工程概况
工程设计情况
工程位于杭州市庆春路与大学路交叉路口，走向为南北横穿庆春路，交叉路口东北侧为三瑞厦、东南侧为远洋大厦、西南侧为青春外贸大厦，西北侧为银座大厦，东侧距运河支流约25m。
人行过街通道平面布置呈“一”字型，共设置4个出入口，均出地面，建筑面积为1135.5m二地下主通道净宽6.2m，净高3.0m，长度为32.74m，覆土深度约为5.6m，两端出入口采用明挖法施工，主通道采用盾构顶管法施工、矩形管节支护，设计纵断面如图所示。
设计纵断面图(mm)
地质条件
根据《岩土工程勘察报告》，基坑开挖依次穿越杂填土、砂质粉土，基底坐落于砂质粉土层，其特点是震动反应迅速、干强度低、韧性低。
水文条件
建场地地下潜水类型主要为人工填土层及粉土层中的孔隙潜水，以粉砂土分布为主，其渗透系数较大，不良地质表现为管涌、流土以及工程震动液化。
盾构顶管技术
定义
盾构顶管技术是一种新型的组合技术，原理是借助顶进设备将盾构机与其后方管节同步顶入前方土体，顶进的同时利用盾构机挖出土体，水平运输至工作井后采用龙门吊吊出，每一管节顶进完成后，增加管节重复顶进，直至通道贯通。
技术特点
（1）施工期间无需中断交通。采用顶管法对地面无任何影响，施工控制精度高，对周边环境影响小，具有明显优势。
（2）施工噪声与震动较小，对周边居民基本不干扰，同时利于职业健康保护。
（3）管节整体工厂化制造，构件质量可靠，便于现场拼装。
（4）施工所用盾构机、顶推设备体积小、重量轻，易拆卸 、易安装 、运输方便。
工艺流程
盾构顶管法施工工艺流程如图所示。
关键技术
进出洞口加固及止水
根据前述地质、水文条件可知，工程位置处于软土区且地下水丰富，为了保证顶管进洞及正常顶进的施工安全需要，须对进出洞口进行力個和止水。
进出洞口加固。顶管始发井、接收井洞口均采用ɸ850mm@60mm三轴搅拌桩加固，加固范围为沿顶管顶进轴线方向3m，顶管两侧各3m，深度自地面至顶管底板以下3m。
考虑始发井后背作为顶推设定的反力墙使用，对其采用加固方式，加固范围同上。
进出洞口止水。始发井洞口：根据设计文件，施工前安装帘布橡胶板密封洞圈，防止润滑泥浆和地下水涌入工作井，并在洞口外侧设置2个ɸ80cm降水井。
盾构机顶进施工
（1）关键参数的设定
1）正面土压力的设定
本工程采用多刀盘（6个）土压平衡式盾构机，其高度4.7m、长5.6m、宽度7.1m，含配件总重量130t。
平衡土压力根据弹性土压力理论进行计算，其计算公式为：
式中，P为土压力（MPa）；K°为软黏土侧向系数，按tan²（45°-
φ/2)计算，φ取30.7°。y为容重，取19.7 kN/m³；h为覆土深度，管道上部取5.6m，下部取10.3m。
经计算，K°=O.33，P上=0.036 MPa，P下=0.067MPa。
顶管机从加固区进入原状土时，应保持正面土压力稍大于理论计算值，以避免产生地表沉降。为防止顶管机下沉，将管片通过内壁埋设的预埋件，用钢板将机头与其后的三节管片进行焊接。
2）主顶力的设定
总拉力为初始拉力与盾构机的迎面阻力之和，其计算公式为：
其中，初始拉力F1计算公式为：
盾构机的迎面阻力F2计算公式为：
式（2）~（4）中：F0为总顶力标准值（kN）；h为盾构机高度，取4.7m；ɑ为盾构机长度，取5.6m；b为盾构机宽度，取7.1m；Fk为管道外壁与土的平均摩阻力，取5.0kN/m²；l为顶进长度，取32.74m。
据公式计算知，总顶力F0为55136.49kN，远小于盾构机额定主顶力24000kN。
以上数值为理论计算值，土压力值应根据地质条件、监控量测数据等作相应的调整修正。
出土量控制。随着顶管开挖断面的增大，出现渣土改良的不均性、土舱内各点压力差别较大等风险，对开挖面的稳定带来不利影响。顶管推进过程中应严格控制出渣量，同时应重视盾构机前方的土体改良。
本工程理论出渣量为49.23m³，实际出渣量控制在理论出渣量的98%-102% ,地层损失率控制在3%以内。
掘进轴线控制。顶管机在软土层中推进时，周围地质情况极易对顶管的姿态产生重要影响。
在盾构机顶进过程中，控制最大纠偏角度在1.5°以内，不得超出盾构机自纠偏能力，一般可通过反转刀盘等方法纠正。盾构机的掘进过程是不断纠偏的过程。施工现场在每一管节顶进到位后，测量盾构机头的状态、姿态、空间位置，确认是否与设计要求相吻合，以免引起土体扰动或者管节间出现张角。
地面沉降控制。具体措施：
（1）初始顶进速度宜控制在1~2cm/min；正常顶进时，顶进速度宜控制在2~3cm/min；
（2）根据地质水文、监控量测数据等优化调整土压力设定值；
（3）控制出渣量在理论计算值的98%-102%之间，否则应分析原因；
