既有建筑物地下空間互連互通施工技術(shù)

陸 峰

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

目前，實現(xiàn)地下空間互連互通常用的施工方法有盾構(gòu)施工法、淺埋暗挖法、明挖施工法、頂管施工法等[1-3]。本文以?？谑袊d大道人行通道項目為例，詳細(xì)闡述了采用頂管非開挖技術(shù)實現(xiàn)相鄰地下空間互連互通的施工風(fēng)險以及采取的針對性措施，以期為今后類似的工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程簡介

擬建的國興大道人行通道項目位于?？谑写笥⑸狡瑓^(qū)，以國興大道為界，北側(cè)是美蘭區(qū)，南側(cè)是瓊山區(qū)。本工程為下穿國興大道的2座人行地道，總建筑面積約為2 908.8 m2。2座人行通道位置分別位于國興大道與大英山西三路交叉口東側(cè)和國興大道與五指山南路交叉口西側(cè)，南北向下穿國興大道，整體呈“C”字形布置，將實現(xiàn)行人不間斷穿過擁有10車道的城市主干道，實現(xiàn)省政務(wù)服務(wù)中心二期南廣場地下車庫、迎賓樓與日月廣場免稅店的連接。國興大道人行通道項目頂管位置如圖1所示。

圖1 國興大道人行通道項目頂管位置示意

1.2 水文地質(zhì)簡介

1.2.1 地質(zhì)條件

根據(jù)勘察成果，本場地勘察深度內(nèi)的巖土層按其成因、巖性及物理性質(zhì)分為8個大層，分別如下：①雜填土、②含砂粉質(zhì)黏土、③粗砂、④粉質(zhì)黏土、⑤粗砂、⑥粉質(zhì)黏土、⑦粉砂、⑧粉質(zhì)黏土。

1.2.2 水文條件

場地地下水水位為4.5 0 ～5.7 0 m（水位標(biāo)高為10.09～11.67 m），根據(jù)勘察報告：場地內(nèi)⑤粗砂層基本為直接與上部③粗砂含水層連通，水位與潛水水位基本一致；⑦粉砂層上覆厚度較大的⑥粉質(zhì)黏土相對隔水層，其水位對工程施工影響不大，故未測其水位。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，地下水位年變化幅度約為1.50 m，結(jié)合勘察成果及場地條件，確定地下水最高水位標(biāo)高為12.00 m。

1.2.3 不良地質(zhì)條件

1）特殊性巖土。根據(jù)勘察報告，施工范圍內(nèi)的特殊性巖土主要為填土，結(jié)構(gòu)松散，其中國興大道現(xiàn)狀路上表層為混凝土路面，厚度0.3～0.6 m，下部為路基填筑土，揭露層底埋深0.90～3.70 m，主要以碎石、碎磚混黏性土為主。

2）地下障礙物。擬建人行通道沿線環(huán)境總體較為開闊，主要為現(xiàn)狀道路及綠化等，場地內(nèi)分布大量的市政管線包括給水、排水、電力、信息、燃?xì)獾?，埋深不一，且存在燃?xì)狻㈦娏敼堋?/p>

2 聯(lián)絡(luò)通道施工方案簡介

東側(cè)通道：建設(shè)范圍為北工作井北墻至日月廣場地下室邊界，南北向總長約127 m，其中頂管段長度90.8 m，頂管段頂部覆土約為5 m，采用矩形頂管法施工，坡度為＋0.5%，穿越土層為③粗砂、④粉質(zhì)黏土。

西側(cè)通道：建設(shè)范圍為迎賓樓用地邊線至日月廣場地下室邊界，南北向總長約115 m，其中頂管段長88.4 m，頂管段頂部覆土約5 m，采用矩形頂管法，坡度為＋1%，穿越土層為②含砂粉質(zhì)黏土、④粉質(zhì)黏土、⑤粗砂。

矩形頂管隧道的外包尺寸為6.9 m（寬）×4.2 m（高），管節(jié)長度為1.5 m、厚度為0.45 m。

3 風(fēng)險源分析及針對性措施

3.1 頂管始發(fā)及接收中的風(fēng)險

3.1.1 風(fēng)險原因分析

頂管始發(fā)及接收施工向來是頂管施工中的難點之一。無論始發(fā)還是接收，在洞門打開至頂管機(jī)推入洞門過程中，洞中土體完全暴露在外，容易引起水土滲漏，嚴(yán)重時將發(fā)生塌方而造成工程事故。而且在頂管推進(jìn)過程中，頂管始發(fā)洞門一直處于打開狀態(tài)，橡膠襪套（圖2）一旦發(fā)生破壞，或密封不嚴(yán)密將引起洞門外的水土流失，逐漸形成滲漏通道，造成地面沉降、周圍管線變形等。

