管廊基坑轉頂管始發(fā)井施工技術

高國強，李震錕

（廣東省基礎工程集團有限公司 廣州 510660）

1 工程概況

廣州市某公路地下綜合管廊與道路快捷化改造配套工程施工（K0+000～K5+900）項目，其中里程K4+580節(jié)點G4電力艙為高壓電纜單獨向道路兩側出艙，原設計圖紙G4 出線艙采用明挖法施工，但由于G4 出線艙下穿10 kV 電纜、雨水渠2 000 mm×1 000 mm、24孔通信管線以及從DN 3 056 mm和DN 2 256 mm兩條污水管中間橫穿。G4 出線艙與各種管線相交區(qū)域基坑支護［1］無法實施，現(xiàn)場又不具備放坡條件，因此設計變更為頂管施工工藝，同時需對綜合管廊基坑支護體系進行優(yōu)化［2］，頂管始發(fā)井尺寸為10.55 m×8.6 m，井深約3.1 m，頂管始發(fā)井開挖底深度為14.5 m（相對地面標高，含始發(fā)井底板45 cm厚度）。

⑴ 地質勘查情況：主要為素填土層（約1.9 m厚）、粉質黏土層（約3.1 m 厚）、粗砂層（約6.5 m 厚）、細砂層（約2.5 m 厚）、粉質黏土層（3.9 m 厚）；始發(fā)井基坑范圍地質主要為粗砂及細砂層。

⑵地下水位埋深介于0.50～4.80 m 之間，水位高程為5.54～12.67 m。

⑶基于現(xiàn)場已施工情況：

①綜合管廊基坑東西兩側采用SMW工法樁［3］樁長17.5 m，已施工完成。

②綜合管廓基坑開挖深度為11.4 m，已開挖施工完成，東西方向開挖寬度為14.0 m。

③綜合管廊基坑采用兩層鋼管內支撐，內支撐水平面間距為5.0 m。

④綜合管廓主線兩側主體結構施工距G4 電力艙出線艙中心線11.0 m，距頂管始發(fā)井基坑邊線為5.0 m，管廊結構已施工情況如圖1所示。

圖1 管廊結構施工情況平面Fig.1 Pipe Corridor Structure Construction Plan

2 受力理論復核計算

2.1 SMW工法樁抗傾覆理論復核計算

既有管廊基坑東西兩側采用SMW 工法樁樁長17.5 m，綜合管廓基坑已開挖深度為11.4 m，內支撐體系3 層，水平間距為5.0 m，豎向深度分別1.35 m、3.55 m、8.15 m。

管廊基坑轉頂管始發(fā)井基坑深度為14.5 m，需在既有管廊基坑11.4 m 部位繼續(xù)往下開挖3.1 m，采用理正基坑軟件建模進行SMW 工法樁抗傾覆理論復核計算，工法樁抗傾覆受力如圖2所示。

圖2 工法樁抗傾覆受力包絡圖Fig.2 The Method of Rigidity of Pile Stress Envelope

2.1.1 型鋼與水泥土之間的錯動抗剪驗算

2.1.2 水泥土最薄弱截面處的局部抗剪強度驗算

從受力上看，既有管廊基坑支護結構［4］的變形、抗傾覆、抗滑移滿足設計規(guī)范要求。

2.2 頂管工作狀態(tài)受力復核計算

頂管段采用D2400圓形頂管，頂管段覆土厚度5.5～9.4 m。根據(jù)地質勘查報告，頂管范圍地質主要為素填土層、中粗砂層、粉質黏土層。依據(jù)地質及周邊環(huán)境情況，采用泥水平衡頂管機，頂管總頂力F=1 926 kN，頂管主頂千斤頂后放置30 cm厚的鋼格構板2塊（2.2 m×3 m），傳遞至后靠背鋼筋混凝土箱的荷載按均布力［5］計算。

