地下聯(lián)絡(luò)通道零距離下穿共同溝關(guān)鍵施工技術(shù)

上海建工集團(tuán)股份有限公司總承包部 上海 200080

為加快上海世博園區(qū)的后續(xù)建設(shè)，原世博會亞洲臨時(shí)展館區(qū)將新建成為國際會展及其商務(wù)集聚區(qū)。其中，世博央企總部集聚區(qū)作為B地塊最為核心的工程，將打造成為上海最為前沿的央企聚集區(qū)域。工程規(guī)劃構(gòu)建立體化、網(wǎng)絡(luò)化的集地下軌道交通系統(tǒng)、地下步行系統(tǒng)、地下車行系統(tǒng)、地下商業(yè)系統(tǒng)、地下倉儲系統(tǒng)和地下管線系統(tǒng)為一體的地下綜合系統(tǒng)，并通過新建大量的聯(lián)絡(luò)通道與周邊地鐵、世博軸、世博展覽館、世博中心、世博酒店等工程地下空間連成一片，使之真正形成一個(gè)區(qū)域性的龐大的地下空間體系。

1 工程概況

世博B片區(qū)央企總部基地由B02、B03兩大區(qū)域組成，為形成一個(gè)區(qū)域性的地下空間體系，B02地塊和B03地塊的地下空間通過地下聯(lián)絡(luò)通道進(jìn)行連接，滿足地下人流及車流的需要。為此，地下聯(lián)絡(luò)通道必須穿越現(xiàn)有的博成路。聯(lián)絡(luò)通道平面見圖1。

圖1 通道平面示意

地下聯(lián)絡(luò)通道寬度達(dá)到20 m，其中2#通道的挖深超過16 m，其他通道的挖深也將近12 m。

但博成路作為世博期間最為重要的交通道路之一，其部署了大量的市政管線。其中，最為重要的是共同溝，該共同溝采用天然地基，界面尺寸為3.3 m×3.6 m，埋深6 m。且每20 m設(shè)置1道變形縫，設(shè)置橡膠止水帶。

為滿足通道凈空和周邊地下室的標(biāo)高統(tǒng)一，共同溝和聯(lián)絡(luò)通道之間的距離僅有50 cm。

2 施工方案的比選及論證

新建地下聯(lián)絡(luò)通道埋深超過16 m，界面尺寸達(dá)到17 m，高度為8.5 m。為有效的穿越現(xiàn)有的市政道路體系，施工前對方案進(jìn)行了反復(fù)論證。

2.1 矩形頂管法

利用市政道路兩側(cè)地下空間的主體結(jié)構(gòu)或者新建一組工作井和接收井，采用矩形頂管的方案進(jìn)行大直徑矩形頂管頂進(jìn)。

本方案可以有效避免市政道路的開挖，市政道路不需要中斷，對各管線的影響也相對較小。但是根據(jù)地質(zhì)報(bào)告、物探以及世博會建設(shè)期間留下的工程資料，工程區(qū)域地下障礙物較多，地質(zhì)情況復(fù)雜，頂管工藝存在較大風(fēng)險(xiǎn)。而且由于通道斷面較大，目前沒有如此大規(guī)格的矩型頂管機(jī)械，必須采用4 個(gè)矩形頂管進(jìn)行改裝組裝，改裝及施工過程控制體系復(fù)雜，無成熟的先例。

2.2 冷凍法

共同溝兩側(cè)采用明挖法施工，為確保共同溝的安全，在共同溝位置，進(jìn)行冷凍法工藝。施工比較快捷，結(jié)合明挖法和暗做法各自施工優(yōu)點(diǎn)。但是，由于共同溝底部和地下聯(lián)絡(luò)通道頂部距離僅僅50 cm，土體凍融對共同溝的影響較大，而且由于土層太薄，不能有效形成剛體。因此冷凍法無法對共同溝形成保護(hù)。

2.3 明挖法+懸吊工藝

地下聯(lián)絡(luò)通道基坑采用鉆孔灌注樁排樁圍護(hù)，配以工法樁止水帷幕，設(shè)置內(nèi)支撐。在共同溝區(qū)域由于圍護(hù)墻體不能連通，采用加固封閉措施，共同溝采用反吊工藝進(jìn)行原位保護(hù)。本方案受力明確，大多數(shù)措施效果可見、可控，施工速度快。主要方案和施工工藝均比較成熟，既能保證基坑施工安全又能保證共同溝和管線安全，且能滿足建設(shè)工期的要求。

經(jīng)過反復(fù)綜合的分析，決定采用明挖法+懸吊工藝管線原位保護(hù)的施工方案。

3 主要施工關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)[1-9]