3.1.2 風(fēng)險控制措施

1）始發(fā)洞門止水裝置。始發(fā)井洞門尺寸為7.2 m×4.5 m，與管節(jié)尺寸6.9 m×4.2 m存在一定的間隙，為保證洞口的安全（不漏水漏沙），需要安裝洞口止水裝置，應(yīng)安裝在洞口設(shè)計預(yù)留法蘭上。洞口止水裝置由橡膠止水圈與翻板組成，需與設(shè)計軸線保持同心，誤差＜5 mm。安裝順序：螺栓→橡膠簾布板→壓板。安裝之前須對簾布橡膠板上所開螺孔位置、尺寸進(jìn)行復(fù)核，確保其與洞圈上預(yù)留螺孔位置一致。為保證安裝螺栓的牢固，對螺栓與鋼洞圈進(jìn)行焊接處理，確保螺栓的牢固。安裝順序自上而下進(jìn)行。壓板螺栓應(yīng)可靠擰緊，使簾布橡膠板緊貼洞門，防止矩形頂管接收后漿液泄漏。

2）頂管機(jī)內(nèi)部預(yù)留注漿孔?？紤]洞門風(fēng)險為重要風(fēng)險因素，為保證洞口止水效果，在頂管機(jī)內(nèi)部預(yù)留注漿孔，利用洞門四周預(yù)留注漿孔向洞門間隙填充固體黏土，保證四周洞門空隙始終處于填充飽和狀態(tài)。頂管機(jī)內(nèi)部頂部和底部分別預(yù)留2個，兩側(cè)分別預(yù)留1個。

3）接收井止水裝置。接收前，先對洞門位置進(jìn)行測量確認(rèn)，根據(jù)實際頂管機(jī)標(biāo)高安裝頂管機(jī)接收基座（接收架），并在接收井洞門安裝止水裝置，如圖3、圖4所示。配備封洞門鋼板、補(bǔ)充注漿等材料。

圖3 接收洞口止水裝置剖面

圖4 “鐵枕”平面

① 2道止水鋼板高度高于頂管管節(jié)外壁10 mm，在對應(yīng)每個三角撐的位置割開10 mm高的切口。

② 在洞口下側(cè)設(shè)置2個“鐵枕”，“鐵枕”低于頂管機(jī)姿態(tài)下方5 mm，并且高于接收架5 mm。

③ “鐵枕”為20 mm厚鋼板焊接而成，其前部留有坡口。滿焊接在洞門圈上。

4）始發(fā)、接收洞口加固和輔助降水措施。

① 水泥系加固。頂管共設(shè)置4個工作井，其中2個始發(fā)井，2個接收井，采用φ1 000 mm@700 mm高壓旋噴樁對進(jìn)出洞區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)加固以及后靠加固。

② 矩形頂管進(jìn)出洞輔助降水措施?？紤]孔隙潛水的含水層，地表水系與孔隙潛水的粉砂、粉土層具有較好的水力聯(lián)系。若加固體中存在缺陷，可能形成潛水往頂管洞口區(qū)滲流的通道，在洞門打開時造成漏水。根據(jù)加固特點，圍護(hù)樁與加固體之間由于基坑開挖后，形成一條薄弱區(qū)接縫，地下水可能通過此薄弱區(qū)域形成向洞門區(qū)的滲流通道。另外，矩形通道加固區(qū)及未加固區(qū)交界處可能通過通道外壁形成與洞內(nèi)的通道，造成漏水漏砂。故本次主要針對頂管進(jìn)出洞、進(jìn)出洞加固情況與圍護(hù)樁與加固區(qū)形成的薄弱區(qū)接縫等風(fēng)險因素，在頂管洞門加固體與原狀土的交界處布置降水井。針對頂管單個端頭都布置2口降水井，采用φ550 mm孔徑鉆孔成孔，降水井深度至通道底部3 m，采用φ273 mm、壁厚4 mm的鋼管為降水管井，周圍回填厚200 mm級配礫石過濾層。

3.2 防止頂管機(jī)后退的風(fēng)險

3.2.1 風(fēng)險原因分析

由于矩形頂管頂進(jìn)機(jī)的斷面較大，前端阻力大，實際施工中，即使管節(jié)頂進(jìn)了較長距離，但每次拼裝管節(jié)或加墊塊時，主頂油缸一回縮，頂管機(jī)和管節(jié)仍會一起后退5～10 cm。當(dāng)頂管機(jī)和管節(jié)往后退時，頂管機(jī)和前方土體間的土壓平衡受到破壞，土體面得不到穩(wěn)定支撐，易引起頂管機(jī)前方的土體坍塌，若不采取一定的措施，路面和管線的沉降量將難以得到控制。

