管群下地下商場大管棚經(jīng)濟(jì)技術(shù)和穩(wěn)定掌子面施工方案的優(yōu)化研究

劉芳

摘 要：深圳市中信廣場地下工程位于深圳市中心地帶，地面車流量大、交通繁忙，施工干擾大；地下施工范圍內(nèi)煤氣管、給水管、雨水管和通信管線交錯(cuò)布置，且前期的地鐵施工已對(duì)通道結(jié)構(gòu)周圍的土體進(jìn)行了多次擾動(dòng)，因此，施工環(huán)境十分復(fù)雜。經(jīng)專家研究決定，以科研為先導(dǎo)，以施工經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，即先通過數(shù)值模擬分析的研究，對(duì)施工效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化研究。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化；大管棚經(jīng)濟(jì)技術(shù)；穩(wěn)定掌子面；方案比選

1 優(yōu)化原則

在深圳市中信廣場地下工程B區(qū)的施工方案優(yōu)化研究中，把整個(gè)優(yōu)化工作分為如下幾部分：超前支護(hù)方案的優(yōu)選，施工方法的優(yōu)化分析，穩(wěn)定掌子面的方案優(yōu)選，臺(tái)階長度的優(yōu)化分析，控制地層松弛加固地層方法的優(yōu)選等。方案優(yōu)化的原則主要有：（1） 確保地面主干道行車速度和地下管線的正常運(yùn)營，保證城市的正常生活，對(duì)地面靈敏目標(biāo)處的沉降進(jìn)行觀測(cè)和控制；（2） 有較強(qiáng)的操作性，充分考慮我們現(xiàn)階段的施工技術(shù)水平以及本工程的具體特點(diǎn)；（3） 靈活性好，應(yīng)變能力強(qiáng)，根據(jù)斷面形狀和地質(zhì)條件因地制宜的選擇施工方案，一旦出現(xiàn)施工災(zāi)害，能迅速采取措施；（4） 具有可連續(xù)性，兼顧前后施工工序的銜接；（5） 具有較好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，在保證工期、確保結(jié)構(gòu)和環(huán)境安全的條件下降低工程造價(jià)。

2 大管棚經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案比選

大管棚可在Φ180、Φ159、Φ108三種型號(hào)中選擇，管棚在超前支護(hù)中等效梁作用明顯，可以承擔(dān)開挖方向的有效土體作用，見圖1：

隧道開挖方向B為安裝鋼格柵的操作寬度，一般為0.5m～0.6m；掌子面以上土體破壞滑移面為45°+φ/2，在管棚懸空寬度B與滑移面范圍內(nèi)形成一個(gè)壓力拱線f（x），覆土層越薄，拱線效應(yīng)越不明顯。ψ（x）為已完成鋼格柵對(duì)管棚的反力曲線，τ（x）開挖方向土體對(duì)管棚的反力曲線。

從以上圖表可以看出，隨著管棚直徑的增加剛度迅速加大，當(dāng)管棚直徑由Φ108增加Φ159時(shí)管棚自身位移3.84mm減小到0.88mm，超前支護(hù)效果明顯；當(dāng)管棚直徑由Φ159增加Φ180時(shí)管棚自身位移3.84mm減小到0.88mm，超前支護(hù)效果差別不大，而造價(jià)增加很多，造成不必要的浪費(fèi)。

本工程開挖斷面大，管線眾多，對(duì)沉降控制要求嚴(yán)格，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析比選，選擇Φ159大管棚為最佳方案。

3 穩(wěn)定掌子面的方法比選

在施工開始我們就提出“保護(hù)圍巖”是隧道施工應(yīng)遵守的一個(gè)重要理念，但如何保護(hù)圍巖，就只有采用增強(qiáng)圍巖自身支護(hù)能力的輔助工法。在土類圍巖中，確保掌子面穩(wěn)定是至關(guān)重要的，常用的方法有：維護(hù)拱頂穩(wěn)定的超前支護(hù)、維護(hù)掌子面穩(wěn)定的正面錨桿和核心土、以及拱腳穩(wěn)定的鎖腳管（錨桿）等，在通過對(duì)超前預(yù)支護(hù)方案進(jìn)行了比選后，這里僅對(duì)后者進(jìn)行說明。

3.1 小管棚注漿：小管棚的施工，基本上與注漿小導(dǎo)管相同，但超前支護(hù)范圍大，多采用長度5～7m的鋼管，以間隔30～60cm的距離打入。超前支護(hù)效果好，但費(fèi)時(shí)，對(duì)施工循環(huán)有一定影響。

