老舊城區盾構管廊建設技術應用研究

平捷 ， 苗雷強 ， 于海洋 ， 周思青

（1.石家莊嘉泰管廊運營有限公司，石家莊 050000；2.河北省建筑科學研究院有限公司，石家莊 050021；3.河北省建筑工程質量檢測中心有限公司，石家莊 050021）

0 引言

近年來，國內大部分城市普遍存在因各種管線維修和改遷，重復開挖城市道路而形成的“道路拉鏈”現象，造成經濟和人力的浪費［1］。綜合管廊的出現，使這一現狀得到極大改觀，其建造有明挖法施工和暗挖法施工兩大類。暗挖法施工以頂管和盾構為主［2］，且主要集中在便于施工的新城區，相比之下，老舊城區因地面交通錯綜復雜、地下既有管線縱橫交錯，管廊建設難題較多，采用盾構法施工更符合老舊城區地下綜合管廊建設的自身特點。

針對盾構綜合管廊建設的各種問題，已有諸多學者進行了相關研究。王丁杰、余祖峰等結合工程實例，從盾構法應對復雜地質的技術難點、地面沉降的控制等方面分析了盾構法在綜合管廊建設中的可行性和適用性［3］。段亞剛針對綜合管廊建設的特點，對小直徑盾構隧道在管片結構規格、盾構機技術標準等方面進行適應性研究，形成了一套適用于綜合管廊的盾構規格標準［4］。鄭國棟從盾構始發井設計、施工通道設計、工作井防水設計、隧道結構設計和防水設計等方面，對盾構施工的設計方案進行了研究分析，并結合工程實例對盾構掘進、盾構機拆卸等施工操作要點進行了總結［5］。方興杰、孫旻等以沈陽綜合管廊項目為工程背景，分析了老城區綜合管廊盾構法施工存在的盾構機始發、盾構機過節點井、錨索施工區、富水地層小半徑掘進、盾構和節點井的施工順序等技術難題，提出了盾構分體始發、空推過節點井、錨索處理、小半徑掘進、先盾后井等施工技術［6］。柳憲東針對在城市中心區大規模明挖工法建設地下綜合管廊的可實施性差的問題，提出了與地鐵結合、同步規劃、同步設計和同步實施，采用盾構工法建設地下綜合管廊的設計理念，并對盾構綜合管廊與地鐵的結合形式、防火分區長度劃分原則、出地面口部（逃生口和吊裝口）間距要求、等關鍵技術問題進行了研究分析［7］。

文中以石家莊市塔北路綜合管廊為背景，從綜合管廊設計要點、施工要點對老舊城區復雜環境下的綜合管廊建設關鍵技術進行了分析，以期為今后我國在老舊城區建設綜合管廊提供參考。

1 工程概況

根據2015～2030《石家莊市城市地下綜合管廊工程規劃》，塔北路段地下綜合管廊西起建設大街東至東二環，沿塔北路東西向鋪設，道路全長5.85km，采用4條盾構區間，隧道埋深約為15.7～35.6m。管廊線路設計為“北-南-北”三段，分別為綜合管段Ⅰ段（道路北側），綜合管段Ⅱ段（道路南側），分別為綜合管段Ⅲ段（道路北側）；與在建地鐵三號線的6站5區間重合，是全國第一條完全與地鐵線路平行實施的盾構工法地下綜合管廊，也是石家莊市第一座設于老城區內的地下綜合管廊，塔北路綜合管廊規劃如圖1所示。

圖1 石家莊市塔北路綜合管廊規劃

2 塔北路綜合管廊設計要點分析

2.1 綜合管廊節點設計

綜合管廊艙室內應設置節點井用以滿足管線接駁、人員出入、進排通風、吊裝、逃生等功能要求，節點井可分為單節點設置和組合節點設置兩類。單節點設置是指按不同功能對進風口、排風口、投料口、逃生口、吊裝口等分別設置單個節點，組合節點設置是指集約化地將多個節點組合布置于1個節點井內，能減少地面洞口的數量，減少管廊非標段的長度，便于標準段預制拼裝工藝的推廣與使用［8］。

