老舊城區(qū)盾構(gòu)管廊建設(shè)技術(shù)應(yīng)用研究

平捷 ， 苗雷強(qiáng) ， 于海洋 ， 周思青

（1.石家莊嘉泰管廊運(yùn)營有限公司，石家莊 050000；2.河北省建筑科學(xué)研究院有限公司，石家莊 050021；3.河北省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，石家莊 050021）

0 引言

近年來，國內(nèi)大部分城市普遍存在因各種管線維修和改遷，重復(fù)開挖城市道路而形成的“道路拉鏈”現(xiàn)象，造成經(jīng)濟(jì)和人力的浪費(fèi)［1］。綜合管廊的出現(xiàn)，使這一現(xiàn)狀得到極大改觀，其建造有明挖法施工和暗挖法施工兩大類。暗挖法施工以頂管和盾構(gòu)為主［2］，且主要集中在便于施工的新城區(qū)，相比之下，老舊城區(qū)因地面交通錯(cuò)綜復(fù)雜、地下既有管線縱橫交錯(cuò)，管廊建設(shè)難題較多，采用盾構(gòu)法施工更符合老舊城區(qū)地下綜合管廊建設(shè)的自身特點(diǎn)。

針對盾構(gòu)綜合管廊建設(shè)的各種問題，已有諸多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。王丁杰、余祖峰等結(jié)合工程實(shí)例，從盾構(gòu)法應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)的技術(shù)難點(diǎn)、地面沉降的控制等方面分析了盾構(gòu)法在綜合管廊建設(shè)中的可行性和適用性［3］。段亞剛針對綜合管廊建設(shè)的特點(diǎn)，對小直徑盾構(gòu)隧道在管片結(jié)構(gòu)規(guī)格、盾構(gòu)機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行適應(yīng)性研究，形成了一套適用于綜合管廊的盾構(gòu)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)［4］。鄭國棟從盾構(gòu)始發(fā)井設(shè)計(jì)、施工通道設(shè)計(jì)、工作井防水設(shè)計(jì)、隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和防水設(shè)計(jì)等方面，對盾構(gòu)施工的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了研究分析，并結(jié)合工程實(shí)例對盾構(gòu)掘進(jìn)、盾構(gòu)機(jī)拆卸等施工操作要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)［5］。方興杰、孫旻等以沈陽綜合管廊項(xiàng)目為工程背景，分析了老城區(qū)綜合管廊盾構(gòu)法施工存在的盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、盾構(gòu)機(jī)過節(jié)點(diǎn)井、錨索施工區(qū)、富水地層小半徑掘進(jìn)、盾構(gòu)和節(jié)點(diǎn)井的施工順序等技術(shù)難題，提出了盾構(gòu)分體始發(fā)、空推過節(jié)點(diǎn)井、錨索處理、小半徑掘進(jìn)、先盾后井等施工技術(shù)［6］。柳憲東針對在城市中心區(qū)大規(guī)模明挖工法建設(shè)地下綜合管廊的可實(shí)施性差的問題，提出了與地鐵結(jié)合、同步規(guī)劃、同步設(shè)計(jì)和同步實(shí)施，采用盾構(gòu)工法建設(shè)地下綜合管廊的設(shè)計(jì)理念，并對盾構(gòu)綜合管廊與地鐵的結(jié)合形式、防火分區(qū)長度劃分原則、出地面口部（逃生口和吊裝口）間距要求、等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了研究分析［7］。

文中以石家莊市塔北路綜合管廊為背景，從綜合管廊設(shè)計(jì)要點(diǎn)、施工要點(diǎn)對老舊城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的綜合管廊建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，以期為今后我國在老舊城區(qū)建設(shè)綜合管廊提供參考。

1 工程概況

根據(jù)2015～2030《石家莊市城市地下綜合管廊工程規(guī)劃》，塔北路段地下綜合管廊西起建設(shè)大街東至東二環(huán)，沿塔北路東西向鋪設(shè)，道路全長5.85km，采用4條盾構(gòu)區(qū)間，隧道埋深約為15.7～35.6m。管廊線路設(shè)計(jì)為“北-南-北”三段，分別為綜合管段Ⅰ段（道路北側(cè)），綜合管段Ⅱ段（道路南側(cè)），分別為綜合管段Ⅲ段（道路北側(cè)）；與在建地鐵三號(hào)線的6站5區(qū)間重合，是全國第一條完全與地鐵線路平行實(shí)施的盾構(gòu)工法地下綜合管廊，也是石家莊市第一座設(shè)于老城區(qū)內(nèi)的地下綜合管廊，塔北路綜合管廊規(guī)劃如圖1所示。

