(遼寧潤中供水有限責任公司，遼寧 沈陽 110166)

1 概 況

沈陽地鐵十號線是沈陽地鐵線網(wǎng)中“雙L”線中的一條線路，一期工程起點丁香湖站，終點張沙布站，長約30.8km，全部為地下線。

桑林子車輛段出入線與大伙房水庫輸水工程大型輸水管道交叉。大伙房水庫輸水工程是向遼寧省撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口、盤錦、大連等七城市輸水的一項大型區(qū)域性水資源配置工程，輸水工程的供水量將占該區(qū)域總供水量的40%～50%，受益人口超過1400萬，輸水總量約為327萬m3/d。桑林子車輛段是沈陽地鐵10號線的重要組成部分，主要功能為地鐵列車保養(yǎng)、檢修和維護。桑林子車輛段出入線從沈陽地鐵十號線終點張沙布站出發(fā)至桑林子車輛段，全長1162.01m。

2 工程地質及水文

出入線位于沈陽市張沙布村至后營城子村之間，根據(jù)鉆探揭示，勘察深度范圍內為第四系全新統(tǒng)渾河高漫灘及古河道沖積層。各地層描述如下：

a.雜填土：主要由路面、碎石、黏性土及建筑垃圾組成，層厚1.6～3.2m。

b.粉質黏土：該層連續(xù)分布，局部含中砂夾層，層厚4.4～12.9m。

c.中粗砂：礦物成分以石英、長石為主，混粒結構，含少量黏性土。該層分布連續(xù)，厚度1.0～5.4m。

d.礫砂：礦物成分以石英、長石為主，混粒結構，含少量黏性土，局部夾黏性土、中粗砂及圓礫薄層，層厚1.70～14.7m。

e.圓礫：以砂巖、花崗巖為主，磨圓度較好，呈亞圓形，填充物為中、粗砂及少量黏性土，局部黏性土含量偏高。該層局部分布，厚度2.10～11.70m。

出入線位于沖洪積扇中部，沉積的地層顆粒粗，分布連續(xù)，上覆黏性土層。出入線范圍內的地下水賦存于圓礫、礫砂等土層中，按埋藏條件劃分，屬第四系孔隙潛水。地下水穩(wěn)定水位深21.0～23.72m，含水層厚度約20.0m。

出入線結構覆土最深為12m，主要穿越粉質黏土、中粗砂、礫砂、圓礫地層。

3 交叉穿越工程的主要風險源分析

3.1 輸水管線概況

桑林子車輛段出入線穿越兩根正在運行的大伙房水庫輸水工程管道，輸水管內徑3.2m，外徑3.8m，水平中心距15m，覆土約3.6m，材質為預應力鋼筒混凝土承插管(即PCCP管)，分節(jié)長度為5.0m，設計水壓力為0.6MPa。

3.2 出入線與既有輸水管線相對位置關系

平面關系：出入線與輸水管線平面投影斜交，左線與輸水管線成53°交角，下穿輸水管線斜長23.7m，右線與輸水管線成57°交角，下穿輸水管線斜長22.8m，見圖1。

圖1 出入線與輸水管線相對位置關系

縱斷面關系：出入線右線與既有輸水管線B、A交點處豎向凈距3.54m、3.32m，出入線左線與既有輸水管線B、A交點處豎向凈距3.09m、2.98m。為一級風險工程。

3.3 輸水管道承插口最大允許變位

出入線盾構穿越大伙房水庫輸水工程的兩根管道，額定工作壓力0.6MPa，管道為2×DN3.2m PCCP管，單節(jié)長度5m，管道承插接口采用F形雙膠圈密封，接口允許最大轉角0.25°，考慮管線沉降及敷設管道時的施工誤差，按0.8系數(shù)折減，接口處的最大不均勻沉降為5000×sin0.25°×0.8/2=8.7mm，即盾構下穿輸水管道的地面沉降控制指標不得大于8.7mm。

