城市復雜環境矩形過街通道淺埋暗挖施工技術研究

辛 猛，周細平，袁銀書

(中建六局土木工程有限公司 天津300457)

城市復雜環境矩形過街通道淺埋暗挖施工技術研究

辛 猛，周細平，袁銀書

(中建六局土木工程有限公司 天津300457)

在運營繁忙的公路和正常使用的地下管線下修建下穿暗挖通道等地下工程時，既要考慮承受汽車動載作用，還需考慮管線下沉造成的影響。以膠州市民廣場人防工程澳門路、香港路過街通道為例，針對該類型通道具有矩形大斷面、穿越管線多、薄覆蓋層等特點的情況，研究并采用城市復雜環境矩形過街通道淺埋暗挖施工技術。

矩形斷面淺埋暗挖 管幕后背裝置 小覆跨比暗挖

0 引 言

近年來，暗挖通道施工技術在國內外均已得到了很大的發展，在地層較為均一、施工環境較為簡單的工況下已經取得了階段性的成果。然而，對于運行公路及正常使用的地下管線下的矩形淺埋通道來說，汽車動荷載及管線下沉的影響等特殊因素會造成施工風險及困難，尤其是在下穿通道具有矩形大斷面、穿越管線多、覆蓋層薄等特點的情況下，如何確保在工程施工過程中結構的受力安全性，有效控制地面或既有結構物的沉陷，全面保持地層處于穩定狀態，降低工程成本，提高經濟效益，便成為類似工程迫切需要解決的一系列問題。針對此類結構的設計與施工關鍵技術極具研究價值，對今后的類似工程具有重大的理論參考和實踐指導意義。基于此，本文提出城市復雜環境矩形過街通道淺埋暗挖施工技術。與傳統的暗挖施工方法相比，本施工技術有如下特點：①通道暗挖施工與主體結構同步進行，施工管幕的后背裝置沒有可利用的后方土體。本技術設計采用后背墻鋼架裝置，安全承載力大，使施工期間不影響上部重要道路的正常使用功能，并能有效控制地表和上方重要建構筑物的沉降。②本工程為矩形斷面淺埋暗挖，上側管幕距現路面僅2.5,m，穿越澳門路區段管幕長40.2,m，穿越香港路區段管幕長68.5,m，矩形通道寬度均為15,m。對于矩形暗挖斷面結構受力不太合理及超淺埋的情況，考慮支護體系的安全性、適用性、經濟性等因素，確保工程安全。③結構通道穿過多條管線，包括電力、污水、雨水等，在支護管幕施工作用、結構施工作用、路面汽車動荷載作用下對現場監測結果的分析，進一步施工時產生的受力、變形狀況預測。④鋼筋混凝土通道頂板厚700,mm，通道頂板混凝土澆筑，作業面狹小，頂板鋼筋配置密集，不能進行機械振搗作業，通道為矩形斷面且跨度大，頂板混凝土澆筑施工難度大。項目采取變更自密實混凝土、計算頂板澆筑口位置數量、對工人進行特殊培訓等措施，保證了矩形暗挖通道頂板混凝土澆筑質量。

1 工程概況

膠州市民廣場位于膠州市新城區，北起三里河公園，南至青年湖，全長約1,160,m，是集休閑運動、購物、居住、體育文化活動于一體的多功能廣場。該工程戰時作為人員物資掩埋處，平時作為商場、停車場，并成為該區域的地標性建筑。

本工程規劃用地面積41,436,m2，總建筑面積為35,749,m2，人防區建筑面積為24,011,m2，結構穿過澳門路、香港路，在地下人防橫穿澳門路和香港路處，由于地面交通繁忙，運行管線較多，地下人防工程施工過程中為不影響公共交通的運行，采用淺埋暗挖法進行施工。其中穿越澳門路區段長40.2,m，穿越香港路區段長68.5,m，寬度均為15,m，高度為5.9,m，結構頂板距現地面僅2.5,m。

