超淺埋管幕頂進(jìn)支護(hù)試驗研究

宋增亮

摘要 為研究超淺埋下鋼管幕頂進(jìn)施工引起的沉降、成品的精度控制以及選取合適的施工方案，文章以濟(jì)南R3線奧體中心西換乘站工程為依托，通過采用現(xiàn)場試驗及后期施工效果驗證，對整個管幕頂進(jìn)周期內(nèi)進(jìn)行分析，研究不同工況下管幕頂進(jìn)的規(guī)律。試驗表明：采用插入型鋼作為管幕頂進(jìn)后背兼做基坑支護(hù)、設(shè)置限位器控制管幕精度、同步頂進(jìn)、破巖截齒鉆頭組合方案采滿足施工要求，且在該地層條件下可行，且施工精度及沉降可控，施工效率高。

關(guān)鍵詞 超淺埋管幕;現(xiàn)場試驗;管幕頂進(jìn)

中圖分類號 TU990.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）01-0167-04

0 引言

管幕法作為暗挖工藝的一種，其原理是通過利用小口徑頂管機(jī)建造暗挖初期支護(hù)，同時也可將支護(hù)和結(jié)構(gòu)做成一個整體，進(jìn)而大大縮短了工期。1971年，日本在kawase-Inae通道工程中首先采用了管幕法，隨后得益于其施工產(chǎn)生的小沉降，對上方已有建筑的影響較小，比利時、新加坡等國家開始將該方法應(yīng)用到地下工程中[1]。

管幕法在國外有40多年的發(fā)展歷史，很多項目都取得了不錯的效果[2]。在國內(nèi)，1984年，香港在修建地下通道時首次應(yīng)用管幕工法。蘇榮軍等對軟土地層淺覆土下鋼管幕頂進(jìn)施工引起的地層沉降規(guī)律與機(jī)制，采用現(xiàn)場試驗方法，對管幕頂進(jìn)周期內(nèi)地表沉降進(jìn)行分析，結(jié)果表示單根鋼管頂進(jìn)時后半段隆起，但其值在精度允許范圍之內(nèi)[3]。該文結(jié)合在已有研究的基礎(chǔ)上，對管幕頂進(jìn)行試驗分析，為實際施工提供保證。

1 工程簡述

1.1 工程概況

奧體中心西換乘站采用暗挖法（橫向洞蓋法）施工，車站全長273 m，寬24.1 m，基坑深度約為18.5 m，結(jié)構(gòu)覆土約3～4 m，屬于超淺埋大斷面暗挖車站施工。施工平面圖如圖1所示。

1.2 管幕概況

為保證小導(dǎo)洞施工及扣拱施工過程中沉降、安全可控，在拱部以上設(shè)置Φ406，t=18 mm管幕進(jìn)行支護(hù)，作為下部開挖的保護(hù)措施。管幕位于黏土（摻雜較多較大的塊狀石）地層內(nèi)，無地下水，管幕下1 m位置為中風(fēng)化石灰?guī)r層，圖2為管幕縱斷面圖。

車站位于經(jīng)十路（路口處雙向18車道）下方，車流量極大，管幕覆土僅3 m，且地面1.5 m以下存在多個濟(jì)南市各專業(yè)主管道，因此管幕施工核心是精度控制及過程沉降控制。

2 現(xiàn)場試驗

2.1 試驗準(zhǔn)備

管幕試驗前將場地整平，場地平整時避免臨時填土，且為保證試驗結(jié)果的真實有效性，該次試驗管幕工作坑采用型鋼支護(hù)，工作坑的寬度值與實際工作坑寬度值保持一致，取5.4 m，基坑深度為4.5 m。

為保證管幕能順利從型鋼中間穿過，要求型鋼施工時，平面定位及樁體打設(shè)傾斜值沿車站縱向累計最大誤差不超過20 mm，同時應(yīng)保證基坑兩側(cè)型鋼位置的對應(yīng)關(guān)系，確保兩側(cè)管幕能夠在基坑內(nèi)順利連接。

另外，管幕參數(shù)與實際工程保持一致：鋼材為Q355B，φ406x18@600，在其內(nèi)部填充微膨脹水泥砂漿（M20），管幕外側(cè)旁焊φ42注漿管，隨管幕一同頂進(jìn)。

2.2 管幕試驗

車站土層中管幕約374根，管頂覆土深度為3.3～3.6 m。試驗管幕采用3臺設(shè)備進(jìn)行頂進(jìn)，每臺設(shè)備施工3根管幕，管幕頂埋深取3.4 m，相鄰管的間距為600 mm，單根管頂進(jìn)長度為16.5 m。

