复杂环境条件下城市综合管廊浅埋暗挖施工技术应用研究_崔鸿鹏.pdf

2023 年 4 月复杂环境条件下城市综合管廊浅埋暗挖施工技术应用研究崔鸿鹏(中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 101116)摘要:在城市综合管廊施工中，采用浅埋暗挖工艺可解决综合管廊施工难点问题，降低不良地质和地下管线等因素对综合管廊施工的影响。本文结合雄安新区起步区五组团 NA12 市政道路综合管廊工程项目，深入研究复杂环境条件下城市综合管廊施工难点问题和浅埋暗挖施工技术要点，以此为同类工程施工提供有益参考。关键词:复杂环境;城市综合管廊;浅埋暗挖;施工技术文章编号:2095 4085(2023)04 0007 03在城市综合管廊工程施工中，由于开挖深度较浅，围岩自承能力偏差，要求施工单位结合地质水文条件和综合管廊安全施工要求，及时施工初期支护和二衬，减少围岩自承载1，确保城市综合管廊施工质量。本文结合雄安新区起步区五组团 NA12 市政道路综合管廊工程项目，深入研究复杂环境条件下城市综合管廊施工难点问题和浅埋暗挖施工技术要点，以此为同类工程施工提供有益参考。1工程概况雄安新区起步区五组团 NA12 市政道路总长度317km，NA12 为起步区主干路，红线宽度为 44m，双向 6 车道，设计时速为 60km/h。NA12 综合管廊设计三舱结构，由电力舱、综合舱和能源舱组成。综合管廊净高 3 2m，净宽 10 8m。覆土深度 4 9m，总长度为 3 3km。浅埋暗挖段位于 EA2 市政管廊道路与NA12 市政管廊道路相交处，结合点里程 K2+307 K2+400 段内。当前，EA2 段综合管廊与道路已基本施工完成，管廊内线路和机电设备处于安装阶段。NA12 市政管廊处于主体结构施工阶段。2管廊工程环境条件分析根据现场勘察，管廊现场施工环境条件较为复杂，拟建场地环境较差，地质和水文条件较为复杂。2 1自然地理条件较差拟建场地属于雄安新区容城县与安新县交界处，位于太行山东麓、冀中平原中部，南拒马河下游南岸，属于太行山平原向冲积平原前缘地带，属于冲积平原地貌，地势由西北向东南逐步降低。拟建场地整体变幅较小，大部分农田，局部为村庄拆迁后建筑垃圾堆。场地内分布燃气管线段、入地电缆等地下管线及架空线缆，局部存在土坑、坑塘等不良地质，局部土坑、坑塘深度较大。2 2地质条件复杂根据工程设计，综合管廊拟建场地岩土层自上而下依次为 2 素填土、1 新近沉积粉质黏土、2 新近沉积粉质黏土、4 一般沉积粉质黏土、5 一般沉积粉土、7 粉细砂、1 粉质黏土、2 粉土、4 粉细砂、1 粉细砂、5 粉土、1 粉质黏土、2 粉土、4 粉细砂和 1 粉细砂，岩土层以粉土、黏性土为主，岩土软塑 可塑，承载力较弱。场地内地下水潜水埋深 3 9 11 90m，水位标高为 3 92 2 18m，主要赋存于粉质黏土层、粉土层、粉细砂层中。承压水埋深 4 3 13 00m，水位标高 5 68 3 92m，主要赋存于粉细砂层中。拟建场地地下水潜水主要受大气降雨补给，承压水主要受地下水侧向径流和越流补给。结合现场地质、水文条件，拟建场地杂填土厚度为060 1 30m。素填土层厚度为 0 50 2 90m，杂填土及素填土层厚度分布不均，岩土土质不均且成分较差，暗挖段覆土层主要为回填土，工程性质较差，具有变形大、压缩性大、强度低、结构疏松、自稳性差等特点，岩土层密实度较低，暗挖施工过程中易出现回填土松动沉降、流失、坍塌等问题，对综合管廊施工稳定性和初期支护结构施工造成不利影响。3浅埋暗挖段设计根据原工程设计方案，EA2 段与 NA12 段相交点方案为:(1)先放坡开挖至 NA12 管廊标高处，待放坡至相同标高时采用钢板桩支护开挖管廊沟槽，待下层管廊施工回填至 NA12 底板后拔除钢板桩，上部结构按正常开挖施工工序施工并分层回填至设计标高。(2)已建风井点因地面风亭位于机动车道内，设计凿除路面 3 0m 范围内风道，经改造后引入非机动车道与机动车道分隔带内并出风亭。