城市中心區(qū)管廊淺埋暗挖暗做檢查室施工技術(shù)

潘國慶，唐金剛，辛弘峰

（1.北京城建道橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100124；2.北京寶嘉恒基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司，北京 100027）

1 工程背景

南長街至北長街熱力管線工程，工程地點(diǎn)位于北京市故宮與中南海之間，工程起點(diǎn)為北長街與景山前街交叉口，終點(diǎn)為南長街與織女橋東河沿交叉口。熱力管線管徑DN300，管線全長1646m。共設(shè)明開豎井11座，8處分支，豎井開挖尺寸8.6m×5.8m×9m，采用倒掛井壁工藝，隧道開挖尺寸3m×3.1m，覆土深度3.5～6.5m，采用淺埋暗挖施工工藝。

2 需解決的主要技術(shù)問題

（1）南、北長街現(xiàn)況道路為上下行機(jī)非混行車道，道路總寬度9.4m，道路狹窄，11座明開檢查室不具備施工交通導(dǎo)行條件，由此需解決豎井施工，隧道施工作業(yè)空間要求。（2）檢查室人孔、設(shè)備孔一般設(shè)置于檢查室正上方，通過沉井工藝實(shí)現(xiàn)人孔建設(shè)。本工程隧道拱頂全線順行1條300mm×600mm電信和1條DN600自來水管線，管線不具備改移條件，無法實(shí)現(xiàn)沉井施工。（3）地質(zhì)情況復(fù)雜。土質(zhì)為粉質(zhì)黏土、中砂等且分布不均，土體含水量大，上層滯水豐富。（4）組織及施工工期問題。若占路施工，只能夜間施工，夜間作業(yè)有效時(shí)間較短，作業(yè)期間施工車輛與社會(huì)車輛在施工過程中有交叉，地下管線開挖及保護(hù)，以及施工對周邊環(huán)境影響較大。施工組織難度大。

3 淺埋暗挖暗做檢查室施工工法

3.1 出土旁井及橫通道施工工藝

旁井、橫通道結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 旁井、橫通道結(jié)構(gòu)示意圖

（1）工藝流程。出土豎井圈梁施工→出土豎井開挖支護(hù)→出土豎井封底→出土橫通道馬頭門→出土橫通道開挖支護(hù)→出土橫通道漸變加高→正線隧道處出土橫通道開挖支護(hù)→橫通道處主線馬頭門→主線隧道。

（2）旁井施工。旁井施工采用倒掛井壁施工方法，人工開挖土方，安裝鋼格柵，噴射混凝土逐榀開挖支護(hù)直至豎井封底，施工過程中注意井底標(biāo)高與橫通道相適應(yīng)。

（3）橫向通道施工。豎井側(cè)壁小導(dǎo)管注漿加固后開挖隧道馬頭門，隧道采用上下臺階法人工開挖，安裝鋼拱架，噴射混凝土逐榀開挖支護(hù)。橫向通道開挖至主線隧道前，逐榀加高橫向隧道側(cè)墻直墻段保證主線隧道馬頭門位于橫向通道起拱線下方，并加設(shè)橫向支撐加固隧道。橫通道設(shè)置時(shí)，注意出土豎井馬頭門洞口尺寸，因?yàn)槌鐾霖Q井可能也是下管工作井，注意預(yù)留足夠的高度保證管道運(yùn)輸。通過在主線隧道兩側(cè)設(shè)置旁井利用橫通道暗折施工工藝連接主線隧道，解決主線隧道出土問題，替代了傳統(tǒng)施工方法中主路上方設(shè)置出土豎井對交通造成巨大影響，規(guī)避了夜間出土期間人員的交通安全隱患問題。旁井和橫通道可同時(shí)兼做管線分支隧道及檢查室，降低工程造價(jià)。旁井位置的靈活選擇有效避免了開挖豎井上方的現(xiàn)況地下管線的拆改移問題；選址規(guī)避大型雨污水管線、建（構(gòu)）筑物可以保證豎井基坑施工作業(yè)的安全；選址規(guī)避居民區(qū)、商場等人員密集場所，減小施工對周邊環(huán)境的影響。旁井?dāng)?shù)量的靈活選擇可控制隧道掌子面的開挖長度，有利于控制作業(yè)面數(shù)量，控制施工工期。

3.2 暗做檢查室施工工藝

暗做檢查室結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 暗做檢查室結(jié)構(gòu)示意圖

（1）工藝流程。主線隧道初襯開挖支護(hù)→暗做檢查室漸變段開挖支護(hù)→暗做檢查室大斷面隧道開挖支護(hù)→暗做檢查室大斷面隧道封端→封端處開馬頭門繼續(xù)施工主線隧道→暗做檢查室側(cè)墻開馬頭門施工分支隧道。

