地下管廊施工技術研究

■ 中鐵十八局集團市政工程有限公司 王亮

隨著我國現代化進程的加快，城市地下管線因擴容、更新、維修等帶來的道路反復開挖現象時有發生，帶來污染危害，造成社會成本不斷增加。因此，如何充分利用地下空間，成為當前一個亟待研究重要的課題之一[1]。作為目前比較先進的基礎設施管網布置形式，地下城市綜合管廊將有效解決地下空間利用問題。目前，國內外對于綜合管廊中矩形頂管施工主要依靠工程經驗，主要集中在鬧市區，隨著我國對地下空間利用的不斷增加，會經常出現非開挖工程與既有地鐵隧道或鄰近建筑物等近接施工問題[2]-[3]，這些都將對地下管廊的施工提出嚴峻挑戰。因此，地下管廊安全高效的施工，對城市建設尤為重要。本文以福州市福馬路地下管廊工程為例，對城市地下綜合管廊建設關鍵技術進行研究，以期為今后類似條件下的城市地下綜合管廊建設提供參考和借鑒。

1.工程概況

1.1 工程簡介

福州市福馬路提升改造工程2標快安I段綜合管廊設計范圍包括：綜合管廊樁號K0+000 ～K2+895.98，總長2895.98m；綜合管廊基坑開挖深度約7.725m ～12.525m，起點覆土高度約0.3m ～0.9m。該項目綜合管廊為單艙斷面，綜合艙內布置1根DN600給水管、1根DN300給水副管、32孔10kV的電力中低壓電纜、27孔通信電纜，并預留DN200溫泉管、DN200中水管。斷面凈空尺寸為2.9m×3.45m。管廊主體結構采用現澆方式，結構型式分為兩種結構斷面，標準節段（覆土≤4.5m）主體結構頂底板及側墻壁厚0.30m，(4.5m<覆土≤9.0m)主體結構頂底板及側墻壁厚0.50m。

1.2 既有110kV電纜概況

K11+865處（管廊里程K1+381）鼓山變電站處橫穿福馬路原高壓電力管道布置12根，依據探溝顯示判斷其橫穿管道應是采取牽引管形式，實測管線底標高為1.25m，與設計管廊頂標高（標高為3.225m）存在沖突。

如圖1所示，K11+955 ～K11+980段（1號纜、2號纜）設計輔道位置有兩處電力電纜過路，2號電纜頂標高處于管廊頂板下1.425m處，橫穿管廊主體；K11+980 ～K12+080段3號電纜為110kV高壓電纜，占用管廊基坑（標準段）2.0m。

2.地下管廊矩形頂管近接施工理論

頂管施工過程將給地表帶來重要影響，尤其是矩形頂管施工，雖然其有效面積利用率要高于其他截面形狀，但是它對土體的擾動要比其他截面更高一些。地下綜合管廊的施工一般多集中于城市中心，人流量比較大，采用矩形頂管施工可以緩解因施工而造成的對周圍環境的影響，但更加需要考慮其施工對地表沉降的影響。當其施工帶來的沉降超過一定限值時，就會給周圍環境帶來一定的危害。

2.1 地下管廊矩形頂管施工對地表沉降的原因分析

地層損失主要是指被挖土體與地下管廊體積之差。地層損失通常分為正常狀態下、非正常狀態下、突發意外引起的地層損失三大類。正常狀態下的地層損失往往是無法避免的，其主要由工具管與管節直徑差、土體開挖、背土效應等方面引起；非正常狀態下的地層損失由施工條件，如掘進參數設置、頂管沒有按照設計線路頂進等方面引起，可以通過提高施工技術來避免這種地層損失；突發意外引起的地層損失是指在施工過程中突發地質災害，如遇到不好的地質條件像流砂或者管涌之類的現象。

土體固結沉降主要包括主固結和次固結。主固結階段是由頂管施工時土體孔隙水壓力散去而導致的；次固結階段是由土骨架自身蠕變作用而產生的，這兩者充分反映了土體隨時間變化而產生的變形。引起原因主要有兩個：一是土體受擾動形成超孔隙水壓力區；二是頂進過程中擠壓和注漿作用。

2.2 鄰近隧道施工近接度范圍劃分

鄰近隧道施工可以根據不同相對位置的鄰近關系分為多種類型，其中在鄰近隧道施工中交叉隧道比較特殊。根據日本學者的研究，可以把交叉隧道的近接度劃分為限制范圍、需注意范圍、不影響范圍（表1）。

表1中只是鄰近隧道施工工程中的一個小的分類，是從單個方面來進行的劃分，并沒有綜合考慮各種影響因素，在一些實際工程判斷中可能會出現偏差，還需要進一步深入研究如何在限制范圍內更加細分近接度以及再優化鄰近施工方法等問題。

3.主要施工技術

依據管線探測資料及對施工現場的勘察情況，對K11+ 865處（管廊里程K1+381）、K11+955 ～K11+980段綜合管廊施工涉及對由鼓山變電站引出的110KV高壓纜線進行保護施工總體安排如下：