（4）控制过往车辆流量及行驶速度，限制重型车辆通行，避免产生较大的震动。
盾构机止退控制。在拼装管节、加垫块、主顶油缸回缩时，机头和管节会后退20-30cm，造成盾构机头前方土体失去支撑而坍塌。
为保证施工安全、确保管节状态稳定，在始发井内设置专用止退架，利用管片沿环向设置的预留吊装孔阻止管片后退。
顶进过程中的同步注浆和二次注浆
同步注浆与二次注浆均压注触变泥浆，为了使浆液压注后均匀分布，注浆管路采用并联方式，保证各注浆孔压力值相等或者接近相等。
同步注浆。（1）同步注浆的作用，为减少管节与周边土体间的摩擦力，在管节顶进过程中进行同步注浆。为加强同步注浆管理，做到注浆掘进，不注浆不掘进。（2）注浆压力控制，注浆压力一般为掘进面水土压力1.2-1.3倍，顶进过程中应根据地层特征及水压力进行调整；注浆范围为顶管机后方3~5环管节，亦可根据现场实际进行调整。
二次注浆。（1）二次注浆的作用，为了补充土体及同步注浆失水、预防路面发生不均匀沉降、保证触变泥浆套的完整性，需要进行二次注浆施工。（2）技术要点，①可在顶管推进过程中，每掘进10~15m完成一次二次注浆，其注浆量为同步注浆的0.2-0.3倍，并结合顶进推力、地层参数、地表沉降等参数进行确定。
②在始发洞门15~20m范围内须持续的补充注浆，每掘进一环注浆量为0.6~0.8m³。
置换注浆
盾构机顶进施工结束后，采用水泥-水玻璃双液浆置换施工过程中压注的触变泥浆，以便及时固结通道，同时加强防水。
注浆压力为同步注浆时的0.2-0.3倍，置换注浆环向从管节顶部对称向下部施工，轴向从始发端朝接收端压注。
盾构机接收
顶管贯通前应对盾构机所处的轴线、状态、姿态等进行复核测量，以便出洞后正确坐落到接收井的基座上。在盾构机出洞时的施工要点：
（1）机头进入加固区后，立即停止注浆，以增加摩擦力、防止地下水进入通道。
（2）第一管节顶入加固区后停止顶进，及时通过管节注浆孔注入聚氨酯。
（3）盾构机切口距离接收井维护结构20cm左右时停止顶进，立即凿除洞门灌注桩混凝土。
（4）灌注桩混凝土凿除后，盾构机立即顶进，待第一管节前端部进入接收井维护结构20~40cm时停止顶进。通过第二管节注浆孔注入聚氨酯，通过第三管节注浆孔注入双液浆液。
（5）接收托架的轨面标高除适应于线路情况外，适当降低20mm，以便盾构机顺利上托架。
（6）盾构机吊出接收井后，尽快封堵管节与洞门之间的缝隙。
监控量测
监测原因。（1）工程所在位置为软土地质且地下水位较高，在水头差及渗流作用下，地下通道施工过程中易产生管涌、流砂等现象。（2）充分考虑了通道上部道路车流产生的动荷载影响、施工振动时易产生振动液化现象，避免发生安全质量事故。（3）工程所处周边重要建筑物、重要管线较多，交通流量大、行人多。（4）为了及时反映结构及周边环境状态，对注浆全程实时监测。
监测项目。在施工过程中需要对外部环境、顶管通道进行严密监测。 （1）外部环境监测， ①周边建筑物、地下管线沉降及变形监测； ②围岩变形监测，如地表隆陷、掌子面变形、土体垂直位移、土体水平位移等； ③ 地下水参数情况的监测，如地下水位、渗水压力等。（2）顶管通道监测，围岩与通道结构相互作用监测，包括管节顶部沉降、周边净空收敛位移、管节内力和变形等。
警戒值设置。根据设计图纸结合水文地质条件，报警按照累积变形和变形速率分级控制，拱顶沉降和地面沉降值达到20mm为三级报警，可以正常施工；达到34mm为二级报警，即异常，需引起注意，如连续3d变形速率有增大趋势时，分析原因并采取措施；达到50mm时为一级报警，停止施工，分析原因并采取措施。
施工注意事项
在工程施工期间，为确保周边建筑以及施工安全，始发井后背25m、接收井后背15m范围内土体不得开挖。
在顶进过程中，应该合理控制顶进速度，最大限度地减小顶进过程中对周边土体的扰动。
在顶管始发及接收时，应该提前将地下水通过现场降水设备降至底板以下1m，以确保现场施工安全。
顶管过程顺利进行的关键技术之一是控制土层扰动引起的地表沉降。顶进过程中为控制地表沉降，应对开挖土体进行改良，土体改良所采用 浆液配比通过现场试验确定。
管节拼装时，严格控制管节水平及竖向误差，允许误差范围为0~1mm。
顶进施工过程中，要随时准备纠偏，严格控制千斤顶顶力和顶管机出土量，确保顶进方向正确。
富水软土地区顶管时，将盾构机垂直姿态降至设计轴线以下一定数值（≤5cm），以此抵消管片位移量，即可保证成型隧道的轴线精度。
结语
近几年来，随着科学技术不断发展与创新，盾构顶管法被推广应用到城市过街地道工程施工。但矩形断面过街地道工程，在软土、富水具体环境中应用的并不多，技术人员应从关键技术、顶进设备、施工管理等方面加强控制。