城市复杂环境矩形过街通道浅埋暗挖施工技术研究

辛 猛，周细平，袁银书

(中建六局土木工程有限公司 天津300457)

城市复杂环境矩形过街通道浅埋暗挖施工技术研究

辛 猛，周细平，袁银书

(中建六局土木工程有限公司 天津300457)

在运营繁忙的公路和正常使用的地下管线下修建下穿暗挖通道等地下工程时，既要考虑承受汽车动载作用，还需考虑管线下沉造成的影响。以胶州市民广场人防工程澳门路、香港路过街通道为例，针对该类型通道具有矩形大断面、穿越管线多、薄覆盖层等特点的情况，研究并采用城市复杂环境矩形过街通道浅埋暗挖施工技术。

矩形断面浅埋暗挖 管幕后背装置 小覆跨比暗挖

0 引 言

近年来，暗挖通道施工技术在国内外均已得到了很大的发展，在地层较为均一、施工环境较为简单的工况下已经取得了阶段性的成果。然而，对于运行公路及正常使用的地下管线下的矩形浅埋通道来说，汽车动荷载及管线下沉的影响等特殊因素会造成施工风险及困难，尤其是在下穿通道具有矩形大断面、穿越管线多、覆盖层薄等特点的情况下，如何确保在工程施工过程中结构的受力安全性，有效控制地面或既有结构物的沉陷，全面保持地层处于稳定状态，降低工程成本，提高经济效益，便成为类似工程迫切需要解决的一系列问题。针对此类结构的设计与施工关键技术极具研究价值，对今后的类似工程具有重大的理论参考和实践指导意义。基于此，本文提出城市复杂环境矩形过街通道浅埋暗挖施工技术。与传统的暗挖施工方法相比，本施工技术有如下特点：①通道暗挖施工与主体结构同步进行，施工管幕的后背装置没有可利用的后方土体。本技术设计采用后背墙钢架装置，安全承载力大，使施工期间不影响上部重要道路的正常使用功能，并能有效控制地表和上方重要建构筑物的沉降。②本工程为矩形断面浅埋暗挖，上侧管幕距现路面仅2.5,m，穿越澳门路区段管幕长40.2,m，穿越香港路区段管幕长68.5,m，矩形通道宽度均为15,m。对于矩形暗挖断面结构受力不太合理及超浅埋的情况，考虑支护体系的安全性、适用性、经济性等因素，确保工程安全。③结构通道穿过多条管线，包括电力、污水、雨水等，在支护管幕施工作用、结构施工作用、路面汽车动荷载作用下对现场监测结果的分析，进一步施工时产生的受力、变形状况预测。④钢筋混凝土通道顶板厚700,mm，通道顶板混凝土浇筑，作业面狭小，顶板钢筋配置密集，不能进行机械振捣作业，通道为矩形断面且跨度大，顶板混凝土浇筑施工难度大。项目采取变更自密实混凝土、计算顶板浇筑口位置数量、对工人进行特殊培训等措施，保证了矩形暗挖通道顶板混凝土浇筑质量。

1 工程概况

胶州市民广场位于胶州市新城区，北起三里河公园，南至青年湖，全长约1,160,m，是集休闲运动、购物、居住、体育文化活动于一体的多功能广场。该工程战时作为人员物资掩埋处，平时作为商场、停车场，并成为该区域的地标性建筑。

本工程规划用地面积41,436,m2，总建筑面积为35,749,m2，人防区建筑面积为24,011,m2，结构穿过澳门路、香港路，在地下人防横穿澳门路和香港路处，由于地面交通繁忙，运行管线较多，地下人防工程施工过程中为不影响公共交通的运行，采用浅埋暗挖法进行施工。其中穿越澳门路区段长40.2,m，穿越香港路区段长68.5,m，宽度均为15,m，高度为5.9,m，结构顶板距现地面仅2.5,m。

2 施工工艺原理

采用长大管棚支护下的暗挖施工法进行施工，施工步骤包括：①管幕后背基础施工及钢架制作；②将钢管按一定的顺序分节顶入土层中，钢管之间设有锁口，使钢管彼此搭接，形成管幕；③在管幕内全断面开挖，边开挖边支撑，开挖分3个导洞，每个导洞分步开挖，即1号导洞开挖≥6,m后开始开挖支护2号导洞，2号导洞≥6 m后开始开挖支护3号导洞；④初期支护采用工字钢架＋钢筋网片方式进行，初支厚250 mm，工字钢架间距为0.6 m/榀，外侧工字钢与管棚点焊；⑤主体结构施工，包括基础筏板、剪力墙柱、顶板，主体结构完成后拆除临时支撑，顶板与防水层之间注浆。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程(见图1)