（2）設(shè)計(jì)參數(shù)。隧道結(jié)構(gòu)為馬蹄型，直邊墻、平底板，采用復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)型式，初期支護(hù)為格柵噴射混凝土結(jié)構(gòu)（鋼筋格柵＋鋼筋網(wǎng)＋噴射混凝土），二次襯砌為模筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩層襯砌之間設(shè)防水層（ECB/EVA拱擠復(fù)合防水板），防水層厚度為1.5mm。拱部單超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距300mm，縱向水平投影搭接長度2m，漿液采用水泥、水玻璃雙液漿。初支結(jié)構(gòu)為鋼格柵外掛雙層φ6（100mm×100mm）鋼筋網(wǎng)片，噴射250mm厚C20早強(qiáng)砼，網(wǎng)片搭接長度不小于一個(gè)網(wǎng)格。鋼格柵間距4Φ25鋼筋，縱向連接筋Φ18間距1000mm，鋼格柵鋼筋保護(hù)層厚度40mm。

（3）主線隧道初襯施工至暗做檢查室設(shè)計(jì)位置時(shí)，利用漸變段逐步加高、加深、加寬隧道斷面，直至隧道斷面增大至暗做檢查室設(shè)計(jì)斷面尺寸。漸變段的長度、每榀拱架尺寸、拱架安裝位置等具體參數(shù)利用三維BIM技術(shù)獲得，并實(shí)際放樣指導(dǎo)加工、安裝。施工至暗做檢查室設(shè)計(jì)斷面尺寸后，繼續(xù)施工暗做檢查室隧道初襯結(jié)構(gòu)至暗做檢查室施工完成，并正式封端。暗做檢查室的施工根據(jù)隧道實(shí)際開挖斷面尺寸選擇上下臺階法或CD法施工，保證施工安全。暗做檢查室施工完成后，再次開馬頭門繼續(xù)主線隧道施工作業(yè)。

（4）管線檢查室通過漸變擴(kuò)大隧道斷面以滿足設(shè)備安裝空間要求將傳統(tǒng)明開豎井施工替代為隧道開挖作業(yè)，避免了占用現(xiàn)況道路，減小了明開施工對周邊地下管線的影響。

（5）施工過程中加強(qiáng)超前支護(hù)，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求施工。必要時(shí)可提高超前支護(hù)參數(shù)，并加強(qiáng)監(jiān)控測量，及時(shí)反饋信息，提高應(yīng)變能力。

3.3 人孔通道施工

人孔結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。工藝流程：通行隧道初襯施工完成→地面測量定位→人工坑探地下管線分布位置→人孔土方開挖→綁扎支護(hù)鋼筋→模板支護(hù)→澆筑混凝土→破除人孔與隧道連接處初襯鋼筋混凝土→焊接井筒加固型鋼→防水施工→地下隧道二襯施工→吊裝預(yù)制井筒→人孔與井筒之間灌注防水砂漿。

圖3 人孔結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)暗做檢查室上方施工工況合理選擇人孔開挖位置，若暗做檢查室上方具備人孔開挖條件，于暗做檢查室隧道拱頂上方通過人工挖孔法施工檢查室人孔。先行施工洞口護(hù)筒，并高出地面200mm以上，防止施工過程中地面積水進(jìn)入洞內(nèi)。使用三腳架提升土方，人工開挖土方作業(yè)，開挖斷面直徑1600～2000mm，每一段面開挖深度1m。開挖完成后，綁扎單層φ8@100mm×100mm鋼筋網(wǎng)片，安裝環(huán)形支護(hù)模板并人工填筑預(yù)拌混凝土進(jìn)行支護(hù)，預(yù)拌混凝土配比同隧道初襯錨噴混凝土，保證快速凝結(jié)支護(hù)。待混凝土強(qiáng)度滿足支護(hù)要求后繼續(xù)開挖支護(hù)下一循環(huán)直至暗做檢查室隧道拱頂。人工破除人孔井內(nèi)隧道拱頂初襯混凝土連通人孔與隧道，并裸露出初襯結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋拱架，使用槽鋼抱扣型鋼與原初襯隧道內(nèi)鋼筋拱架焊接連接用于加固洞口。若暗做檢查室上方不滿足人孔開挖條件，從暗做檢查室側(cè)墻拱部以下的直墻段向兩側(cè)開馬頭門，開挖橫向?qū)Ф粗涟底鰴z查室兩側(cè)的步道下方，于步道上選擇適當(dāng)位置施工人孔，如圖4所示。橫向?qū)Ф吹亩r底板與暗做檢查室齊平，便于檢查室抽水作業(yè)和人員通行。人孔與隧道接縫處鑿除裸露的尖銳鋼筋混凝土，人工抹灰保證平順后，統(tǒng)一施做隧道和人孔防水層，保證防水結(jié)構(gòu)的整體性。隧道二襯結(jié)構(gòu)施工前，提前安裝1個(gè)預(yù)制井筒坐落于人孔和隧道連接處的加固型鋼上，便于洞口處圓形內(nèi)模的安裝。綁扎隧道二襯鋼筋并澆筑二襯混凝土，待二襯混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，安裝人孔內(nèi)其余預(yù)制井筒。人工挖孔法組合隧道暗折施工施做檢查室人孔靈活布置檢查室人孔位置，規(guī)避地下管線，施工周期短，施工工藝安全可靠。

