地下通道下穿既有構筑物的明挖法施工技術

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

目前城市主城區連接通道施工時考慮到既有管線、構筑物比較復雜，搬遷費用高，協調難度大，因此下穿式通道施工主要采用非開挖技術為主，其中又以矩形頂管法施工最為普遍。目前國內最大頂管機“中州一號”斷面為7.5 m×10.4 m，而上海世博會地區B02、B03地塊博成路地下連接通道2#通道斷面達到了8.45 m×17.2 m，該通道集人行、車行、共同溝、電力排管功能于一體，故頂管機斷面已難以滿足城市通道功能日益增大的要求。

因此采用明挖法施工工藝，成功下穿上海市目前最大的一條共同溝，共同溝采用安全可靠的懸吊原位保護技術。為頂管法等非開挖技術提供了另一個思路，具有較大的推廣參考價值[1,2]。

1 工程概況

上海世博會地區B02、B03地塊地下空間工程博成路地下1#～3#地下連通道位于長清北路與世博館路段博成路下方。地下連通道南北連接B02地塊與B03地下空間，1#通道及3#通道內截面尺寸為8 000 mm×3 300 mm，長度為30 m，為單層人行通道。2#通道內截面尺寸為15 000 mm×6 150 mm，長度為30.6 m，為雙層地下通道，其中地下2層為車行道，地下1層為人行道。博成路下方有一條東西走向共同溝，共同溝橫穿1#、2#、3#地下連通道，底部距離擬建地下連接通道頂板僅0.5 m，如圖1、圖2所示。

圖1 共同溝與地下連接通道平面位置關系示意

圖2 地下連接通道與共同溝關系示意（2#通道）

2 工程難點

2.1 基坑圍護體系未封閉，明挖基坑施工風險大

明挖通道圍護采用鉆孔灌注樁+內支撐圍護體系。擬建通道處共同溝橫穿圍護結構，導致共同溝斷面范圍內的鉆孔灌注樁圍護結構不能連續施作，間隔的長度達3.3 m，如圖3所示。圍護結構無法封閉會產生2個風險點，一是基坑開挖至共同溝底下時，此3.3 m范圍內土體會因為無支護體系而坍塌，影響上部共同溝安全；二是坑底距離微承壓水層僅1.8 m，止水帷幕不封閉，基坑內外承壓水將在3.3 m范圍內貫通，影響基坑施工安全。

2.2 共同溝內管線綜合度高，對沉降位移敏感

圖3 大斷面共同溝與基坑圍護結構關系示意

博成路下方的共同溝（標準段）截面尺寸3.3 m×3.8 m，是目前上海市最大的一條共同溝管道。共同溝內敷設有給水、排水、電力、通信、消防噴淋等管線，對于高效保障世博園區的正常運營起到了至關重要的作用。共同溝內有上水管道（屬于有壓管道）及共同溝伸縮縫，對位移極度敏感，為保證上水管及共同溝自身的安全，3條通道的施工對共同溝產生的沉降范圍必須控制在2 cm內，伸縮縫兩側差異沉降≤1 cm。

2.3 既有大斷面共同溝原位保護難度大

共同溝跨越通道長度長，2#通道穿越段達到了21.4 m，此外共同溝體型重，截面尺寸大，2#通道共同溝通風口截面尺寸達到了5 m×6.2 m，每米質量達28.27 t，且內部設置有伸縮縫等，共同溝原位懸吊難度極大。

3 施工關鍵技術

3.1 大樁徑MJS工法

考慮共同溝對沉降及隆起較為敏感，故選用大樁徑MJS（全方位高壓噴射）工法技術封閉通道圍護結構。即先在共同溝兩側由地面向下施作MJS加固，MJS工法設計樁徑2.4 m，搭接0.7 m。共同溝標準段寬3.3 m，中間未能閉合開間為1.2～1.5 m，需在共同溝上開孔補打一列MJS加固，以此加固土體形成重力式擋墻，起到擋土止水的作用（圖4）。由于基坑挖深達16 m，且共同溝底部未能封閉的土體達3.3 m，因此加固體的樁徑及質量控制非常重要。MJS工法實際成樁直徑≥2 400 mm，強度qu≥1.5 MPa。

圖4 MJS工法樁布置示意

3.2 共同溝開孔施工技術

目前MJS設計樁徑還不能完全封閉共同溝下側土體，中間未能交圈部分采取在共同溝內開孔施工MJS工法技術。共同溝開孔前需要對共同溝頂板覆土進行卸載，為了防止共同溝上浮，在共同溝頂部敷設路基箱加載，MJS主機及引孔機置于路基箱上部?？紤]設備施工增加共同溝負荷，還需選購合適的路基箱進行墊鋪，避免集中荷載，并盡量將荷載轉移至周邊土體。進入共同溝內部，確定相應的開孔位置，對部分有影響設備進行移除。為減少風險，調整部分樁位，避開共同溝結構變形縫等薄弱部位，開洞作業前除準備MJS設備外，還需加工儲備引孔機鉆頭，采購鋼管、法蘭、膨脹螺栓、止水配件等。

