盾構法施工綜合管廊經驗總結及設計建議

閆寧浩（中鐵十四局集團隧道公司，山東 濟南 250000）

1 工程概況

1.1 現狀管線及新增管線改擴建需求

成洛大道（三環至四環路）道路范圍內既有市政管線種類較多，包括：給水管線（輸水管線、配水管線）、雨水管線、污水管線、不同壓力等級燃氣管線、電力管線（淺溝）、通信管線（淺溝）、和壓力流垃圾滲濾液管線共7種管線種類。

新增管線：DN1400給水管、2.4m×2.7m 220kV電力隧道、10k電力（12孔）、通信（18孔）、D529天然氣、D426天然氣。

1.2 工程地質及水文情況

本工程地質斷面，自上而下地層情況依次為：

①人工填土、②2可塑黏土、②3硬塑黏土、③1黏土夾卵石、③2卵石、③3粉砂、③4細砂夾卵石、④1全風化泥巖、④2強風化泥巖、④3中風化泥巖。

隧道斷面基本位于④1全風化泥巖、④2強風化泥巖、④3中風化泥巖層中，部分位于卵石土地層、④3中風化泥巖平均強度6MPa，工程地質較好，不良地質為膨脹土。

場區內無統一地下水位，部分區域存在少量基巖裂隙水發育。

1.3 工法選擇、線路平縱斷面設計及主要結構參數

主要工法：綜合井采用明挖法施工、管廊隧道采用盾構法施工。

線路平面設計：綜合管廊線路全長4437m，沿成洛大道走向，最小曲線半徑1000m，共設置21座綜合井，其中始發井2座，接收井2座，綜合井間縱向間距約200m。

縱斷面設計：線路采用V型坡，最大埋深38m，最大縱坡36‰。

主要結構參數：管片采用鋼筋混凝土管片（C50P12），管片外徑9m，內徑8.1m。

1.4 內部結構分艙

隧道內部采用現澆混凝土進行分隔，共分為4個艙室，分別為水電信艙、高壓電力艙、輸水艙、燃氣艙，見圖1。

2 施工經驗總結

2.1 綜合井施工土方垂直提升方式選擇

經對比哈爾濱地鐵1號線南直路站端頭井汽車吊（25t）提升方案、蘭州地鐵1號線奧～世區間中間風井龍門吊（45t）提升方案和本項目蓮花吊垂直提升方案，本項目蓮花吊提升為最優方案。

汽車吊提升功效：約240m3/d；

龍門吊提升方案功效：約300m3/d；

蓮花吊提升方案功效：約600m3/d；

經三個項目施工實踐，蓮花吊垂直提升方案在功效、經濟性上均優勢明顯。

使用條件：基坑具備挖機喂料條件、現場具備臨時堆料條件、現場臨電負荷需求75kW。

圖1 管廊內部分艙

2.2 盾構始發場地需求

綜合管廊項目1號盾構機始發場地位于9#綜合井場區，前期征地時和地方進行了妥協，現場可用于臨建布置的場地只有3300m2，導致現場渣土池容量較小，成為嚴重影響盾構連續掘進的制約因素，工期不可控。

后2號盾構機在21#始發，項目對現場臨時用地進行了充分擴大，21#渣土池長度120m，寬度8m，深度3.5m，基本滿足連續施工需求。

表1 掘進功效對比表

2.3“上軟下硬”地層盾構機姿態控制過程中的矯枉過正

本項目1號盾構機掘進9#～8#區間時，掘進斷面為上軟下硬不均勻地層，其中正1環～正18環軟硬巖比為0.56，至正18環掘進結束，前盾上浮99mm，正19環～正31環，軟硬巖比為0.67，至正31環掘進結束，前盾上浮264mm。

經兩階段常規糾偏措施后，盾構機姿態持續上浮，后在正31環進行開倉，更換邊緣滾刀一把，超挖半徑增加7cm，至正40環，盾構機刀盤124mm，盾尾240mm，出現明顯下降趨勢。

