淺埋暗挖隧道下穿綜合管廊復合加固施工技術研究

摘要：簡述了沈陽地鐵9號線7標汪河路站過街淺埋暗挖大斷面隧道下穿既有綜合管廊工程概況，介紹了復合加固施工及其流程。結合該隧道工程，從施工準備、豎直旋噴樁施工、大管棚施工、水平旋噴樁施工、傾斜袖閥管施工等方面論述了復合加固施工關鍵技術。從施工質量要求、質量管理措施、安全控制措施等方面制定了施工質量安全保證措施，通過不同加固施工技術對比，驗證了復合加固技術在經濟效益、社會效益和環(huán)境效益等方面均表現(xiàn)突出。

關鍵詞：淺埋暗挖隧道；下穿綜合管廊；復合加固技術；旋噴樁；大管棚

0" "引言

在城市建設中，越來越多的地下空間被利用，其中包括修建了眾多的綜合管廊、軌道交通隧道、過街通道等地下結構物[1-2]。各類地下結構在建設過程中，會不可避免的下穿或上跨其他結構物。穿越過程中受各種因素影響風險較高，需要制定專項施工方案[3]。城市綜合管廊一般設置在城市交通干線下面，管廊內布設的水、高（低）壓電、通信等線路均為當?shù)氐闹鞲晒芫€，是當?shù)厣a和生活的重要設施[4]。暗挖段隧道下穿既有綜合管廊施工會對地層產生擾動，可能引起既有綜合管廊斷裂、下沉，設施滲漏，甚至造成管廊整體破壞[5]。

目前針對暗挖隧道下穿綜合管廊等構筑物的技術研究較多。北京交通大學賀美德[6]博士進行了淺埋暗挖法隧道上穿既有盾構隧道的變形控制研究。石家莊鐵道大學張瑞順[7]研究了城際鐵路近接下穿既有綜合管廊隧道施工技術。重慶交通大學楊川[8]進行了超長管幕施工缺陷下淺埋隧道下穿立交橋影響及控制研究。吉艷雷[9]研究了四線大斷面隧道淺埋暗挖下穿綜合管廊保護方案。在上述研究中涉及到了多種加固措施，如水平袖閥管注漿法、旋噴加固法、頂進涵法、蓋挖法、冷凍法、管幕法等，值得我們進一步探索和研究。

1" "工程概況

沈陽地鐵9號線7標汪河路站1號出入口兼過街通道是一條不等高、超大斷面、多連拱群組隧道，該隧道在主路位置下穿綜合管廊，采用淺埋暗挖法施工。隧道暗挖段的原地貌為河道魚塘，新城建設時以吹砂填筑為主，地質情況不確定性因素較多。

暗挖段地層以富水粉細砂層、中粗砂層、淤泥層為主，附近河道補給水豐富，穿越管廊暗挖施工和加固施工均存在較高風險，施工中極易發(fā)生突泥、涌水、涌砂等問題，會造成隧道上部綜合管廊結構變形、破壞。

2" "復合加固施工及其流程

2.1" "復合加固施工方案

綜合管廊及內部管線對沉降十分敏感。管廊建成后，暗挖隧道穿越段的兩側此前在附近建筑基坑施工時曾經產生過一定的沉降。受該沉降的影響，管廊及管線均處于受拉應力狀態(tài)，導致其對沉降變形更加敏感，因此難以用規(guī)范值來評價下穿施工對管廊產生的影響。

管廊底部距隧道開挖面最小距離不足3.9m，主要地層為富水粉細砂層，從管廊底部穿越施工對管廊及內部的管線變形及安全影響巨大。該穿越段采用豎直旋噴樁、大管棚、水平旋噴樁、傾斜袖閥管組成復合加固體系，對需穿越綜合管廊與暗挖隧道之間的軟弱土體和部分掌子面進行最大限度的加固，并對開挖范圍外的地下補給水進行隔離。