圖1 石家莊市塔北路綜合管廊規(guī)劃

2 塔北路綜合管廊設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 綜合管廊節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

綜合管廊艙室內(nèi)應(yīng)設(shè)置節(jié)點(diǎn)井用以滿足管線接駁、人員出入、進(jìn)排通風(fēng)、吊裝、逃生等功能要求，節(jié)點(diǎn)井可分為單節(jié)點(diǎn)設(shè)置和組合節(jié)點(diǎn)設(shè)置兩類。單節(jié)點(diǎn)設(shè)置是指按不同功能對進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口、投料口、逃生口、吊裝口等分別設(shè)置單個(gè)節(jié)點(diǎn)，組合節(jié)點(diǎn)設(shè)置是指集約化地將多個(gè)節(jié)點(diǎn)組合布置于1個(gè)節(jié)點(diǎn)井內(nèi)，能減少地面洞口的數(shù)量，減少管廊非標(biāo)段的長度，便于標(biāo)準(zhǔn)段預(yù)制拼裝工藝的推廣與使用［8］。

石家莊市塔北路綜合管廊工程共設(shè)置19座節(jié)點(diǎn)井，包含12座工藝井及7座盾構(gòu)井。其中工藝井用以實(shí)現(xiàn)管廊通風(fēng)、管線進(jìn)出支、管廊機(jī)電設(shè)備放置、人員檢修出入、逃生等方面的功能，盾構(gòu)井兼具工藝井的全部功能及盾構(gòu)機(jī)始發(fā)接收功能。綜合管廊的每個(gè)艙室設(shè)置了人員出入口、逃生口、吊裝口、進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口、管線分支口、與市政管線接駁口、與地鐵區(qū)間或其他地下構(gòu)筑物交叉等節(jié)點(diǎn)。其中露出地面的逃生口、吊裝口和進(jìn)排風(fēng)口與城市道路、景觀系統(tǒng)相結(jié)合，滿足城市防洪要求，并采取防止地面水倒灌及外物入侵措施。

塔北路綜合管廊采用綜合節(jié)點(diǎn)井設(shè)計(jì)，滿足管廊主體通風(fēng)、事故后排煙、人員逃生、管線設(shè)備吊裝、電纜管線投料等功能，減少了盾構(gòu)區(qū)間綜合井的設(shè)置。為滿足“含有熱力艙室的地下綜合管廊節(jié)點(diǎn)井間距不應(yīng)超過400m”這項(xiàng)規(guī)范要求，塔北路管廊將電纜投料口與吊裝口結(jié)合，降低了管廊節(jié)點(diǎn)井的數(shù)量與密集程度，有效減少了節(jié)點(diǎn)井出地面面積，降低了對道路及行人的影響，發(fā)揮了盾構(gòu)法施工的性價(jià)比。塔北路綜合管廊綜合井如圖2所示。

圖2 塔北路管廊綜合井示意圖（單位：mm）

塔北路綜合管廊盾構(gòu)工程完全與地鐵線路平行實(shí)施，且地鐵方案與實(shí)施均先于管廊，在兼顧現(xiàn)有地鐵管線設(shè)計(jì)和規(guī)劃道路紅線的基礎(chǔ)上，為了不破壞管廊的整體性，設(shè)置了兩處盾構(gòu)轉(zhuǎn)換井，將管廊整體連同管廊內(nèi)部管線、設(shè)備等一起由道路北側(cè)轉(zhuǎn)換至南側(cè)，再由南側(cè)轉(zhuǎn)換回北側(cè)。管廊線路的“北-南-北”三段，與地鐵線路的“南-北-南”三段相對應(yīng)，通過轉(zhuǎn)換通道將管廊三段連接，在連接處的盾構(gòu)井具備轉(zhuǎn)換通道功能。該轉(zhuǎn)換井將管線從管廊層通過轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換至管廊的另一段，轉(zhuǎn)換通道內(nèi)的管線仍按兩艙設(shè)置，同主管廊內(nèi)分艙布局保持一致。

