軟土地基歷史保護(hù)區(qū)的綜合管廊施工技術(shù)

肖 鵬

（中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司 北京100150）

0 引言

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“歷史文化是城市的靈魂，要像愛惜自己的生命一樣保護(hù)好城市歷史文化遺產(chǎn)?！苯陙恚跉v史建筑保護(hù)工作日益受到人們重視的同時(shí)，綜合管廊也逐步被應(yīng)用到歷史建筑保護(hù)區(qū)的更新改造工程中。然而，在具有軟土地基條件的歷史建筑保護(hù)區(qū)域，綜合管廊建設(shè)工程遇到了一些實(shí)施難的問題。為此，本文在總結(jié)廣東江門市某管廊工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)軟土地基歷史保護(hù)區(qū)的綜合管廊建設(shè)問題，提出技術(shù)應(yīng)對(duì)措施，以降低管廊施工過程對(duì)歷史建筑地基穩(wěn)定性的不良影響。

1 綜合管廊方式在軟土地基歷史保護(hù)區(qū)的應(yīng)用問題

綜合管廊將多種市政管線綜合布設(shè)在一個(gè)大型管道中，其截面一般寬4～5 m，高約3 m，內(nèi)部可供檢修人員通行。［1-2］使用綜合管廊的地區(qū)，不會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)開挖路面、維修管道的現(xiàn)象，管線檢修也更方便。因此，綜合管廊是目前一種比較先進(jìn)的市政設(shè)施建設(shè)方式。［3］

與各種市政管線單獨(dú)布設(shè)的建設(shè)方式相比，綜合管廊的優(yōu)點(diǎn)是市政管線集中布局，能統(tǒng)一管理，方便檢測(cè)維修，長遠(yuǎn)運(yùn)作的維護(hù)成本相對(duì)較低。但對(duì)于具有軟土地基特性的歷史建筑保護(hù)區(qū)域，綜合管廊的建設(shè)方式也存在問題。綜合管廊的截面尺寸比市政獨(dú)立管線的管道截面尺寸大，埋深也相對(duì)比較大。施工時(shí)，所開挖的基坑巖土容易塌陷。［4］在軟土地質(zhì)條件的區(qū)域，這種問題更容易發(fā)生。由于基坑的巖土容易塌陷，管廊周邊歷史建筑地基的穩(wěn)定性也容易受影響，容易發(fā)生地基失穩(wěn)、建筑倒塌的現(xiàn)象。因此，在軟土地基的歷史建筑保護(hù)區(qū)域，綜合管廊工程需采用有效的工程措施，降低管廊及其施工過程對(duì)歷史建筑地基安全性的影響。

2 綜合管廊方式在軟土地基歷史保護(hù)區(qū)域應(yīng)用的技術(shù)要點(diǎn)

軟土地基歷史建筑保護(hù)區(qū)域的綜合管廊設(shè)計(jì)與施工技術(shù)要點(diǎn)主要有2 個(gè)方面：①工程設(shè)計(jì)需根據(jù)巖土土質(zhì)，控制管廊截面尺寸；②施工方案需采用合適的地基換土與基坑支護(hù)措施。江門市某綜合管廊建設(shè)工程便采用這2 個(gè)方面的技術(shù)措施進(jìn)行建設(shè)，有效預(yù)防了建設(shè)過程對(duì)周邊歷史建筑軟土地基的影響。

本綜合管廊段全長910 m，局部施工里程350 m，埋深平均4.5 m，設(shè)計(jì)使用年限100年，防水等級(jí)二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)乙級(jí)。相關(guān)的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

2.1 根據(jù)巖土土質(zhì)，控制管廊截面尺寸

在管廊基坑的施工開挖時(shí)，管廊截面尺寸是影響開挖基坑及其周邊歷史建筑地基安全的重要因素。在軟土地基的歷史建筑區(qū)域，地基承載力比較薄弱，巖土穩(wěn)定性相對(duì)較差，為避免基坑坍塌和周邊建筑地基失穩(wěn)，該類區(qū)域的綜合管廊需盡量減小截面尺寸，以降低基坑開挖和支護(hù)的難度。江門市某綜合管廊的設(shè)計(jì)便采用了限制截面尺寸的做法。

該段管廊所埋設(shè)的巖土建設(shè)適宜性比較差，其巖土分層如下。

〈1〉人工填土

素填土層：主要為褐黃色、褐紅色、灰色，稍濕，松散～稍密，主要由黏性土組成，含少量風(fēng)化巖、碎石等，局部含植物根系，局部段表層0.0～0.3 m 為既有水泥路面。本層厚度2.10～5.00 m，平均層厚3.49 m。