3.1 微創(chuàng)孔+鋼套管+大直徑MJS圍護(hù)施工工藝

地下聯(lián)絡(luò)通道自身基坑挖深超過16 m，屬于深基坑體系，而且由于共同溝的影響，圍護(hù)體在共同溝范圍內(nèi)不能有效地進(jìn)行連續(xù)封閉，因此，如何有效地將基坑圍護(hù)進(jìn)行封閉，且有效地起到止水和擋土的效果，是本方案需要克服的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。同時(shí)，地下聯(lián)絡(luò)通道基坑的實(shí)施必須解決共同溝下部土方開挖時(shí)，如何對土體進(jìn)行有效的支護(hù)，減小共同溝底部土體的擾動(dòng)，減小變形。為此，相應(yīng)的應(yīng)對措施如下文所述。

為確保共同溝底部的圍護(hù)封閉，比較了地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁以及高壓旋噴樁等多種工藝，最終選擇了大直徑MJS施工工藝，通過在共同溝兩側(cè)進(jìn)行大直徑MJS圍護(hù)施工，但由于共同溝界面尺寸過大，因此，即使采用MJS施工工藝，但共同溝底部仍然存在1.5 m左右的圍護(hù)空隙，起不到圍護(hù)封閉并擋水的效果。

為進(jìn)一步減小空隙距離，現(xiàn)場試驗(yàn)了MJS傾斜施工的試驗(yàn)，傾斜角度設(shè)置為13°，即共同溝底部和地面能夠施工的最小夾角。

但根據(jù)試驗(yàn)，由于采用MJS傾斜施工，鉆桿在土體摩擦力以及自身重力和噴漿等復(fù)合作用下，其偏心較大，在施工至26 m深度時(shí)，底部鉆桿的角度已經(jīng)近20°，圍護(hù)偏移較大。其次，受到施工機(jī)械本身的制約，其施工過程中多次出現(xiàn)排泥桿件和鉆桿損壞的情況，單根樁孔連續(xù)施工周期超過36 h。

因此，通過實(shí)驗(yàn)，排除了MJS傾斜施工的工藝。現(xiàn)場，創(chuàng)新性的采用了共同溝正常使用條件下的對共同溝進(jìn)行微創(chuàng)孔， MJS結(jié)合鋼套管施工工藝。即對共同溝頂板和底板位置進(jìn)行開設(shè)15 cm的微小孔洞，避開各種管線，確保不影響管溝的使用。

同時(shí)，采用鋼套管，將頂板和底板的微孔相連，并密閉。最后，MJS施工通過鋼套管自上而下穿越共同溝，進(jìn)行底部MJS的圍護(hù)封閉，鋼套管主要起定位、密封以及承受噴漿壓力等作用。

3.2 混凝土鋼管樁+鋼板焊接止水+內(nèi)部鋼支撐的支護(hù)體系

MJS實(shí)質(zhì)上是一種比較新型的水泥攪拌樁重力壩式圍護(hù)體系，由于本基坑挖深較深，超過16 m，受到承壓水的影響較大，單純的MJS圍護(hù)，不能有效地保障圍護(hù)體系的剛度，且圍護(hù)體系在土體開挖過程中，由于壩體自身的局部剛度很小，不能有效地和坑內(nèi)支撐相結(jié)合。因此，為加強(qiáng)MJS自身壩體的剛度，同時(shí)，能夠有效的結(jié)合坑內(nèi)鋼支撐的作用，現(xiàn)場又創(chuàng)新地采取了混凝土鋼管樁+鋼板焊接止水+內(nèi)部鋼支撐的支護(hù)體系。

首先在共同溝兩側(cè)設(shè)置鋼管樁，利用Φ800 mm混凝土鋼管樁替換鉆孔灌注樁，間距為3.6 m（共同溝寬度+施工間隙）（圖2）。

圖2 圍護(hù)體系立面示意

其次，在土體開挖過程中，隨著土體的開挖，在基坑內(nèi)邊緣兩側(cè)鋼管樁焊接厚10 mm，寬1000 mm的鋼板，鋼板之間焊接連接，加強(qiáng)止水效果，同時(shí)，鋼板設(shè)置注漿開關(guān)孔，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行跟蹤注漿，以加強(qiáng)鋼板后MJS土體和鋼板的有效結(jié)合（圖3）。

最后，基坑內(nèi)部采用圍檁和鋼支撐的常規(guī)支撐工藝。以保證整個(gè)基坑的受力安全。

圖3 通道圍護(hù)剖面示意

3.3 共同溝柔性懸拉保護(hù)工藝

新建的地下聯(lián)絡(luò)通道從現(xiàn)有的共同溝下部穿越，在挖土過程中，共同溝如何有效的保護(hù)就成了本方案的又一大關(guān)鍵難點(diǎn)。共同溝的保護(hù)需要攻克以下幾個(gè)難關(guān)。

3.3.1 管溝截面及質(zhì)量大

根據(jù)計(jì)算分析，共同溝自身質(zhì)量達(dá)到每延米20 t。因此，保護(hù)體系需要較高的強(qiáng)度和剛度。

3.3.2 管溝自身變截面

由于2#通道需要將規(guī)劃的市政道路地下空間相連，且自身位置正巧與共同溝的風(fēng)井重疊，共同溝在該部位界面尺寸由矩形變成異形構(gòu)筑物，質(zhì)量更是超過了每延米30 t。保護(hù)體系需要考慮到不同截面尺寸和不同位置質(zhì)量不同的影響，因此，保護(hù)體系需要一定的適應(yīng)性。