3.2 掌子面正面噴混凝土：正面噴混凝土是在開挖后自穩(wěn)性差的開挖面噴射3～10cm左右的混凝土，覆蓋掌子面，以防止掌子面松弛，提高掌子面的自穩(wěn)性。噴混凝土不是作為軸力構(gòu)件發(fā)揮作用的，是防止剝離的，常常與正面錨桿同時(shí)使用。此外通過目視噴射表面是否有龜裂發(fā)生，還可以獲得有無崩塌發(fā)生的信息。

3.3 正面錨桿：正面錨桿是在掌子面有顯著崩塌情況下采用的。錨桿一般長2～3m，視崩塌情況施設(shè)。

3.4 預(yù)留核心土：為了充分利用掌子面的空間支護(hù)效應(yīng)，預(yù)留核心土也是比較有效的穩(wěn)定掌子面的方法。

綜合上述穩(wěn)定掌子面的輔助工法，結(jié)合本工程的實(shí)際，選用掌子面正面噴射混凝土+預(yù)留核心土的方法；在砂層，由于含水量大，掌子面自穩(wěn)性較差，采用掌子面小導(dǎo)管注漿來通過。

參考文獻(xiàn)

[1] 王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論.北京： 科學(xué)出版社， 2004.

[2] 施仲衡.淺埋暗挖法設(shè)計(jì)理論論述.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2005，42（2）：37-39.

[3] 馮衛(wèi)星，王克麗.地道橋頂進(jìn)設(shè)計(jì)與施工.石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[4] 吳波，高波，索曉明等.城市地鐵隧道施工對(duì)管線影響的研究.巖土力學(xué)，2004，25（4）：657-663.

[5] 劉月梅.城市施工中地下管線的保護(hù).市政技術(shù)，2005，23（4）： 235- 236.endprint

摘 要：深圳市中信廣場地下工程位于深圳市中心地帶，地面車流量大、交通繁忙，施工干擾大；地下施工范圍內(nèi)煤氣管、給水管、雨水管和通信管線交錯(cuò)布置，且前期的地鐵施工已對(duì)通道結(jié)構(gòu)周圍的土體進(jìn)行了多次擾動(dòng)，因此，施工環(huán)境十分復(fù)雜。經(jīng)專家研究決定，以科研為先導(dǎo)，以施工經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，即先通過數(shù)值模擬分析的研究，對(duì)施工效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化研究。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化；大管棚經(jīng)濟(jì)技術(shù)；穩(wěn)定掌子面；方案比選

1 優(yōu)化原則

在深圳市中信廣場地下工程B區(qū)的施工方案優(yōu)化研究中，把整個(gè)優(yōu)化工作分為如下幾部分：超前支護(hù)方案的優(yōu)選，施工方法的優(yōu)化分析，穩(wěn)定掌子面的方案優(yōu)選，臺(tái)階長度的優(yōu)化分析，控制地層松弛加固地層方法的優(yōu)選等。方案優(yōu)化的原則主要有：（1） 確保地面主干道行車速度和地下管線的正常運(yùn)營，保證城市的正常生活，對(duì)地面靈敏目標(biāo)處的沉降進(jìn)行觀測(cè)和控制；（2） 有較強(qiáng)的操作性，充分考慮我們現(xiàn)階段的施工技術(shù)水平以及本工程的具體特點(diǎn)；（3） 靈活性好，應(yīng)變能力強(qiáng)，根據(jù)斷面形狀和地質(zhì)條件因地制宜的選擇施工方案，一旦出現(xiàn)施工災(zāi)害，能迅速采取措施；（4） 具有可連續(xù)性，兼顧前后施工工序的銜接；（5） 具有較好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，在保證工期、確保結(jié)構(gòu)和環(huán)境安全的條件下降低工程造價(jià)。

2 大管棚經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案比選

大管棚可在Φ180、Φ159、Φ108三種型號(hào)中選擇，管棚在超前支護(hù)中等效梁作用明顯，可以承擔(dān)開挖方向的有效土體作用，見圖1：

隧道開挖方向B為安裝鋼格柵的操作寬度，一般為0.5m～0.6m；掌子面以上土體破壞滑移面為45°+φ/2，在管棚懸空寬度B與滑移面范圍內(nèi)形成一個(gè)壓力拱線f（x），覆土層越薄，拱線效應(yīng)越不明顯。ψ（x）為已完成鋼格柵對(duì)管棚的反力曲線，τ（x）開挖方向土體對(duì)管棚的反力曲線。

從以上圖表可以看出，隨著管棚直徑的增加剛度迅速加大，當(dāng)管棚直徑由Φ108增加Φ159時(shí)管棚自身位移3.84mm減小到0.88mm，超前支護(hù)效果明顯；當(dāng)管棚直徑由Φ159增加Φ180時(shí)管棚自身位移3.84mm減小到0.88mm，超前支護(hù)效果差別不大，而造價(jià)增加很多，造成不必要的浪費(fèi)。

