地下管廊施工技術(shù)研究

■ 中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司 王亮

隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，城市地下管線因擴(kuò)容、更新、維修等帶來(lái)的道路反復(fù)開(kāi)挖現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，帶來(lái)污染危害，造成社會(huì)成本不斷增加。因此，如何充分利用地下空間，成為當(dāng)前一個(gè)亟待研究重要的課題之一[1]。作為目前比較先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施管網(wǎng)布置形式，地下城市綜合管廊將有效解決地下空間利用問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于綜合管廊中矩形頂管施工主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)，主要集中在鬧市區(qū)，隨著我國(guó)對(duì)地下空間利用的不斷增加，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)非開(kāi)挖工程與既有地鐵隧道或鄰近建筑物等近接施工問(wèn)題[2]-[3]，這些都將對(duì)地下管廊的施工提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，地下管廊安全高效的施工，對(duì)城市建設(shè)尤為重要。本文以福州市福馬路地下管廊工程為例，對(duì)城市地下綜合管廊建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以期為今后類似條件下的城市地下綜合管廊建設(shè)提供參考和借鑒。

1.工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

福州市福馬路提升改造工程2標(biāo)快安I段綜合管廊設(shè)計(jì)范圍包括：綜合管廊樁號(hào)K0+000 ～K2+895.98，總長(zhǎng)2895.98m；綜合管廊基坑開(kāi)挖深度約7.725m ～12.525m，起點(diǎn)覆土高度約0.3m ～0.9m。該項(xiàng)目綜合管廊為單艙斷面，綜合艙內(nèi)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(yù)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(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆方式，結(jié)構(gòu)型式分為兩種結(jié)構(gòu)斷面，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段（覆土≤4.5m）主體結(jié)構(gòu)頂?shù)装寮皞?cè)墻壁厚0.30m，(4.5m<覆土≤9.0m)主體結(jié)構(gòu)頂?shù)装寮皞?cè)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(jù)探溝顯示判斷其橫穿管道應(yīng)是采取牽引管形式，實(shí)測(cè)管線底標(biāo)高為1.25m，與設(shè)計(jì)管廊頂標(biāo)高（標(biāo)高為3.225m）存在沖突。

如圖1所示，K11+955 ～K11+980段（1號(hào)纜、2號(hào)纜）設(shè)計(jì)輔道位置有兩處電力電纜過(guò)路，2號(hào)電纜頂標(biāo)高處于管廊頂板下1.425m處，橫穿管廊主體；K11+980 ～K12+080段3號(hào)電纜為110kV高壓電纜，占用管廊基坑（標(biāo)準(zhǔn)段）2.0m。

2.地下管廊矩形頂管近接施工理論

頂管施工過(guò)程將給地表帶來(lái)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(duì)土體的擾動(dòng)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(duì)周圍環(huán)境的影響，但更加需要考慮其施工對(duì)地表沉降的影響。當(dāng)其施工帶來(lái)的沉降超過(guò)一定限值時(shí)，就會(huì)給周圍環(huán)境帶來(lái)一定的危害。

2.1 地下管廊矩形頂管施工對(duì)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(tài)下、非正常狀態(tài)下、突發(fā)意外引起的地層損失三大類。正常狀態(tài)下的地層損失往往是無(wú)法避免的，其主要由工具管與管節(jié)直徑差、土體開(kāi)挖、背土效應(yīng)等方面引起；非正常狀態(tài)下的地層損失由施工條件，如掘進(jìn)參數(shù)設(shè)置、頂管沒(méi)有按照設(shè)計(jì)線路頂進(jìn)等方面引起，可以通過(guò)提高施工技術(shù)來(lái)避免這種地層損失；突發(fā)意外引起的地層損失是指在施工過(guò)程中突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，如遇到不好的地質(zhì)條件像流砂或者管涌之類的現(xiàn)象。

土體固結(jié)沉降主要包括主固結(jié)和次固結(jié)。主固結(jié)階段是由頂管施工時(shí)土體孔隙水壓力散去而導(dǎo)致的；次固結(jié)階段是由土骨架自身蠕變作用而產(chǎn)生的，這兩者充分反映了土體隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的變形。引起原因主要有兩個(gè)：一是土體受擾動(dòng)形成超孔隙水壓力區(qū)；二是頂進(jìn)過(guò)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(jù)不同相對(duì)位置的鄰近關(guān)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(jù)日本學(xué)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(gè)小的分類，是從單個(gè)方面來(lái)進(jìn)行的劃分，并沒(méi)有綜合考慮各種影響因素，在一些實(shí)際工程判斷中可能會(huì)出現(xiàn)偏差，還需要進(jìn)一步深入研究如何在限制范圍內(nèi)更加細(xì)分近接度以及再優(yōu)化鄰近施工方法等問(wèn)題。

3.主要施工技術(shù)

依據(jù)管線探測(cè)資料及對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的勘察情況，對(duì)K11+ 865處（管廊里程K1+381）、K11+955 ～K11+980段綜合管廊施工涉及對(duì)由鼓山變電站引出的110KV高壓纜線進(jìn)行保護(hù)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(jù)管線探測(cè)資料以及對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的勘察情況，在高壓纜線產(chǎn)權(quán)單位技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)下，人工配合機(jī)械開(kāi)挖探溝，探明既有纜線的分布位置并做好標(biāo)記，為后續(xù)管廊施工避讓保護(hù)高壓纜線提供依據(jù)；對(duì)既有纜線周邊及纜線橫穿管廊基坑開(kāi)口進(jìn)行高壓旋噴樁土體加固，降低因管廊基坑土體開(kāi)挖引起周邊土體沉降風(fēng)險(xiǎn)，確保纜線埋設(shè)基礎(chǔ)牢固；土體加固完成后，采取分段分層進(jìn)行基坑開(kāi)挖支護(hù)施工，基坑開(kāi)挖過(guò)程中依據(jù)纜線探測(cè)情況，機(jī)械開(kāi)挖至距離纜線1m高度時(shí)，采用人工開(kāi)挖至既有纜線標(biāo)高，對(duì)既有線纜進(jìn)行防護(hù)加固后，再行開(kāi)挖至管廊基底施工主體，主體施工完成后，回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.1 纜線避讓保護(hù)方案