3.3.3 共同溝變形的協(xié)調(diào)性

該共同溝采用天然地基，每間隔20 m設(shè)置1 道變形縫，并采用橡膠止水帶。根據(jù)長時(shí)間的觀察和監(jiān)測，共同溝隨著地下水位和汛期的影響，自身是上下浮動(dòng)變形的，變形的區(qū)間為±5 mm。

且每一結(jié)構(gòu)段通過柔性止水相連，因此，在基坑開挖過程中必須注重共同溝的開挖段和非開挖段的變形協(xié)調(diào)，即土體開挖過程中不得將開挖段的共同溝牢牢固定，因此，保護(hù)體系不能采用全剛性系統(tǒng)。

3.3.4 允許變形小

由于共同溝內(nèi)部布置有Φ700 mm和Φ350 mm的市政供水壓力管，設(shè)計(jì)允許變形僅僅為20 mm，因此，土體開挖過程中，必須確保共同溝的安全。且由于管線搬遷費(fèi)用極高，且影響周邊大片區(qū)的生產(chǎn)、生活水供應(yīng)，施工過程如果出現(xiàn)意外，將出現(xiàn)嚴(yán)重的后果。因此，保護(hù)體系必須有著較強(qiáng)的剛度。

綜合上述分析，共同溝的保護(hù)體系是一系列矛盾的綜合體，現(xiàn)場必須通過相對矛盾的條件，設(shè)計(jì)出一套新穎的保護(hù)機(jī)構(gòu)。

為確保共同溝本體的安全，工程創(chuàng)新采用了柔性懸拉體系，允許共同溝和通道外側(cè)的結(jié)構(gòu)同步微量變形，同時(shí)又嚴(yán)格限制其總變形量和差異變形量。

為此，整個(gè)懸吊體系由雙拼H型鋼、精軋螺紋鋼筋、混凝土懸吊梁、鋼箱梁、格構(gòu)柱及鉆孔灌注樁組成。懸吊系統(tǒng)采用“撐吊結(jié)合”的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。“撐”在共同溝兩側(cè)格構(gòu)柱下架設(shè)支撐。“吊”為采用雙拼H型鋼及精軋螺紋鋼筋懸吊。

共同溝身質(zhì)量荷載通過雙拼H型鋼及精軋螺紋鋼筋傳遞給混凝土懸吊梁或鋼箱梁，混凝土懸吊梁將荷載傳遞給格構(gòu)柱，格構(gòu)柱將荷載傳遞給鉆孔灌注樁再由鉆孔灌注樁將荷載傳遞給地基。

地下通道的圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的第1道混凝土支撐兼做懸吊主梁。

3.4 懸吊系統(tǒng)組成

懸吊系統(tǒng)主要由上部雙拼H型鋼橫梁，下部雙拼H型鋼扁擔(dān)梁，精軋螺紋鋼及螺母墊片組成。標(biāo)準(zhǔn)段共同溝每0.8～1 m設(shè)置1 道H型鋼懸吊。共同溝通風(fēng)口部位每0.5 m設(shè)置1 道H型鋼懸吊。懸吊體系根據(jù)計(jì)算分析采用Φ35 mm的高強(qiáng)度精軋螺紋鋼，滿足每延米懸吊20 t的需要，并考慮到懸吊系統(tǒng)中鋼懸索失穩(wěn)時(shí)的緊急工況，設(shè)計(jì)了安全倍數(shù)和應(yīng)急方案。

3.5 施工流程

整個(gè)施工流程嚴(yán)格遵循“邊挖邊撐、邊撐邊吊、先吊后挖、邊吊邊施加預(yù)拉力”的原則，為確保鋼筋受力，每一對鋼筋施加預(yù)應(yīng)力。

為確保收縮縫之間，協(xié)調(diào)2 榀共同溝之間的變形協(xié)調(diào)，在共同溝兩側(cè)均設(shè)置懸吊系統(tǒng)，最先開始，以控制變形。

4 實(shí)施效果

作為世博央企總部基地超大型地下空間的地下聯(lián)絡(luò)通道，面對已經(jīng)建成的大截面共同溝，在本工程施工過程中，先后克服了圍護(hù)不能封閉，承壓水水頭控制等難點(diǎn)，通過細(xì)致周密的前期策劃，通過一系列創(chuàng)新的理念和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的管理，地下聯(lián)絡(luò)通道施工順利完成，共同溝得到了有效地保護(hù)，最終變形量控制在10 mm之內(nèi)，圓滿實(shí)現(xiàn)了當(dāng)初預(yù)想。

本工程為未來城市地下空間建設(shè)過程中地下聯(lián)絡(luò)通道零距離穿越地下構(gòu)筑物的保護(hù)提供了借鑒案例。