外周未采用混凝土包封，现场查明的MPP管检查井位置与管线图基本一致，且顶管通道设计时避开了MPP管。但在A1号出人口工作井围护桩施工期间，发现MPP管实际路由偏离了管线图，侵入了顶管通道范围内。

通过使用DPP100勘探钻机补勘探明该MPP暂为上下3排、每排4根共12根，分布宽度0.8m，埋深7.0~9.15m，外径160mm、壁厚9mm。顶管通道约52.1m长度范围内存在MPP管，即顶管通道长度的85.4%范围内均存在此MPP管，MPP管近乎平行于顶管通道。钻探过程中，发现钻杆碰触 MPP管管道时，管道会发生左、右偏移，即各管道之间离散、不固定，验证了“各管道外周未采用混凝土包封”的信息是真实的。

由钻探情况可知MPP管近乎平行于顶管通道，各管道松散、不固定，部分区段走向为抛物线状，遇到顶管机时管道会发生移动，且MPP管具有较高韧性及塑性，多刀盘组合式顶管机施工过程中无法有效切削管道，极易引起顶进时螺旋机出土孔堵塞、MPP管缠绕刀盘、地面沉降不可控、顶力急剧增加等风险，导致顶管机进退两难甚至顶管失败。因此，顶管施工前需要对此MPP管进行清障。

遇障情况二（废弃污水管）

根据管线图及现场排查，绿博大道南侧绿化廊道内一根DN800污水管与顶管通道垂直冲突，影响顶管施工。污水管埋深约6.5m，材质为钢筋混凝土管，壁厚8cm，配筋为d4mm@100mmx100 mm，钢承口钢板厚6mm。管线规划将此污水管进行永久迁改，与顶管通道垂直冲突部位污水管进行废除。

由排查情况可知与顶管冲突部位DN800污水管报废后，可能存在顶进时减磨泥浆进入废弃管道、减磨泥浆套失效等情况。另外，顶管机切削污水管配筋及钢承口钢板时，可能导致刀盘、刀具发生一定程度的磨损、甚至损坏。污水管内含有明水和污泥，不利于土仓内保压，可能会导致地面沉降、管线损坏等事故。因此，顶管施工前需要对此废弃污水管进行清障。

地下障碍物处理技术

全护筒拧管跟进旋挖清障方案。可实现旋挖成孔清障和钢护筒跟进护壁循环作业，能有效避免松 散或软土地层旋挖过程中坍孔事故发生 。MPP管清障多在绿博大道上进行，道路车流量大且多为重载车，采用该方案可有效避免绿博大道上清障过程中因道路塌陷而出现的交通事故，以保证清障施工的安全。

清障施工使用ZR280C-3旋挖钻 、拧管器及配 套钢护筒等设备及构配件。旋挖钻成孔单价较低且 投入设备少，因此清障成本相对较低 。清障施工占地面积相对较小，对周边环境及道路交通影响较小，且不增加施工工期。

该方案同时适用于MPP管和废弃污水管清障，能够安全、经济、较干净有效地清除障碍物。

在保证安全、能够有效清除障碍物的前提下，全护筒拧管跟进旋挖清障为最经济且对道路交通影响最小的方案，因此决定选用该方案作为顶管机遇障处理方案。

MPP管清障

MPP管清障首先采用φ1200mm@800mm全护筒拧管跟进旋挖钻进行清障，即旋挖钻全护筒跟进钻进挖除MPP管，钻孔深度11.0m，钻孔内MPP管挖除完成后立即采用水泥土浆（粉土:水泥:水=6:2:3）回填密实，边回填边拔出护筒，然后进行下一钻孔清障及回填施工。

知顶管隧道沿线国防光缆与DN400雨水管之间净间距为0.85m 。为保护雨水管、国防光缆管线，两管线之间的MPP管采用钻头直径150mm的勘探钻机进行切断，共两排22根，勘探钻孔间距φ150@125mm 。雨水管和国防光缆管线下方会残余长度不大于1m的MPP管。

施工前，对国防光缆和雨水管两种管线均布置了监测点，以便施工时进行沉降监测，两种管线沉降需控制在20mm以内 。清障钻孔施工前，探明管线位置后，在管线两侧插入若干根槽钢@300mm对管线进行保护 ，且全护筒拧管旋挖钻钻孔时缓速下钻 。顶管顶进施工时，确保压注足量减磨泥浆以填充管节与土体之间的间隙，严格控制管线及地表沉降，发现较大沉降立即采取压泥控制沉降措施。

