綜合管廊下穿河道關鍵施工技術

姚海龍

（中鐵二十三局集團第四工程有限公司，四川 成都 618000）

0 引言

采用“地下基坑”圍護結構分析模型、BIM 技術模擬與水利分析模型方式，在垂直于河道方向的管廊主體結構兩側各打設雙排鋼板樁，于河道中央的鋼板樁處架設安裝管道，管道與鋼板樁頂部連接，將管道與鋼板樁排樁連接成為整體性良好的一個結構，河水通過管道連通，同時雙排鋼板樁間填筑黏性土止水，形成一個穩固可靠的“地下基坑”圍護結構，既能承受因基坑土方開挖而產生的土體及水體的側向壓力，又能保持河道排水暢通及無污染。

1 工程概況

任城路-王母閣路升級改造及綜合管廊工程北起太白路、南至車站西路，斷面尺寸為 7.3 m×4.5 m。管廊在K0+725 位置下穿越河，現狀越河橋位于任城路-王母閣路上，跨越越河，越河橋上部為單跨鋼筋混凝土蓋板，按自西向東依次劃分為左幅，中幅和右幅，左幅為現澆板，中幅和右幅為 1 m 寬預制板，下部結構為砌石墻式墩臺。越河橋現場照片如圖 1 所示。

圖1 越河橋概貌

2 施工概況

過越河段管廊基坑圍護結構采用 18 m 長拉森 Ⅳ 型鋼板樁，從上至下設置三道鋼支撐和鋼圍檁。根據濟寧市城市管理排水處要求，圍堰施工需增加 2 根直徑 1.5 m 導流管，導流管安裝在鋼板樁上方，導流管安裝時需臨時降低越河水位至 1 m 以下。越河河道內的鋼板樁施工與越河水位下調同步進行，待水位下降至 1 m 以下且河道范圍鋼板樁全部施工完成后安裝導流管。臨時阻斷越河河道的時間為導流管安裝時間，河道阻斷時間為 2 d，待導流管安裝完成后恢復越河正常水位。越河鋼板樁圍堰+導流管 BIM 模型圖如圖 2 所示。

圖2 鋼板樁支護+導流管 BIM 模型圖

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

施工準備→鋼板樁圍堰施工→安裝導流管→樁間填筑黏性土→坑內疏干降水→基坑開挖及支撐安裝→監測分析→管廊主體結構施工→土方回填→鋼板樁及導流管拆除。

3.2 鋼板樁圍堰施工

鋼板樁采用拉森Ⅳ型，施工前確定鋼板樁打設順序，遵循先內側后外側，先角樁后合攏的原則。施工中具體要求有以下幾點。

1）鋼板樁打設設計標高高出施工期間河道最高水位 1.0 m。

2）嚴格控制沉樁軸線位置和垂直度，設置“導向架”，用兩臺全站儀從兩個不同方向控制垂直度。

3）逐根或逐組插打鋼板樁，插打過程中保證鎖扣的緊閉性。

4）鋼板樁起吊后，以人力扶持插入前一塊鎖扣，動作放緩防止損壞鎖口，待插入一定深度站立穩定后，加以錘擊。

5）插打前在鋼板樁鎖扣內涂油脂，便于打入，過程中隨時測量斜度，保證不超過 2 %，隨時糾正歪斜。當偏斜過大不能調正時，拔起重打。

6）由于施工偏差和鋼板樁本身的缺陷，相鄰樁間滲水可采用棉絮堵塞等措施。

7）鋼板樁施工時，在基坑圍護結構范圍內筑島，作為插打鋼板樁時的施工平臺。

3.3 安裝導流管

1）導流管安裝前，降低河道水位在管道底標高 0.5 m 以下，河道內鋼板樁施工與河道水位下調同步進行。

2）導流管部位鋼板樁頂標高與管道圓弧吻合（低于其他部位鋼板樁頂標高）。

3）在局部下沉的鋼板樁與導流管位置用鋼板進行封堵，并在鋼板樁兩側安裝鋼牛腿對管道加固。

4）導流管的直徑選用及數量設置需要進行水文流量計算，導流管的載流量。

導流管采用 3.8 m×2.2 m×0.02 m 鋼板在局部鋼板樁下沉處進行封堵，其下使用 3.8 m×0.5 m×0.02 m 鋼板作為底座，并在鋼板樁兩側各使用 3 塊梯形鋼板作為牛腿進行加固。導流管封堵及底座鋼板寸如圖 3 所示。