2.2" "加固措施

具體加固措施如下：在地表采用豎直高壓旋噴群樁，對需穿越管廊周邊的軟土進行加固；在暗挖隧道開挖輪廓拱部外側的水平方向鉆設大管棚超前支護，在需穿越的綜合管廊下方30～50m范圍內形成管棚托架；在開挖輪廓拱部外側實施單排咬合水平旋噴樁，對拱部土體進行加固及止水；在隧道左、右兩側從基底到管廊底部采用雙排咬合水平旋噴樁對土體進行加固及對兩側進行止水；在地表從管廊兩側實施傾斜袖閥管對管廊底部土體進行局部加固，并利用袖閥管可重復利用的特性當作應急注漿通道。

2.3" "施工流程

復合加固施工流程如圖1所示。

3" "復合加固施工關鍵技術

3.1" "施工準備

對施工現(xiàn)場進行詳細調查，掌握管廊結構形式、配筋、地基處理、管廊內管線布置情況以及管線對管廊沉降、防火等方面的特殊要求。在加固施工前審核施工圖紙，進行現(xiàn)場測量放樣，精確標注每個加固點。搭設好工作平臺，完成施工用設備現(xiàn)場檢驗，完成施工用材料進場、檢驗驗收。完成施工用電、用水、通風，并儲備應急發(fā)電設備。

3.2" "豎直旋噴樁施工

現(xiàn)場勘查管線，通過雷達掃描、資料查閱、走訪等方式，查明了除需穿越綜合管廊外無其他地下管線影響。采用Φ600@400mm旋噴樁進行垂直加固，以提高地層的強度和抗?jié)B性，避免開挖端開孔時發(fā)生涌砂。豎直旋噴樁需在管廊兩側地表精準定位，緊鄰管廊兩側外壁的兩排豎直旋噴樁的中心緊靠管廊打入，旋噴至管廊底部停止旋噴，利用旋噴形成的柱狀固結體對管廊底部形成一定的承托作用。旋噴樁水泥滲入量不小于127kg/m，水灰比為0.7～1.1。

3.3" "大管棚施工

3.3.1" "管廊托底管棚

利用明暗挖交界處的地下連續(xù)墻和豎直旋噴樁作為支撐體系，在距離管廊底部50cm處，采用Φ159@500mm大管棚注漿加固托底，以改良管廊底部土體，施工時應避開管廊既有變形縫。托底管棚可在出現(xiàn)涌砂等突發(fā)事件時，防止管廊發(fā)生重大變形。為提高管棚的剛度，管棚施工時設置鋼筋籠，鋼筋籠采用4根Φ18mm做主筋，Φ89 鋼管做固定環(huán)，間距為1.5m。

3.3.2" "隧道超前支護管棚

暗挖隧道拱墻采用Φ159@500mm管棚做超前支護，管棚施工時設置鋼筋籠，鋼筋籠結構與托底管棚相同。

3.4" "水平旋噴樁施工

豎直旋噴樁和大管棚加固施工后，對管廊下方無法實施加固的土體進行高壓水平旋噴樁施工，以達到封閉止水目的。水平旋噴樁布置形式為：外側墻采取2排Φ600@400mm咬合高壓水平旋噴樁，拱部采用1排Φ600@400mm咬合高壓水平旋噴樁。旋噴樁水泥滲入量不小于127kg/m，水灰比為0.75～1.0。水平旋噴樁施工位置如圖2所示。

3.5" "傾斜袖閥管施工

對綜合管廊下部及隧道拱頂之間的軟弱土體進行注漿加固，即在其兩側斜向進行袖閥管施工，其間距為1.2m。在上述加固措施的基礎上進行袖閥管施工，可進一步降低管廊和地表塌陷風險。袖閥管注漿采用水泥-水玻璃雙液漿，壓力保持在0.8～1.5MPa，孔間距為0.5m。