2.2 綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面設(shè)計(jì)

綜合管廊的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面設(shè)計(jì)過程中，需要全面明確管線的實(shí)際擴(kuò)容需求、管線合理間距、管線工作空間以及各項(xiàng)設(shè)備布置情況等［9］。根據(jù)規(guī)劃，塔北路綜合管廊結(jié)合地鐵三號(hào)線的建設(shè)方案，在不考慮雨水、污水排水及天然氣管線納入綜合管廊的情況下，將給水、中水、電力、通信、供熱五種管線均納入綜合管廊。

塔北路綜合管廊設(shè)置為上下兩個(gè)艙室，上部為電力艙、水艙，下部為熱力艙、通信艙。針對盾構(gòu)管廊從結(jié)構(gòu)安全角度上無法滿足每200m破壞盾構(gòu)管片建設(shè)一處人員逃生口的特性，提出了一種綜合管廊電力艙火災(zāi)時(shí)緊急逃生的方案，將熱力、通信艙視為安全區(qū)域，在中板處設(shè)置逃生口，通過機(jī)械加壓送風(fēng)保證煙氣不會(huì)泄露，加壓送風(fēng)量計(jì)算參考避難層加壓送風(fēng)量計(jì)算方式。這一緊急逃生方案對有同樣困難的國內(nèi)綜合管廊或地下隧道提供依據(jù)。塔北路綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖3所示。

圖3 綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)橫斷面詳圖（單位：mm）

3 塔北路綜合管廊施工要點(diǎn)分析

3.1 “先盾后井”施工工藝

盾構(gòu)施工過程通常采用先施工豎井后施工隧道的方案，會(huì)經(jīng)常性穿越節(jié)點(diǎn)豎井，頻繁的進(jìn)出洞需要大量的輔助措施，致使工期延長［10］。塔北路綜合管廊所在道路周邊拆遷難度較大、工期較緊，因此采用“先盾后井”的工藝做法。

塔北路綜合管廊“先盾后井”的施工工藝?yán)枚軜?gòu)機(jī)沿管廊的設(shè)計(jì)路線進(jìn)行掘進(jìn)并于隧道內(nèi)拼裝管片，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至工藝井處，切割所施工的支護(hù)樁并于工藝井處隧道內(nèi)拼裝管片，這會(huì)增加基坑支護(hù)的施工程度。施工方針對工藝井隧道頂部“無根”吊腳樁的特點(diǎn)，采用了吊腳樁根部混凝土支撐和格柵噴射混凝土措施，形成了先盾后井井底基坑圍護(hù)新技術(shù)。采用地表袖閥管注漿加固及洞內(nèi)徑向注漿加固措施，形成了先盾后井端頭地層加固技術(shù)，如圖4所示。掘進(jìn)施工需在工藝井外周平行于管廊設(shè)計(jì)路線兩側(cè)施工圍護(hù)樁，同時(shí)要分層拆除工藝井內(nèi)部管片，這也會(huì)加劇管片位移風(fēng)險(xiǎn)。施工方采用工藝井影響范圍內(nèi)的管片加固措施，形成了先盾后井管片支撐與拆除安全施工技術(shù)。以上技術(shù)成果被成功應(yīng)用于石家莊市塔北路綜合管廊工程9座工藝井的施工當(dāng)中。

圖4 盾構(gòu)井端頭地層加固型式（單位：mm）

3.2 管廊與地鐵附屬相結(jié)合

研究表明，當(dāng)綜合管廊與地鐵線路平行或交叉時(shí)，可同步設(shè)計(jì)并有效銜接施工順序；當(dāng)同一市政道路下方同時(shí)規(guī)劃有綜合管廊及地鐵工程時(shí)，將兩工程協(xié)同施工或?qū)崿F(xiàn)兩工程共用結(jié)構(gòu)，有利于集約城市用地、節(jié)約工程投資。當(dāng)綜合管廊工程與地鐵工程工期匹配時(shí)，兩工程可采用共結(jié)構(gòu)形式，實(shí)施時(shí)共用圍護(hù)結(jié)構(gòu)；隨著大量市政管線入廊，可減少管線單獨(dú)修建、改造對運(yùn)營后的地鐵工程影響，管廊工程可減少傳統(tǒng)管線建設(shè)對周邊環(huán)境的影響［11］。

