管幕施工工法關(guān)鍵技術(shù)研究

彭海中

北京城建軌道交通建設(shè)工程有限公司，北京 100088

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市既有道路、橋梁、地下管線等對(duì)后建地下工程形成了諸多制約條件，建設(shè)過(guò)程中遇到的問(wèn)題也更加復(fù)雜。僅采用傳統(tǒng)淺埋暗挖法施工，往往會(huì)擾動(dòng)土層的應(yīng)力狀態(tài)，引起地層沉降，對(duì)周邊環(huán)境的影響大，施工風(fēng)險(xiǎn)大。

儲(chǔ)柯鈞[1]通過(guò)研究管幕洞柱法車(chē)站支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工，解決了超淺埋條件下暗挖車(chē)站實(shí)施的難題。李豫東等[2]通過(guò)研究淺埋隧道大管幕施工臺(tái)階法幾何參數(shù)優(yōu)化，采用數(shù)值模擬方法分析不同臺(tái)階參數(shù)對(duì)初支、圍巖施工的影響，表明拱頂沉降和水平收斂隨臺(tái)階高度增大而減少。趙智慧等[3]在管幕下穿既有盾構(gòu)隧道技術(shù)的研究中，利用全斷面深孔注漿+鎖扣管幕加固方案，有效控制了既有盾構(gòu)隧道變形。胡寶生等[4]通過(guò)研究拱北隧道暗挖段曲線管幕頂管施工精度控制技術(shù)，表明利用UNS導(dǎo)向系統(tǒng)并在合理頂進(jìn)參數(shù)及有效控制措施條件下，可通過(guò)糾偏手段和精度控制有效降低后行管對(duì)先行管的不利影響。潘偉強(qiáng)[5]通過(guò)分析軟土地區(qū)管幕群頂管施工地面沉降監(jiān)測(cè)，表明管幕群頂管施工過(guò)程影響地面變形的因素有管幕摩擦和同步注漿。王歡[6]通過(guò)對(duì)淺覆軟土中鋼管幕頂進(jìn)施工沉降控制技術(shù)的研究，表明通過(guò)管幕-箱涵穿越既有道路，路面沉降可控制在±2cm以下。劉冬冬等[7]通過(guò)研究管幕法在綜合管理暗挖施工中的應(yīng)用，得出管幕施工有整體剛度強(qiáng)、土體擾動(dòng)小、精度控制高、周邊影響小、施工周期短等優(yōu)勢(shì)。路剛[8]通過(guò)研究通道下穿土體沉降控制理論與管棚施工技術(shù)，得出運(yùn)用管棚施工技術(shù)能有效控制表明變形，采用不同的注漿壓力，可動(dòng)態(tài)調(diào)整地表變形。

某地鐵暗挖車(chē)站采用管幕工法，在施工中采取了嚴(yán)格的技術(shù)控制措施，對(duì)既有道路、橋梁、管線進(jìn)行了有效保護(hù)，為后續(xù)PBA施工提供了有利條件。

1 工程概況

該工程為地下T型換乘車(chē)站，東西向?yàn)榈叵?層島式車(chē)站，車(chē)站主體長(zhǎng)度237.3m，斷面寬度為23.7m；南北向?yàn)榈叵?層島式車(chē)站，車(chē)站主體長(zhǎng)度為263m，斷面寬度為23.1m；車(chē)站均采用PBA暗挖工法施工，為雙柱三跨拱形斷面。車(chē)站兩端均為礦山法區(qū)間。車(chē)站總平面圖如圖1所示，東西向車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段橫剖面圖如圖2所示。

圖1 車(chē)站總平面圖（單位：m）

圖2 東西向車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段橫剖面圖（單位：mm）

該工程地下T型換乘部位，地下管線較多，較為重要的管線有給水、燃?xì)?、污水、雨水等，兩站接口部位地下管線情況明細(xì)表如表1所示。

表1 兩站接口部位地下管線情況明細(xì)表

該工程地下T型換乘部位，存在城市主干道橋梁，該橋梁為單孔預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁橋，跨越現(xiàn)狀道路的快、慢車(chē)道，凈跨26m，凈寬45m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力工型梁與現(xiàn)澆鋼筋混凝土橋面組成的組合梁；下部結(jié)構(gòu)均為擴(kuò)大基礎(chǔ)，現(xiàn)澆混凝土重力式橋臺(tái)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