K11+865處（管廊里程K1+381）12孔電纜橫穿原設(shè)計(jì)綜合管廊主體結(jié)構(gòu)，該處電纜為引管形式，纜線最低點(diǎn)位于原設(shè)計(jì)管廊頂板以下2m。為確保施工期間既有纜線安全，現(xiàn)將管廊主體結(jié)構(gòu)下壓3m，調(diào)整長(zhǎng)度為20m，管廊施工期間纜線保護(hù)方案如下：

3.1.1 探溝開(kāi)挖

依據(jù)第三方管線探測(cè)資料及對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的勘察情況，在高壓纜線產(chǎn)權(quán)單位技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)下，人工配合機(jī)械開(kāi)挖探溝，探明既有纜線的分布位置，采集纜線坐標(biāo)，同時(shí)在纜線0.5m范圍插打2排標(biāo)志樁，標(biāo)志樁應(yīng)高于原地面標(biāo)高。

3.1.2 纜線周邊土體固結(jié)施工

探溝回填完成后，避開(kāi)標(biāo)志樁范圍，在管廊基坑內(nèi)外既有纜線5m范圍采用Φ500@300高壓旋噴樁對(duì)纜線周邊土體進(jìn)行固結(jié)加固處理，對(duì)既有纜線形成保護(hù)廊體，高壓旋噴樁深度14.5m。

3.1.3 纜線周邊管廊基坑支護(hù)施工

如圖2所示，根據(jù)該場(chǎng)地的地質(zhì)、水文條件及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，K1+440 ～K1+585段基坑設(shè)計(jì)主要采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)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(xiàn)狀高壓電纜溝灌注樁開(kāi)口，開(kāi)口處采用混凝土面板支護(hù)，開(kāi)口處坑內(nèi)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(hù)剖面圖

K1+360 ～K1+408、K1+440 ～K1+585段基坑支護(hù)兩側(cè)采用Φ800沖孔灌注樁+Φ500高壓旋噴樁支護(hù)形式。纜線橫穿管廊開(kāi)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(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，同時(shí)基坑開(kāi)口采用分層開(kāi)挖，分層現(xiàn)澆砼擋板進(jìn)行基坑支護(hù)，每塊擋板高度0.8m。擋板鋼筋與開(kāi)口兩側(cè)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(xiàn)澆擋板詳見(jiàn)圖3和圖4所示。

3.1.4 纜線周邊管廊基坑開(kāi)挖施工

如圖5所示，管廊基坑開(kāi)挖采取分段分層開(kāi)挖施工，先行施工遠(yuǎn)離既有高壓纜線段落，待主體結(jié)構(gòu)施工完成后，再進(jìn)行施工距離纜線較近區(qū)域。依據(jù)既有纜線探溝開(kāi)挖后采集的數(shù)據(jù)資料，基坑開(kāi)挖至距離纜線1m范圍時(shí)，采取人工開(kāi)挖至纜線標(biāo)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(hù)完成后，再分層開(kāi)挖至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高。纜線托架依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jié)構(gòu)施工完成后，采用碎石灌砂回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，纜線周邊回填設(shè)專人指揮，纜線周邊1m范圍內(nèi)采用人工夯實(shí)，1m范圍外采用機(jī)械碾壓密實(shí)。

3.2 交通導(dǎo)改方案

3.2.1 編制依據(jù)

根據(jù)施工相關(guān)設(shè)計(jì)資料及現(xiàn)場(chǎng)勘查，K1+440 ～K1+ 585段管廊施工為避讓既有電纜，管廊主體結(jié)構(gòu)需向既有道路方向平面調(diào)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?yōu)閱蜗騿涡械溃蛟撀范诬嚵髁枯^大，無(wú)法滿足正常通行要求，需進(jìn)行交通導(dǎo)改以緩解車流壓力。

3.2.2 交通導(dǎo)改

征得交警部門同意后，對(duì)K1+440 ～K1+585段左幅道路（福州方向）進(jìn)行臨時(shí)交通管制，該段道路右幅由單向雙車道臨時(shí)改為雙向單車道，暫時(shí)滿足行車要求，并安排專人在進(jìn)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(jī)械設(shè)備對(duì)中央隔離帶（波形護(hù)欄）進(jìn)行拆除，拆除完成后對(duì)該路段重新劃分。全部施工完成后，恢復(fù)該段道路正常通行。

4.結(jié)論

地下管廊是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，其安全高效的施工對(duì)城市建設(shè)至關(guān)重要。本文以福州市福馬路管廊工程為例，在國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究等方法，對(duì)城市地下綜合管廊建設(shè)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)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(yīng)用到實(shí)際工程施工中；結(jié)合工程實(shí)際，在施工過(guò)程中還設(shè)計(jì)了纜線避讓方案和交通導(dǎo)改方案，為今后類似條件下的城市地下綜合管廊建設(shè)提供了重要借鑒和參考。

圖3 管廊基坑遇電纜橫穿開(kāi)口現(xiàn)澆擋板大樣圖

圖4 管廊基坑遇電纜溝時(shí)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