圖4 暗做檢查室人孔與通行隧道及暗做檢查室之間縱斷面圖

4 暗做檢查室施工影響預(yù)測分析

4.1 計(jì)算模型及參數(shù)選取

采用數(shù)值計(jì)算軟件FLAC 3D對暗做檢查室隧道進(jìn)行三維全過程施工模擬，綜合分析暗做檢查室施工對路面變形的影響規(guī)律，對隧道開挖引起的路面沉降進(jìn)行預(yù)測。計(jì)算中采用不同的本構(gòu)模型模擬不同的材料，對于混凝土材料以及瀝青路面應(yīng)用線彈性模型，而各層土體采用莫爾-庫侖（M-C）模型，如圖5所示。

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

工程施工的主要影響范圍為隧道開挖施工影響范圍內(nèi)的上方路面，對整個(gè)施工過程進(jìn)行模擬，可以得到計(jì)算云圖如圖6所示。

在正常施工條件下，正線隧道、出土豎井、及暗做檢查井施工影響路面沉降值均未超過相應(yīng)控制標(biāo)準(zhǔn)的控制值。表明在管線施工控制措施得當(dāng)?shù)那闆r下，管線施工不會(huì)對路面產(chǎn)生較大危害。

圖5 暗做檢查室周邊相對位置關(guān)系示意圖

圖6 熱力管線、旁井隧道及暗做檢查室施工影響道路總體沉降云圖

5 解決的主要問題

通過現(xiàn)場調(diào)查及隧道里程分析，確定旁井井位。模擬擴(kuò)大檢查小室初期支護(hù)，分析施工開挖工序。并通過設(shè)置人孔、設(shè)備孔安裝方法，完善檢查室使用。

（1）通過在原設(shè)計(jì)主線隧道兩側(cè)設(shè)置旁井，于旁井內(nèi)開馬頭門向主線隧道方向開挖橫向通道，自橫向通道內(nèi)開馬頭門掘進(jìn)施工主線隧道，土方自旁井向上提升棄土外運(yùn)。（2）主線隧道施工至原設(shè)計(jì)檢查室位置時(shí)，隧道斷面逐漸加寬、加高至滿足檢查室安裝設(shè)備空間需求。（3）根據(jù)暗做檢查室隧道上方道路通行情況和地下管線分布位置選擇檢查室人孔開挖位置，若暗做檢查室拱頂上方道路不滿足明開施工人孔條件或密布地下管線無人孔開挖位置時(shí)，可自暗做檢查室向兩側(cè)開挖橫向通道至道路兩側(cè)步道或其他適當(dāng)位置靈活選擇人孔位置。（4）關(guān)鍵技術(shù)為主線隧道漸變加寬、加高和利用隧道暗折施工靈活設(shè)置施工檢查室人孔，借助BIM三維繪圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)隧道小斷面至大斷面的平滑轉(zhuǎn)換，繪圖獲取漸變段每榀隧道拱架的詳細(xì)尺寸參數(shù)、安裝位置指導(dǎo)鋼筋拱架的加工、安裝。檢查室人孔內(nèi)徑空通常為800mm，滿足運(yùn)行期間檢修人員出入，開挖孔徑≤1600mm，深度小于7m。結(jié)合人工挖孔樁法替代傳統(tǒng)沉井施工方法施做人孔外壁支護(hù)結(jié)構(gòu)，內(nèi)部吊裝預(yù)制井筒，井筒與護(hù)壁之間襯砌防水層。結(jié)合隧道暗折施工方法，根據(jù)檢查室隧道上方道路情況和現(xiàn)況地下管線的分布靈活設(shè)置檢查室人孔位置。（5）施工工程中加強(qiáng)對隧道暗折、漸變、人孔開挖位置處的地面、地下施工監(jiān)測，保證施工安全。

6 結(jié)束語

淺埋暗挖暗做檢查室施工工藝主要是通過對暗挖隧道和人工挖孔法的組合應(yīng)用，在城市淺埋暗挖隧道施工建設(shè)中，有效地避免豎井作業(yè)區(qū)長期占壓道路，影響交通；旁井的靈活選位有效避免豎井開挖范圍內(nèi)地下管線的改移和保護(hù)，選擇遠(yuǎn)離建（構(gòu)）筑物施做豎井結(jié)構(gòu)保證基坑的支護(hù)安全，減小施工對周邊環(huán)境的影響，適當(dāng)設(shè)置旁井?dāng)?shù)量以縮短隧道掌子面開挖距離有利于縮短施工工期。對城市地下管線密集區(qū)域、交通繁忙區(qū)域、環(huán)境保護(hù)要求比較高的地區(qū)進(jìn)行淺埋暗挖施工具有廣泛應(yīng)用條件，可大幅減小施工對交通、拆遷等的破壞和影響，有效確保施工工期，減少施工占地，環(huán)保節(jié)能效益顯著。在城市中心區(qū)淺埋暗挖施工作業(yè)領(lǐng)域具有顯著的推廣和應(yīng)用價(jià)值，可為同類工程提供示范和借鑒。