管棚施工技術哈爾濱地鐵教化廣場站施工中的應用

孫顯峰

摘 要：簡要介紹在哈爾濱軌道交通一號線教化廣場站施工過程中，在車站1、2號風道施工中采用Φ108大管棚對車站暗挖結構施工進行超前支護的施工情況，并對該項技術進行了評價。地面沉降監測表明，其最終沉降值都在事先預定的沉降范圍內，為暗挖施工提供了安全保障。

關鍵詞：非開挖；管棚技術；地下定位系統

一、概述

管棚法施工技術，是一種水平定向鉆進技術，屬于非開挖技術的一種，衍生自原始鉆探技術并逐漸發展起來的一種新興技術，最早是作為隧道施工的一種輔助方法，是在不破壞地表的情況下鋪設各種地下管線的技術，因此，廣泛應用在城市地鐵、市政管線等地下工程施工中。

管棚鉆機是管棚法施工技術中最關鍵的設備，它的作用是沿著隧道斷面外輪廓超前鉆進并安設管棚。最早的管棚法施工采用的是普通水平鉆機，隨著管棚法大量應用，專用管棚鉆機應運而生，水平定向鉆進技術特點是利用鉆桿固有的剛度和柔性，在導向系統的監測下沿設計線路軌跡鉆進，到達目的地，卸下鉆頭換上擴孔器進行回擴孔拖管或直接在管頭安裝擴孔器，一次完成管的安裝。哈爾濱軌道交通一號線教化廣場站工程成功的應用了這一技術，在車站1、2號風道施工了Φ108大管棚，對地層進行超前支護，為后續采用暗挖工法施工風道提供了安全保障并加快了施工進度。

二、工程概況

教化廣場站位于西大直街與上夾樹街、春明街交叉口，沿西大直街布置。西大直街路面車流量大，兩側建筑物較多，主要建筑為哈特商務酒店、工大集團大廈、名人俱樂部、哈爾濱鐵路局工程總公司及物資公司、哈鐵五中、中國農行黑龍江分行等。1、2號豎井分別為1、2號風道明挖結構。其中1號豎井位于車站的西北側的哈鐵五中后院內；2號豎井位于車站的東北側。該站位于哈爾濱市市區內繁華路段，是哈爾濱市的交通干道，地面交通繁忙，車站主體設計為地下兩層三跨框架結構，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層。車站外包長度為142.2米，標準段凈寬度24米，中跨最大凈高14.23米，標準段頂拱最小覆土厚度9.5米，風道頂拱最小覆土厚度4.5米。在結構范圍內，埋設有通信光纜（最大埋設深度1.9米）和上水管線（最大埋設深度3.4米）。車站主體結構和風道采用暗挖法進行施工，因此為了保證安全和進度，教化廣場站1、2、風道在進行施工設計時，設計采用了Φ108大管棚作為超前支護，管棚沿初期支護拱部環向布置，環向間距0.3m，比初期支護開挖輪廓面抬高15cm。

三、大管棚施工過程

（一）施工前準備情況

1.技術準備

熟悉設計圖紙，針對設計參數，選擇Φ108大管棚施工的鉆孔機械和注漿設備，參考類似工程應用該技術的情況和所取得的經濟效益，初步擬定先在2號風道35米長的管棚進行實地試驗，為大規模施工進行相關工藝和技術參數驗證。通過考察選擇了兩個管棚施工單位，編制了施工方案，經與甲方代表、監理、管棚施工單位共同對方案進行了研究討論，決定在2號風道采用北京中海恒通公司生產的水平鉆機進行施工。其主要工作原理是：在作業面設置導向管，采用預拌制膨潤土泥漿做護壁，利用導向系統進行定向并進行糾偏，鉆進成孔一次完成并成孔安管；本次實地試驗導向系統采用美國DCI公司生產的ECLIPSE無線地下定位系統，該系統包括地面接受器及遙控顯示，地面接受器通過接收鉆頭內無線探棒發射的信號，探測鉆頭的具體位置，遙顯上顯示鉆頭鐘面值及溫度和接受器探測的鉆頭深度；鉆機操作人員根據接收器探測結果，在導向人員指揮下，對鉆頭偏離設計軌跡時及時進行調整，確保鉆頭沿設計軌跡鉆進。

