劉發(fā)前，盧永成

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 前言

隨著城市化的發(fā)展，道路快速化、施工便利性和減小施工對(duì)社會(huì)環(huán)境的影響是城市規(guī)劃中必須考慮的因素之一，因此人行過(guò)街地下通道逐漸受到城市建設(shè)者的青睞。早在上世紀(jì)90年代，上海人民大廈人行連通道就采用了矩形頂管的施工方法。近年來(lái)很多城市均出現(xiàn)了矩形頂管施工的人行通道，如南京水西門(mén)大街連通道、上海茅臺(tái)路人行連通道等等，烏魯木齊亦有多座矩形通道正在施工。為推廣矩形頂管施工方法在短距離地下通道的應(yīng)用，本文以南京師范大學(xué)附屬中學(xué)地下人行通道工程為背景，詳細(xì)介紹該工程的設(shè)計(jì)方案與各位專(zhuān)家同行一起探討。本文旨在拋磚引玉，希望引起專(zhuān)家同行的興趣，共同推進(jìn)矩形頂管法的設(shè)計(jì)發(fā)展。

1 工程概況

根據(jù)南師附中總體布局，現(xiàn)狀察哈爾路橫穿校區(qū)形成了南、北兩部分。南校區(qū)由行政大樓和教學(xué)樓組成，是師生工作和學(xué)習(xí)的主要場(chǎng)所；北校區(qū)主要是體育活動(dòng)中心，是師生休閑活動(dòng)的區(qū)域，南北校區(qū)的來(lái)往非常頻繁。如此，察哈爾路成了快速順利來(lái)往的主要障礙，實(shí)施南北校區(qū)的無(wú)障礙連通勢(shì)在必行。

察哈爾路是江北大橋左轉(zhuǎn)下匝道的主要路口，交通繁忙且管線密集，為了達(dá)到社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化，需在察哈爾路下新建一人行通道，采用矩形頂管作業(yè)方式。通道凈尺寸為5.5m×3.3m，結(jié)構(gòu)壁厚50 cm，橫斷面如圖1所示。根據(jù)地形圖和物探資料，察哈爾路上自北向南的管線密集，詳見(jiàn)表1所列。其中直徑40 cm污水管距離通道結(jié)構(gòu)最近，約164 cm，是受頂管施工影響最大的管線，也是該工程施工控制的關(guān)鍵。

圖1 頂進(jìn)段標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

表1 察哈爾路上管線統(tǒng)計(jì)表

2 工程地質(zhì)水文條件

根據(jù)地質(zhì)詳勘報(bào)告，地貌類(lèi)型屬于古秦淮河漫灘地貌單元。按巖土體成因類(lèi)型、時(shí)代、埋藏分布特征及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的異同性，把巖土體劃分為11個(gè)工程地質(zhì)層，與該工程相關(guān)的土層具體分述如下(見(jiàn)表2）。

表2 土層分布表

場(chǎng)區(qū)未見(jiàn)地表水，地下水類(lèi)型主要為孔隙潛水和基巖裂隙水。

孔隙潛水主要賦存于表層填土和②5層以淺的各砂性土層中，主要接受大氣降水和地表水補(bǔ)給；勘察期間鉆孔內(nèi)初見(jiàn)水位埋深為1.60～2.10m；穩(wěn)定水位埋深為1.50～1.90 m，平均值1.68 m。水位變化受大氣降水的影響有升降變化，年變化幅度約1.50 m，年最高地下水位可按埋深0.50 m考慮?；鶐r裂隙水對(duì)該工程無(wú)影響。

3 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

人行通道始于南側(cè)籃球場(chǎng)，沿弧形（R=20 m）梯道下至最低點(diǎn)，經(jīng)下穿察哈爾路到達(dá)北校區(qū)，與體育館地下一層連接，其平面總圖如圖2所示。該工程全長(zhǎng)84.152 m，分為頂進(jìn)施工段和明挖施工段兩部分。下穿察哈爾路段為頂進(jìn)施工，長(zhǎng)度約44.9 m。南校區(qū)設(shè)置始發(fā)工作井，平面投影尺寸為9.4 m×9.2 m；北側(cè)設(shè)置接收工作井，平面尺寸為5.5m×8.6m。兩側(cè)明挖段分別長(zhǎng)為23.6m（南側(cè)）和15.652 m（北側(cè)接體育館）。工作井和明挖施工段均位于南師附中學(xué)校圍墻內(nèi)，不占用察哈爾路的空間。本文僅對(duì)工作井和頂進(jìn)段的主體結(jié)構(gòu)和防水進(jìn)行詳細(xì)介紹，明挖段與常規(guī)工程類(lèi)似，在此不再贅述。

