地下通道下穿既有構(gòu)筑物的明挖法施工技術(shù)

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

目前城市主城區(qū)連接通道施工時(shí)考慮到既有管線、構(gòu)筑物比較復(fù)雜，搬遷費(fèi)用高，協(xié)調(diào)難度大，因此下穿式通道施工主要采用非開(kāi)挖技術(shù)為主，其中又以矩形頂管法施工最為普遍。目前國(guó)內(nèi)最大頂管機(jī)“中州一號(hào)”斷面為7.5 m×10.4 m，而上海世博會(huì)地區(qū)B02、B03地塊博成路地下連接通道2#通道斷面達(dá)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(jī)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(hù)技術(shù)。為頂管法等非開(kāi)挖技術(shù)提供了另一個(gè)思路，具有較大的推廣參考價(jià)值[1,2]。

1 工程概況

上海世博會(huì)地區(qū)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(zhǎng)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(nèi)截面尺寸為8 000 mm×3 300 mm，長(zhǎng)度為30 m，為單層人行通道。2#通道內(nèi)截面尺寸為15 000 mm×6 150 mm，長(zhǎng)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(guān)系示意

圖2 地下連接通道與共同溝關(guān)系示意（2#通道）

2 工程難點(diǎn)

2.1 基坑圍護(hù)體系未封閉，明挖基坑施工風(fēng)險(xiǎn)大

明挖通道圍護(hù)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐圍護(hù)體系。擬建通道處共同溝橫穿圍護(hù)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致共同溝斷面范圍內(nèi)的鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)不能連續(xù)施作，間隔的長(zhǎng)度達(dá)3.3 m，如圖3所示。圍護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)法封閉會(huì)產(chǎn)生2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，一是基坑開(kāi)挖至共同溝底下時(shí)，此3.3 m范圍內(nèi)土體會(huì)因?yàn)闊o(wú)支護(hù)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(nèi)外承壓水將在3.3 m范圍內(nèi)貫通，影響基坑施工安全。

2.2 共同溝內(nèi)管線綜合度高，對(duì)沉降位移敏感

圖3 大斷面共同溝與基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)關(guān)系示意

博成路下方的共同溝（標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)敷設(shè)有給水、排水、電力、通信、消防噴淋等管線，對(duì)于高效保障世博園區(qū)的正常運(yùn)營(yíng)起到了至關(guān)重要的作用。共同溝內(nèi)有上水管道（屬于有壓管道）及共同溝伸縮縫，對(duì)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(duì)共同溝產(chǎn)生的沉降范圍必須控制在2 cm內(nèi)，伸縮縫兩側(cè)差異沉降≤1 cm。

2.3 既有大斷面共同溝原位保護(hù)難度大

共同溝跨越通道長(zhǎng)度長(zhǎng)，2#通道穿越段達(dá)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(fēng)口截面尺寸達(dá)到了5 m×6.2 m，每米質(zhì)量達(dá)28.27 t，且內(nèi)部設(shè)置有伸縮縫等，共同溝原位懸吊難度極大。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 大樁徑MJS工法

考慮共同溝對(duì)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(shù)封閉通道圍護(hù)結(jié)構(gòu)。即先在共同溝兩側(cè)由地面向下施作MJS加固，MJS工法設(shè)計(jì)樁徑2.4 m，搭接0.7 m。共同溝標(biāo)準(zhǔn)段寬3.3 m，中間未能閉合開(kāi)間為1.2～1.5 m，需在共同溝上開(kāi)孔補(bǔ)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(dá)16 m，且共同溝底部未能封閉的土體達(dá)3.3 m，因此加固體的樁徑及質(zhì)量控制非常重要。MJS工法實(shí)際成樁直徑≥2 400 mm，強(qiáng)度qu≥1.5 MPa。

圖4 MJS工法樁布置示意

3.2 共同溝開(kāi)孔施工技術(shù)

目前MJS設(shè)計(jì)樁徑還不能完全封閉共同溝下側(cè)土體，中間未能交圈部分采取在共同溝內(nèi)開(kāi)孔施工MJS工法技術(shù)。共同溝開(kāi)孔前需要對(duì)共同溝頂板覆土進(jìn)行卸載，為了防止共同溝上浮，在共同溝頂部敷設(shè)路基箱加載，MJS主機(jī)及引孔機(jī)置于路基箱上部。考慮設(shè)備施工增加共同溝負(fù)荷，還需選購(gòu)合適的路基箱進(jìn)行墊鋪，避免集中荷載，并盡量將荷載轉(zhuǎn)移至周邊土體。進(jìn)入共同溝內(nèi)部，確定相應(yīng)的開(kāi)孔位置，對(duì)部分有影響設(shè)備進(jìn)行移除。為減少風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)整部分樁位，避開(kāi)共同溝結(jié)構(gòu)變形縫等薄弱部位，開(kāi)洞作業(yè)前除準(zhǔn)備MJS設(shè)備外，還需加工儲(chǔ)備引孔機(jī)鉆頭，采購(gòu)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(nèi)設(shè)計(jì)套管及密封裝置，為MJS工法鉆桿通過(guò)共同溝創(chuàng)造條件，隔離共同溝，避免水及漿液進(jìn)入共同溝內(nèi)。設(shè)計(jì)考慮因素有：

