淺談暗挖通道下穿市政管網(wǎng)施工技術(shù)

摘要：結(jié)合深圳福強(qiáng)路-沙嘴路人行地下通道施工案例，分析研究暗挖通道下穿市政管網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)措施，通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)掌握暗挖通道掌子面水文地質(zhì)情況，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)掃描了解市政管網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分布，分析管線變形機(jī)理，對(duì)于空間受限施工環(huán)境，優(yōu)化管棚施工方案為加密小導(dǎo)管注漿，為確保近距離下穿承插式雨水管安全，優(yōu)化CRD法為六步開挖法，減少對(duì)管線影響，確保工程安全順利實(shí)施。

關(guān)鍵詞：暗挖通道;超前地質(zhì)預(yù)報(bào);地質(zhì)雷達(dá)掃描;加密小導(dǎo)管;六步開挖法

1 概述

隨著城市交通的建設(shè)，已從傳統(tǒng)的地面交通延伸拓展至地下及空中，在城市繁華鬧市區(qū)，地下通道有著明顯優(yōu)勢(shì)，而恰恰這個(gè)區(qū)域是地下管線的密集區(qū)，修建地下通道不可避免會(huì)對(duì)管線產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致管線變形過大而破壞，對(duì)周邊居民生活、生產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。地下通道的施工對(duì)臨近地下管線的影響是個(gè)難點(diǎn)問題，尤其是淺埋暗挖通道。

解決此問題的關(guān)鍵是施工前準(zhǔn)確預(yù)測(cè)管線的變形和應(yīng)力，綜合考慮管線的使用功能、埋設(shè)年代、材質(zhì)、構(gòu)造、接頭形式等多方面因素，借助已有控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管線安全性作出評(píng)價(jià)，以便在施工中作出合理的施工方案和應(yīng)對(duì)措施。

2 施工重難點(diǎn)

地下管線是城市的生命線，肩負(fù)著城市給水、排水、供氣、供電、通訊等工作，在城市建設(shè)和發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。地下淺埋暗挖通道施工勢(shì)必對(duì)地下錯(cuò)綜復(fù)雜的管線造成影響，加之城區(qū)建設(shè)的復(fù)雜性，建設(shè)年代久遠(yuǎn)，造成管線資料嚴(yán)重缺失，如何在施工前準(zhǔn)確掌握施工區(qū)域地下管線的埋深、走向等重要參數(shù)對(duì)施工管線安全極其重要，也是組織地下淺埋暗挖通道施工的重難點(diǎn)。

3 施工技術(shù)研究

結(jié)合福強(qiáng)路-沙嘴路人行地下通道工程施工進(jìn)行研究，該工程位于深圳市福田區(qū)沙頭街道沙嘴社區(qū)范圍（上沙片區(qū)）內(nèi)，位于福強(qiáng)路與沙嘴路“十”字路口下，通道呈“工”字型布置，路口每個(gè)象限均布置出入口，且有1處連接通道與地鐵上沙站C出入口相連。通道下穿路口的主通道和次通道均采用暗挖施工，其余采用明挖法施工。

該工程地處繁華路口，車流繁忙，需連續(xù)下穿密布市政管線;通道頂部覆土厚度僅為3m左右，土層含水量大，圍巖自穩(wěn)性差，極易造成管線變形破壞。

3.1 總體施工技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，總體施工分為三個(gè)階段，一是前期準(zhǔn)備階段，主要對(duì)地質(zhì)情況及管線變形機(jī)理進(jìn)行研究，掌握現(xiàn)場(chǎng)一手資料;二是實(shí)施階段，主要針對(duì)管線破壞機(jī)理采取針對(duì)性施工技術(shù)措施，確保施工過程安全;三是通過過程監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析各類管線變形機(jī)理，總結(jié)施工控制技術(shù)。

3.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及地下管線變形機(jī)理研究

3.2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

為確保通道施工安全，避免地下水發(fā)育地段突水、突泥的發(fā)生，防止地表水、地下水流失，進(jìn)而對(duì)地下管線造成破壞，需對(duì)通道掌子面地質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，本工程主要采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。經(jīng)過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，在開挖后對(duì)地質(zhì)條件再次認(rèn)知，通過對(duì)比反饋信息和分析，逐步提高對(duì)圍巖的預(yù)報(bào)判斷的準(zhǔn)確性。