〈2〉第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層

淤泥層：成分以黏粒為主，局部夾粉細(xì)砂，含大量有機(jī)質(zhì)及貝殼。本層厚度1.10～5.20 m，平均層厚2.43 m。

淤泥質(zhì)土層：流塑～軟塑，有機(jī)質(zhì)含量0.9%～1.8%。本層厚度1.50～10.10 m，平均層厚3.57 m。

淤泥質(zhì)土層：軟塑，有機(jī)質(zhì)含量0.6%～1.0%，干強(qiáng)度及韌性較高。本層厚度2.40～18.60 m，平均層厚10.44 m。

粉質(zhì)黏土層：軟塑～可塑，干強(qiáng)度及韌性高。本層厚度2.10～7.60 m，平均層厚4.03 m。

粉砂層：主要成分以石英、長石為主，黏粒含量較高，顆粒級(jí)配差，含有機(jī)質(zhì)，局部含少量貝殼碎片。本層鉆孔揭露厚度0.80～6.10 m，平均層厚3.32 m。

中粗砂層：稍密，飽和，主要成分以石英、長石為主，砂質(zhì)不純，顆粒級(jí)配較好，含黏粒，局部含少量貝殼碎片，含礫石約5%，粒徑0.5～2.0 cm。本層厚度1.00～2.40 m，平均層厚1.70 m。

〈3〉基巖

全風(fēng)化變質(zhì)砂巖層：原巖結(jié)構(gòu)已基本破壞，但尚可辨認(rèn)，巖芯已被風(fēng)化成堅(jiān)硬土狀。本層層厚1.40～12.50 m，平均層厚6.54 m。

從上述3層巖土取樣結(jié)果分析，該段管廊所在地段的巖土，分布有飽和的液化砂土層以及填土、軟土、風(fēng)化巖等特殊巖土，屬于軟土地基，地基建設(shè)條件比較差。在這樣的地質(zhì)條件下，開挖管廊容易引起周邊巖土的松散、側(cè)移和坍塌，有可能導(dǎo)致周邊歷史建筑的地基失穩(wěn)。歷史建筑的墻體有可能因此開裂、傾斜。

面對(duì)這樣的問題，控制管廊截面尺寸［2］，是有效減少施工開挖量的重要一步，也是減少對(duì)周邊歷史建筑地基影響的重要一步。因此，該段管廊的截面尺寸設(shè)計(jì)為寬4.9 m，高2.4 m（見圖1）。這樣的尺寸既能滿足管廊的使用功能需求，同時(shí)也有效減少基坑開挖的寬度和深度。

圖1 綜合管廊的截面設(shè)計(jì)Fig.1 Cross Section Design of the Utility Tunnel

另外，管廊內(nèi)主要布設(shè)高壓和低壓電纜。雨水管、排水管、燃?xì)夤艿却蠼孛娉叽缁蛞兹細(xì)怏w管道布設(shè)在沿線道路車行道旁。這樣，既顧及了檢測(cè)維修頻率高的管線的使用便利性，又能減少管道截面所占據(jù)的總面積，從而減少管道施工開挖的截面寬度和高度，有利于保持周邊巖土的穩(wěn)定性，有利于周邊歷史建筑的地基安全。［5］

本工程實(shí)施過程中，管廊周邊的巖土受影響程度較少，沒有發(fā)生土體偏移的情況。說明控制綜合管廊截面尺寸，尤其控制高度，有利于保持軟土區(qū)域管廊周邊歷史建筑的地基穩(wěn)定性。

2.2 采用合適的地基換土與基坑支護(hù)措施

對(duì)于軟土地基區(qū)域，除了控制管廊截面尺寸外，對(duì)軟土層的加固和基坑支護(hù)也是防止巖土偏移和下陷的一個(gè)有效措施。

例如上述的綜合管廊工程，其基礎(chǔ)持力層土層為第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層和寒武系全風(fēng)化砂巖，其中第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層中含有厚度為4～15 m的淤泥質(zhì)土，該土層的巖土承載力為40 kPa，不能滿足綜合管廊的承載力要求。因此，該工程對(duì)沿線的地基進(jìn)行換填處理。管廊基底下?lián)Q填1.5 m 厚級(jí)配碎石，采用級(jí)配碎石回填壓實(shí)系數(shù)≥0.97 處理后的fak≥120 kPa，換填寬度=基礎(chǔ)寬+2×1.0 m。［6］