圖1 K11+955 ～K11+980段3處高壓電纜分布航拍示意圖

表1 交叉隧道近接度劃分

依據管線探測資料以及對施工現場的勘察情況，在高壓纜線產權單位技術人員現場指導下，人工配合機械開挖探溝，探明既有纜線的分布位置并做好標記，為后續管廊施工避讓保護高壓纜線提供依據；對既有纜線周邊及纜線橫穿管廊基坑開口進行高壓旋噴樁土體加固，降低因管廊基坑土體開挖引起周邊土體沉降風險，確保纜線埋設基礎牢固；土體加固完成后，采取分段分層進行基坑開挖支護施工，基坑開挖過程中依據纜線探測情況，機械開挖至距離纜線1m高度時，采用人工開挖至既有纜線標高，對既有線纜進行防護加固后，再行開挖至管廊基底施工主體，主體施工完成后，回填至設計標高。

3.1 纜線避讓保護方案

K11+865處（管廊里程K1+381）12孔電纜橫穿原設計綜合管廊主體結構，該處電纜為引管形式，纜線最低點位于原設計管廊頂板以下2m。為確保施工期間既有纜線安全，現將管廊主體結構下壓3m，調整長度為20m，管廊施工期間纜線保護方案如下：

3.1.1 探溝開挖

依據第三方管線探測資料及對施工現場的勘察情況，在高壓纜線產權單位技術人員現場指導下，人工配合機械開挖探溝，探明既有纜線的分布位置，采集纜線坐標，同時在纜線0.5m范圍插打2排標志樁，標志樁應高于原地面標高。

3.1.2 纜線周邊土體固結施工

探溝回填完成后，避開標志樁范圍，在管廊基坑內外既有纜線5m范圍采用Φ500@300高壓旋噴樁對纜線周邊土體進行固結加固處理，對既有纜線形成保護廊體，高壓旋噴樁深度14.5m。

3.1.3 纜線周邊管廊基坑支護施工

如圖2所示，根據該場地的地質、水文條件及現場實際情況，K1+440 ～K1+585段基坑設計主要采用的支護結構體系為：一是采用沖（鉆）孔灌注樁+1道鋼筋混凝土支撐+2道鋼管支撐；二是遇現狀高壓電纜溝灌注樁開口，開口處采用混凝土面板支護，開口處坑內坑外采用斜向及水平高壓旋噴樁土體加固。

圖2 管廊基坑支護剖面圖

K1+360 ～K1+408、K1+440 ～K1+585段基坑支護兩側采用Φ800沖孔灌注樁+Φ500高壓旋噴樁支護形式。纜線橫穿管廊開口位置采用斜向及水平高壓旋噴的方式在豎向旋噴的基礎上進行補強處理，同時基坑開口采用分層開挖，分層現澆砼擋板進行基坑支護，每塊擋板高度0.8m。擋板鋼筋與開口兩側樁基植筋鋼筋連接成整體，植筋豎向間距為0.1m，植入樁基深度0.66m，現澆擋板詳見圖3和圖4所示。

3.1.4 纜線周邊管廊基坑開挖施工

如圖5所示，管廊基坑開挖采取分段分層開挖施工，先行施工遠離既有高壓纜線段落，待主體結構施工完成后，再進行施工距離纜線較近區域。依據既有纜線探溝開挖后采集的數據資料，基坑開挖至距離纜線1m范圍時，采取人工開挖至纜線標高，安裝鋼圍檁及橫向HW350×350型鋼線纜托架，將既有纜線加固防護完成后，再分層開挖至設計基底標高。纜線托架依據現場纜線分布情況，縱向間距控制在每5m一道。

3.1.5 纜線周邊管廊基坑回填

管廊主體結構施工完成后，采用碎石灌砂回填至設計標高，纜線周邊回填設專人指揮，纜線周邊1m范圍內采用人工夯實，1m范圍外采用機械碾壓密實。

3.2 交通導改方案

3.2.1 編制依據

根據施工相關設計資料及現場勘查，K1+440 ～K1+ 585段管廊施工為避讓既有電纜，管廊主體結構需向既有道路方向平面調整5.7m，圍擋施工完成后，往福州方向道路由單向兩車道將變為單向單行道，因該路段車流量較大，無法滿足正常通行要求，需進行交通導改以緩解車流壓力。

3.2.2 交通導改

征得交警部門同意后，對K1+440 ～K1+585段左幅道路（福州方向）進行臨時交通管制，該段道路右幅由單向雙車道臨時改為雙向單車道，暫時滿足行車要求，并安排專人在進口端及出口端指揮交通，確保車流暢通。隨后，施工單位組織人員、機械設備對中央隔離帶（波形護欄）進行拆除，拆除完成后對該路段重新劃分。全部施工完成后，恢復該段道路正常通行。

4.結論

地下管廊是城市基礎設施建設的重要組成部分，其安全高效的施工對城市建設至關重要。本文以福州市福馬路管廊工程為例，在國內外相關研究的基礎上，通過理論分析和實驗研究等方法，對城市地下綜合管廊建設開發關鍵技術等進行研究。分析地下管廊矩形頂管近接施工理論，研究地表沉陷原因，確定近接度范圍劃分并應用到實際工程施工中；結合工程實際，在施工過程中還設計了纜線避讓方案和交通導改方案，為今后類似條件下的城市地下綜合管廊建設提供了重要借鑒和參考。

圖3 管廊基坑遇電纜橫穿開口現澆擋板大樣圖

圖4 管廊基坑遇電纜溝時既有纜溝周邊土體加固示意圖

圖5 高壓電纜橫穿管廊基坑托架大樣圖