地層自上而下為粉細(xì)砂③3層、粉土④2層、粉質(zhì)黏土④層、粉細(xì)砂④3層、粉細(xì)砂⑤2層、卵石-圓礫⑤層、粉質(zhì)黏土⑤4層、粉細(xì)砂⑤2層、粉土⑥2層、粉質(zhì)黏土⑥層、粉細(xì)砂⑦2層、卵石-圓礫⑦層、粉質(zhì)黏土⑨3層、粉細(xì)砂⑨2層、卵石⑨層。

2.2 水文地質(zhì)

車(chē)站主要賦存有2層地下水，其類(lèi)型分別為層間潛水（三）和層間潛水（四）。層間潛水（三）：含水層巖性為粉細(xì)砂④3層、卵石-圓礫⑤層及粉細(xì)砂⑤2層等，水位標(biāo)高為36.75～37.64m，水位埋深為11.20～13.90m。層間潛水（四）：含水層巖性為卵石-圓礫⑦層及以下各層，水頭標(biāo)高為18.66～20.90m，水頭埋深為27.80～31.99m。

3 管幕支護(hù)施工

3.1 管幕布設(shè)介紹

該工程采用管幕法保護(hù)施工，管幕鋼管采用Q235B無(wú)縫鋼管φ299mm×12mm；鎖扣采用63mm×40mm×6mm角鋼；管幕沿車(chē)站小導(dǎo)洞及扣拱結(jié)構(gòu)輪廓線外側(cè)環(huán)向布設(shè)，單根長(zhǎng)43.45m，中心距350mm。采用外側(cè)焊接角鋼相互扣接形成支護(hù)體，施工采用“螺旋出土、鋼管頂進(jìn)”工藝。具體管幕布設(shè)如圖3、圖4所示。

圖3 T型換乘處管幕布置縱剖（東西向）圖（單位：mm）

圖4 T型換乘處管幕布置橫剖（南北向）圖

3.2 管幕施工技術(shù)控制措施

（1）鋼管加工管幕鋼管接頭單側(cè)打設(shè)坡口，采用焊接連接。管幕鋼管兩側(cè)焊接63×40×6mm角鋼鎖扣，在鎖扣鋼管母鎖扣一側(cè)焊接φ42mm×4mm管外注漿鋼管，注漿管縱向間隔1m設(shè)φ8mm注漿擴(kuò)散孔，端部進(jìn)行封堵處理。管幕鋼管制作大樣圖如圖5所示。

圖5 管幕鋼管制作大樣圖（單位：mm）

（2）鋼管頂進(jìn)施工按照設(shè)計(jì)位置測(cè)設(shè)每根管幕的中心位置和標(biāo)高，鋼管中心位置采用經(jīng)緯儀定位，位置允許偏差2cm，成孔長(zhǎng)度允許偏差10cm，施工軸線偏差不大于0.3%。鋼管標(biāo)高采用導(dǎo)向測(cè)量控制，根據(jù)連通器原理，在管幕鋼管端頭安裝連通管，鋼管頂進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)可視化的測(cè)量端，觀測(cè)液位高度測(cè)量前方鉆頭位置高度，實(shí)現(xiàn)標(biāo)高的準(zhǔn)確控制。管幕施工采用螺旋出土套管頂進(jìn)工藝，管幕設(shè)備提供螺旋鉆桿的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力和套管的頂推力。管幕鋼管頂進(jìn)時(shí)，螺旋鉆桿向鉆頭傳遞鉆壓和扭矩切削土層，將管幕鋼管逐段向前一邊旋轉(zhuǎn)一邊頂進(jìn)，出土過(guò)程中記錄螺旋鉆桿與鋼管位置關(guān)系，出土量控制在理論出土量的95%以下。施工過(guò)程中嚴(yán)格頂進(jìn)軌跡，反復(fù)進(jìn)行后續(xù)單元施工，形成“縱向成梁、橫向成拱”的鋼管帷幕。

（3）管外注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，管幕施工過(guò)程中，管外注漿管采取隔管注漿，并預(yù)留二次注漿孔，施工過(guò)程中進(jìn)行注漿壓力和注漿量的控制。終止注漿標(biāo)準(zhǔn)：穩(wěn)壓0.2MPa條件下，注漿5min，且注漿量達(dá)到理論注漿量的85%。

