盾構(gòu)法施工綜合管廊經(jīng)驗總結(jié)及設計建議

閆寧浩（中鐵十四局集團隧道公司，山東 濟南 250000）

1 工程概況

1.1 現(xiàn)狀管線及新增管線改擴建需求

成洛大道（三環(huán)至四環(huán)路）道路范圍內(nèi)既有市政管線種類較多，包括：給水管線（輸水管線、配水管線）、雨水管線、污水管線、不同壓力等級燃氣管線、電力管線（淺溝）、通信管線（淺溝）、和壓力流垃圾滲濾液管線共7種管線種類。

新增管線：DN1400給水管、2.4m×2.7m 220kV電力隧道、10k電力（12孔）、通信（18孔）、D529天然氣、D426天然氣。

1.2 工程地質(zhì)及水文情況

本工程地質(zhì)斷面，自上而下地層情況依次為：

①人工填土、②2可塑黏土、②3硬塑黏土、③1黏土夾卵石、③2卵石、③3粉砂、③4細砂夾卵石、④1全風化泥巖、④2強風化泥巖、④3中風化泥巖。

隧道斷面基本位于④1全風化泥巖、④2強風化泥巖、④3中風化泥巖層中，部分位于卵石土地層、④3中風化泥巖平均強度6MPa，工程地質(zhì)較好，不良地質(zhì)為膨脹土。

場區(qū)內(nèi)無統(tǒng)一地下水位，部分區(qū)域存在少量基巖裂隙水發(fā)育。

1.3 工法選擇、線路平縱斷面設計及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

主要工法：綜合井采用明挖法施工、管廊隧道采用盾構(gòu)法施工。

線路平面設計：綜合管廊線路全長4437m，沿成洛大道走向，最小曲線半徑1000m，共設置21座綜合井，其中始發(fā)井2座，接收井2座，綜合井間縱向間距約200m。

縱斷面設計：線路采用V型坡，最大埋深38m，最大縱坡36‰。

主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：管片采用鋼筋混凝土管片（C50P12），管片外徑9m，內(nèi)徑8.1m。

1.4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分艙

隧道內(nèi)部采用現(xiàn)澆混凝土進行分隔，共分為4個艙室，分別為水電信艙、高壓電力艙、輸水艙、燃氣艙，見圖1。

2 施工經(jīng)驗總結(jié)

2.1 綜合井施工土方垂直提升方式選擇

經(jīng)對比哈爾濱地鐵1號線南直路站端頭井汽車吊（25t）提升方案、蘭州地鐵1號線奧～世區(qū)間中間風井龍門吊（45t）提升方案和本項目蓮花吊垂直提升方案，本項目蓮花吊提升為最優(yōu)方案。

汽車吊提升功效：約240m3/d；

龍門吊提升方案功效：約300m3/d；

蓮花吊提升方案功效：約600m3/d；

經(jīng)三個項目施工實踐，蓮花吊垂直提升方案在功效、經(jīng)濟性上均優(yōu)勢明顯。

使用條件：基坑具備挖機喂料條件、現(xiàn)場具備臨時堆料條件、現(xiàn)場臨電負荷需求75kW。

圖1 管廊內(nèi)部分艙

2.2 盾構(gòu)始發(fā)場地需求

綜合管廊項目1號盾構(gòu)機始發(fā)場地位于9#綜合井場區(qū)，前期征地時和地方進行了妥協(xié)，現(xiàn)場可用于臨建布置的場地只有3300m2，導致現(xiàn)場渣土池容量較小，成為嚴重影響盾構(gòu)連續(xù)掘進的制約因素，工期不可控。

后2號盾構(gòu)機在21#始發(fā)，項目對現(xiàn)場臨時用地進行了充分擴大，21#渣土池長度120m，寬度8m，深度3.5m，基本滿足連續(xù)施工需求。

表1 掘進功效對比表

2.3“上軟下硬”地層盾構(gòu)機姿態(tài)控制過程中的矯枉過正

本項目1號盾構(gòu)機掘進9#～8#區(qū)間時，掘進斷面為上軟下硬不均勻地層，其中正1環(huán)～正18環(huán)軟硬巖比為0.56，至正18環(huán)掘進結(jié)束，前盾上浮99mm，正19環(huán)～正31環(huán)，軟硬巖比為0.67，至正31環(huán)掘進結(jié)束，前盾上浮264mm。

經(jīng)兩階段常規(guī)糾偏措施后，盾構(gòu)機姿態(tài)持續(xù)上浮，后在正31環(huán)進行開倉，更換邊緣滾刀一把，超挖半徑增加7cm，至正40環(huán)，盾構(gòu)機刀盤124mm，盾尾240mm，出現(xiàn)明顯下降趨勢。

由于超挖過大，造成同步注漿量增加，管片上浮很難控制，管片錯臺嚴重，隧道橢變最大值達到26cm，管片破損增加，嚴重影響了成型隧道質(zhì)量。

后在7#綜合井開倉更換超挖刀，超挖半徑增加5cm，施工質(zhì)量得到了較好的控制。

經(jīng)驗教訓：不均勻地層控制盾構(gòu)機姿態(tài)上浮，采用擴挖手段是可行的，但應采取循序漸進的謹慎態(tài)度，切不可猛糾，否則將會對施工質(zhì)量造成嚴重影響。

圖2 正19環(huán)～正31環(huán)盾構(gòu)機姿態(tài)