2 施工工藝原理

采用長大管棚支護下的暗挖施工法進行施工，施工步驟包括：①管幕后背基礎施工及鋼架制作；②將鋼管按一定的順序分節頂入土層中，鋼管之間設有鎖口，使鋼管彼此搭接，形成管幕；③在管幕內全斷面開挖，邊開挖邊支撐，開挖分3個導洞，每個導洞分步開挖，即1號導洞開挖≥6,m后開始開挖支護2號導洞，2號導洞≥6 m后開始開挖支護3號導洞；④初期支護采用工字鋼架＋鋼筋網片方式進行，初支厚250 mm，工字鋼架間距為0.6 m/榀，外側工字鋼與管棚點焊；⑤主體結構施工，包括基礎筏板、剪力墻柱、頂板，主體結構完成后拆除臨時支撐，頂板與防水層之間注漿。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程(見圖1)

3.2 后背基礎施工及鋼架制作

管幕施工前先進行后背基礎及鋼架施工，后背基礎設為3排，包括1,000,mm×1,000,mm獨立基礎及1,000,mm×4,000,mm條形基礎，基礎埋深1.5～2.8,m，基礎混凝土等級C30；后背墻基礎頂部預埋10,mm厚鋼板埋件與工字鋼架焊接連接，預埋件錨筋為 Φ22，長度為500,mm，鋼架平面尺寸為20,m×17.2,m，采用工字鋼焊接而成，高度為8.2,m。

圖1 施工工藝流程圖Fig.1 Construction process flow chart

3.3 管幕施工

3.3.1 管幕設計

管幕設計參數為：鋼管直徑325,mm，壁厚8,mm，管長澳門路為40.2,m、香港路為68.5,m，管幕鋼管間采用鎖扣連接，形成整體。每根管幕鋼管需要多節鋼管焊接形成，單節加工長度為6,m，管內灌注C20混凝土；為保證管棚受力工況合理，在管棚兩端設置門框，詳情如圖2所示。

圖2 澳門路過街通道管幕布置圖Fig.2 Corridor layout of Macao Road Underpass

3.3.2 管幕頂進施工

設備就位完成后進行鋼管的吊裝就位和鉆機安裝，鋼管安裝在頂管設備支架的滑動托架上。鋼管到位后進行中線和標高的調整，調整到位后固定在滑動托架上，配好鉆桿和鉆頭位置后，鋼管、螺旋鉆桿和動力頭連接牢固。

準備就緒后進行管幕頂進施工，在頂進施工時要特別注意首根鋼管控制開始幾米的施工精度，防止鋼管的上浮，φ325鋼管就位采用無線導向儀在鉆進過程中準確測定鉆頭在地下的位置和方向，鉆頭內裝有特質的傳感器，傳感器的發射信號在導向儀顯示屏顯示出鉆頭的傾斜角和面向角。根據鉆頭位置與設計軌跡的差異，調整鉆頭的方向，完成導孔定位工作。導向鉆頭是上下糾偏的關鍵，導向管是隨鉆打入的，起到套管護壁作用。頂進過程中隨時測量鉆頭的走向，及時進行調整和修正。在一節鋼管頂進完成進行下一節焊接時，要用卡套固定兩根鋼管，不允許接口處出現錯口和中線折角。頂進過程中通過控制螺旋鉆的出土速度和鉆頭伸出的位置決定頂進的速度，防止管幕鋼管前方的土體塌落，詳情如圖3所示。

圖3 管幕施工剖面圖Fig.3 Profile of pipe curtain construction

3.3.3 管內灌注混凝土

鋼管頂進完成后開始灌注混凝土，灌注混凝土前，應對孔道進行清潔處理，并使孔壁完全濕潤。沖洗后使用不含油的壓縮空氣將孔道內的所有積水吹出。管幕鋼管內采用C20混凝土，坍落度20,cm，灌注由一端進行，排氣口位于另一端，設在鋼管頂部，當排氣口混凝土溢出，即停止灌注。灌注時應緩慢、均勻地進行，不得中斷，并使孔道內排氣通暢。

