淺埋暗挖地下人行通道下穿蓋板河道關鍵施工技術

馬科 鄒桂花 溫波

摘 要：針對煙臺市文化中心南大街地下人行通道工程采用淺埋暗挖法施工近距離下穿雙孔蓋板河道這一施工案例，闡述了在近距離下穿舊、老河道施工時為保護河道暢通、道路行車安全及施工安全采用的地質雷達掃描定位、河道導流防水處理、控制施工沉降、超前地層加固等施工技術，以期為今后類似工程的施工提供參考和借鑒。

關鍵詞：地下通道；淺埋暗挖法；雷達掃描；防水；沉降控制；加固

隨著社會經濟的發展和城市道路網的擴展及調整，城市地下行人或行車隧道的應用越來越廣泛。在繁華城區，往往居民密集、客流集中、商業繁忙、高樓林立、地下管線縱橫交錯，樁基等地下建（構）筑物密布，地下環境復雜多變，而這些位置恰恰又是需要修建地下工程的地方。淺埋暗挖法施工的隧道和地下工程經常下穿地下管溝、河道等，如果施工控制不當經常會造成構筑物基礎破壞，甚至會造成地面塌陷、交通中斷、人員傷亡等災難性后果。近年來，因施工措施不當等原因造成管溝、河道破壞、地面沉陷等工程事故頻發，產生了巨大的經濟損失和嚴重的社會影響。因此，文章總結出一套經濟合理、安全可行的隧道下穿暗河的施工方法，確保隧道施工及運營安全，為類似工程積累經驗。

1 工程概況

文化中心南大街地下人行通道工程位于煙臺市芝罘區，西南河路與南大街平交口下方，實現東南西北四個方向的聯通，呈“井”字型布置。暗挖通道斷面結構型式為三心圓拱直墻斷面結構，最大跨度為7.8m，最大高度為6.7m。結構型式為復合式襯砌，按照淺埋暗挖法施工要求，結合“新奧法”原理設計，初期支護主要由大棚管注漿、超前小導管注漿、鋼筋網、噴射混凝土、鋼拱架組成聯合支護體系，二襯為鋼筋混凝土。通道采用“CD工法”施工。

該工程處于城區中心商業住宅區，沿線車輛較多，交通量大，暗挖結構上方地下管網密集，包括給排水、通信、電力、熱力、排污、地下蓋板河等數十條地下管線，縱橫交錯，非常復雜。尤其是下穿的西南河兩孔河道修建于五十年代初期，河道流水底深度約為2.2m，基礎底位于通道結構上方1.2m處，河道內水位高，流速快，年久失修且有滲漏現象。施工中如發生坍塌后果難以預料，極有可能出現通道內坍塌、涌水，造成路面沉陷、管線損壞、交通中斷，影響交通安全。河道與地下通道的關系，見圖1。

圖1 結構與河道位置關系橫斷面圖

2 工程技術分析

由于本工程暗挖段埋深淺且距離河道較近，所以通道施工對河道影響顯著而且快速。根據以往的施工經驗影響河道安全的主要原因是施工沉降過大，河道滲流，施工中發生坍塌使河道發生破壞，從而引發道路路面塌陷、交通中斷、人員傷亡等安全事故。如何控制地層沉降和坍塌是保證工程安全的主要問題。

本工程首先制定了以下基本原則：（1）施工過程中不能中斷和影響交通。（2）施工中控制地表沉降在30mm內。（3）施工過程中不影響河道排水及其結構安全。（4）施工過程中確保各種地下管線的安全。（5）沒有侵入凈空的地下管線不能拆遷。（6）滿足業主對工期的要求。

之后針對存在的三大核心問題（防止河道滲漏，保證河道暢通；防止塌方；控制施工地層沉降），制定了相應的對策。總體施工思路是采取河道處理措施和通道內措施相結合的方式保證工程質量和安全。通過地質雷達掃描精確確定河道位置及河道基礎土層分布情況，做好預處理工作；河道內通過導流和防水處理，降低風險，保證河道不滲漏；通道內通過針對性的輔助措施（超前加固、加密小導管、密排拱架等）防止坍塌，控制沉降，確保工程安全和道路交通安全。