3.2 后背基础施工及钢架制作

管幕施工前先进行后背基础及钢架施工，后背基础设为3排，包括1,000,mm×1,000,mm独立基础及1,000,mm×4,000,mm条形基础，基础埋深1.5～2.8,m，基础混凝土等级C30；后背墙基础顶部预埋10,mm厚钢板埋件与工字钢架焊接连接，预埋件锚筋为 Φ22，长度为500,mm，钢架平面尺寸为20,m×17.2,m，采用工字钢焊接而成，高度为8.2,m。

图1 施工工艺流程图Fig.1 Construction process flow chart

3.3 管幕施工

3.3.1 管幕设计

管幕设计参数为：钢管直径325,mm，壁厚8,mm，管长澳门路为40.2,m、香港路为68.5,m，管幕钢管间采用锁扣连接，形成整体。每根管幕钢管需要多节钢管焊接形成，单节加工长度为6,m，管内灌注C20混凝土；为保证管棚受力工况合理，在管棚两端设置门框，详情如图2所示。

图2 澳门路过街通道管幕布置图Fig.2 Corridor layout of Macao Road Underpass

3.3.2 管幕顶进施工

设备就位完成后进行钢管的吊装就位和钻机安装，钢管安装在顶管设备支架的滑动托架上。钢管到位后进行中线和标高的调整，调整到位后固定在滑动托架上，配好钻杆和钻头位置后，钢管、螺旋钻杆和动力头连接牢固。

准备就绪后进行管幕顶进施工，在顶进施工时要特别注意首根钢管控制开始几米的施工精度，防止钢管的上浮，φ325钢管就位采用无线导向仪在钻进过程中准确测定钻头在地下的位置和方向，钻头内装有特质的传感器，传感器的发射信号在导向仪显示屏显示出钻头的倾斜角和面向角。根据钻头位置与设计轨迹的差异，调整钻头的方向，完成导孔定位工作。导向钻头是上下纠偏的关键，导向管是随钻打入的，起到套管护壁作用。顶进过程中随时测量钻头的走向，及时进行调整和修正。在一节钢管顶进完成进行下一节焊接时，要用卡套固定两根钢管，不允许接口处出现错口和中线折角。顶进过程中通过控制螺旋钻的出土速度和钻头伸出的位置决定顶进的速度，防止管幕钢管前方的土体塌落，详情如图3所示。

图3 管幕施工剖面图Fig.3 Profile of pipe curtain construction

3.3.3 管内灌注混凝土

钢管顶进完成后开始灌注混凝土，灌注混凝土前，应对孔道进行清洁处理，并使孔壁完全湿润。冲洗后使用不含油的压缩空气将孔道内的所有积水吹出。管幕钢管内采用C20混凝土，坍落度20,cm，灌注由一端进行，排气口位于另一端，设在钢管顶部，当排气口混凝土溢出，即停止灌注。灌注时应缓慢、均匀地进行，不得中断，并使孔道内排气通畅。

3.3.4 管棚端部施工

钢管全部布设完成后，需将两端的管头连接起来，使端头部位形成一个整体。端头连接方法是将两端的管头与工字钢门框固定，固定方法为点焊，使端头部位形成一个整体。

3.4 导洞开挖及支护

3.4.1 导洞土体注浆加固

由于暗挖通道主要位于粉质粘土层中，底层松软，自稳能力差，加之地下水位较高，导洞开挖前，先进行土体注浆，为了达到理想的注浆加固效果，在预注浆加固上方土体时采用后退式钻孔注浆的施工工艺。注浆孔间距为800,mm，每循环注浆深度为10～15,m，后退长度为0.5～0.8,m，注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆。

注浆施工结束后，通过注浆体内钻孔，检查浆液分布情况及加固效果，加固效果较差的区域须进行补充注浆。检查孔的数目约为总注浆孔数的5%,～10%,，布孔的重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或有疑问的部位。

3.4.2 导洞开挖

开挖将其分为3个导洞，每个导洞均采用正台阶法施工，上半部开挖完成后再进行下半部开挖。每个导洞错开6,m，台阶长度不超过2,m，开挖步距为0.6,m。开挖过程中视地层情况留置核心土，核心土应保持1∶1～1∶3放坡，防止土方坍塌。

1号导洞开挖完成6,m后，进行2号导洞开挖，2号导洞开挖完成6,m后进行3号导洞开挖。2号、3号导洞开挖及支撑方法与1号导洞相同，一直将3个导洞开挖、支撑完成后进行下一道工序(见图4)。