4 管棚支護防護設計

為保證出入線雙盾構穿越大伙房水庫輸水工程的兩根管道運行穩(wěn)定安全，有效控制盾構施工引起的輸水管道沉降及位移變化在允許范圍內，在輸水管線與區(qū)間隧道中間架設φ299@350mm的密排鋼制管棚做支護，管棚兩端采用混凝土灌注樁做支撐，樁頂架設鋼筋混凝土連續(xù)梁作為管棚的固端支撐座。

管棚在輸水管道下方與地鐵盾構之間施作，距離輸水管道底部1.0～1.7m。

為保證支護效果和施工質量，將管棚支護結構優(yōu)化為鎖扣管棚支護結構，即將鋼管兩側按一定參數(shù)通長焊接角鐵形成扣槽軌道，相鄰鋼管沿軌道施工頂進并形成扣接，多根鋼管排列扣接成為幕墻，使支護鋼管成為整體并封閉相鄰鋼管之間的縫隙，隔水擋土。見圖2～圖3。

5 施工方法

支護采用“鋼管扣接，管內填充，管外補償”的鎖扣管棚結構；管棚采用“鋼管頂進，管內出土”的施工工藝。

圖2 鎖扣管棚結構

圖3 管棚支護橫截面

5.1 管棚施工方法

頂管鉆機液壓油缸推動焊接好鎖扣的φ299×22mm鋼管進入預定位置，同時轉動管內安裝的螺旋鉆具，將擠壓在管內的泥土輸送至管外，實現(xiàn)鎖扣鋼管邊頂進、邊出土。

盾構隧道拱部中間位置施工一個兩側對稱的雙母鎖扣鋼管，然后向兩側依次施工；相鄰鋼管通過公母鎖扣互相扣接，即正在施工鋼管的公鎖扣沿上一根鋼管的母鎖扣槽進入，依靠上一根鋼管的軌跡來控制當前施工鋼管，調節(jié)施工鋼管的角度與上一根角度基本吻合。

5.2 管排施工

采用專用鉆機同時頂進兩根或兩根以上鎖扣鋼管，通過對兩根或兩根以上鋼管的測量和糾偏控制，滿足管棚工期、精度的更高要求。

管排施工的每根鋼管內都安裝與之相匹配的旋轉動力軸、螺旋鉆具及導向糾偏鉆頭，每根管切削的土體通過相應管內輸排至管扣，基本原理與單根管棚出土方法相同。

管排專用鉆機具備400tf以上的頂推力，采用全液壓動力，鉆具在管內出土的同時，管排施工頂推和出土同步進行。

通過多根鋼管的相互扣接，最終形成連續(xù)、封閉的管棚，通過向管棚鋼管內灌注C40混凝土，形成剛性的混凝土超前預支護結構,可內置鋼筋龍骨架，見圖4。

圖4 管棚頂進效果

6 風險點控制措施

6.1 導向測量糾偏

6.1.1 導向測量方法

利用液體的水平特性和連通器原理，在管棚鋼管端部安裝開放式水管，通過外部補充液體(常用水)，使水管口保持勻速滴注，管棚鋼管隨施工作業(yè)頂進，傾角會發(fā)生微小變化，通過水管里水位的變化可直觀讀出即時鋼管端部與入孔位置高度的變化量，施工中可根據(jù)水位變化量及幅度來進行鋼管管頭角度的糾偏控制[1]。

6.1.2 糾偏控制方法

管棚施工中的頂進和螺旋出土是同一過程；螺旋出土鉆具前端安裝楔形鉆頭，楔板回轉半徑略小于鋼管內徑，正常旋轉鉆進時推進鋼管沿直線前進，某種原因導致鋼管偏離預定軌跡時，需要進行糾偏作業(yè)[1]。

將鉆頭楔面調至已經(jīng)偏斜的方向，鉆機停止回轉加力頂進，鉆頭由于斜面的作用會向相反的方向偏斜，以此調整鉆進的方向，見圖5。

圖5 管棚施工向上糾偏示意圖

6.2 加強注漿

為控制管棚施工時因輸水管道周圍泥土沉降引起輸水管道沉降位移等，管棚頂進時在鋼管上側面附帶1～2根通常注漿鋼管，注漿管上布置多個注漿孔，見圖6。注漿管與鋼管基本同長，發(fā)生沉降時可通過注漿管快速準確進行補注漿，加固地層，控制沉降。