石家莊市塔北路綜合管廊工程共設置19座節點井，包含12座工藝井及7座盾構井。其中工藝井用以實現管廊通風、管線進出支、管廊機電設備放置、人員檢修出入、逃生等方面的功能，盾構井兼具工藝井的全部功能及盾構機始發接收功能。綜合管廊的每個艙室設置了人員出入口、逃生口、吊裝口、進風口、排風口、管線分支口、與市政管線接駁口、與地鐵區間或其他地下構筑物交叉等節點。其中露出地面的逃生口、吊裝口和進排風口與城市道路、景觀系統相結合，滿足城市防洪要求，并采取防止地面水倒灌及外物入侵措施。

塔北路綜合管廊采用綜合節點井設計，滿足管廊主體通風、事故后排煙、人員逃生、管線設備吊裝、電纜管線投料等功能，減少了盾構區間綜合井的設置。為滿足“含有熱力艙室的地下綜合管廊節點井間距不應超過400m”這項規范要求，塔北路管廊將電纜投料口與吊裝口結合，降低了管廊節點井的數量與密集程度，有效減少了節點井出地面面積，降低了對道路及行人的影響，發揮了盾構法施工的性價比。塔北路綜合管廊綜合井如圖2所示。

圖2 塔北路管廊綜合井示意圖（單位：mm）

塔北路綜合管廊盾構工程完全與地鐵線路平行實施，且地鐵方案與實施均先于管廊，在兼顧現有地鐵管線設計和規劃道路紅線的基礎上，為了不破壞管廊的整體性，設置了兩處盾構轉換井，將管廊整體連同管廊內部管線、設備等一起由道路北側轉換至南側，再由南側轉換回北側。管廊線路的“北-南-北”三段，與地鐵線路的“南-北-南”三段相對應，通過轉換通道將管廊三段連接，在連接處的盾構井具備轉換通道功能。該轉換井將管線從管廊層通過轉換通道轉換至管廊的另一段，轉換通道內的管線仍按兩艙設置，同主管廊內分艙布局保持一致。

2.2 綜合管廊標準橫斷面設計

綜合管廊的標準橫斷面設計過程中，需要全面明確管線的實際擴容需求、管線合理間距、管線工作空間以及各項設備布置情況等［9］。根據規劃，塔北路綜合管廊結合地鐵三號線的建設方案，在不考慮雨水、污水排水及天然氣管線納入綜合管廊的情況下，將給水、中水、電力、通信、供熱五種管線均納入綜合管廊。

塔北路綜合管廊設置為上下兩個艙室，上部為電力艙、水艙，下部為熱力艙、通信艙。針對盾構管廊從結構安全角度上無法滿足每200m破壞盾構管片建設一處人員逃生口的特性，提出了一種綜合管廊電力艙火災時緊急逃生的方案，將熱力、通信艙視為安全區域，在中板處設置逃生口，通過機械加壓送風保證煙氣不會泄露，加壓送風量計算參考避難層加壓送風量計算方式。這一緊急逃生方案對有同樣困難的國內綜合管廊或地下隧道提供依據。塔北路綜合管廊標準橫斷面如圖3所示。

圖3 綜合管廊標準橫斷面詳圖（單位：mm）

3 塔北路綜合管廊施工要點分析

3.1 “先盾后井”施工工藝

盾構施工過程通常采用先施工豎井后施工隧道的方案，會經常性穿越節點豎井，頻繁的進出洞需要大量的輔助措施，致使工期延長［10］。塔北路綜合管廊所在道路周邊拆遷難度較大、工期較緊，因此采用“先盾后井”的工藝做法。

塔北路綜合管廊“先盾后井”的施工工藝利用盾構機沿管廊的設計路線進行掘進并于隧道內拼裝管片，當盾構機掘進至工藝井處，切割所施工的支護樁并于工藝井處隧道內拼裝管片，這會增加基坑支護的施工程度。施工方針對工藝井隧道頂部“無根”吊腳樁的特點，采用了吊腳樁根部混凝土支撐和格柵噴射混凝土措施，形成了先盾后井井底基坑圍護新技術。采用地表袖閥管注漿加固及洞內徑向注漿加固措施，形成了先盾后井端頭地層加固技術，如圖4所示。掘進施工需在工藝井外周平行于管廊設計路線兩側施工圍護樁，同時要分層拆除工藝井內部管片，這也會加劇管片位移風險。施工方采用工藝井影響范圍內的管片加固措施，形成了先盾后井管片支撐與拆除安全施工技術。以上技術成果被成功應用于石家莊市塔北路綜合管廊工程9座工藝井的施工當中。