3.3.4 管棚端部施工

鋼管全部布設完成后，需將兩端的管頭連接起來，使端頭部位形成一個整體。端頭連接方法是將兩端的管頭與工字鋼門框固定，固定方法為點焊，使端頭部位形成一個整體。

3.4 導洞開挖及支護

3.4.1 導洞土體注漿加固

由于暗挖通道主要位于粉質粘土層中，底層松軟，自穩能力差，加之地下水位較高，導洞開挖前，先進行土體注漿，為了達到理想的注漿加固效果，在預注漿加固上方土體時采用后退式鉆孔注漿的施工工藝。注漿孔間距為800,mm，每循環注漿深度為10～15,m，后退長度為0.5～0.8,m，注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿。

注漿施工結束后，通過注漿體內鉆孔，檢查漿液分布情況及加固效果，加固效果較差的區域須進行補充注漿。檢查孔的數目約為總注漿孔數的5%,～10%,，布孔的重點是地質條件不好的地段以及注漿質量較差或有疑問的部位。

3.4.2 導洞開挖

開挖將其分為3個導洞，每個導洞均采用正臺階法施工，上半部開挖完成后再進行下半部開挖。每個導洞錯開6,m，臺階長度不超過2,m，開挖步距為0.6,m。開挖過程中視地層情況留置核心土，核心土應保持1∶1～1∶3放坡，防止土方坍塌。

1號導洞開挖完成6,m后，進行2號導洞開挖，2號導洞開挖完成6,m后進行3號導洞開挖。2號、3號導洞開挖及支撐方法與1號導洞相同，一直將3個導洞開挖、支撐完成后進行下一道工序(見圖4)。

圖4 導洞開挖示意圖Fig.4 Schematic diagram of pilot tunnel excavation

開挖施工技術要求：一般情況下，臺階長度控制在2,m以內，在遇水開挖困難地段臺階長度適當延長，以滿足施工安全；嚴格控制隧道開挖的中線和水平，開挖輪廓要平順，防止超挖，局部欠挖處人工修鑿；當土體自穩能力較差時，應盡可能縮短開挖臺階長度，減少掌子面暴露時間，盡快封閉成環；做好開挖的施工記錄和地質斷面描述，加強對洞內外的觀察，做好地質超前預報工作；開挖過程中必須加強監控量測，當發現拱頂、拱腳和邊墻位移速率值超過正常允許值或出現突變時，應及時采取加臨時支撐、封閉掌子面注漿等措施，以控制位移和變形。對連續沉降的地段，根據量測結果進行跟蹤注漿；開挖過程中出現涌水、涌砂現象時，應遵循“短開挖、快封閉”的要求，縮短封閉時間，進行分部、分塊開挖，鋼架架立后立即噴砼封閉，避免引起地層沉降。

3.4.3 鋼架安裝

分部土方開挖后及時沿洞頂及側墻部位安裝鋼架，鋼架安裝間距同開挖步距。首先檢查開挖斷面，是否開挖到位，有無欠挖現象，若有欠挖，要提前處理，以保證鋼架一次架立合格。

保證中線要準確，掌子面有明顯的中線標記，避免因鋼架偏離中線造成嚴重的超欠挖現象。架設鋼架時，每個斷面一側至少5組支距，與設計支距相比較，差值超過10,mm，應進行調整。架設頂部鋼架時，沿邊墻距底板一定距離，要測標志線，依據此線，測3組數據，邊墻2組，中線一組，與設計比較，差值超過20,mm，應進行調整。