塔北路綜合管廊工程與石家莊地鐵三號(hào)線區(qū)間路由平行，沿線經(jīng)過地鐵5站5區(qū)間，管廊節(jié)點(diǎn)井設(shè)置原則與地鐵車站附屬設(shè)置原則較為接近。由于盾構(gòu)始發(fā)井需要的長度較長，項(xiàng)目2號(hào)盾構(gòu)始發(fā)井與地鐵三號(hào)線塔冢站東北出入口相結(jié)合，共用基坑和部分圍護(hù)樁，這種做法有效減少了重復(fù)開挖與臨時(shí)用地面積，經(jīng)濟(jì)科學(xué)，適用于地下綜合管廊與地鐵同期建設(shè)的情況。

3.3 盾構(gòu)管廊下穿或側(cè)穿建筑物

城市盾構(gòu)區(qū)間隧道很難避免穿越建筑物時(shí)的安全事故發(fā)生，特別是盾構(gòu)穿越產(chǎn)生的地層損失容易造成地面沉裂、地下管線、建筑物沉降位移、開裂等嚴(yán)重后果，因此需在盾構(gòu)穿越過程中采取有效措施來降低以上風(fēng)險(xiǎn)，減小對周邊環(huán)境的不良影響［12］。

塔北路綜合管廊下穿多個(gè)地鐵車站附屬結(jié)構(gòu)，側(cè)穿地鐵區(qū)間或周邊建筑物，為降低盾構(gòu)穿越工程風(fēng)險(xiǎn)，采取以下措施：

（1） 車站位置采用盾構(gòu)管廊從車站一側(cè)穿過的方案，按照13～16m覆土深度、6m寬管廊縱向盾構(gòu)施工，縱向與車站主體結(jié)構(gòu)平行走向。

（2） 按照先施工管廊再施工車站附屬進(jìn)行設(shè)計(jì)，附屬施工時(shí)加強(qiáng)對既有盾構(gòu)管廊保護(hù)。

（3） 綜合管廊與地鐵區(qū)間保持3.4～6.5m的安全施工距離。

4 結(jié)語

文中從塔北路綜合管廊節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和施工工藝要點(diǎn)兩個(gè)層面介紹分析了綜合管廊在老舊城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的建造關(guān)鍵技術(shù)，主要有以下幾方面：

（1） 盾構(gòu)法更適合在復(fù)雜環(huán)境下的老舊城區(qū)建造綜合管廊，可有效避免交通導(dǎo)改困難、管線遷改工作量大等問題。塔北路綜合管廊工程位于老舊城區(qū)，又與地鐵線路平行實(shí)施，建造難度極高，盾構(gòu)法施工有效地解決了這一問題。

（2） 組合節(jié)點(diǎn)設(shè)置節(jié)點(diǎn)井能夠綜合考慮進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口、投料口、逃生口、吊裝口等的合理布置，從而有效減少節(jié)點(diǎn)井出地面面積，充分發(fā)揮盾構(gòu)法施工的性價(jià)比。塔北路綜合管廊設(shè)置轉(zhuǎn)換井跨越地鐵線路實(shí)現(xiàn)南北管廊連通，為解決管廊跨地鐵實(shí)施提供了參考方案。

（3） 塔北路綜合管廊提出的綜合管廊電力艙火災(zāi)緊急逃生方案兼顧了結(jié)構(gòu)安全和逃生口設(shè)置問題，對類似的綜合管廊或地下隧道設(shè)計(jì)提供了借鑒。

（4） 塔北路綜合管廊采用的井底基坑圍護(hù)技術(shù)、井端頭地層加固技術(shù)、管片支撐與拆除安全施工技術(shù)為“先盾后井”的施工工藝提供了安全保障，值得類似工程借鑒。

（5） 塔北路綜合管廊采用的與地鐵附屬相結(jié)合的方式，共用基坑和部分圍護(hù)樁，有效減少重復(fù)開挖與臨時(shí)用地面積，適用于地下綜合管廊與地鐵同期建設(shè)的情況，可為今后類似工程提供參考。