3.1 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)地下通道結(jié)構(gòu)縱斷面如圖3所示。

圖2 地下通道平面位置示意圖

始發(fā)工作井的平尺寸為9.2 m×9.4 m，上部開(kāi)口以滿足機(jī)械吊裝、管節(jié)吊裝和出料等功能（見(jiàn)圖4）。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Ф850 mmSMW工法樁加角撐的常規(guī)型式，不影響盾構(gòu)機(jī)的吊裝、拼裝。頂管機(jī)為DFY型土壓平衡矩形頂管機(jī)（見(jiàn)圖5），斷面尺寸為6.54 m×4.34 m，長(zhǎng)為5.3 m，總重量達(dá)110 t。施工時(shí)分兩次吊裝，就位后進(jìn)行拼裝。始發(fā)工作井既是頂進(jìn)段的始發(fā)作業(yè)平臺(tái)，同時(shí)作為頂進(jìn)段的后靠背，應(yīng)滿足最大頂力的要求。因此，在頂管機(jī)的后部（后靠部位） 5m范圍內(nèi)采用Ф850 mm三軸水泥土攪拌樁加固以提供足夠的后靠力，詳細(xì)計(jì)算如下：

最大頂進(jìn)力：F0+2·a·b·L·fk+NF

對(duì)于土壓平衡頂管機(jī)，端阻力NF為：

由于頂管段上面一半位于②3粉土層，下面一半位于②4粉砂層，參照《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（上海）[1]，采用觸變泥漿減阻措施時(shí)管壁與土的平均摩阻力，粉性土與鋼筋混凝土之間的摩阻力為5.0～8.0 kPa，粉細(xì)砂與鋼筋混凝土管的摩阻力為8～11 kPa，則：

圖3 地下通道結(jié)構(gòu)縱斷面圖

圖4 南側(cè)工作井示意圖

圖5 DFY型矩形頂管機(jī)實(shí)景

參考《地下工程設(shè)計(jì)與施工手冊(cè)》[2]中鋼板樁后靠的設(shè)計(jì)方法，承壓壁后面的土壓力假定為均勻分布，而板樁兩端的土壓力為零，即整個(gè)土壓反力成梯形分布。承壓壁后的土壓力均值為：

這里假定頂鐵的尺寸即為通道結(jié)構(gòu)的尺寸，所得結(jié)果偏于保守。而在頂鐵頂部的被動(dòng)土壓力為：

其中c值取100 kPa，為水泥土攪拌樁加固后的等代黏聚力，取值亦比較保守；φ?、?層土的內(nèi)摩擦角27.1°，可見(jiàn)后靠背的設(shè)計(jì)滿足最大頂力要求。

該工程下部為規(guī)劃地鐵7號(hào)線，工作井與地鐵隧洞的凈距為2.45 m。由于線位尚未確定，因此為了不給將來(lái)地鐵施工帶來(lái)影響，在工作井下部不設(shè)任何混凝土結(jié)構(gòu)。為了確保結(jié)構(gòu)本身在地鐵施工后的安全，在工作井下1.6 m厚度范圍進(jìn)行Ф850 mm三軸水泥土攪拌樁加固，增強(qiáng)土體剛度，同時(shí)防止盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)上部大面積坍塌。

在頂管機(jī)出洞面四周設(shè)計(jì)為梁柱連接的框架結(jié)構(gòu)，出洞口處僅為素混凝土，以便于頂管機(jī)出洞時(shí)切割容易。頂管機(jī)出洞段3 m范圍內(nèi)亦采用Ф850 mm三軸水泥土攪拌樁加固以確保出洞時(shí)出現(xiàn)滲漏和土體坍塌。頂進(jìn)節(jié)段的最后一節(jié)位于工作井的梁（AL1-B）上，當(dāng)頂進(jìn)完成后，工作井與踏步?jīng)_突的部分墻體需鑿除并在井內(nèi)設(shè)置通道踏步。為此，為使得工作井內(nèi)段與頂進(jìn)段不會(huì)產(chǎn)生差異沉降，在踏步下部分均用C20素混凝土填筑，在兩側(cè)僅采用素土填筑，一方面滿足梯道板下的剛度平衡，又使得工程最為經(jīng)濟(jì)。