2.設備準備

本次施工1號風道大管棚施工采用北京中海恒通公司生產的水平鉆機，一次成孔工藝，因此在首節Φ108管內即安裝無線探棒，便于地面探測接收儀器跟蹤成孔情況，以便于在鉆進過程中采用糾偏措施，管端頭加工成45o的斜角，斜面上焊接一塊比Φ159管直徑大20mm的20mm厚的鋼板作為鉆頭。

3.材料準備

Φ108大管棚主體材料以及水泥、膨潤土等輔助材料進場，經監理驗收并復試合格后，方可對進場的Φ108管進行加工。由于受豎井場地的限制，將整根Φ108管加工成3米一節，每節在施工過程中采用焊接連接。本次施工經過粉質粘土地層，考慮地質條件較差，為防止因鉆機施工而導致泥漿護壁失穩造成地面出現大的沉降，造成阻斷交通的險情發生，特別制定在108管管身不鉆孔，采取在第一節管端加工成斜角的封端處鉆一個直徑10mm的出漿孔，由此處在鉆進過程中提供泥漿，經過機器旋轉形成泥膜進而形成泥漿護壁。泥漿池在豎井內部不妨礙施工的位置設置。

4.施工現場準備

在即將施工的位置，按照圖紙設計位置，在外放10cm后，使用白色自動噴漆，在圍護樁樁體上噴涂標記出管棚位置，并使用水鉆進行開孔作業，搭設管棚施工工作平臺，在工作面上按已施測的管棚位置點安裝Φ200，600mm長導向管，砌筑泥漿池，制備膨潤土泥漿。鉆機就位調試。

（二）施工實施過程（以1號風道管棚施工為例）

施工準備工作完成后，啟動鉆機，安裝首節Φ108管，同時，在管內安裝探測系統，設定上傾角設為1o，啟動泥漿泵和鉆機開始鉆進，地面探測儀器跟蹤進尺情況進行監測，經測得的數據及時反饋到鉆機操作人員進行糾偏處理。第一節管鉆進速度不宜過快，主要是為了在鉆進過程中所穿越地層的地質情況；隨著管節輸入，Φ108管管節之間進行了點焊連接。為了防止泥漿護壁坍塌造成相鄰孔位處地層擾動、貫通引起大面積地面沉降鉆孔采用跳孔法施工，每隔兩個施工一個。1#風道Φ108管長35米，第一根管鉆進用時約1小時，其它管平均用時約50分鐘。endprint

（三）Φ108管填充注漿

管棚施工約10根后開始注漿，主要為了減小地面因管棚施工造成的沉降。每根管棚注漿一般分4次完成注漿。Φ108管內填充注漿采用水泥砂漿混合漿液，同時為改善水泥砂漿的和易性，按照質量比摻入了粉煤灰，初次配合比設計為水泥：粉煤灰：砂=1：0.5：1.5。為了驗證配合比的合理性，將第一根管棚作為試驗管，在管內泥漿水流干后，采用高強快凝砂漿對管周圍空隙進行了封堵，并使用鋼板焊接封閉管口，在此之前將安裝有閥門的注漿管焊接在鋼板之上，同時預留了排氣孔作為排氣之用。連接好注漿管，配置好水泥砂漿后開始注漿，根據導管的流量計算實際注漿量，與理論注漿量0.4m3對比后發現，實際注漿量遠遠小于理論注漿量，而且注漿的壓力達到了1.0Mpa以上，注漿管爆裂，針對此情況，現場立即停止注漿，組織技術人員和施工人員與監理一道進行分析產生此問題的原因，一致認為是管內排氣不暢、水泥砂漿粘度大、流動性差等原因所致，并采取了對策，反復調整水泥砂漿的配比，最終配合比水泥：粉煤灰：砂=1：0.6：1.5；采用直徑20mm的PVC管設置通長的排氣管（34m），通過采取以上措施后，后續回填注漿量都大于理論計算量，滿足了設計預期要求，同時，經過不間斷的監測，管棚上方的西大直街地面沉降量，完全在預期設計的沉降范圍內。