3 關鍵施工技術

3.1 地質雷達掃描技術

由于地下河道年久失修，通道上方近百米范圍內無井蓋進入河道內檢查定位，施工范圍內地下管線錯綜復雜，故采用美國GSSI公司的SIR型地質雷達探測系統，以查明本工程區域地下管道分布狀況、地下河道的分布狀況，地質異常區的分布狀況等。

探測工作以400MHz和80MHz天線為主干天線進行，以工程場地為中心，網格狀布置測線，測線長度分別為80米和60米，測線間距5米，測線總長度4120米。探地雷達方法是向地下介質發射一定強度的高頻電磁脈沖（幾十兆赫茲至上千兆赫茲），電磁脈沖遇到不同電性介質的分界面時即產生反射或散射，地質雷達接收并記錄這些信號，再通過進一步的信號處理和解釋即可了解地下介質的情況。

現場檢測數據經專用軟件進行數據處理與綜合分析，并通過物探地質綜合解釋，得到該場地地質異常區的分布狀況，其中西南河河道雷達圖像如圖2。

圖2 河道的雷達圖像

由雷達圖可以看出，河道位于距離測線起點東25米～45米的范圍內，（測線起點位于十字路口西側人行道外15米處）河道區底部填筑體的底部在距地表面約4米處，估計底部約有1米厚的填筑層。這為后期加固處理提供了依據，取得了預期效果。

3.2 河道導流防水處理方案

西南河河道一直是本工程的安全隱患，河道水流量大，河底漏滲水極易引起坍塌等重大安全事故，河底可能存在淤泥、流砂及滲流引起的空洞，必須采取處理措施。采用2根Φ600排水管架立在河道內導流，具體導流方案如圖3所示。因河道底部為亂石灌漿基礎，極不穩固，滲漏點太多，進入河道的地下水也交豐富，導流措施無法完全解決問題，進而導流的同時還要對河道底部及側墻進行防水處理，處理后效果見圖4。

3.3 下穿河道時暗挖通道內施工方案

根據近距離下穿蓋板河河道的總體施工思路，洞內具體施工措施如下：（1）大管棚超前支護，嚴注漿加固地層；（2）加密小導管，嚴防土體坍塌；（3）土方開挖時輔以超前地質探測、及時封閉掌子面等措施，保證開挖面的穩定；（4）密排拱架，控制河道基礎及側墻沉降；（5）增設鎖腳錨管，嚴禁超挖，實時回填注漿等補強加固措施；（6）加強監控量測，堅持信息化施工；（7）制定應急預案，儲備應急物資，確保環境安全。

3.3.1 超前支護

超前支護措施的原則是充分固結初襯頂與河道基礎間的土層，加固河道基礎，力爭使土層達到較高強度和較低滲透性，防止塌方。采取大管棚結合小導管注漿超前支護加固地層，并與初期支護形成棚架結構體系，共同承受管棚上部荷載。

采用？覫108熱扎無縫鋼管，壁厚6.0mm，L=18m，30m，環向間距0.4m，設于隧道正洞拱部范圍內，每環25根，注漿液為水泥+水玻璃雙液漿。超前注漿小導管：Φ42熱扎無縫鋼管，壁厚3.25mm，L=3.0m，縱間距為每兩榀鋼支撐，環向間距0.4m，設于拱部范圍內，注漿液為水泥+水玻璃雙液漿。通過河道底部時，加密小導管，實時調控施打角度與長度，形成長短結合，相互補充，較傳統超前小導管注漿加固地層的范圍大，更好保證土體穩定。管棚設置如圖5所示。

圖5 管棚加固地層示意圖

3.3.2 超前注漿

為了防止超量沉降，必須進行超前注漿，長短管棚注漿均采用水泥-水玻璃雙液漿，遇到河道底部局部淤泥特殊地質，改為超細水泥漿液。該種漿液具有止水效果好、凝結時間可調的特點，水泥水玻璃的體積比為1：0.5～1：1.0，注漿壓力0.8～1.0MPa，施工時注漿壓力需嚴格控制，防止出現壓力過大造成地面隆起危及管線。

注漿之前，清理注漿孔，安裝好注漿管，保證其暢通。注漿必須連續作業，不得任意停泵，以防漿液沉淀，堵塞管路，影響注漿效果。注漿順序由外向內，由上而下，注漿順序采取由外向內，這樣有效地形成擠壓、密實作用，防止漿液過遠擴散造成漿液浪費增加成本，同時也避免對地表建筑物造成危害。

