管幕工法是非开挖工艺的一种，作为利用小口径顶管机建造大断面地下空间的施了技术，国外已有20年的发展历程，在日本、美国、新加坡和中国台湾等应用于穿越道路．铁路、结构物、机场等下方之开挖工程，都取得了不错的效果，积累了一定的施工经验。该下法适用于回填土、砂土、粘土、岩层等多种地层。

　　管幕工法系以单管顶进为基础，各单管间依靠锁口在钢管侧面相接形成管排，并在锁口空隙注入止水剂以达到止水要求．管排顶进完成后，形成管幕。然后对管幕内土体进行加固处理，随后在内部边开挖边支撑，直至管幕段开挖贯通，再浇筑结构体。管幕可以为各种形状，包括半圆型，圆型、门字型、口字型等。管幕由刚性的钢管形成临时挡土结构，减少开挖时对邻近土体的扰动并相应减少周围土体的变形，达到开挖时不影响地面活动，井维持上部建(构)筑物与管线正常使用功能的目的。

 

图1  管幕顶管完成

 

 

图2  管幕内部开挖支撑和结构浇筑同步进行

 

 

　　1、优点

　　a.不影响地面的正常交通，地面道路不用改道；

　　b.无需进行道路改建，即不需井挖道路和重新铺设路面；

　　c.无需进行管线改接(指地面下5m以内的各种管线的移位、复位等)．从而不发生断电、断水、断煤气等影响巾民生活的情况；

　　d.由于不抽取地下水(井点降水)．故地面沉降较小；

　　c.由于是一种在建筑物附近，但不对建筑物产生不良影响的施丁技术．故无需加固房屋地基和桩基；

　　d.由于无需打钢管桩，可以无噪声、无振动，可以24小时连续施工，也不存在在软土中打垂直钢管桩定位困难的问题；

　　g.管幕钢管锁口注浆片町有效地防止渗漏水。

　　2、缺点

　　a.埋入的钢管不能回收，成本较高；

　　b.使用小型顶管机进行施工．要求顶管机具有较

高的顶进精度和顶进速度。

 

　　目前正在建设的中环线北虹路段为穿越西郊宾馆等重要设施．采用管幕法工艺建造。它位于本市西南角宾馆别墅区，周边云集了西郊宾馆、西郊公寓酒店、新苑宾馆等众多高档酒店。地道工程轴线基本呈南北走向，沿虹许路穿越西郊宾馆接入北虹路．为长距离浅埋式地道。采用暗埋与敞开相结合地道结构布置。管幕段长130m。针对地道横断面布置要求，管幕由88根(水平方向顶、底各34根，垂直方向左右各10根)130m长的钢管组成一“口”字型管幕，钢管外径ф880mm，壁厚12mm。钢管锁口采用双角钢L-100×80×10(mm)，与钢管焊接制作。“口”字型管幕完成后外包尺寸为宽36.230m，高9,970m，内部净宽34.470m，净高8．210m。管幕内采用劈裂注浆，上体加固要求均匀．要求加固后土体土体强度指标≥0.18Mpa。

　　市政二公司为尽可能的缩短本管幕段顶进工期．尽早完成管幕段施工，减少对周围环境影响，采用12套顶管设备，两两组合形成“双圆”共同顶进，因此整个断面最多可形成6个“双圆”顶进工作面，完成本工程88根顶管施工。具体顶进施工部分组成如下：

　　①为保证上排基准管的精度，第一组机头先单独施工上排中间的18#基准管，然后由第一、二组机头分两个工作面向两侧扩展，

　　②至顶排以及两侧顶管的上半部分顶管施工结束。

　　③待上排第一、第二组机头完成16#-17#，19#-20#顶进，并空出向下的垂直运辅作业面后，开始下排的顶进施丁-。同样，为保证下排基准管的精度，由第五组机头先单独施工中排中间的63#基准管，然后由第五、六组机头分两个工作面向两侧扩展，直至下排顶管施工结束。

　　④底排顶管(包括最后关键的一根完成整个管幕封闭的顶管)施工结束后，进行底排顶管和中排以下的两侧6根顶管内部充填素混凝土。

　　如下图：

 

　　顶管作业应以横断面中轴线为基准对称进行，并保证最终的二根钢管成功锁口，形成完全封闭的管幕。管幕施下中对钢管锁门间填充止水材料，管幕形成后对底排和中间排以下的二侧6根顶管钢管内充填不收缩素混凝土进行充填，内部结构施丁完成后对二侧和顶排的顶管钢管进行充填不收缩混凝上的施工。