四、地面沉降監測

在開始施工1、2號風道管棚前1周左右，按照設計圖紙的要求并結合現場實際情況，在管棚施工范圍地面上布設監測點，對因管棚施工可能引起地面沉降的范圍進行監測，監測點布設完畢后，在管棚施工開始前，安排監測人員進行量測取得初始值，此數值將作為原始數據，與后續測得同一點位監測數據進行對比分析，以期求出此點位的沉降情況，并依據數據的回歸曲線，對后續地表沉降進行預測。

1、2號風道Φ108管棚施工完成，風道在暗挖初支施工完成后，按照規范所規定的的監測頻率進行了地面沉降監測，通過對地面沉降監測數據進行分析，在Φ108管棚在施工過程中，很好的控制了地面沉降，都在事先預定的沉降范圍內，保證了暗挖施工的施工安全。

地面沉降監測參數

五、施工總結與評價

本次管棚施工主要穿越了粉質黏土層，在現有的地面監控條件下，1#風道采用北京中海恒通公司生產的水平鉆機，可以在一次施工中完成成孔跟進安管，體現了工序少，施工速度快等特點。在顧及管棚施工速度的同時，Φ108管棚的施工質量總體較好，管棚作業過程中設備維修保養少，能保證管棚連續作業，從而保證了管棚施工按計劃順利完成。

管棚的施工完成質量完全達到了設計和施工要求的效果，1號風道開挖過程中，經過檢查，施工的管棚形成的輪廓圓弧規則，形成一個完整的超前支護環，填充注漿效果通過在暗挖施工過程對Φ108管棚的填充注漿進行檢查，達到了預期效果。在對廢棄的108管切割后，發現管內填充密實，實踐證實了采用配合比水泥：粉煤灰：砂=1：0.6：1.5是可行的，增加通長的PVC排氣管的方法是正確的。

就此項技術的應用前景看，在暗挖風道過程中以及施工風道全部初支完成以后，通過對Φ108管棚施工總體質量進行總結分析后，我們可以認為：采用成孔與棚管安裝一次完成的施工工法，在質量和進度方面可以很好的滿足要求，因為施工機械的靈活性，可以在某些施工作業空間比較受限的地方進行施工作業。雖然有數據表明世界上最長的大口徑長管棚是日本八戶市一段公路隧道施工采用的管棚，全長180m，但是，成本和施工難度都是呈直線上升的，因此在成本和施工難度允許的話，Φ108管棚長度以80米為宜，否則，將難以保證施工質量。

六、結束語

大量的工程實例證明，作為一種有效工法用管棚技術可以對地鐵暗挖施工的提供安全可靠的超前支護，對加固軟弱土體、提高不良地層剛度效果明顯，可以大大的的降低暗挖施工的風險程度。管棚施工質量的好壞，關系著后續暗挖施工安全，因此，此項技術非常值得進行深入研究。

教化廣場站的大管棚施工技術所采取的措施，在后期的施工過程中得到了很好的驗證，證明其所選用的施工機械和注漿方式是正確的，即保證了管棚的施工質量和進度，同時也為其后的暗挖施工工序安全保證，減少了事故隱患。

參考文獻：

[1]刁志剛.地鐵車站暗挖法施工中大管棚施工方案設計[J].北京：《鐵道建筑》2004年7期

[2]葉建良.非開挖鋪設地下管線施工技術與實踐[M].中國地質大學出版社，2000，3endprint