3.2.2 風(fēng)險控制措施

在發(fā)射架前基座的兩側(cè)各安裝1套止退裝置，如圖5所示。當(dāng)油缸行程推完，需要加墊塊或管節(jié)時，將銷子插入管節(jié)的吊裝孔，再在銷座和基座的后支柱間放入鋼墊塊和鋼板。管節(jié)的后退力通過銷子、銷座、墊塊傳遞到止退裝置和發(fā)射架上。止退裝置和基座焊接在一起。為了減少管節(jié)的后退力，在管節(jié)上插入銷子，在止退前應(yīng)將正面土壓力釋放30%左右。

圖5 止退裝置安裝示意

止退架采用的豎向支撐為200 mm工字鋼，焊接在發(fā)射架上。2道斜撐和1道支撐采用200 mm工字鋼組合焊接在豎向支撐上，同時支撐止退反力，工字鋼內(nèi)加筋處理。

3.3 地面沉降和管線沉降的風(fēng)險

3.3.1 風(fēng)險原因分析

頂管施工覆土厚度普遍都小于頂管機(jī)高度，部分覆土3.6～4.4 m屬淺覆土矩形頂管施工，且穿越路段管線眾多。

3.3.2 風(fēng)險控制措施

1）頂管施工前。向管線單位了解管線情況，通過管線資料與現(xiàn)場情況進(jìn)行比對分析，對頂管施工涉及的管線進(jìn)行徹底排摸，掌握各管線材質(zhì)、埋深、管徑以及與頂管通道的相對位置關(guān)系等，對有必要的管線設(shè)置沉降監(jiān)測點以便更加及時準(zhǔn)確地掌握管線沉降、變形情況。并與管線權(quán)屬單位協(xié)商，組建完整的應(yīng)急體系，制定切實可行的方案，明確施工控制措施，并嚴(yán)格按照通過評審的施工方案實施，確保管線在整個施工過程的安全穩(wěn)定。

2）頂管推進(jìn)過程。頂管始發(fā)后，盡快建立正面土壓，摸索頂進(jìn)參數(shù)，為后續(xù)頂進(jìn)服務(wù)；嚴(yán)格控制正面土壓，保證出土量與頂進(jìn)速度相匹配；當(dāng)頂管機(jī)穿越管線時應(yīng)盡量不糾偏或少糾偏，以減少對土體與管線的擾動；頂管施工過程加強(qiáng)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)及時反饋至技術(shù)人員，分析后指導(dǎo)頂管頂進(jìn)；在頂進(jìn)過程中，利用多級泵進(jìn)行持續(xù)、均勻的壓漿，使出現(xiàn)的建筑空隙被迅速填充，并根據(jù)實測的沉降情況進(jìn)行不壓漿，保證土體穩(wěn)定。同時，頂管區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，地面交通流量大，考慮最大限度減少頂管頂進(jìn)對地面沉降的影響，對頂管管節(jié)采取在管節(jié)制作過程中設(shè)置（DN50）壓泥孔的方式，待地面沉降達(dá)到預(yù)留報警值后，打穿壓泥孔進(jìn)行泥漿壓注。壓泥孔在每節(jié)管節(jié)頂、底部各設(shè)置3個，左右兩側(cè)各設(shè)置2個，共計10個。壓泥孔壓注主要位于管節(jié)上及重要壓力管線位置。施工過程中持續(xù)監(jiān)測地面沉降，結(jié)合實際情況進(jìn)行壓泥作業(yè)。壓泥壓力最大控制在0.3 MPa，壓泥量需配合地面沉降監(jiān)測情況，及時反饋。

3）頂管貫通后，及時對洞門進(jìn)行封堵，確保封堵質(zhì)量，對管節(jié)外進(jìn)行漿液固化，穩(wěn)定后期沉降。同時，對地面及通道進(jìn)行后續(xù)跟蹤測量，直至地面及管節(jié)沉降穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計要求，并可根據(jù)測量情況對局部進(jìn)行補(bǔ)壓漿處理。如果地面后續(xù)沉降超過警戒值，將采用土砂泵對管節(jié)上部土體進(jìn)行壓泥處理，填充空隙，使地面及管線的沉降穩(wěn)定在管線單位要求的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

為了實現(xiàn)地下空間互連互通，本文以海南省海口市國興大道人行通道項目為例，簡要闡述了采用頂管非開挖施工技術(shù)實現(xiàn)相鄰地下空間的互連互通，并結(jié)合本工程的特點，分別從頂管始發(fā)及接收中的風(fēng)險、防止頂管機(jī)后退的風(fēng)險以及地面沉降和管線沉降的風(fēng)險這3個方面進(jìn)一步分析了頂管施工的風(fēng)險原因以及采取的針對性措施，從而為今后地下空間實現(xiàn)大規(guī)模的互聯(lián)互通開發(fā)建設(shè)提供借鑒。