本工程開挖斷面大，管線眾多，對(duì)沉降控制要求嚴(yán)格，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析比選，選擇Φ159大管棚為最佳方案。

3 穩(wěn)定掌子面的方法比選

在施工開始我們就提出“保護(hù)圍巖”是隧道施工應(yīng)遵守的一個(gè)重要理念，但如何保護(hù)圍巖，就只有采用增強(qiáng)圍巖自身支護(hù)能力的輔助工法。在土類圍巖中，確保掌子面穩(wěn)定是至關(guān)重要的，常用的方法有：維護(hù)拱頂穩(wěn)定的超前支護(hù)、維護(hù)掌子面穩(wěn)定的正面錨桿和核心土、以及拱腳穩(wěn)定的鎖腳管（錨桿）等，在通過對(duì)超前預(yù)支護(hù)方案進(jìn)行了比選后，這里僅對(duì)后者進(jìn)行說明。

3.1 小管棚注漿：小管棚的施工，基本上與注漿小導(dǎo)管相同，但超前支護(hù)范圍大，多采用長度5～7m的鋼管，以間隔30～60cm的距離打入。超前支護(hù)效果好，但費(fèi)時(shí)，對(duì)施工循環(huán)有一定影響。

3.2 掌子面正面噴混凝土：正面噴混凝土是在開挖后自穩(wěn)性差的開挖面噴射3～10cm左右的混凝土，覆蓋掌子面，以防止掌子面松弛，提高掌子面的自穩(wěn)性。噴混凝土不是作為軸力構(gòu)件發(fā)揮作用的，是防止剝離的，常常與正面錨桿同時(shí)使用。此外通過目視噴射表面是否有龜裂發(fā)生，還可以獲得有無崩塌發(fā)生的信息。

3.3 正面錨桿：正面錨桿是在掌子面有顯著崩塌情況下采用的。錨桿一般長2～3m，視崩塌情況施設(shè)。

3.4 預(yù)留核心土：為了充分利用掌子面的空間支護(hù)效應(yīng)，預(yù)留核心土也是比較有效的穩(wěn)定掌子面的方法。

綜合上述穩(wěn)定掌子面的輔助工法，結(jié)合本工程的實(shí)際，選用掌子面正面噴射混凝土+預(yù)留核心土的方法；在砂層，由于含水量大，掌子面自穩(wěn)性較差，采用掌子面小導(dǎo)管注漿來通過。

參考文獻(xiàn)

[1] 王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論.北京： 科學(xué)出版社， 2004.

[2] 施仲衡.淺埋暗挖法設(shè)計(jì)理論論述.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2005，42（2）：37-39.

[3] 馮衛(wèi)星，王克麗.地道橋頂進(jìn)設(shè)計(jì)與施工.石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[4] 吳波，高波，索曉明等.城市地鐵隧道施工對(duì)管線影響的研究.巖土力學(xué)，2004，25（4）：657-663.

[5] 劉月梅.城市施工中地下管線的保護(hù).市政技術(shù)，2005，23（4）： 235- 236.endprint

摘 要：深圳市中信廣場地下工程位于深圳市中心地帶，地面車流量大、交通繁忙，施工干擾大；地下施工范圍內(nèi)煤氣管、給水管、雨水管和通信管線交錯(cuò)布置，且前期的地鐵施工已對(duì)通道結(jié)構(gòu)周圍的土體進(jìn)行了多次擾動(dòng)，因此，施工環(huán)境十分復(fù)雜。經(jīng)專家研究決定，以科研為先導(dǎo)，以施工經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，即先通過數(shù)值模擬分析的研究，對(duì)施工效應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化研究。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化；大管棚經(jīng)濟(jì)技術(shù)；穩(wěn)定掌子面；方案比選

1 優(yōu)化原則

在深圳市中信廣場地下工程B區(qū)的施工方案優(yōu)化研究中，把整個(gè)優(yōu)化工作分為如下幾部分：超前支護(hù)方案的優(yōu)選，施工方法的優(yōu)化分析，穩(wěn)定掌子面的方案優(yōu)選，臺(tái)階長度的優(yōu)化分析，控制地層松弛加固地層方法的優(yōu)選等。方案優(yōu)化的原則主要有：（1） 確保地面主干道行車速度和地下管線的正常運(yùn)營，保證城市的正常生活，對(duì)地面靈敏目標(biāo)處的沉降進(jìn)行觀測(cè)和控制；（2） 有較強(qiáng)的操作性，充分考慮我們現(xiàn)階段的施工技術(shù)水平以及本工程的具體特點(diǎn)；（3） 靈活性好，應(yīng)變能力強(qiáng)，根據(jù)斷面形狀和地質(zhì)條件因地制宜的選擇施工方案，一旦出現(xiàn)施工災(zāi)害，能迅速采取措施；（4） 具有可連續(xù)性，兼顧前后施工工序的銜接；（5） 具有較好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益，在保證工期、確保結(jié)構(gòu)和環(huán)境安全的條件下降低工程造價(jià)。