1）引孔機(jī)動(dòng)力、現(xiàn)有引孔機(jī)圓心筒鉆頭、國(guó)標(biāo)鋼管尺寸、加工條件；

2）接口密封形式；

3）設(shè)計(jì)套管裝置情況：

4）連通管選用φ219 mm×5 mm無(wú)縫鋼管；

5）用法蘭固定密封裝置，接口通過(guò)密封圈及遇水膨脹止水橡膠密封（圖5）。

圖5 共同溝內(nèi)套管及密封裝置

3.3 鋼套管樁+鋼橫列板施工技術(shù)

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，為防止共同溝下側(cè)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(cè)鉆孔灌注樁采用鋼套管樁，鋼套管樁內(nèi)徑1 000 mm，壁厚20 mm。鋼套管內(nèi)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(kāi)挖，自上而下焊接封閉。基坑開(kāi)挖完成6 h內(nèi)，橫列板封閉完成。橫列板上設(shè)置應(yīng)急注漿孔，突發(fā)情況時(shí)可進(jìn)行應(yīng)急注漿。

3.4 共同溝原位懸吊保護(hù)技術(shù)

通道施工期間，共同溝采用懸吊法進(jìn)行保護(hù)。如圖7所示，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、格構(gòu)柱及鉆孔灌注樁組成。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[3]。

圖6 通道圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面示意

圖7 共同溝懸吊系統(tǒng)布置示意

施工采用ABAQUS有限元軟件對(duì)懸吊系統(tǒng)以及共同溝進(jìn)行三維實(shí)體建模計(jì)算，模擬懸吊狀態(tài)下共同溝以及懸吊系統(tǒng)變形。如圖8、圖9所示，在標(biāo)準(zhǔn)段間距1.2 m一道，通風(fēng)口間距0.5 m一道狀態(tài)下，共同溝標(biāo)準(zhǔn)段懸吊系統(tǒng)最大應(yīng)力79.5 MPa，通風(fēng)口133.9 MPa≤785 MPa，滿足要求（精軋螺紋鋼型號(hào)為PSB785）。

3.5 跳槽開(kāi)挖施工技術(shù)

圖8 標(biāo)準(zhǔn)段共同溝應(yīng)力及變形云圖

圖9 共同溝通風(fēng)口應(yīng)力及變形云圖

共同溝兩側(cè)土體對(duì)稱開(kāi)挖至共同溝底板，在遠(yuǎn)離共同溝伸縮縫位置（標(biāo)準(zhǔn)段共同溝中部）兩側(cè)開(kāi)挖寬50 cm、深50 cm溝槽。溝槽采用人工掏槽作業(yè)。溝槽開(kāi)挖時(shí)遵循“開(kāi)挖一段，懸吊一段，再開(kāi)挖一段”的原則。即等上一段溝槽懸吊完畢后，才能進(jìn)行下一槽段開(kāi)挖作業(yè)，槽段間距根據(jù)工字鋼間距進(jìn)行設(shè)置，并采用跳槽進(jìn)行作業(yè)。

3.6 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)

為了評(píng)價(jià)共同溝懸吊施工對(duì)共同溝的影響，在共同溝內(nèi)部布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)及傳感器，進(jìn)行24 h自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，保證施工期間共同溝結(jié)構(gòu)安全及管線設(shè)備運(yùn)營(yíng)健康。監(jiān)測(cè)點(diǎn)每隔2 min自動(dòng)監(jiān)測(cè)1次，將數(shù)據(jù)記錄在電腦的主屏幕上，并作進(jìn)一步的系統(tǒng)分析，當(dāng)單次沉降達(dá)到5 mm以上或累計(jì)沉降達(dá)到2 cm以上時(shí)電腦自動(dòng)報(bào)警。

從圖10可以看出，共同溝懸吊及基坑開(kāi)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(jié)束后沉降趨于穩(wěn)定，至12月13日通道底板施工完成共同溝沉降量穩(wěn)定在7 mm，小于報(bào)警值10 mm，共同溝懸吊成套技術(shù)取得成功。

圖10 共同溝懸吊變形情況

4 結(jié)語(yǔ)

博成路1#～3#地下連接通道工程受場(chǎng)地地質(zhì)條件、通道斷面及工期等限制，無(wú)法采用頂管或冷凍等非開(kāi)挖技術(shù)。3條地下連接通道均采用明挖法施工，下穿標(biāo)準(zhǔn)斷面為3.3 m×3.8 m的共同溝。施工中采用原位懸吊法對(duì)大斷面共同溝進(jìn)行保護(hù)，最終沉降控制在10 mm以內(nèi)。相比頂管等非開(kāi)挖技術(shù)的昂貴成本，本技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并在上海世博會(huì)B片區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)——下穿博成路3條地下連通道工程中得到成功運(yùn)用[4,5]。