图4 导洞开挖示意图Fig.4 Schematic diagram of pilot tunnel excavation

开挖施工技术要求：一般情况下，台阶长度控制在2,m以内，在遇水开挖困难地段台阶长度适当延长，以满足施工安全；严格控制隧道开挖的中线和水平，开挖轮廓要平顺，防止超挖，局部欠挖处人工修凿；当土体自稳能力较差时，应尽可能缩短开挖台阶长度，减少掌子面暴露时间，尽快封闭成环；做好开挖的施工记录和地质断面描述，加强对洞内外的观察，做好地质超前预报工作；开挖过程中必须加强监控量测，当发现拱顶、拱脚和边墙位移速率值超过正常允许值或出现突变时，应及时采取加临时支撑、封闭掌子面注浆等措施，以控制位移和变形。对连续沉降的地段，根据量测结果进行跟踪注浆；开挖过程中出现涌水、涌砂现象时，应遵循“短开挖、快封闭”的要求，缩短封闭时间，进行分部、分块开挖，钢架架立后立即喷砼封闭，避免引起地层沉降。

3.4.3 钢架安装

分部土方开挖后及时沿洞顶及侧墙部位安装钢架，钢架安装间距同开挖步距。首先检查开挖断面，是否开挖到位，有无欠挖现象，若有欠挖，要提前处理，以保证钢架一次架立合格。

保证中线要准确，掌子面有明显的中线标记，避免因钢架偏离中线造成严重的超欠挖现象。架设钢架时，每个断面一侧至少5组支距，与设计支距相比较，差值超过10,mm，应进行调整。架设顶部钢架时，沿边墙距底板一定距离，要测标志线，依据此线，测3组数据，边墙2组，中线一组，与设计比较，差值超过20,mm，应进行调整。

保证钢架置于稳固的基底上，施工时在钢架基脚部位预留20～30,cm原土，待架立钢架时挖槽就位，并在钢架基脚处增设纵向槽钢托梁，以增加基底承载力。

为保证钢架位置安设准确，待钢架架立到位后，立即用Φ28纵向连接筋将钢架焊成一体。环向间距为1,m，钢架立毕后，用砂将钢架拱脚连接板埋住，以便与下单元钢架连接。

3.4.4 钢筋网片安装、喷射混凝土

工程钢筋网片均采用半成品网片现场拼接的方法施工，预制网片的宽度与钢架间距适应。网片制作钢筋为φ8，网格间距200,mm×200,mm，网片搭接不小于一个网格长度。挂网在初喷砼及施作锚杆后进行。通过多功能作业台架，采用人工沿开挖面一环一环铺设，并与钢架焊接连接。挂好网片后，将网片之间的接头以及网片钢筋和锚杆头、钢架等焊接牢固，避免网片超出喷砼厚度和喷砼时网片晃动。

喷射混凝土采用湿喷工艺，减少回弹及粉尘，创造良好的施工条件，混凝土在洞外拌合，由运料车运至喷射工作面，速凝剂在作业面随拌随用。喷射混凝土作业分段分片进行。喷射作业自下而上，先喷钢架与壁间隙部分，后喷两钢架之间部分。一次喷射厚度根据喷射部位和设计厚度而定，顶部宜为5～6,cm，边墙为7～10,cm，后喷一层应在先喷一层凝固后进行，若终凝后或间隔1,h后喷射，受喷面应用风水清洗干净。喷射混凝土终凝2,h后开始洒水养护，洒水次数应以能保证混凝土具有足够的湿润状态为度，养护时间不得少于14,d(见图5)。

图6 通道结构主体筏板做法示意图Fig.6Schematic diagram of the main body of the channel structure

图5 支撑钢架及挂网喷锚示意图Fig.5 The supporting steel frame and Shotcrete Rockbolt Mesh diagram

3.5 主体结构施工

3.5.1 垫层及筏板施工

破除中隔壁下部1,m高混凝土，在中隔壁工字钢四圈焊3,mm厚止水钢板止水带，宽400,mm通道部分防水等级设为一级，底板混凝土采用C40P8，厚度为600,mm，卷材选用4,mm＋3,mm厚改性沥青防水卷材，底板防水卷材施作前需在初支表面抹20,mm厚防水找平层；筏板施工缝留设高度为1,500,mm，中间留设钢板止水带(见图6)。

3.5.2 墙、柱施工

通道部分外墙厚度为500,mm，混凝土采用C40P8，卷材选用4,mm＋3,mm厚改性沥青防水卷材，底板防水卷材施作前需在初支表面抹20,mm厚防水找平层；墙柱施工缝留设在柱帽底部，外剪力墙中间留设钢板止水带。