2 大管棚經(jīng)濟(jì)技術(shù)方案比選

大管棚可在Φ180、Φ159、Φ108三種型號(hào)中選擇，管棚在超前支護(hù)中等效梁作用明顯，可以承擔(dān)開挖方向的有效土體作用，見圖1：

隧道開挖方向B為安裝鋼格柵的操作寬度，一般為0.5m～0.6m；掌子面以上土體破壞滑移面為45°+φ/2，在管棚懸空寬度B與滑移面范圍內(nèi)形成一個(gè)壓力拱線f（x），覆土層越薄，拱線效應(yīng)越不明顯。ψ（x）為已完成鋼格柵對(duì)管棚的反力曲線，τ（x）開挖方向土體對(duì)管棚的反力曲線。

從以上圖表可以看出，隨著管棚直徑的增加剛度迅速加大，當(dāng)管棚直徑由Φ108增加Φ159時(shí)管棚自身位移3.84mm減小到0.88mm，超前支護(hù)效果明顯；當(dāng)管棚直徑由Φ159增加Φ180時(shí)管棚自身位移3.84mm減小到0.88mm，超前支護(hù)效果差別不大，而造價(jià)增加很多，造成不必要的浪費(fèi)。

本工程開挖斷面大，管線眾多，對(duì)沉降控制要求嚴(yán)格，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析比選，選擇Φ159大管棚為最佳方案。

3 穩(wěn)定掌子面的方法比選

在施工開始我們就提出“保護(hù)圍巖”是隧道施工應(yīng)遵守的一個(gè)重要理念，但如何保護(hù)圍巖，就只有采用增強(qiáng)圍巖自身支護(hù)能力的輔助工法。在土類圍巖中，確保掌子面穩(wěn)定是至關(guān)重要的，常用的方法有：維護(hù)拱頂穩(wěn)定的超前支護(hù)、維護(hù)掌子面穩(wěn)定的正面錨桿和核心土、以及拱腳穩(wěn)定的鎖腳管（錨桿）等，在通過對(duì)超前預(yù)支護(hù)方案進(jìn)行了比選后，這里僅對(duì)后者進(jìn)行說明。

3.1 小管棚注漿：小管棚的施工，基本上與注漿小導(dǎo)管相同，但超前支護(hù)范圍大，多采用長度5～7m的鋼管，以間隔30～60cm的距離打入。超前支護(hù)效果好，但費(fèi)時(shí)，對(duì)施工循環(huán)有一定影響。

3.2 掌子面正面噴混凝土：正面噴混凝土是在開挖后自穩(wěn)性差的開挖面噴射3～10cm左右的混凝土，覆蓋掌子面，以防止掌子面松弛，提高掌子面的自穩(wěn)性。噴混凝土不是作為軸力構(gòu)件發(fā)揮作用的，是防止剝離的，常常與正面錨桿同時(shí)使用。此外通過目視噴射表面是否有龜裂發(fā)生，還可以獲得有無崩塌發(fā)生的信息。

3.3 正面錨桿：正面錨桿是在掌子面有顯著崩塌情況下采用的。錨桿一般長2～3m，視崩塌情況施設(shè)。

3.4 預(yù)留核心土：為了充分利用掌子面的空間支護(hù)效應(yīng)，預(yù)留核心土也是比較有效的穩(wěn)定掌子面的方法。

綜合上述穩(wěn)定掌子面的輔助工法，結(jié)合本工程的實(shí)際，選用掌子面正面噴射混凝土+預(yù)留核心土的方法；在砂層，由于含水量大，掌子面自穩(wěn)性較差，采用掌子面小導(dǎo)管注漿來通過。

參考文獻(xiàn)

[1] 王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論.北京： 科學(xué)出版社， 2004.

[2] 施仲衡.淺埋暗挖法設(shè)計(jì)理論論述.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2005，42（2）：37-39.

[3] 馮衛(wèi)星，王克麗.地道橋頂進(jìn)設(shè)計(jì)與施工.石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[4] 吳波，高波，索曉明等.城市地鐵隧道施工對(duì)管線影響的研究.巖土力學(xué)，2004，25（4）：657-663.

[5] 劉月梅.城市施工中地下管線的保護(hù).市政技術(shù)，2005，23（4）： 235- 236.endprint