允許頂力計算

式中：F為后靠背允許頂力；Kp為被動土壓系數(shù)（土體內摩擦角取10°，取1.42）；γ為容重（取18.0 kN/m3）；b為后靠寬度（取8.6 m）；h為工作井底板至地面的高度（取14.05 m）；η為安全系數(shù)（通常η≥1.5，取1.8）；h1為后靠背頂至地面高度（取10.55 m）；h2為后座高度（取3.5 m）；h3為工作井樁底至底板頂高度（取4.5 m）。將上述數(shù)值代入公式，得

后靠背鋼筋混凝土箱體滿足頂管頂進過程最大反力1 926 kN，滿足頂管施工要求。

3 管廊基坑轉頂管始發(fā)井施工技術

3.1 內填充粗砂鋼筋混凝土箱體反壓加固技術

頂管段采用D2400圓形頂管，頂管段覆土厚度5.5～9.4 m。根據(jù)地質勘查報告，頂管范圍地質主要為素填土層、中粗砂層、粉質黏土層。依據(jù)地質及周邊環(huán)境情況，采用泥水平衡頂管機，頂管總頂力F=1 926 kN。頂管始發(fā)井開挖至14.5 m 時，工法樁最大支反力為1 479.05 kN，因此在受到頂管工作反推力時，工法樁存在失穩(wěn)的安全風險［6］。根據(jù)既有綜合管廊基坑寬14 m，頂管井工作長度10.55 m，相差3.45 m 空間，項目研究采用內填充粗砂鋼筋混凝土箱體反壓加固技術，減少混凝土用量，既提高既有基坑支護結構抗傾覆穩(wěn)定問題，又作為頂管的后背墻［7］，在確保安全的前提下，節(jié)約了成本。

內填充粗砂鋼筋混凝土箱體：箱體墻凈高3.5 m，厚度均為35 cm，長度12 m，寬度3.45 m，采用C30 商品混凝土，水平鋼筋HRB40020@200，豎向鋼筋HRB40020@200，如圖3所示。

圖3 內填充粗砂箱體平面示意圖Fig.3 Plane Diagram of the Box Filled with Coarse Sand

箱體混凝土拆模后并養(yǎng)護達到設計強度要求后，進行內填充粗砂施工：分層填充分層夯實（采用小型打夯機），每層厚度30 cm，填充過程中緊跟灑水濕潤，再進行打夯實，如圖4所示。

圖4 內填充粗砂箱體施工Fig.4 Filled with Coarse Sand Body Shop

后靠背［8］混凝土箱填充完成后，灌注一定量的水進行密實，待24 h，再進行下一工序。

3.2 坑內坑鋼板樁+縱橫對撐+新舊支護樁包角止水支護技術

既有綜合管廊基坑東西兩側采用SMW 工法樁樁長17.5 m，已施工完成。綜合管廓基坑已完成開挖11.4 m 深度，東西方向開挖寬度為14 m。綜合管廓主線兩側主體結構施工距G4電力艙出線艙中心線11 m，距頂管始發(fā)井基坑邊線為5 m。

綜合管廊基坑轉頂管始發(fā)井基坑深度為14.5 m，需在既有管廊基坑11.4 m 部位繼續(xù)往下開挖3.1 m，始發(fā)井基坑范圍地質主要為粗砂及細砂層，且地下水豐富。

因既有綜合管廊基坑已完成開挖及內支撐施工工作，坑下可操作空間有限，假設選用鉆孔灌注排樁、SMW工法樁、連續(xù)墻等支護形式都無法實施。

設計一種坑內坑支護［9］體系如圖5所示，能快速有效地防止因砂土流失引起基坑南北側已建成管廊結構底板出現(xiàn)脫空，確?？觾瓤又ёo體系穩(wěn)定安全。

圖5 坑內坑支護體系平面示意圖Fig.5 Pit Pit Supporting System Plan Sketch

①坑內坑鋼板樁：鋼板樁采用Ⅳ型拉森鋼板樁長為9 m，垂直于既有綜合管廊支護SMW 工法樁，寬度為12 m，分別距兩側已完成管廊主體結構斷面5 m。

②縱橫對撐：縱撐采用?609×16鋼管支撐+雙工50C工字鋼腰梁，為既有綜合管廊支護SMW 工法樁增設的第四道鋼支撐；橫撐采用?609×16 鋼管直支撐+4個角撐+雙工50C工字鋼腰梁為坑內坑鋼板支護支撐。縱撐與橫撐上、下錯位，縱撐在橫撐的下方（見圖6）。