工作程序參見下圖。

原理及方法：地質(zhì)雷達(dá)將高頻電磁波以寬頻帶短脈沖波形式，由地面天線T送入目標(biāo)體，經(jīng)地下地層或目標(biāo)體反射回地面，由另一天線R所接收。脈沖波形成需要的時(shí)間計(jì)算如下式1：

當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)中的波速v為已知時(shí)，可根據(jù)測(cè)得的t，由（1）是式求得目標(biāo)體的深度Z。

速度v的確定通常通過介電常數(shù)與數(shù)度的經(jīng)驗(yàn)公式（2）確定：

通常把一種介質(zhì)的介電常數(shù)與空氣的介電常數(shù)的比稱為相對(duì)介電常數(shù)。相對(duì)介電常數(shù)的范圍為1（空氣）至81（水）。下表3.2.1-1為工程勘察中常見介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。

地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)深度與精度，除了與測(cè)量的參數(shù)（中心頻率、時(shí)窗、采樣點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)頻率、測(cè)點(diǎn)間距和發(fā)射接收天線間距）R選擇有關(guān)。還與實(shí)際工作時(shí)雷達(dá)參數(shù)（系統(tǒng)增益、可程序窗、可程序樣間隔、可程序疊加次數(shù)等）的選擇有關(guān)。為減少干擾信號(hào)降低信噪比的程度，本工程探測(cè)工作采用了100MHz屏蔽天線。測(cè)試原理及探測(cè)方法見表3.2.1-2。

地質(zhì)雷達(dá)主要利用寬帶高頻時(shí)域電磁脈沖波的反射探測(cè)目的體。

由公式，雷達(dá)根據(jù)測(cè)得的雷達(dá)波走時(shí)，自動(dòng)求出反射物的深度z的范圍。

數(shù)據(jù)處理：探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理包括預(yù)處理（標(biāo)記和樁號(hào)修正、添加標(biāo)題、標(biāo)識(shí)等）和處理分析，其處理流程如圖3.2.1-2所示。

3.2.2 地下管線變形機(jī)理

地下通道與管線的相互作用包括：地下管線對(duì)土體的錨固作用和土體對(duì)地下管線的反作用兩個(gè)方面。

地下通道開挖過程會(huì)引起通道周圍一定范圍內(nèi)土體應(yīng)力變化，在應(yīng)力調(diào)整過程中，引起周圍土體的變形或破壞，隨開挖其影響范圍逐漸擴(kuò)大;土體變形由下至上，當(dāng)土體變形傳遞到地下管線處時(shí)，會(huì)在地下管線中產(chǎn)生附加應(yīng)力和彎矩，進(jìn)而引起地下管線變形，同時(shí)地下管線對(duì)土體的錨固作用將限制土體變形;管線變形大小主要取決于土體和管線的相對(duì)剛度以及土體變形。

當(dāng)通道掘進(jìn)方向平行于管線方向時(shí)，影響主要表現(xiàn)在土體對(duì)管線的軸向拉壓作用;當(dāng)掘進(jìn)方向垂直于管線方向時(shí)，影響主要表現(xiàn)在土體縱向位移引起的管線彎曲應(yīng)力增大及變形。圖3.2.2-1反映了地下管線受通道施工影響的變化，圖3.2.2-2表示在管線下方進(jìn)行隧道開挖所引起的管線上的彎矩變化。

3.3 暗挖通道近距離下穿管線施工

根據(jù)通道地質(zhì)情況及周邊管線勘察結(jié)果顯示，在通道南北兩側(cè)上方分別存在一根DN1000和一根DN600雨水管，兩雨水管均為承插型雨水管，單節(jié)長度僅為2.5m，與暗挖初支結(jié)構(gòu)凈距僅為420mm和334mm。

受空間限制，原設(shè)計(jì)管棚無法實(shí)施，同時(shí)，雨水管為承插型雨水管，極易導(dǎo)致開挖過程中，管線突然失穩(wěn)而坍塌，故采取加密小導(dǎo)管和六步開挖法施工方法。

