■ 中鐵十八局集團(tuán)市政工程有限公司 王亮

隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，城市地下管線因擴(kuò)容、更新、維修等帶來的道路反復(fù)開挖現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，帶來污染危害，造成社會(huì)成本不斷增加。因此，如何充分利用地下空間，成為當(dāng)前一個(gè)亟待研究重要的課題之一[1]。作為目前比較先進(jìn)的基礎(chǔ)設(shè)施管網(wǎng)布置形式，地下城市綜合管廊將有效解決地下空間利用問題。目前，國內(nèi)外對于綜合管廊中矩形頂管施工主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)，主要集中在鬧市區(qū)，隨著我國對地下空間利用的不斷增加，會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)非開挖工程與既有地鐵隧道或鄰近建筑物等近接施工問題[2]-[3]，這些都將對地下管廊的施工提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，地下管廊安全高效的施工，對城市建設(shè)尤為重要。本文以福州市福馬路地下管廊工程為例，對城市地下綜合管廊建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以期為今后類似條件下的城市地下綜合管廊建設(shè)提供參考和借鑒。

1.工程概況

1.1 工程簡介

福州市福馬路提升改造工程2標(biāo)快安I段綜合管廊設(shè)計(jì)范圍包括：綜合管廊樁號K0+000 ～K2+895.98，總長2895.98m；綜合管廊基坑開挖深度約7.725m ～12.525m，起點(diǎn)覆土高度約0.3m ～0.9m。該項(xiàng)目綜合管廊為單艙斷面，綜合艙內(nèi)布置1根DN600給水管、1根DN300給水副管、32孔10kV的電力中低壓電纜、27孔通信電纜，并預(yù)留DN200溫泉管、DN200中水管。斷面凈空尺寸為2.9m×3.45m。管廊主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆方式，結(jié)構(gòu)型式分為兩種結(jié)構(gòu)斷面，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段（覆土≤4.5m）主體結(jié)構(gòu)頂?shù)装寮皞?cè)墻壁厚0.30m，(4.5m<覆土≤9.0m)主體結(jié)構(gòu)頂?shù)装寮皞?cè)墻壁厚0.50m。

1.2 既有110kV電纜概況

K11+865處（管廊里程K1+381）鼓山變電站處橫穿福馬路原高壓電力管道布置12根，依據(jù)探溝顯示判斷其橫穿管道應(yīng)是采取牽引管形式，實(shí)測管線底標(biāo)高為1.25m，與設(shè)計(jì)管廊頂標(biāo)高（標(biāo)高為3.225m）存在沖突。

如圖1所示，K11+955 ～K11+980段（1號纜、2號纜）設(shè)計(jì)輔道位置有兩處電力電纜過路，2號電纜頂標(biāo)高處于管廊頂板下1.425m處，橫穿管廊主體；K11+980 ～K12+080段3號電纜為110kV高壓電纜，占用管廊基坑（標(biāo)準(zhǔn)段）2.0m。

2.地下管廊矩形頂管近接施工理論

頂管施工過程將給地表帶來重要影響，尤其是矩形頂管施工，雖然其有效面積利用率要高于其他截面形狀，但是它對土體的擾動(dòng)要比其他截面更高一些。地下綜合管廊的施工一般多集中于城市中心，人流量比較大，采用矩形頂管施工可以緩解因施工而造成的對周圍環(huán)境的影響，但更加需要考慮其施工對地表沉降的影響。當(dāng)其施工帶來的沉降超過一定限值時(shí)，就會(huì)給周圍環(huán)境帶來一定的危害。

2.1 地下管廊矩形頂管施工對地表沉降的原因分析

地層損失主要是指被挖土體與地下管廊體積之差。地層損失通常分為正常狀態(tài)下、非正常狀態(tài)下、突發(fā)意外引起的地層損失三大類。正常狀態(tài)下的地層損失往往是無法避免的，其主要由工具管與管節(jié)直徑差、土體開挖、背土效應(yīng)等方面引起；非正常狀態(tài)下的地層損失由施工條件，如掘進(jìn)參數(shù)設(shè)置、頂管沒有按照設(shè)計(jì)線路頂進(jìn)等方面引起，可以通過提高施工技術(shù)來避免這種地層損失；突發(fā)意外引起的地層損失是指在施工過程中突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，如遇到不好的地質(zhì)條件像流砂或者管涌之類的現(xiàn)象。