共同溝底板距離地面6 m，需要在共同溝內設計套管及密封裝置，為MJS工法鉆桿通過共同溝創造條件，隔離共同溝，避免水及漿液進入共同溝內。設計考慮因素有：

1）引孔機動力、現有引孔機圓心筒鉆頭、國標鋼管尺寸、加工條件；

2）接口密封形式；

3）設計套管裝置情況：

4）連通管選用φ219 mm×5 mm無縫鋼管；

5）用法蘭固定密封裝置，接口通過密封圈及遇水膨脹止水橡膠密封（圖5）。

圖5 共同溝內套管及密封裝置

3.3 鋼套管樁+鋼橫列板施工技術

基坑開挖過程中，為防止共同溝下側土方坍塌，影響共同溝安全，采用鋼套管樁+鋼橫列板，隨挖隨封閉（圖6）。共同溝兩側鉆孔灌注樁采用鋼套管樁，鋼套管樁內徑1 000 mm，壁厚20 mm。鋼套管內部為樁徑1 000 mm鉆孔灌注樁。鋼橫列板采用40a#槽鋼，槽鋼與鋼套管間采用焊接牢固。槽鋼橫列板與橫列板間隨基坑開挖，自上而下焊接封閉?；娱_挖完成6 h內，橫列板封閉完成。橫列板上設置應急注漿孔，突發情況時可進行應急注漿。

3.4 共同溝原位懸吊保護技術

通道施工期間，共同溝采用懸吊法進行保護。如圖7所示，整個懸吊體系由雙拼H型鋼、精軋螺紋鋼筋、混凝土懸吊梁、格構柱及鉆孔灌注樁組成。標準段共同溝每0.8～1 m設置1道H型鋼懸吊。共同溝通風口部位每0.5 m設置1道H型鋼懸吊[3]。

圖6 通道圍護結構斷面示意

圖7 共同溝懸吊系統布置示意

施工采用ABAQUS有限元軟件對懸吊系統以及共同溝進行三維實體建模計算，模擬懸吊狀態下共同溝以及懸吊系統變形。如圖8、圖9所示，在標準段間距1.2 m一道，通風口間距0.5 m一道狀態下，共同溝標準段懸吊系統最大應力79.5 MPa，通風口133.9 MPa≤785 MPa，滿足要求（精軋螺紋鋼型號為PSB785）。

3.5 跳槽開挖施工技術

圖8 標準段共同溝應力及變形云圖

圖9 共同溝通風口應力及變形云圖

共同溝兩側土體對稱開挖至共同溝底板，在遠離共同溝伸縮縫位置（標準段共同溝中部）兩側開挖寬50 cm、深50 cm溝槽。溝槽采用人工掏槽作業。溝槽開挖時遵循“開挖一段，懸吊一段，再開挖一段”的原則。即等上一段溝槽懸吊完畢后，才能進行下一槽段開挖作業，槽段間距根據工字鋼間距進行設置，并采用跳槽進行作業。

3.6 自動化監測技術

為了評價共同溝懸吊施工對共同溝的影響，在共同溝內部布置監測點及傳感器，進行24 h自動化監測，保證施工期間共同溝結構安全及管線設備運營健康。監測點每隔2 min自動監測1次，將數據記錄在電腦的主屏幕上，并作進一步的系統分析，當單次沉降達到5 mm以上或累計沉降達到2 cm以上時電腦自動報警。

從圖10可以看出，共同溝懸吊及基坑開挖施工期間即11月18日至11月26日，共同溝懸吊施工期間沉降量為6 mm，11月26日懸吊結束后沉降趨于穩定，至12月13日通道底板施工完成共同溝沉降量穩定在7 mm，小于報警值10 mm，共同溝懸吊成套技術取得成功。

圖10 共同溝懸吊變形情況

4 結語

博成路1#～3#地下連接通道工程受場地地質條件、通道斷面及工期等限制，無法采用頂管或冷凍等非開挖技術。3條地下連接通道均采用明挖法施工，下穿標準斷面為3.3 m×3.8 m的共同溝。施工中采用原位懸吊法對大斷面共同溝進行保護，最終沉降控制在10 mm以內。相比頂管等非開挖技術的昂貴成本，本技術具有顯著的經濟效益，并在上海世博會B片區地下空間開發——下穿博成路3條地下連通道工程中得到成功運用[4,5]。