　　在本次管幕法顶管中计划引进国外公司的先进顶管掘进机，该机型为偏心回转圆锥型条幅式刀盘，即刀盘每回转一圈作剪切方向的偏心转动25次。可有效破碎砾石、防止粘土堵塞和防止顶管机本体的旋转。在管幕工程顶管施工中．由于管间横向联接的要求，故如何防止顶进过程中机体旋转至关重要。上述构造，使顶管机在顶进切削土体时，在减少顶进面切线方向的切削力同时大大增强垂直方向的切削力，故可特别有效地防止机头顶进中的旋转。该机装备有RSG激光诱导纠偏系统。在顶进中，机内光靶上可同时出现三个激光光点，分别代表：顶管机本体偏移量、应纠偏景和纠偏量。管幕顶管施工，因管间横向联接的要求，故和—般的顶进单根管不同对纠偏操作要求顶进时任何时刻均保持偏移量在规定范围以内，采用RSG系统，能使即使缺少操作经验的操作员也能勤测勤纠，在顶进过程中正确地按管幕顶管要求进行纠偏。顶管机本体，通过回拨棒(一种精密螺纹钢)和后方顶进装置联接，以便在必要时(如顶管断面遭遇互蹭等)进行回拨一定距离修改正偏穆量。

　　顶管设备布置图如下：

 

　　(1)顶力引算

　　1、机头迎面阻力：F₁＝rHtg²（45°+10.5°／2）×A＝1.71×14.5tg²50.25（

　　2、机头外壁阻力：F₂＝πD×L0×f0＝π×0.88×4.5×1.5＝19t；

　　3、管外壁摩阻力力：F₃＝πDLf＝π×0.88×130×0.3＝108t；

　　4、总阻力：F＝F₁＋F₂＋F₃=72t＋19t＋108t=199t；

　　所以，根据以上汁算本]程顶管能满足一次顶进130m要求。

　　至共4台视不同需要来选样，

　　(2)顶管的纠偏要点

　　由于管幕足由许多独立的钢管榫接而成，施工过程中若有钢管固精度控制不良，造成顶进方向的偏差，势必影响后续顶管的施工：，并且钢管顶进偏差大可以导致锁口角钢变形和脱焊，管幕无法闭合，顶力增大而无法顶进，锁口密封质量差，管幕尺寸误差大等一系列问题。故顶管的精度尤其是基准管的顶进精度在管幕施工中是一个重要的因素。

　　因此，管幕法施工对钢管顶进的导向精度要求很高．设计规定误差为3m，而在施丁过程中我们制定的偏差标准为2cm。囚此，如何保证122根钢管按设计轴线顶进到位，尤其对方向偏差精度要求特别高，采用哪些技术措施来保证顶管的方向控制精度，对本工程管幕段施工至为重要。为使顶管姿态得到有效控制，采用本公司自行开发研制的雄鹰顶管自动引导测量系统。该系统能自动跟踪掘进机，随时显示机头精确姿态，并能预测机头顶进方向趋势．超前指导操作人员纠偏。该系统为本公司独创，在大量顶管下程中已经得到可靠经验。它对高精度顶管至关重要。高精度方向控制对掘进机提出了开挖面稳定的要求。一旦开挖面尖稳，方向也难以控制。本机装备有RSG激光诱导纠偏系统。在顶进中，机内光靶上可同时出现三个激光光点，分别代表：顶管机本体偏移量、应纠偏量和纠偏量。

针对本I程淤泥质粘土的特点，掘进机的长径比要适当提高，根据我们长期积累的经验，本工程因管径小，机头长径比宜控制在1.5左右。这样会使得纠偏过程土体反力而积增加，纠偏动作灵敏，便于控制。

　　针对钢管顶进的特点，为使机头纠偏能带动后续整体刚性钢管导向，我们将另外增加一组纠偏装置，另在机头后方紧跟三节过渡钢管(类似F型管)，通过二组纠偏和三节活接头，使机头能顺利导向顶进。

　　建立健全高精度方向控制的管理机制，确保钢管按设计轴线顶进到位。纠偏操作方案应是顶管操作员交接班讨论的重点。方案的依据为测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降量等等。0.5°以上的大动作纠偏须尽量避免并慎重讨论，不得巳时也应争取在非重要地段进行井加强注意。纠偏动作后如无折角变动应即停顶，会同电工、机修工检查电路和液压管路，尽早排除故障，严防轴线超差。纠偏应在下管后尽早进行，注意观察倾斜仪读数的纠后趋势及光点滞后变化，同时通知地面和地下压浆人员加大同步压浆量。

　　(3)本工程顶管施工的质量标准

　　1、施上时顶管在水平和高程方向的顶进精度绝对误差不大干±30mm。

　　2、顶进过程中需进行地表跟踪监测，合理取用施上施工参数，保证地表的沉降小于10mm，地表隆起小于20mm。

 

　　北虹路地道断面尺十大，顶进距离长，土质情况差，对地表变形要求高，我们市政二公司经过周密计算大胆优化设计方案，采用管幕法结合箱涵顶进，不但降低了工程造价，而且施工风险大大降低。相信通过该工程的顺利实施．管幕法工艺将在国内有很大的发展空间。