土體固結(jié)沉降主要包括主固結(jié)和次固結(jié)。主固結(jié)階段是由頂管施工時(shí)土體孔隙水壓力散去而導(dǎo)致的；次固結(jié)階段是由土骨架自身蠕變作用而產(chǎn)生的，這兩者充分反映了土體隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的變形。引起原因主要有兩個(gè)：一是土體受擾動(dòng)形成超孔隙水壓力區(qū)；二是頂進(jìn)過程中擠壓和注漿作用。

2.2 鄰近隧道施工近接度范圍劃分

鄰近隧道施工可以根據(jù)不同相對位置的鄰近關(guān)系分為多種類型，其中在鄰近隧道施工中交叉隧道比較特殊。根據(jù)日本學(xué)者的研究，可以把交叉隧道的近接度劃分為限制范圍、需注意范圍、不影響范圍（表1）。

表1中只是鄰近隧道施工工程中的一個(gè)小的分類，是從單個(gè)方面來進(jìn)行的劃分，并沒有綜合考慮各種影響因素，在一些實(shí)際工程判斷中可能會(huì)出現(xiàn)偏差，還需要進(jìn)一步深入研究如何在限制范圍內(nèi)更加細(xì)分近接度以及再優(yōu)化鄰近施工方法等問題。

3.主要施工技術(shù)

依據(jù)管線探測資料及對施工現(xiàn)場的勘察情況，對K11+ 865處（管廊里程K1+381）、K11+955 ～K11+980段綜合管廊施工涉及對由鼓山變電站引出的110KV高壓纜線進(jìn)行保護(hù)施工總體安排如下：

圖1 K11+955 ～K11+980段3處高壓電纜分布航拍示意圖

表1 交叉隧道近接度劃分

依據(jù)管線探測資料以及對施工現(xiàn)場的勘察情況，在高壓纜線產(chǎn)權(quán)單位技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)下，人工配合機(jī)械開挖探溝，探明既有纜線的分布位置并做好標(biāo)記，為后續(xù)管廊施工避讓保護(hù)高壓纜線提供依據(jù)；對既有纜線周邊及纜線橫穿管廊基坑開口進(jìn)行高壓旋噴樁土體加固，降低因管廊基坑土體開挖引起周邊土體沉降風(fēng)險(xiǎn)，確保纜線埋設(shè)基礎(chǔ)牢固；土體加固完成后，采取分段分層進(jìn)行基坑開挖支護(hù)施工，基坑開挖過程中依據(jù)纜線探測情況，機(jī)械開挖至距離纜線1m高度時(shí)，采用人工開挖至既有纜線標(biāo)高，對既有線纜進(jìn)行防護(hù)加固后，再行開挖至管廊基底施工主體，主體施工完成后，回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.1 纜線避讓保護(hù)方案

K11+865處（管廊里程K1+381）12孔電纜橫穿原設(shè)計(jì)綜合管廊主體結(jié)構(gòu)，該處電纜為引管形式，纜線最低點(diǎn)位于原設(shè)計(jì)管廊頂板以下2m。為確保施工期間既有纜線安全，現(xiàn)將管廊主體結(jié)構(gòu)下壓3m，調(diào)整長度為20m，管廊施工期間纜線保護(hù)方案如下：

3.1.1 探溝開挖

依據(jù)第三方管線探測資料及對施工現(xiàn)場的勘察情況，在高壓纜線產(chǎn)權(quán)單位技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)下，人工配合機(jī)械開挖探溝，探明既有纜線的分布位置，采集纜線坐標(biāo)，同時(shí)在纜線0.5m范圍插打2排標(biāo)志樁，標(biāo)志樁應(yīng)高于原地面標(biāo)高。

3.1.2 纜線周邊土體固結(jié)施工

探溝回填完成后，避開標(biāo)志樁范圍，在管廊基坑內(nèi)外既有纜線5m范圍采用Φ500@300高壓旋噴樁對纜線周邊土體進(jìn)行固結(jié)加固處理，對既有纜線形成保護(hù)廊體，高壓旋噴樁深度14.5m。