保證鋼架置于穩固的基底上，施工時在鋼架基腳部位預留20～30,cm原土，待架立鋼架時挖槽就位，并在鋼架基腳處增設縱向槽鋼托梁，以增加基底承載力。

為保證鋼架位置安設準確，待鋼架架立到位后，立即用Φ28縱向連接筋將鋼架焊成一體。環向間距為1,m，鋼架立畢后，用砂將鋼架拱腳連接板埋住，以便與下單元鋼架連接。

3.4.4 鋼筋網片安裝、噴射混凝土

工程鋼筋網片均采用半成品網片現場拼接的方法施工，預制網片的寬度與鋼架間距適應。網片制作鋼筋為φ8，網格間距200,mm×200,mm，網片搭接不小于一個網格長度。掛網在初噴砼及施作錨桿后進行。通過多功能作業臺架，采用人工沿開挖面一環一環鋪設，并與鋼架焊接連接。掛好網片后，將網片之間的接頭以及網片鋼筋和錨桿頭、鋼架等焊接牢固，避免網片超出噴砼厚度和噴砼時網片晃動。

噴射混凝土采用濕噴工藝，減少回彈及粉塵，創造良好的施工條件，混凝土在洞外拌合，由運料車運至噴射工作面，速凝劑在作業面隨拌隨用。噴射混凝土作業分段分片進行。噴射作業自下而上，先噴鋼架與壁間隙部分，后噴兩鋼架之間部分。一次噴射厚度根據噴射部位和設計厚度而定，頂部宜為5～6,cm，邊墻為7～10,cm，后噴一層應在先噴一層凝固后進行，若終凝后或間隔1,h后噴射，受噴面應用風水清洗干凈。噴射混凝土終凝2,h后開始灑水養護，灑水次數應以能保證混凝土具有足夠的濕潤狀態為度，養護時間不得少于14,d(見圖5)。

圖6 通道結構主體筏板做法示意圖Fig.6Schematic diagram of the main body of the channel structure

圖5 支撐鋼架及掛網噴錨示意圖Fig.5 The supporting steel frame and Shotcrete Rockbolt Mesh diagram

3.5 主體結構施工

3.5.1 墊層及筏板施工

破除中隔壁下部1,m高混凝土，在中隔壁工字鋼四圈焊3,mm厚止水鋼板止水帶，寬400,mm通道部分防水等級設為一級，底板混凝土采用C40P8，厚度為600,mm，卷材選用4,mm＋3,mm厚改性瀝青防水卷材，底板防水卷材施作前需在初支表面抹20,mm厚防水找平層；筏板施工縫留設高度為1,500,mm，中間留設鋼板止水帶(見圖6)。

3.5.2 墻、柱施工

通道部分外墻厚度為500,mm，混凝土采用C40P8，卷材選用4,mm＋3,mm厚改性瀝青防水卷材，底板防水卷材施作前需在初支表面抹20,mm厚防水找平層；墻柱施工縫留設在柱帽底部，外剪力墻中間留設鋼板止水帶。

3.5.3 頂板施工

破除中隔壁頂部1,m高混凝土，在中隔壁頂部工字鋼四周焊 3,mm厚止水鋼板止水帶。通道頂板厚度為600,mm，混凝土采用C40P8自密實混凝土，卷材選用4,mm改性瀝青防水卷材＋1.5,mm厚PVC防水板。澆注頂板混凝土前，在頂板處留φ200圓孔作為灌注孔，頂板灌注孔間距為5～15,m。混凝土分層澆注應左右對稱進行，采用泵送混凝土，并配合附著式振搗器振搗，先以邊墻處澆注口進料，最后用中間頂部澆注口封頂，同時應按設計要求預埋注漿管，注漿管頂端管口靠近防水層表面，并將注漿管用鋼筋固定，以備背后注漿。同時頂部混凝土澆筑前，需在該倉較高處中部設置排氣管，用鋼筋固定，混凝土是否灌滿可通過排氣孔和端頭模板的漏漿狀態來判斷，應避免混凝土過滿超壓，損壞模板支架。

3.5.4 拆除中隔壁、頂部注漿

待混凝土達到設計強度后，拆除中隔壁支撐。由于模注混凝土工藝的局限性，在頂板位置，主體結構混凝土與初支混凝土之間往往存在一個月牙形的間隙，其矢高一般在0～3,cm之間。為此，在主體結構施工完畢后，需要對該間隙進行灌漿充填(見圖7)。