7根据现场施工条件和施工难度，原方案需拆除已完工 EA2 道路及管廊，局部管廊结构拆除改移，交通导改，导致综合管廊施工难度增大，施工周期延长。针对原设计方案存在的问题，施工单位提出优化方案:(1)方案一，采用箱涵顶进方案。即在 EA2 道路两侧顶涵施工，使 NA12 管廊结构与 EA2 管廊结构连接。(2)方案二，采用浅埋暗挖方案。EA2 道路两侧施工临时竖井，暗挖至 EA2 管廊结位置，使 EA2管廊与 NA12 管廊结构连接。综合对比方案 1 和方案 2，方案 1 对现有道路、管廊结构扰动小，安全系数高，不破坏现有道路及管廊结构，但其造价成本高。施工场地占用较大，现场不具备，难以满足顶涵施工。防水要求，且箱涵顶进可能造成局部管线隆起2。方案 2 优点是对施工场地要求低，无需破坏原有道路及管廊结构，施工技术较为简单，成本低，但施工过程中可能因浅埋暗挖造成路面沉降问题，需加强沉降观测。综合对比原方案、方案1 和方案2 技术可行性和经济性，经与业主沟通，确定相交点采用方案 2 进行综合管廊施工，即采用浅埋暗挖工艺施工(如图1 所示)。图 1浅埋暗挖结构示意图4浅埋暗挖施工工艺要点综合管廊施工中，施工单位遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤检测”的施工原则施工。施工工序包括灌注桩支护、倒挂井壁竖井施工、管棚及超前支护施工、暗挖导洞初期支护、防水施工、二次衬砌等。4 1灌注桩施工根据施工方案设计，EA2 道路绿化带南北两侧场地平整且具备灌注桩施工条件后，施工单位在明开暗挖分界线侧按间距 1 4m 布设桩径 800mm 钻孔灌注桩，待钻孔灌注桩施工完成后，施工冠梁压顶。待基坑土方开挖完成后，及时架设钢支撑及预应力锚索，桩间挂网喷锚封闭，确保基坑边坡稳定。灌注桩灌注施工时采用商品混凝土灌注，桩顶超灌量800mm，以满足桩头保护要求，灌注桩施工过程中，施工单位加强成桩质量检测，桩位水平轴线及垂直轴线允许偏差50mm，孔位偏差300mm，桩垂直度偏差0 3%。土方开挖过程中，同步施工钢支撑。钢支撑施工过程中，采用千斤顶向钢支撑施加预应力，分 5 级施加，分级稳压 10min 后方可施加下 1 级，加压至额定预应力设计值锁定。钢支撑安装竖向偏差30mm，水平向偏差30mm，钢支撑端部高差与水平面偏差20mm，施加预应力偏差值5%，钢支撑挠曲度1/1 000 支撑长度。预应力锚索施工时，采用高压旋喷锚索施工，锚索采用 1860 级高强钢绞线，采用 42 5 级普通硅酸盐水泥二次压力注浆，注浆压力 20 25MPa，扩大头注浆压力为 25 35MPa。封锚端采用 200 100mm 钢板锚固盘封锚固定。封锚养护 10d 且冠梁强度达到设计强度 80%后张拉锁定。4 2倒挂井壁竖井施工竖井施工时，同步施工钢支撑并喷射混凝土面层，喷射混凝土采用湿喷工艺，混凝土砂浆选用中粗砂骨料，含泥量3%。粗骨料选用粒径20mm 的级配碎石，水灰比为 0 4 0 45。喷射混凝土时，自下而上均匀喷射，单次喷射厚度40mm。竖井开挖至管棚位置后，向下开挖出管棚作业空间，并按要求施工钢支撑。待竖井开挖到位后，临时封底竖井。由于该工程竖井土体为回填，为提高竖井格栅稳定性、安全性，确保竖井沉降稳定、可控，开挖过程中竖井井壁隔榀打设超前小导管，环向间距1 0m，降低土体变形、沉降风险。4 3管棚及超前支护施工管棚施工时，借助竖井开挖面作为导向护管操作平台，后期以钢管作为操作平台，在平台四周开挖200mm 200mm 临时排水沟，将积水引至竖井积水沟内，通过排水泵抽出竖井。管棚水平向施工时，采用跟管钻进施工方式施工，钻头突出管棚管 20mm，管棚管每节 2 0m，钻进过程中接长管棚管。钻头顶部设置感应探头，通过激光制导控制、调节钻进方向。护管钻进至设计孔深后，停止钻进，使用 11 水灰比水泥砂浆置换钻进循环液，待孔口流出水泥砂浆时，停止注浆，继续使用水灰比 0 5 砂浆注浆，注浆压力 03MPa。