圖4 盾構井端頭地層加固型式（單位：mm）

3.2 管廊與地鐵附屬相結合

研究表明，當綜合管廊與地鐵線路平行或交叉時，可同步設計并有效銜接施工順序；當同一市政道路下方同時規劃有綜合管廊及地鐵工程時，將兩工程協同施工或實現兩工程共用結構，有利于集約城市用地、節約工程投資。當綜合管廊工程與地鐵工程工期匹配時，兩工程可采用共結構形式，實施時共用圍護結構；隨著大量市政管線入廊，可減少管線單獨修建、改造對運營后的地鐵工程影響，管廊工程可減少傳統管線建設對周邊環境的影響［11］。

塔北路綜合管廊工程與石家莊地鐵三號線區間路由平行，沿線經過地鐵5站5區間，管廊節點井設置原則與地鐵車站附屬設置原則較為接近。由于盾構始發井需要的長度較長，項目2號盾構始發井與地鐵三號線塔冢站東北出入口相結合，共用基坑和部分圍護樁，這種做法有效減少了重復開挖與臨時用地面積，經濟科學，適用于地下綜合管廊與地鐵同期建設的情況。

3.3 盾構管廊下穿或側穿建筑物

城市盾構區間隧道很難避免穿越建筑物時的安全事故發生，特別是盾構穿越產生的地層損失容易造成地面沉裂、地下管線、建筑物沉降位移、開裂等嚴重后果，因此需在盾構穿越過程中采取有效措施來降低以上風險，減小對周邊環境的不良影響［12］。

塔北路綜合管廊下穿多個地鐵車站附屬結構，側穿地鐵區間或周邊建筑物，為降低盾構穿越工程風險，采取以下措施：

（1） 車站位置采用盾構管廊從車站一側穿過的方案，按照13～16m覆土深度、6m寬管廊縱向盾構施工，縱向與車站主體結構平行走向。

（2） 按照先施工管廊再施工車站附屬進行設計，附屬施工時加強對既有盾構管廊保護。

（3） 綜合管廊與地鐵區間保持3.4～6.5m的安全施工距離。

4 結語

文中從塔北路綜合管廊節點設計要點和施工工藝要點兩個層面介紹分析了綜合管廊在老舊城區復雜環境下的建造關鍵技術，主要有以下幾方面：

（1） 盾構法更適合在復雜環境下的老舊城區建造綜合管廊，可有效避免交通導改困難、管線遷改工作量大等問題。塔北路綜合管廊工程位于老舊城區，又與地鐵線路平行實施，建造難度極高，盾構法施工有效地解決了這一問題。

（2） 組合節點設置節點井能夠綜合考慮進風口、排風口、投料口、逃生口、吊裝口等的合理布置，從而有效減少節點井出地面面積，充分發揮盾構法施工的性價比。塔北路綜合管廊設置轉換井跨越地鐵線路實現南北管廊連通，為解決管廊跨地鐵實施提供了參考方案。

（3） 塔北路綜合管廊提出的綜合管廊電力艙火災緊急逃生方案兼顧了結構安全和逃生口設置問題，對類似的綜合管廊或地下隧道設計提供了借鑒。

（4） 塔北路綜合管廊采用的井底基坑圍護技術、井端頭地層加固技術、管片支撐與拆除安全施工技術為“先盾后井”的施工工藝提供了安全保障，值得類似工程借鑒。

（5） 塔北路綜合管廊采用的與地鐵附屬相結合的方式，共用基坑和部分圍護樁，有效減少重復開挖與臨時用地面積，適用于地下綜合管廊與地鐵同期建設的情況，可為今后類似工程提供參考。