其技術要求如下：主體結構混凝土模板安裝時，在拱頂預埋注漿管，注漿管頂端管口靠近防水層表面，并將注漿管用鋼筋固定，以免混凝土澆筑過程中造成注漿管移位。頂板注漿管為每3,m一根；主體結構混凝土背后注漿在混凝土達到設計強度100%,時進行；漿液采用水泥水玻璃雙液漿，配比為1∶1，水泥漿水灰比為1∶0.6，水泥中添加2%,～3%,的微膨脹劑。注漿壓力不宜過高和過低。當注漿壓力達到0.2,MPa時可終止注漿。

圖7 通道結構主體做法示意圖Fig.7 Schematic diagram of main channel structure

3.6 地表沉降和管線監測措施

后背基礎安裝完成后，管幕施工前即進行沉降觀測，沿通道軸線按5,m間距布設地表沉降測點。同時，按5.5,m間距布設地表橫向沉陷槽測點。每個暗挖通道在洞口處和中間各布置一個斷面。在隧道開挖影響范圍內(2倍洞徑)的主要地下管線上方地表沿管線軸線按10～15,m間距布設地下管線沉降測點。

測試頻率：開挖距量測斷面前后0～2,B(B為洞徑)時1～2次/d，2～3,B時1次/d，3～5,B時1次/w，大于5,B時1次/m(B為洞徑)。可根據施工條件和沉降情況增加或減少觀測次數，隨時將地表觀測信息報告給施工人員。

在暗挖通道施工影響范圍內的房屋承重構件或基礎角點、中部及其他構筑物特征部位布設測點，測點間距為10～20,m。其觀測頻率與地表沉降觀測頻率相同。

沿通道方向在左右隧道拱頂按5,m間距布設拱頂下沉測點。測試頻率：開挖距量測斷面前后0～2,B(B為洞徑)時1～2次/d，2～3,B時1次/d，3～5,B時1次/w，大于5,B時1次/m(B為洞徑)。

在取得監測數據后，要及時進行整理，繪制位移或應力的時態變化曲線圖，由技術人員分析。

4 結 語

隨著地下空間的開發利用，城市地下空間作為擴充城市基礎設施的重要手段將成為現代城市解決城市交通問題與環境問題的最佳途徑。針對下穿過街通道具有矩形大斷面、穿越管線多、覆蓋層薄等特點，本文以具有典型代表的膠州市民廣場人防工程為依托，研究了城市復雜環境矩形過街通道淺埋暗挖施工技術，可為以后同類工程設計與施工提供借鑒。■

［1］ 膠州市民廣場人防工程巖土工程勘察報告[R]. 2013.

［2］ 膠州市民廣場人防工程結構施工圖[Z]. 2013.

［3］ 建筑地基基礎設計規范[S]. GB 50007—2011.

［4］ 公路隧道設計規范[S]. JTG D70—2004.

［5］ 建筑基坑支護技術規程[S]. JGJ 120—2012.

On Shallow Buried Excavation Construction Technique for Rectangular Section of Underpass Under Complex Urban Environment

XIN Meng，ZHOU Xiping，YUAN Yinshu
(China Construction Sixth Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China)

When carrying out underground construction such as tunnel digging under busy operating roads and normally used underground pipelines, it is necessary to consider the influence of vehicle dynamic load as well as the influence of pipeline sinking. This paper takes the civil air defense engineering of Macau Road and Hong Kong Road in Jiaozhou Civil Square as an example, and carries out a study and implementation of underpass tunnel digging by using shallow buried excavation construction technique under the complex urban environment. The tunnel features rectangular section, pipeline crossing and thin covering layer.

shallow buried excavation with rectangular section；tube screen back device；small span ratio

TU74

：A

：1006-8945(2016)10-0088-05

2016-09-06