通過對比設(shè)置型鋼導(dǎo)向器、管幕限位器，來明確試驗管幕的偏差結(jié)果。

該次試驗采用三種形式的鉆頭如圖3所示，1#鉆機(jī)采用錐心鉆頭，2#鉆機(jī)采用糾偏斜板鉆頭，3#鉆機(jī)采用破巖截齒鉆頭，另外每種鉆頭也分別采用三種不同的頂進(jìn)方式：欠土頂進(jìn)、鉆頭超前以及正常同步頂進(jìn)。通過對比試驗管幕的偏差結(jié)果，從而確定正式施工時可選用最佳的施工工藝。

3 試驗結(jié)果分析

為方便統(tǒng)計數(shù)據(jù)，該次試驗管幕編號及對應(yīng)設(shè)備工藝如表1所示。

3.1 沉降分析

在每根試驗管幕地面上方設(shè)置兩處沉降監(jiān)測點，經(jīng)測量統(tǒng)計，當(dāng)采用破巖截齒鉆頭頂進(jìn)施工時，管幕最大累計沉降為3.3 mm，滿足沉降要求。各鉆孔累計沉降圖表如圖4所示。

3.2 功效分析

在每根試驗管幕頂進(jìn)過程均進(jìn)行記錄，該次統(tǒng)計時間包含管節(jié)焊接時間，經(jīng)統(tǒng)計，最長頂進(jìn)時間為32 h，最短頂進(jìn)時間為21 h。各管幕頂進(jìn)周期如圖5所示。

由柱狀圖可知當(dāng)采用錐心鉆頭或糾偏斜板鉆頭時，每個周期內(nèi)管幕頂進(jìn)平均時間約為30 h。當(dāng)采用破巖截齒鉆頭時，每根管幕頂進(jìn)的平均時間約為25 h，較前兩種鉆頭節(jié)省16.7%的時間。

3.3 精度分析

3.3.1 型鋼支護(hù)樁精度分析

基坑開挖后，測量型鋼支護(hù)樁的垂直度，經(jīng)測量數(shù)據(jù)如表2所示：

根據(jù)試驗結(jié)果統(tǒng)計可得出，在該地層條件下，在沒有限位器的情況下，型鋼支護(hù)樁精度能滿足要求。

3.3.2 管幕精度分析

為確定管幕精度控制效果，在管幕另一端進(jìn)行開挖測量驗證，試驗管幕偏差統(tǒng)計如表3所示。

經(jīng)實際測量驗證，1#、2#鉆機(jī)管幕頂進(jìn)末端水平及豎向誤差均小于20 mm，偏差較小。3#鉆機(jī)管幕頂進(jìn)末端水平誤差、豎向誤差數(shù)據(jù)略大于1#、2#鉆機(jī)，但偏差仍在允許范圍內(nèi)，滿足要求。

4 結(jié)論和建議

（1）錐心鉆頭及糾偏斜板鉆頭對精度控制、沉降控制優(yōu)于破巖截齒鉆頭，三者在允許偏差范圍內(nèi)，均滿足沉降要求。

（2）對比三者的能效分析，在土層中夾雜石塊的地層、砂卵石層、風(fēng)化石層的地層條件下，破巖截齒鉆頭功效最高，每根管幕頂進(jìn)時間節(jié)省約16.7%。

（3）通過沉降及精度分析，在超淺埋管幕頂進(jìn)施工中，采用頂進(jìn)限位器加型鋼導(dǎo)向器方式進(jìn)行施工控制，精度及沉降能得到有效控制，且偏差在允許范圍內(nèi)[4]。

（4）通過進(jìn)行多組試驗，設(shè)備機(jī)具配置及工藝流程工效都得以驗證，得到了所需主要施工參數(shù)。在該地層條件下，管幕頂進(jìn)宜采用破巖截齒鉆頭，采取正常同步頂進(jìn)的方式進(jìn)行施工。

參考文獻(xiàn)

[1]None.Jacking under Singapore's busiest street：Darling，P Tunn TunnlgPacific Rim Special Issue，Summer 1993，P19-23[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences & Geomechanics Abstracts，1994（1）：A58.

[2]袁金榮，陳鴻.利用小口徑頂管機(jī)建造大斷面地下空間的一種新手段——管幕工法[J].地下工程與隧道，2004（1）：23-26+56-57.

[3]蘇榮軍，陳立生.軟土地層淺覆土下鋼管幕頂進(jìn)沉降分析[J].隧道建設(shè)（中英文），2018（7）：1236-1242.

[4]孫旻，徐偉.軟土地層管幕法施工三維數(shù)值模擬[J].巖土工程學(xué)報，2006（S1）：1497-1500.