由于超挖過大，造成同步注漿量增加，管片上浮很難控制，管片錯臺嚴重，隧道橢變最大值達到26cm，管片破損增加，嚴重影響了成型隧道質量。

后在7#綜合井開倉更換超挖刀，超挖半徑增加5cm，施工質量得到了較好的控制。

經驗教訓：不均勻地層控制盾構機姿態上浮，采用擴挖手段是可行的，但應采取循序漸進的謹慎態度，切不可猛糾，否則將會對施工質量造成嚴重影響。

圖2 正19環～正31環盾構機姿態

2.4 盾構機穿越綜合井防“栽頭”措施

該項目原設計盾構機穿越綜合井前對已結構施工完成的綜合井進行黏土回填，由于盾構機穿越期間，井外水系和井內回填土聯通，盾構掘進渣土改良過程中也會造成回填材料富水，造成承載力下降，容易造成盾構機在井內“栽頭”，成洛大道綜合管廊盾構及穿越17#綜合井時便發生了“栽頭”險情，后經調整后順利過站，為避免后期穿越綜合井安全，施工單位提出變更回填材料要求，變更為綜合井底板以上2m范圍內采用連砂石摻加水泥回填，水泥摻加量為回填量的4%～5%；2m以上部分采用土石回填；回填工程分層碾壓密實，每層厚度＜30cm，回填完成后，其壓實度不得低于90%，承載力不得低于270kN/m2。

2.5 內部結構施工工法選擇

該綜合管廊內部結構工序復雜，共有5個工序：弧形支座、隧底回填（兩側標高不一致）、下隔墻及中板結構、上隔墻、上隔墻頂部填充，本項目采取了兩種工法，支架現澆和臺車法，臺車法只應用于中隔板以下結構，臺車設計前對隧道斷面進行了整體測量，保證臺車模板能夠適應實際工況，對液壓系統進行了模擬，并增加外振器，保證混凝土振搗效果，上隔墻采用定制整體模板加固系統，實現整體移動，臺車法在9#～12#隧道區段進行應用，雖然功效上提高不大，但在勞務作業人員需求上減少了一半，模板及周轉材料大大節約，取得了良好的經濟效果。

3 對后續盾構綜合管廊設計的幾點建議

3.1 充分考慮盾構施工需求，結合支廊條件，進行綜合統籌優化

本管廊隧道院設計盾構始發井為9#、21#綜合井，均為分體始發，在1#、21#分別設計有1號和5號電力隧道，兩條電力隧道在設計階段應考慮作為盾構始發的反向隧道，避免出現盾構分體始發情況，節約建設成本。

3.2 綜合井建筑結構設計存在問題與分析，改進措施與建議

始發與接收井環框梁：始發與接收井環框梁環框梁采用矩形截面（優化前），中板與環框梁通過套筒連接，其施工縫均位于同一位置，后期施工縫容易出現開裂現象；

改進措施：環框梁與中板采用企口形式，改善中板與環框梁間的連接方式，使結構受力更合理，見圖3。

圖3 環框梁與中板連接優化圖

3.3 綜合井數量偏多

該綜合管廊全線共設21處，施工過程中盾構機頻繁過井，給掘進過程中的盾構姿態控制、掘進精度提出了更高要求，且每個井都需要完整的圍護工程、結構工程、機電安裝工程，較多的綜合井，增大了項目投資。從火災工況下的火災規模、人員疏散時間及排煙風機規模、高溫對土建和設備的影響等方面著手，優化防火分區長度，減少綜合井數量，從而減少對盾構施工影響，優化項目總投資。建議后續設計中優化節點布置，降低建設成本。

3.4 綜合井規模偏大

全線每500m左右設置一處包含投料功能的綜合井，共計10處，約占全線節點47.6%。設置投料口的綜合井凈空尺寸為25m×12m，不設投料口的綜合井凈空尺寸為18m×12m。投料綜合井規模因燃氣艙和非燃氣艙投料口的空間需求，較非投料節點增加了7m，建設規模增加了約38.9%。

由于外環境對入廊管線和傳統直埋管線的影響有本質的變化，管線壽命將極大提高，日常維護、更換周期將大幅度延長，因此，建議設置臨時吊裝口滿足管線初期入廊安裝需求，使用完成后封閉。正常運營期間，使用較少永久吊裝口，滿足維修設備設施進出和局部管節更換使用，建議增大吊裝口間距。

3.5 綜合井與管線設計應同步

綜合井土建設計時，管線設計單位未同步參與，管線設計滯后，管線設計時對綜合井提出了較多安裝要求和修改意見，尤其是管道支墩、預留孔位置、閥門安裝位置、燃氣管π型彎設置等，綜合井土建設計無法全部滿足管線設計要求，致使綜合井內部做了部分變更，給施工單位后續施工帶來了較大難度。

4 結束語

盾構法施工地下綜合管廊對城市現狀影響較小，在眾多工法中有著獨特的優勢，隨著后續綜合管廊項目在各大城市的逐步開展，盾構綜合管廊將會更多的被選擇和應用，本文以成洛大道盾構綜合管廊為例，介紹了施工過程中的一些經驗教訓，同時由于現行規范尚未完善，簡單提出了幾條設計建議，希望為今后類似工程設計、施工提供借鑒意義。