（4）管內(nèi)填充管幕鋼管采用10mm鋼板封孔，預(yù)留φ25mm鋼管注漿孔，頂部預(yù)留排氣口兼觀察孔。單個(gè)導(dǎo)洞上方管幕施工完成后，向管內(nèi)注純水泥漿，水泥漿水灰比為1∶1，注漿壓力不大于0.5MPa；鋼管壓漿量不小于1.3倍鋼管容積；注漿終止標(biāo)準(zhǔn)：穩(wěn)壓0.5MPa條件下，注漿5min，且注漿量達(dá)到理論注漿量的85%。

4 施工監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)方法

管線沉降監(jiān)測(cè)，分為直接監(jiān)測(cè)和間接監(jiān)測(cè)。該工程污水管線，由于埋深大，均采用間接監(jiān)測(cè)方法。

4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

針對(duì)管線及橋梁的沉降要求，該工程采用了信息化施工，針對(duì)開(kāi)挖工程中的位移敏感位置進(jìn)行了測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，管線沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿管線縱向每5m布設(shè)，布設(shè)于管線側(cè)面，深度至管線底土層；構(gòu)筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿構(gòu)筑物每4m布設(shè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖6所示。

圖6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖（單位：mm）

4.3 監(jiān)測(cè)成果分析

選取控制性污水管（φ1250mm、φ1500mm）、東側(cè)橋臺(tái)處的土體沉降作為控制性指標(biāo)，對(duì)管幕施工前、后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體如下。

（1）污水管沉降變化最大的點(diǎn)為WS-05，沉降值為-19.8mm，沉降變化最小的點(diǎn)為WS-01，沉降值為-0.3mm。根據(jù)《北京市軌道交通工程建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)管理體系（第三版）》中雨、污水管變形控制要求，沉降量≤20mm，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)巡視管線未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，運(yùn)營(yíng)正常。管幕施工引起的土體沉降值（污水管處）如圖7所示。

圖7 管幕施工引起的土體沉降值（污水管處）

（2）東側(cè)橋臺(tái)沉降變化最大的點(diǎn)為QC-07，沉降值為-8.3mm，沉降變化最小的點(diǎn)為QC-01、QC-15，沉降值為-0.3mm。根據(jù)評(píng)估要求橋梁豎向均勻沉降控制值為15mm，管幕施工引起的沉降值滿(mǎn)足要求。管幕施工引起的土體沉降值（東側(cè)橋臺(tái)處）如圖8所示。

圖8 管幕施工引起的土體沉降值（東側(cè)橋臺(tái)處）

綜上數(shù)據(jù)，可以看出，施工過(guò)程中由中間向兩側(cè)施工，由于鉆進(jìn)過(guò)程中土體的擾動(dòng)、擱置時(shí)間長(zhǎng)，土體時(shí)空效應(yīng)相對(duì)顯著，導(dǎo)致中間位置QC-07處沉降值較大。兩端QC-01、QC-15處，由于沒(méi)有其他鉆進(jìn)施工，土體擾動(dòng)較小，擱置時(shí)間較短，沉降值較小。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和評(píng)估要求，可見(jiàn)施工過(guò)程中土體相對(duì)穩(wěn)定安全。

5 結(jié)論

文章通過(guò)分析該工程管幕施工的具體實(shí)施情況，得出了以下結(jié)論。

（1）在粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土地層，大直徑（φ1250mm、φ1500mm）污水管線，埋深5m，距離暗挖大斷面拱頂結(jié)構(gòu)4m的情況下，采用文章所述的管幕施工工法可以保證管線等周邊環(huán)境的安全。

（2）管幕施工采用螺旋出土套管頂進(jìn)工藝施工，出土量控制在理論出土量的95%以下，螺旋鉆桿的頂進(jìn)轉(zhuǎn)速控制在5cm/min，可以在保證有效出土的同時(shí)，平衡土壓控制塌孔。

（3）管外注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，填充與固結(jié)圍巖擾動(dòng)土體。管內(nèi)填充純水泥漿，水灰比為1∶1，注漿壓力不大于0.5MPa，充盈系數(shù)為1.3，可以保證管幕的整體剛度和土體的自穩(wěn)性。

（4）通過(guò)管幕施工引起的土體沉降數(shù)據(jù)可以看出，管幕施工引起的管線、橋臺(tái)等周邊建構(gòu)筑物沉降量的變化較小，可見(jiàn)采取由中間向兩側(cè)對(duì)稱(chēng)施工，盡量縮短施工時(shí)間，及時(shí)注漿填充，有利于控制土體沉降。

（5）近距離下穿橋臺(tái)，采用管幕法施工，需要加密監(jiān)測(cè)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整管幕頂進(jìn)壓力、出土量、注漿量等，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，以有效控制地層沉降。