2.4 盾構(gòu)機穿越綜合井防“栽頭”措施

該項目原設計盾構(gòu)機穿越綜合井前對已結(jié)構(gòu)施工完成的綜合井進行黏土回填，由于盾構(gòu)機穿越期間，井外水系和井內(nèi)回填土聯(lián)通，盾構(gòu)掘進渣土改良過程中也會造成回填材料富水，造成承載力下降，容易造成盾構(gòu)機在井內(nèi)“栽頭”，成洛大道綜合管廊盾構(gòu)及穿越17#綜合井時便發(fā)生了“栽頭”險情，后經(jīng)調(diào)整后順利過站，為避免后期穿越綜合井安全，施工單位提出變更回填材料要求，變更為綜合井底板以上2m范圍內(nèi)采用連砂石摻加水泥回填，水泥摻加量為回填量的4%～5%；2m以上部分采用土石回填；回填工程分層碾壓密實，每層厚度＜30cm，回填完成后，其壓實度不得低于90%，承載力不得低于270kN/m2。

2.5 內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工工法選擇

該綜合管廊內(nèi)部結(jié)構(gòu)工序復雜，共有5個工序：弧形支座、隧底回填（兩側(cè)標高不一致）、下隔墻及中板結(jié)構(gòu)、上隔墻、上隔墻頂部填充，本項目采取了兩種工法，支架現(xiàn)澆和臺車法，臺車法只應用于中隔板以下結(jié)構(gòu)，臺車設計前對隧道斷面進行了整體測量，保證臺車模板能夠適應實際工況，對液壓系統(tǒng)進行了模擬，并增加外振器，保證混凝土振搗效果，上隔墻采用定制整體模板加固系統(tǒng)，實現(xiàn)整體移動，臺車法在9#～12#隧道區(qū)段進行應用，雖然功效上提高不大，但在勞務作業(yè)人員需求上減少了一半，模板及周轉(zhuǎn)材料大大節(jié)約，取得了良好的經(jīng)濟效果。

3 對后續(xù)盾構(gòu)綜合管廊設計的幾點建議

3.1 充分考慮盾構(gòu)施工需求，結(jié)合支廊條件，進行綜合統(tǒng)籌優(yōu)化

本管廊隧道院設計盾構(gòu)始發(fā)井為9#、21#綜合井，均為分體始發(fā)，在1#、21#分別設計有1號和5號電力隧道，兩條電力隧道在設計階段應考慮作為盾構(gòu)始發(fā)的反向隧道，避免出現(xiàn)盾構(gòu)分體始發(fā)情況，節(jié)約建設成本。

3.2 綜合井建筑結(jié)構(gòu)設計存在問題與分析，改進措施與建議

始發(fā)與接收井環(huán)框梁：始發(fā)與接收井環(huán)框梁環(huán)框梁采用矩形截面（優(yōu)化前），中板與環(huán)框梁通過套筒連接，其施工縫均位于同一位置，后期施工縫容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象；

改進措施：環(huán)框梁與中板采用企口形式，改善中板與環(huán)框梁間的連接方式，使結(jié)構(gòu)受力更合理，見圖3。

圖3 環(huán)框梁與中板連接優(yōu)化圖

3.3 綜合井數(shù)量偏多

該綜合管廊全線共設21處，施工過程中盾構(gòu)機頻繁過井，給掘進過程中的盾構(gòu)姿態(tài)控制、掘進精度提出了更高要求，且每個井都需要完整的圍護工程、結(jié)構(gòu)工程、機電安裝工程，較多的綜合井，增大了項目投資。從火災工況下的火災規(guī)模、人員疏散時間及排煙風機規(guī)模、高溫對土建和設備的影響等方面著手，優(yōu)化防火分區(qū)長度，減少綜合井數(shù)量，從而減少對盾構(gòu)施工影響，優(yōu)化項目總投資。建議后續(xù)設計中優(yōu)化節(jié)點布置，降低建設成本。

3.4 綜合井規(guī)模偏大

全線每500m左右設置一處包含投料功能的綜合井，共計10處，約占全線節(jié)點47.6%。設置投料口的綜合井凈空尺寸為25m×12m，不設投料口的綜合井凈空尺寸為18m×12m。投料綜合井規(guī)模因燃氣艙和非燃氣艙投料口的空間需求，較非投料節(jié)點增加了7m，建設規(guī)模增加了約38.9%。

由于外環(huán)境對入廊管線和傳統(tǒng)直埋管線的影響有本質(zhì)的變化，管線壽命將極大提高，日常維護、更換周期將大幅度延長，因此，建議設置臨時吊裝口滿足管線初期入廊安裝需求，使用完成后封閉。正常運營期間，使用較少永久吊裝口，滿足維修設備設施進出和局部管節(jié)更換使用，建議增大吊裝口間距。

3.5 綜合井與管線設計應同步

綜合井土建設計時，管線設計單位未同步參與，管線設計滯后，管線設計時對綜合井提出了較多安裝要求和修改意見，尤其是管道支墩、預留孔位置、閥門安裝位置、燃氣管π型彎設置等，綜合井土建設計無法全部滿足管線設計要求，致使綜合井內(nèi)部做了部分變更，給施工單位后續(xù)施工帶來了較大難度。

4 結(jié)束語

盾構(gòu)法施工地下綜合管廊對城市現(xiàn)狀影響較小，在眾多工法中有著獨特的優(yōu)勢，隨著后續(xù)綜合管廊項目在各大城市的逐步開展，盾構(gòu)綜合管廊將會更多的被選擇和應用，本文以成洛大道盾構(gòu)綜合管廊為例，介紹了施工過程中的一些經(jīng)驗教訓，同時由于現(xiàn)行規(guī)范尚未完善，簡單提出了幾條設計建議，希望為今后類似工程設計、施工提供借鑒意義。