北側(cè)接收井位于西側(cè)文化墻和東側(cè)地下體育場(chǎng)之間，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)體育場(chǎng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和側(cè)墻已施工完成。因此，接收井的圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工作業(yè)空間很小，東西方向?qū)挾葍H12 m左右，經(jīng)多方案比較確定采用16 m長(zhǎng)鉆孔灌注樁加高壓旋噴樁的圍護(hù)形式，高壓旋噴樁樁底進(jìn)入3層不透水層?？紤]到體育場(chǎng)基坑開(kāi)挖到坑底時(shí)，此處曾出現(xiàn)過(guò)管涌問(wèn)題，而該接收井的止水帷幕由于場(chǎng)地限制僅能采用高壓旋噴樁，因此采用兩排Ф800@500布置，以進(jìn)一步防止工作井基坑施工過(guò)程中管涌問(wèn)題的發(fā)生。

3.2 防水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于洞圈與管節(jié)間存在著15 cm的建筑空隙，在頂管出洞及正常頂進(jìn)過(guò)程中極易出現(xiàn)外部土體及觸變泥漿涌入始發(fā)井內(nèi)的嚴(yán)重質(zhì)量安全事故。為防止此類(lèi)事故發(fā)生，施工前在洞圈上安裝簾布橡膠板密封洞圈，其詳細(xì)設(shè)計(jì)如圖6所示。洞口止水裝置應(yīng)安裝在洞口設(shè)計(jì)預(yù)留法蘭上。由橡膠止水圈與翻板組成，需與設(shè)計(jì)管位保持同心，誤差小于2 mm。安裝前須對(duì)簾布橡膠板上所開(kāi)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。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(mén)，防止矩形頂管出洞后漿液泄漏。

圖6 出洞處止水裝置示意圖

第一節(jié)管節(jié)需進(jìn)入接收井，且突出接收工作井部分需截?cái)嘁员阌谂c接收井封閉、設(shè)置防水措施。以頂管管節(jié)側(cè)墻為例，在接收井測(cè)區(qū)內(nèi)預(yù)埋錨筋和100 mm×10 mm厚鋼板，與第一節(jié)管節(jié)上預(yù)埋的100 mm×20 mm鋼板交叉（見(jiàn)圖7）。為防止外界地下水進(jìn)入接收井，在管節(jié)與接收井外墻之間（約150 mm寬）填筑微膨脹混凝土，并在與預(yù)埋鋼板相接的位置設(shè)置遇水膨脹橡膠止水條；同時(shí)，用一200 mm×20 mm鋼板連接管節(jié)和接收井側(cè)墻上的預(yù)埋鋼板，并在外側(cè)澆注止水梁，如此多道止水措施，確保止水效果。

圖7 第一節(jié)管節(jié)與接收井外墻間防水措施示意圖

管節(jié)之間的防水詳細(xì)構(gòu)造如圖8所示，兩管節(jié)之間的變形縫處填塞膠合板，在中間處布置一彈性密封墊，靠近結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的梯形區(qū)域內(nèi)填塞聚乙烯密封膠和高模量聚氨酯密封膠。結(jié)構(gòu)內(nèi)、外側(cè)均焊制不同厚度的鋼板（鋼套環(huán)），在外側(cè)做成承插式的接頭、內(nèi)側(cè)兩鋼板之間再用一等厚鋼板連接。結(jié)構(gòu)外側(cè)做成兩層臺(tái)階式型式，第一級(jí)臺(tái)階高12mm，與下一管節(jié)的鋼套環(huán)之間布置一35 mm厚的止水圈，并用一8 mm厚的鋼板固定；第二節(jié)臺(tái)階高20mm，為鋼套環(huán)的插入空間，施工完成后在兩者空隙內(nèi)注漿以密實(shí)空隙。為防止后續(xù)管節(jié)與剛套環(huán)之間滲漏水，在兩者接觸處布置一遇水膨脹橡膠條（兩端用Ф6 mm圓鋼固定）。通過(guò)重重防水措施，確保施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中有效防水。

圖8 管節(jié)拼接防水布置詳圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)南師附中地下人行通道的案例，可感受到矩形頂管法帶來(lái)的安全、便利。在該工程中，頂進(jìn)過(guò)程中路面的沉降約為2～3 cm，在可接受的范圍內(nèi)。由于接收井處施工區(qū)域非常狹窄，給施工帶來(lái)了較大困難，通過(guò)多方案比選，確定利用鉆孔灌注樁加雙排高壓旋轉(zhuǎn)樁的止水帷幕是非常安全的。整個(gè)工程施工速度較快，對(duì)社會(huì)影響又小，是一種值得推廣的方案，該工程的設(shè)計(jì)亦可供將來(lái)類(lèi)似工程參考。

[1]DGJ08-11-2010/J11595-2010，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（上海）[S].

[2]夏明耀,曾進(jìn)倫主編.地下工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.