除了換填碎石，該工程施工過程還采取了基坑支護(hù)的措施，有效防止了基坑周邊巖土的側(cè)移。其基坑邊坡采用高壓旋噴的護(hù)坡樁擋土，護(hù)坡樁直徑φ 800 mm，樁長17.5 m，間距1.5 m。兩側(cè)相對(duì)的護(hù)坡樁頂部建造支撐梁，截面尺寸為630 mm×10 mm。護(hù)坡樁與管廊主體之間設(shè)有腰梁和換撐帶（見圖2）。［7］

此外，在基坑開挖時(shí)，盡量縮短基坑的曝露時(shí)間。當(dāng)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高而下道工序不能連續(xù)進(jìn)行時(shí)，基坑內(nèi)保留了300～500 mm 厚的泥土，待繼續(xù)施工時(shí)挖除。當(dāng)發(fā)現(xiàn)基底土被積水浸泡時(shí)，施工人員應(yīng)及時(shí)清除積水，才進(jìn)行下道工序施工。

圖2 基坑護(hù)坡樁設(shè)計(jì)Fig.2 Design of Foundation Pit Slope Protection Pile

管廊主體施工完成后，綜合管廊基坑被回填，采用砂性土回填至管廊頂面500 mm。管廊兩側(cè)采用對(duì)稱分層回填的方法，每層回填厚度≤250 mm，其壓實(shí)度按有關(guān)技術(shù)規(guī)范中的壓實(shí)度要求操作。管廊上面填土滿足道路的設(shè)計(jì)要求。管廊頂板上部1 000 mm 范圍內(nèi)的回填材料，采用人工分層夯實(shí)，并禁止了大型碾壓機(jī)械直接在管廊頂板上部施工。［8］

這些措施的應(yīng)用加固了管廊基坑以及建成后的管廊周邊巖土，避免管廊基坑坍塌與巖土塌陷，從而保護(hù)了周邊的歷史建筑。

3 技術(shù)有效性評(píng)價(jià)

上述兩項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)，在該管廊工程中應(yīng)用效果良好。該管廊工程按照上述技術(shù)措施實(shí)施后，周邊建筑的地基條件得到保護(hù)，建筑穩(wěn)定性沒有受到工程施工的影響［3］。工程實(shí)施過程中，各地面標(biāo)高監(jiān)測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的沉降量為0.014～0.018 m（見表1），而一般地下市政工程施工后的地面沉降量要求不大于0.2 m，所以該工程實(shí)施期間的地面標(biāo)高變化量很小，其所引起的周邊建筑地基沉降量也很少。

除了地面沉降量監(jiān)測(cè)以外，綜合管廊的基坑水平位移監(jiān)測(cè)結(jié)果也反映了上述兩項(xiàng)技術(shù)措施能保障周邊建筑軟土地基的穩(wěn)定性。本工程的綜合管廊基坑水平位移量為3～6 mm（見表2）。與報(bào)警值30 mm 和允許值50 mm 相比，其水平位移量很小，說明本工程的基坑開挖與施工過程，沒有明顯引起周邊建筑地基的水平偏移，周邊建筑的地基穩(wěn)定性得到保障。

從工程實(shí)施的監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，截面尺寸控制、地基換土與施工基坑支護(hù)等技術(shù)措施，可應(yīng)用于軟土地基歷史保護(hù)區(qū)的綜合管廊建設(shè)工程，以有效保障軟土地基歷史保護(hù)區(qū)域的巖土穩(wěn)定性與歷史建筑的地基穩(wěn)定性。

表1 綜合管廊地面標(biāo)高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.1 Monitoring Data for Ground Elevation of Utility Tunnel

表2 綜合管廊基坑水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Tab.2 Data of Horizontal Displacement Monitoring for Foundation Pit of Utility Tunnel

4 結(jié)語

綜合管廊建設(shè)是推進(jìn)市政管線工程現(xiàn)代化的重要舉措［9-10］，對(duì)歷史建筑保護(hù)區(qū)域的城市更新有著積極的促進(jìn)作用。但與此同時(shí)，在軟土地基區(qū)域的綜合管廊設(shè)計(jì)與施工，應(yīng)充分考慮軟土地基的建設(shè)條件，采用控制管廊截面尺寸、加固地基以及加強(qiáng)基坑支護(hù)等措施，以有效保障周邊建筑的地基穩(wěn)定性，防止歷史建筑地基的破壞。