3.5.3 顶板施工

破除中隔壁顶部1,m高混凝土，在中隔壁顶部工字钢四周焊 3,mm厚止水钢板止水带。通道顶板厚度为600,mm，混凝土采用C40P8自密实混凝土，卷材选用4,mm改性沥青防水卷材＋1.5,mm厚PVC防水板。浇注顶板混凝土前，在顶板处留φ200圆孔作为灌注孔，顶板灌注孔间距为5～15,m。混凝土分层浇注应左右对称进行，采用泵送混凝土，并配合附着式振捣器振捣，先以边墙处浇注口进料，最后用中间顶部浇注口封顶，同时应按设计要求预埋注浆管，注浆管顶端管口靠近防水层表面，并将注浆管用钢筋固定，以备背后注浆。同时顶部混凝土浇筑前，需在该仓较高处中部设置排气管，用钢筋固定，混凝土是否灌满可通过排气孔和端头模板的漏浆状态来判断，应避免混凝土过满超压，损坏模板支架。

3.5.4 拆除中隔壁、顶部注浆

待混凝土达到设计强度后，拆除中隔壁支撑。由于模注混凝土工艺的局限性，在顶板位置，主体结构混凝土与初支混凝土之间往往存在一个月牙形的间隙，其矢高一般在0～3,cm之间。为此，在主体结构施工完毕后，需要对该间隙进行灌浆充填(见图7)。

其技术要求如下：主体结构混凝土模板安装时，在拱顶预埋注浆管，注浆管顶端管口靠近防水层表面，并将注浆管用钢筋固定，以免混凝土浇筑过程中造成注浆管移位。顶板注浆管为每3,m一根；主体结构混凝土背后注浆在混凝土达到设计强度100%,时进行；浆液采用水泥水玻璃双液浆，配比为1∶1，水泥浆水灰比为1∶0.6，水泥中添加2%,～3%,的微膨胀剂。注浆压力不宜过高和过低。当注浆压力达到0.2,MPa时可终止注浆。

图7 通道结构主体做法示意图Fig.7 Schematic diagram of main channel structure

3.6 地表沉降和管线监测措施

后背基础安装完成后，管幕施工前即进行沉降观测，沿通道轴线按5,m间距布设地表沉降测点。同时，按5.5,m间距布设地表横向沉陷槽测点。每个暗挖通道在洞口处和中间各布置一个断面。在隧道开挖影响范围内(2倍洞径)的主要地下管线上方地表沿管线轴线按10～15,m间距布设地下管线沉降测点。

测试频率：开挖距量测断面前后0～2,B(B为洞径)时1～2次/d，2～3,B时1次/d，3～5,B时1次/w，大于5,B时1次/m(B为洞径)。可根据施工条件和沉降情况增加或减少观测次数，随时将地表观测信息报告给施工人员。

在暗挖通道施工影响范围内的房屋承重构件或基础角点、中部及其他构筑物特征部位布设测点，测点间距为10～20,m。其观测频率与地表沉降观测频率相同。

沿通道方向在左右隧道拱顶按5,m间距布设拱顶下沉测点。测试频率：开挖距量测断面前后0～2,B(B为洞径)时1～2次/d，2～3,B时1次/d，3～5,B时1次/w，大于5,B时1次/m(B为洞径)。

在取得监测数据后，要及时进行整理，绘制位移或应力的时态变化曲线图，由技术人员分析。

4 结 语

随着地下空间的开发利用，城市地下空间作为扩充城市基础设施的重要手段将成为现代城市解决城市交通问题与环境问题的最佳途径。针对下穿过街通道具有矩形大断面、穿越管线多、覆盖层薄等特点，本文以具有典型代表的胶州市民广场人防工程为依托，研究了城市复杂环境矩形过街通道浅埋暗挖施工技术，可为以后同类工程设计与施工提供借鉴。■

［1］ 胶州市民广场人防工程岩土工程勘察报告[R]. 2013.

［2］ 胶州市民广场人防工程结构施工图[Z]. 2013.

［3］ 建筑地基基础设计规范[S]. GB 50007—2011.

［4］ 公路隧道设计规范[S]. JTG D70—2004.

［5］ 建筑基坑支护技术规程[S]. JGJ 120—2012.

On Shallow Buried Excavation Construction Technique for Rectangular Section of Underpass Under Complex Urban Environment

XIN Meng，ZHOU Xiping，YUAN Yinshu
(China Construction Sixth Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China)

When carrying out underground construction such as tunnel digging under busy operating roads and normally used underground pipelines, it is necessary to consider the influence of vehicle dynamic load as well as the influence of pipeline sinking. This paper takes the civil air defense engineering of Macau Road and Hong Kong Road in Jiaozhou Civil Square as an example, and carries out a study and implementation of underpass tunnel digging by using shallow buried excavation construction technique under the complex urban environment. The tunnel features rectangular section, pipeline crossing and thin covering layer.

shallow buried excavation with rectangular section；tube screen back device；small span ratio

TU74

：A

：1006-8945(2016)10-0088-05

2016-09-06