4 4暗挖导洞初期支护综合管廊导洞开挖时，按分步、分区施工原则，按台阶法施工，即先自竖井内向导洞顶部钻孔施工超前导向护管，并按台阶法开挖 1#洞室上断面(如图 28所示)，保留核心土，施工钢格栅，采用锁脚锚管加固 1#导洞拱脚，挂网喷锚初期支护混凝土和支护注浆。上台阶超前开挖 5 6m 后开挖下台阶，施工工序与上台阶相同。待 1#导洞超前开挖 10m 后，依次开挖 2#导洞和 3#导洞，二衬分段 6 8m。图 2导洞开挖断面顺序示意图导洞开挖过程中，按工程设计要求同步布置网片、安装连接筋，将连接筋与锁脚锚杆焊接形成整体支护体系，抑制围岩结构变形发展。待初期支护施工完成后立即进行超前注浆。注 浆管采 用 DN32 275mm 钢管制作，注浆管管壁钻眼间隔 100 200mm交错 布 置，钻 研 直 径 为 6 8mm，环 向 间 距 为300mm，外插角为 15 25。初期支护施工时在初衬拱部和边墙位置埋设注浆管，环向拱顶埋设间距 20m，边墙间距为 3 0m，纵向间距为 30m。导洞超前注浆时，根据超前开挖情况进行导管注浆，实现超前开挖区域注浆加固，注浆压力为03MPa，终压05MPa，确保围岩固定半径250mm。导洞开挖至 EA2 管廊结构时，采用水钻切割既有管廊结构，EA2 管廊内管线提前改移，根据导洞衔接设计分开切割管廊壁，切割后的墙体结构外运出管廊。切割完成后，对衔接结构施工缝进行凿毛植筋处理，经验收合格后进行织补，确保接口部位形成环梁。4 5防水施工待暗挖导洞施工完成后，根据工程设计进行防水施工，中隔壁以 6 8m 逐榀截断底拱，施作防水。该工程中，采用单位重量400g/m2的土工布作为防水缓冲层，并满铺 ECB 防水板。防水板铺设时，采用膨胀螺栓将防水板固定在防水缓冲层上，固定点按梅花型布设，侧墙固定间距为 800 1 000mm，顶拱固定间距为 500 800mm。防水板施工完成后，现场检查防水板平整度和有无破损情况，破损处采用 ECB 板材修补，修补材料边缘距破损边缘距离70mm。4 6二次衬砌施工该工程中，二次衬砌结构断面底板厚度 600mm，侧墙厚度 500mm，拱顶厚度 600mm，中隔墙厚度300mm。衬砌结构采用定型钢模板施工，模板支撑体系为盘扣式钢管体系和钢拱架联合体系，支撑体系间距为 600mm 900mm 1 200mm。二次衬砌浇筑施工按分段施工原则，北侧分为 3 段，南侧分段 6 段，分段长度为 4 6m，最大分段长度12m。浇筑施工时，依次浇筑施工底板、中隔墙、顶板、侧墙，待衬砌结构浇筑施工完成后回填注浆3。4 7沉降监测为确保浅埋暗挖施工过程中管廊结构稳定和施工安全，施工单位加强结构沉降信息化监测，监测项目包括浅埋暗挖结构范围内地表沉降、管线沉降、初支拱顶沉降、净空收敛、底部隆起、钢架应力、围岩压力、地下水位等，根据工程设计和技术规范要求确定监控测量点控制标准。根据观测点测量数据，综合管廊施工过程中，未发生开挖面塌方、沉陷、较大变形等情况，各监测点数据稳定，地表沉降值最大出现于开挖初期支护时，并随初期支护和二次衬砌施工趋于稳定。5结语在雄安新区起步区五组团 NA12 市政道路综合管廊工程项目施工中，施工单位通过对原设计方案进行优化，对比选择浅埋暗挖施工工艺进行管廊相交点施工，有效解决了管廊施工面临的施工环境复杂、地表沉降、施工成本高、工期长等难点问题，并通过加强支护施工、管棚及超前支护施工、初期支护、防水施工和二次衬砌等环节施工管理，确保了综合管廊施工安全，保障了综合管廊施工质量。参考文献:1 郭飞，张咪，王凯丽，单琳，姜培培，马岩 砂卵石地层综合管廊浅埋暗挖断面优化 J 工程与建设，2022，36(1):95 98 2 杨明宇，尹学军 浅埋暗挖法综合管廊交叉节点结构设计 C 中冶建筑研究总院有限公司 2021 年工业建筑学术交流会论文集 中冶建筑研究总院有限公司:工业建筑杂志社，2021:785 787 3 姜世超 浅埋暗挖综合管廊下穿城市主干道超前加固技术 J 建筑机械化，2021，42(7):30