3.3.3 短進尺，強支護

綜合工程造價、施工速度、施工安全各方面因素考慮，本工程采用CD工法開挖。斷面分兩層四室開挖，工藝流程為：左導洞開挖上臺階、留核心土；左導洞上臺階拱架及臨時仰拱、網噴混凝土、架設臨時豎向支撐；左導洞下臺階開挖；左導洞下臺階拱架及臨時支撐、網噴混凝土；右導洞開挖上臺階、留核心土；右導洞上臺階拱架及臨時仰拱、網噴混凝土；右導洞下臺階開挖；右導洞下臺階拱架、網噴混凝土。

采用“一掘一支”制，上下臺階每次架立格柵鋼拱架一榀，格柵鋼拱架間距0.5m，嚴格控制開挖進尺，通過河道底部時密排拱架，將設計方案間距50cm縮短為30cm，快封閉早成環，保證初襯的足夠強度。

3.3.4 加強監控量測

地下工程開挖過程中，地層中的應力撓動必然對周圍土層產生影響。為及時掌握施工沉降情況，防止在施工過程中因土體開挖撓動而產生管線破損等不利情況。在過河道段地下通道施工時需對管線及其上方地表進行監測，實現信息化施工。地表沉降或水平位移均不得超過30mm，每天發展不得超過5mm。委托專業監控量測機構，加強量測，每天出具監測數據報表，指導施工。

3.4 控制沉降施工措施

通過增加淺埋暗挖法輔助性施工措施，控制地層沉降在極小的范圍內。采取的措施如下：

（1）掌子面注漿加固。西南河河道基礎下部地層存在砂層、淤泥層及少量空洞，地層自穩定性差，為保證開挖過程中掌子面穩定，開挖前在掌子面打設注漿管，注漿管采用Φ42×3.25mm鋼管，L=2m，間距0.8m梅花形布設，注水泥-水玻璃雙液漿。

（2）開挖支護。采用人工開挖，掌子面留核心土，施工中嚴格遵循“管超前，嚴注漿，短進尺，強支護，快封閉，勤量測”的方針。

（3）增設注漿鎖腳錨管。格柵鋼拱架架立完成后在拱腳處打設鎖腳錨管。采用Φ42×3.25mm鋼管，L=3m，每拱腳2根，每榀拱架均設置，注水泥-水玻璃雙液漿擴大拱腳控制拱架下沉。

（4）初襯背后注漿。拱頂及邊墻預埋設回填注漿管，為保證回填注漿效果，回填注漿管采用注漿管采用42×3.25mm鋼管，L=0.8m，縱向間距2m，每環設置3根，底部成環3m后開始回填注漿，注入水泥漿，以填充噴射混凝土之間及初支與圍巖間空隙。

（5）拱頂及邊墻徑向跟蹤注漿。為了減小圍巖松弛引起的施工后地層沉降，回填注漿完成后，在拱頂、邊墻埋設注漿管注漿，以彌補開挖對圍巖的擾動引起的地層松弛。

（6）保證交通安全。在通道上方及左右兩側8米范圍內鋪設2 cm 厚鋼板，分布荷載，防止地表局部下沉過大，能保證車輛通過時的安全。聯系交警部門，對原本限行的超重超載大貨車進行交通管制。

4 結束語

煙臺文化中心南大街地下人行通道公司是我公司承建的地質條件最為復雜，施工難度最高的地下工程，目前該工程已經順利貫通，整個施工過程嚴格按照文章的技術方案組織施工，累計最大沉降6.34mm，蓋板河河道及周邊管線均未受影響，證明文章技術措施行之有效。它的順利建成將豐富煙臺市地下工程的施工技術，為隨后的二期工程及其他類似工程提供了成功的經驗。

參考文獻

[1]GB50299-1999.地下鐵道工程施工及驗收規范[S].

[2]王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論[M].安徽教育出版社，2004.

[3]崔玖江.隧道與地下工程修建技術[M].北京：科學出版社，2005.

作者簡介：馬科（1983-），男，湖南常德人，地下結構工程專業碩士研究生畢業，從事地下工程施工相關工作。