圖6 縱橫對撐Fig.6 Vertical and Horizontal

③新舊支護樁包角止水［10］支護形式：應用了類似一種新型三軸攪拌樁裝置的注漿工藝，此裝置通過在中間的鉆桿內形成注漿管道，且設計為可伸縮的注漿管道，可有效增加漿液的擴散面積，使得漿液與土體攪拌充分，從而水泥樁的成樁質量，減少滲漏發(fā)生的可能性。

坑內坑鋼板樁支護樁與既有綜合管廊支護SMW工法樁無法百分百咬合或密貼，存在一定寬度的角縫，為防止新舊支護樁交接處涌水、涌砂，進而擴大壓塌鋼板樁支護樁，采用?500@800 雙液高壓旋噴樁：鋼板樁與工法樁交接的4 個角部3.0 m×3.5 m 范圍內進行加密布控注漿，孔位呈梅花形布置，孔距800 mm，孔深12 m 全段注漿；除角部加密注漿外，考慮鋼板樁底溶洞承壓水反涌，對鋼板樁中間段單排布孔注漿，注漿節(jié)段為6 m，孔距800 mm。

3.3 既有基坑支護工法樁開洞割樁吊腳雙撐反壓技術

在開頂管進洞口割樁時造成既有管廊基坑支護工法樁形成吊腳樁，通過設置應用雙撐反壓技術，如圖7 所示，防止既有管廊基坑吊腳的支護工法樁翻腳坍塌，同時與后背箱連成整體防止頂管頂進過程后背箱翻腳，也作為鋼板樁壓腳墻防止鋼板樁失穩(wěn)及底板沿鋼板樁邊反滲水功效，確保了既有管廊基坑支護結構的安全穩(wěn)定，也確保了頂管施工的安全。

⑴雙撐反壓技術作用一：本項目為既有管廊基坑轉頂管始發(fā)井技術，原明挖設計方案未考慮對既有管廊基坑支護工法樁開洞割樁的加固措施，現(xiàn)因既有管廊基坑下可操作空間有限，在開頂管進洞口割樁時造成既有管廊基坑支護工法樁形成吊腳樁，為防止既有管廊基坑吊腳的支護工法樁翻腳坍塌，采用在平行且沿著鋼板樁方向兩道鋼筋混凝土梁反壓雙撐（鋼筋混凝土撐），斷面尺寸為150 cm（高）×35 cm（寬），對撐梁一端支頂在洞口加固混凝土板上、另一端連接在后背墻內填充粗砂鋼筋混凝土箱體上。

⑵雙撐反壓技術作用二：雙撐的另一個作用是與后背箱連成整體在頂管頂進過程加強防止后背箱翻腳及鋼板樁壓腳和防底板沿鋼板樁邊返滲水功效。

開洞口割樁吊腳鋼筋混凝土梁反壓雙撐（鋼筋混凝土撐），斷面尺寸為150 cm（高）×35 cm（寬）。在最后分層開挖第三段（洞口段），土方開挖至坑底，及時施作封底底板、洞口加固墻和開洞口割樁吊腳鋼筋混凝土梁反壓雙撐。

4 結語

廣州市某公路地下綜合管廊與道路快捷化改造配套工程，通過對管廊基坑轉頂管始發(fā)井施工技術進行研究，采取內填充粗砂鋼筋混凝土箱體反壓加固技術，既作為頂管后靠背，也作為基坑支護壓腳墻，一箱兩用；在已建成管廊結構側端采用坑內坑鋼板樁+縱橫對撐+新舊支護樁包角止水支護措施，防止管廊結構底板因砂土流失出現(xiàn)脫空提高了坑內坑支護體系安全性；采用雙撐反壓技術，防止管廊吊腳支護樁翻腳坍塌，提高了原基坑支護結構的安全性，為類似工程的建設提供了可借鑒的工程經(jīng)驗，具有廣闊的應用前景。