3.1.3 纜線周邊管廊基坑支護(hù)施工

如圖2所示，根據(jù)該場地的地質(zhì)、水文條件及現(xiàn)場實(shí)際情況，K1+440 ～K1+585段基坑設(shè)計(jì)主要采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系為：一是采用沖（鉆）孔灌注樁+1道鋼筋混凝土支撐+2道鋼管支撐；二是遇現(xiàn)狀高壓電纜溝灌注樁開口，開口處采用混凝土面板支護(hù)，開口處坑內(nèi)坑外采用斜向及水平高壓旋噴樁土體加固。

圖2 管廊基坑支護(hù)剖面圖

K1+360 ～K1+408、K1+440 ～K1+585段基坑支護(hù)兩側(cè)采用Φ800沖孔灌注樁+Φ500高壓旋噴樁支護(hù)形式。纜線橫穿管廊開口位置采用斜向及水平高壓旋噴的方式在豎向旋噴的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，同時(shí)基坑開口采用分層開挖，分層現(xiàn)澆砼擋板進(jìn)行基坑支護(hù)，每塊擋板高度0.8m。擋板鋼筋與開口兩側(cè)樁基植筋鋼筋連接成整體，植筋豎向間距為0.1m，植入樁基深度0.66m，現(xiàn)澆擋板詳見圖3和圖4所示。

3.1.4 纜線周邊管廊基坑開挖施工

如圖5所示，管廊基坑開挖采取分段分層開挖施工，先行施工遠(yuǎn)離既有高壓纜線段落，待主體結(jié)構(gòu)施工完成后，再進(jìn)行施工距離纜線較近區(qū)域。依據(jù)既有纜線探溝開挖后采集的數(shù)據(jù)資料，基坑開挖至距離纜線1m范圍時(shí)，采取人工開挖至纜線標(biāo)高，安裝鋼圍檁及橫向HW350×350型鋼線纜托架，將既有纜線加固防護(hù)完成后，再分層開挖至設(shè)計(jì)基底標(biāo)高。纜線托架依據(jù)現(xiàn)場纜線分布情況，縱向間距控制在每5m一道。

3.1.5 纜線周邊管廊基坑回填

管廊主體結(jié)構(gòu)施工完成后，采用碎石灌砂回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，纜線周邊回填設(shè)專人指揮，纜線周邊1m范圍內(nèi)采用人工夯實(shí)，1m范圍外采用機(jī)械碾壓密實(shí)。

3.2 交通導(dǎo)改方案

3.2.1 編制依據(jù)

根據(jù)施工相關(guān)設(shè)計(jì)資料及現(xiàn)場勘查，K1+440 ～K1+ 585段管廊施工為避讓既有電纜，管廊主體結(jié)構(gòu)需向既有道路方向平面調(diào)整5.7m，圍擋施工完成后，往福州方向道路由單向兩車道將變?yōu)閱蜗騿涡械溃蛟撀范诬嚵髁枯^大，無法滿足正常通行要求，需進(jìn)行交通導(dǎo)改以緩解車流壓力。

3.2.2 交通導(dǎo)改

征得交警部門同意后，對K1+440 ～K1+585段左幅道路（福州方向）進(jìn)行臨時(shí)交通管制，該段道路右幅由單向雙車道臨時(shí)改為雙向單車道，暫時(shí)滿足行車要求，并安排專人在進(jìn)口端及出口端指揮交通，確保車流暢通。隨后，施工單位組織人員、機(jī)械設(shè)備對中央隔離帶（波形護(hù)欄）進(jìn)行拆除，拆除完成后對該路段重新劃分。全部施工完成后，恢復(fù)該段道路正常通行。

4.結(jié)論

地下管廊是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，其安全高效的施工對城市建設(shè)至關(guān)重要。本文以福州市福馬路管廊工程為例，在國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究等方法，對城市地下綜合管廊建設(shè)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行研究。分析地下管廊矩形頂管近接施工理論，研究地表沉陷原因，確定近接度范圍劃分并應(yīng)用到實(shí)際工程施工中；結(jié)合工程實(shí)際，在施工過程中還設(shè)計(jì)了纜線避讓方案和交通導(dǎo)改方案，為今后類似條件下的城市地下綜合管廊建設(shè)提供了重要借鑒和參考。

圖3 管廊基坑遇電纜橫穿開口現(xiàn)澆擋板大樣圖

圖4 管廊基坑遇電纜溝時(shí)既有纜溝周邊土體加固示意圖

圖5 高壓電纜橫穿管廊基坑托架大樣圖