6.3 管內混凝土充填

為防止管棚變形，在管棚頂進完成后，將鋼管內充填C40混凝土，管棚充填混凝土后效果見圖7。待混凝土凝固28天以后，才允許進行盾構施工。

圖7 管棚充填混凝土后效果

7 管棚特點和重點

7.1 管棚特點

7.1.1 支護效果好

鎖扣管棚剛性支護，承載和抗折能力比一般支護方法安全、有效。 管棚管內可插入鋼筋籠骨架，注入高強度混凝土增加剛性。

7.1.2 施工作業(yè)變形小

由于螺旋鉆在鋼管的保護下出土，出土量可通過調節(jié)頂進速度與螺旋鉆轉速調整，管前方土體擾動極小，甚至可以做到施工零沉降。

7.1.3 輔助措施多

針對管棚上方土體的性質，可以采取多種輔助措施進行加固、改良，例如可以通過管棚鋼管上附帶袖閥管，在土壤干燥時注入膨潤土泥漿潤滑鋼管，在發(fā)現(xiàn)地面沉降時可以注入水泥砂漿減少沉降，有效對土體進行注漿加固。

7.1.4 施工距離長

由于采用大功率高壓油泵，通過管內出土，可以一次性施工100m長度鋼管，有效解決了大跨度、長距離施工難題。

7.1.5 施工精度高

管棚鎖扣鋼管可安裝多種測量儀器，可以直觀地對鋼管頂進軌跡進行測量并采取措施修正，測量精度達到0.1%，施工控制精度達到0.5%。

7.1.6 施工直觀可靠

由于采用鋼管焊接頂進，長度可直接測量，接收井鋼管出頭，便于質量檢查檢測。

7.1.7 環(huán)保無噪聲

頂管鉆機采用電動全液壓動力，施工過程中環(huán)保無噪聲，不受城市夜間噪聲限值限制，可24小時連續(xù)施工作業(yè)。

7.2 管棚施工控制重點

7.2.1 沉降位移監(jiān)測

輸水管道的沉降位移監(jiān)測須及時預報該段輸水管道結構發(fā)生的變形趨勢，數(shù)據(jù)要準確連續(xù)，確保在線運行輸水管道的運行安全，以便及時采取有效措施。

對輸水管道的沉降位移監(jiān)測要持續(xù)進行，從管棚工作井施工持續(xù)到管棚施工及地鐵隧洞盾構完工。

7.2.2 沉降位移補救控制

為保證在線運行輸水管道的運行安全，在發(fā)現(xiàn)管道沉降位移變化時，要及時進行有效的補救。如在管棚頂進時發(fā)現(xiàn)輸水管道上浮，應增加出土量；如發(fā)現(xiàn)下沉應減少出土量，并通過注漿管注入水泥砂漿等措施補救。

7.2.3 導向管定位

首根管棚又稱為導向管，導向管的定位與施工中是否偏移，是否順利在接收井預留孔位出土等，直接決定后續(xù)管棚施工的成敗。

7.2.4 糾偏

管棚頂進過程中，須準確測量單根管頂進位置是否偏斜，如發(fā)現(xiàn)偏斜時應及時有效地進行糾偏。

8 結 語

在沈陽十號地鐵下穿大伙房水庫輸水工程大型輸水管道防護工程中，通過將管棚支護結構優(yōu)化為鎖扣管棚支護結構，施工時采用專用鉆機同時頂進兩根鎖扣鋼管，加快了施工進度，提高了施工精度。通過將測量與糾偏控制相結合，保證了管棚入土位置與出土位置均在設計要求范圍內。此外，在輸水管道出現(xiàn)位移及沉降變化時及時注漿，使實際最大位移及沉降變化值為2.9mm，接近零沉降，遠遠小于設計要求的8.7mm。