3.6" "變形監(jiān)控量測

變形檢測主要內容包含地表沉降、綜合管廊沉降、隧道拱頂沉降、隧道凈空收斂等，在地表、綜合管廊、隧道內固定位置設置監(jiān)測點，定期進行監(jiān)測。

4" "施工質量安全保證措施

4.1" "施工質量要求

設置豎直旋噴樁注漿壓力為15～20MPa，轉速為10～15r/min，提升速度為12cm/min。水平旋噴樁注漿壓力為15～20MPa，轉速為10～15r/min，提升速度為10～12cm/min。管棚材料、搭接長度、漿液配比、注漿壓力符合設計要求，鉆孔方向角允許偏差為1°，孔深允許偏差為±50mm，傾斜袖閥管注漿鉆孔方向角允許偏差為1°。

4.2" "質量管理措施

進場材料須符合規(guī)范和設計要求，嚴格執(zhí)行出場檢測制度，加強材料入場驗收管理，必須經過檢驗合格方可使用。高壓水平旋噴樁施工時，間隔兩孔施工，防止相鄰高噴孔施工串漿。相鄰的旋噴樁施工時間間隔不小于12h。根據(jù)地質條件的變化及時調整施工工藝參數(shù)。

4.3" "安全控制措施

嚴格按照設計參數(shù)施工，控制涌砂涌水，確保地面無塌陷。監(jiān)測頻率和安全巡視頻率不小于每天2次，對監(jiān)測數(shù)據(jù)和巡視信息進行整理、分析。遇到沉降速率超限情況，應及時設置警戒線，并做好預處理。加強同步注漿及二次補注漿管理，確保漿液注入的質量和數(shù)量，及時穩(wěn)定地層結構。

5" "復合加固技術應用效果

5.1" "不同加固施工技術對比

通過以往施工經驗，對各類淺埋暗挖隧道加固施工技術進行適用性與造價對比。不同施工技術的適用性與造價對比數(shù)據(jù)如表1所示。

5.2" "復合加固技術實施效果

該大斷面隧道下穿綜合管廊淺埋暗挖工程采用復合加固技術，成功穿越了綜合管廊，施工過程中隧道開挖安全、穩(wěn)定，沉降可控。開挖對管廊變形無影響，對周邊道路通行無影響，該區(qū)間施工從未出現(xiàn)過地表沉降速率和沉降值超標預警現(xiàn)象。該復合加固技術保障了施工安全，提高了施工效率，加快了施工進度，確保了隧道上部綜合管廊及隧道周邊各類建筑物的安全。

5.3" "經濟效益分析

該大斷面隧道下穿綜合管廊淺埋暗挖工程采用復合加固技術進行施工，減少了大量臨時支護措施，施工成本較低，一次投入到位，無后期成本。與常規(guī)加固施工方案相比，可節(jié)省拱部超前大管棚及管棚雙液漿注漿2478m3，玻璃纖維錨桿及錨桿注雙液漿1766m3。

5.4" "社會效益分析

該大斷面隧道下穿綜合管廊淺埋暗挖工程采用復合加固技術，為類似地層暗挖下穿綜合管廊段超前預加固和預支護工程提供了參考，社會效益顯著。該技術具有安全穩(wěn)定、施工速度快的特點，能實現(xiàn)地表可控沉降、管廊沉降、隧道收斂沉降安全可控。

5.5" "環(huán)境效益分析

該復合加固技術縮短了施工工期，節(jié)約了材料消耗，降低了施工能耗。該復合加固技術可以一次性加固到位，加固部位可避免破壞地表綠植和路面，保護了生態(tài)環(huán)境。

6" "結束語

復合加固技術對管廊的影響較小，管廊沉降、地表沉降、初支變形較小。復合加固技術能最大程度的改良土體性質，增加綜合管廊的承載力及掌子面的穩(wěn)定性。復合加固技術對地層加固的可靠性較好，加固一步到位，不受工期影響，無后期成本，造價低。該加固技術適用范圍廣，適用于富水砂層地質條件下穿越既有綜合管廊等地表建筑物的超淺埋、大斷面、短暗挖隧道施工。

參考文獻

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