3.3.1 加密超前小導(dǎo)管施工

對(duì)兩雨水管下部前后1.5m范圍內(nèi)，施做雙排加密型超前小導(dǎo)管，超前小導(dǎo)管采用Φ42厚度3.5mm的無縫鋼花管，布置于上半斷面的外周，小導(dǎo)管環(huán)距35cm，長1.5m，縱距0.5m，管內(nèi)壓注水泥水玻璃雙液漿。注漿初擬參數(shù)為：水灰比1：1;水玻璃濃度20Be，注漿壓力0.2～0.5MPa。超前小導(dǎo)管注漿加固范圍為開挖輪廓線外至雨水管底部之間地層。施工參數(shù)根據(jù)注漿試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

3.3.2 六步開挖法

為防止開挖過程中雨水管發(fā)生坍塌風(fēng)險(xiǎn)，將雨水管前后約1.5m區(qū)域，上半斷面由原來2個(gè)開挖導(dǎo)洞，調(diào)整為4個(gè)開挖導(dǎo)洞。則最大開挖凈寬為2.237m，小于2.5m，確保暗挖施工安全。

開挖順序如下圖3.3.2-1所示，分別按開挖1至開挖6的順序完成超前支護(hù)及注漿、土方開挖、初支鋼架安裝、掛網(wǎng)噴射混凝土、封閉掌子面等工藝流程，每個(gè)導(dǎo)洞錯(cuò)開2～3m。

3.4 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

為了掌控開挖期間雨水管的變形情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，確保下穿管線變形可控并總結(jié)下穿市政雨水管的一般變形規(guī)律。本工程每3m布置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)通道中心向兩側(cè)延伸18m區(qū)域的DN600和DN1000雨水管進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖3.4-1和圖3.4-2所示，DN600管最大沉降26mm，DN1000管最大沉降18mm。

通過對(duì)各點(diǎn)最大沉降監(jiān)測(cè)曲線可知，管線沉降曲線呈二次拋物線;管線距通道越近，開挖對(duì)管線影響越大;管線剛度越小，管線沉降越大，沉降變化率越大。

3.5 地下管線保護(hù)措施

根據(jù)本工程施工經(jīng)驗(yàn)和監(jiān)測(cè)變形規(guī)律，為保護(hù)周邊地下管線安全，需采取相應(yīng)控制措施。

（1）施工準(zhǔn)備期需詳細(xì)了解掌握施工區(qū)域周邊地下管線分布情況及類型，具體內(nèi)容包括：管線種類（包括管線用途、材質(zhì)、斷面大小和接頭型式等）、管線走向、管線埋置深度、管線離暗挖通道中心的距離等;地下管線所在道路的地面人流和交通情況，以便制定適合的測(cè)點(diǎn)埋設(shè)和測(cè)設(shè)方案。

（2）根據(jù)相應(yīng)規(guī)范確定管線容許最大變形值，對(duì)通道地質(zhì)情況進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況采取對(duì)應(yīng)施工工法，確保管線變形在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

（3）采用實(shí)時(shí)監(jiān)控量測(cè)手段，對(duì)周邊地下管線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)糾偏，調(diào)整施工參數(shù)。

（4）必要時(shí)預(yù)先對(duì)地下管線周圍土體進(jìn)行加固或?qū)Φ叵鹿芫€采取必要的加固措施，確保施工期地下管線安全使用。

4 結(jié)束語

福強(qiáng)路-沙嘴路人行地下通道工程現(xiàn)已安全貫通，在施工過程中通過前期地質(zhì)雷達(dá)掃描及管線變形分析，過程監(jiān)控量測(cè)等技術(shù)手段，施工過程中優(yōu)化調(diào)整施工方案，運(yùn)用加密小導(dǎo)管及六步開挖法等施工技術(shù)，各項(xiàng)指標(biāo)均控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，得以驗(yàn)證措施方案的正確有效性，確保了高風(fēng)險(xiǎn)淺埋暗挖通道順利貫通，對(duì)類似淺埋暗挖通道施工起到了一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]福強(qiáng)路-沙嘴路人行地下通道主體工程明挖段主體結(jié)構(gòu)及暗挖段結(jié)構(gòu)施工圖，深圳：深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，2016.

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作者簡介：趙剛，1975年6月15日出生，男，漢族，湖南常德安鄉(xiāng)，研究生，高級(jí)工程師，市政土建。