采用全护筒拧管跟进旋挖钻挖除污水管，钻孔布置φ1200@800mm，共14 根。 成孔后将护筒内泥土和污水管挖除，桩孔回填水泥土浆（配比同上），边回填边拔出护筒，能够满足顶管推进保压要求。拔出护筒回填完成后进行下一钻孔清障及回填施工，因保护国防光缆，残余污水管由顶管机切削清除。

污水管北侧现存400mm×200mm通信国防光缆，埋深约2.0m，现场探明有约2.2m长国防光缆距离污水管净距约0.22m 。为保护国防光缆 ，旋挖钻施打护筒需与国防光缆保持0.5m的安全距离，将会存在长度2.2m污水管不能完全挖除干净，即只能挖除废弃污水管管径的一半（右侧断面图中，圆形污水管虚线部分表示旋挖钻已清除，实线部分表示残余污水管，需要用顶管机切削清除），其余区域污水管均能全管径挖除干净。

清障及沉降控制效果

清障效果

经统计，若采用全护筒拧管跟进旋挖工艺，大部分桩孔能挖除10~12根MPP管，仅个别桩孔挖除9根MPP管，即有些旋挖钻钻孔内MPP管无法完全挖除干净，MPP管障碍物清除率达92%，残余MPP管由顶管机刀盘搅拌切削，通过螺旋机排出 。

采用全护筒拧管跟进旋挖工艺能基本清除干净文创站B号出入口顶管断面内大部分废弃污水管， 仅存在长2.2m污水管为保护通信管线未完全挖除 ，残余污水管由顶管机刀盘搅拌切削，通过螺旋机排出。

文创站B号出入口顶管顶进至残余污水管时， 仅左侧螺旋输送机有短钢筋、碎混凝土块、承口钢板排出，而右侧螺旋输送机出土正常，验证了文创站B号出入口顶管断面内大部分废弃污水管基本清除干净，仅存在长度2.2m污水管为保护通信管线未完全挖除的结论。排出的混凝土块长5~20cm，宽5~10cm，钢筋长15~55cm，承口钢板规格为20cm× 20cm，有明显的切削痕迹。

根据沉降监测数据，在距离始发洞门17.5m位置处沉降最大，达到12mm。究其原因是由于此处为绿化廊道与绿博大道道路交界，故沉降最大。MPP管清障用时15d，总费用约99.4万元。清障过程中，通过严格把控各工序的施工质量，使用流塑状水泥土浆及添加适量速凝剂，能够保证钻孔回填密实，最终将地表沉降控制在15mm以内，地表沉降控制效果良好。

清障及顶管施工过程中国防光缆和雨水管最大沉降为9mm，说明旋挖清障施工前采用的槽钢密插及缓速钻进、顶管推进施工采用的减磨泥浆套及缓速推进等措施起到了保护管线的作用。

结合郑州轨交8号线文创站顶管障碍物情况，通过采用安全、经济、合理的清障方案及对顶管机进行针对性的改制，有效地清除了地下障碍物，降低了矩形顶管施工风险，顺利将困难化解。本文对其施工阶段清障措施进行了总结，得到的结论如下。

（1）应加强顶管工程周边的地下障碍物物探摸排工作，在施工图设计阶段先见性地避开地下障碍物，降低顶管施工的风险与难度。

（2）全护筒拧管跟进旋挖清障方案对韧性管道和钢筋混凝土管障碍物均具有适用性，MPP管障碍物清除率达92%，距离通信管线较远位置污水管基本清除干净，且清障施工最大地表沉降控制在15mm以内。表明此方案通过回填水泥土浆，可确保钻孔回填密实，对深埋管线障碍物的清障及地表沉降控制有良好效果。

（3）根据不同种类障碍物，通过对顶管机进行针对性改制，少量残余障碍物可由顶管机切削清除。

（4）对于深埋障碍物，采用全护筒拧管跟进旋挖法清障有明显的施工环境效益、经济效益和社会效益，为城市复杂环境下的地下障碍物处理技术提供了更多选择，有待进一步研究和推广。