圖3 導流管及配套尺寸（單位：cm）

3.4 樁間填筑黏性土

河道范圍內的雙排鋼板樁間，填筑黏性土，增強鋼板樁圍堰的止水效果，確保河道水不透過圍堰排樁間隙。

3.5 坑內疏干降水

基坑降水采用管井降水，沿圍護結構內布設，管井中心位置保持與鋼板樁一定距離，濾管外側纏繞鐵絲濾網纏緊。

3.6 基坑開挖及支撐安裝

采取先撐后挖、分層開挖、隨挖隨運的施工方法，確保基坑土方開挖的安全性。牛腿焊好后，吊入圍檁就位，圍檁與鋼板樁每隔 3 m 點焊在一起，焊縫長度≥ 5 cm，由于部分鋼板樁與圍檁型鋼之間存在空隙，將每片有空隙處的鋼板樁用鋼板、混凝土或碎型鋼塞墊在縫隙處并焊接固定，應尤其注意鋼板樁圍堰四角與圍檁型鋼的固定。基坑開挖計支持架設的流程圖如圖 4 所示。

圖4 基坑開挖及支撐架設流程圖

1）在架設鋼支撐位置的圍檁底部凸向基坑內側的鋼板樁上焊接牛腿（牛腿可采用鋼板焊接或者工字鋼斜切制作），每一道鋼支撐端頭下必須布置一個牛腿。牛腿安裝 BIM 模型如圖 5 所示。

圖5 鋼板樁牛腿安裝效果圖

2）鋼圍檁在安裝前，在架設鋼支撐的位置的兩側及相鄰支撐中間位置的翼緣板接縫處焊接鋼板。圍檁宜用通長完整材料，如需焊接時焊縫不宜設在內撐支點處，應設在剪力相對較小的位置（兩內撐中間），圍檁材料拼接過程中，圍檁內外側均要用 20 cm×60 cm 厚 2 cm 鋼板焊接，焊接時鋼板四周要保證焊縫飽滿。

4 監測分析

1）施工期間，每天及時準確對鋼板樁位移跟蹤觀測，主要監測項目包括“樁頂水平位移”“樁頂豎向位移”“周邊地面沉降”“周邊建筑物沉降”。

2）開挖過程中，當遇到支護結構出現沉降、位移突變，裂痕，降雨降雪，基坑滲水、滲砂等異常情況時，每天按 3 h 為單元加大觀測頻率。當沉降及位移超過報警值時立即停止施工，并將人員機械撤到安全地帶，采取有效加固措施再進行施工。具體監測項目及監測控制值如表 1 所示。

表1 基坑監測項目及控制值

5 管廊施工

5.1 管廊主體結構施工

河道水流從管道中穿越基坑，因施工空間狹窄，根據具體情況劃分施工縫，跳艙施工，加快下穿河道位置的主體結構施工，縮短基坑暴露的時間。具體施工流程圖如圖 6 所示。

5.2 土方回填

開挖至坑底時及時施工管廊主體結構，待主體混凝土結構達到設計強度后，逐道拆除鋼支撐，分層回填，土方回填至河底。

5.3 鋼板樁及導流管拆除

1）拔出前，將圍堰內的支撐及其他設施陸續拆除，并回填基坑使內外壓力平衡，使板樁擠壓消失。

圖6 管廊主體結構工藝流程圖

2）對樁尖卷口及鎖口變形的樁，加大拔設備能力，將相鄰樁一齊拔出，必要時可進行水下切割。

3）拔樁起點離開角樁 5 根以上，根據沉樁時的情況確定拔樁起點，也可用跳拔的方法，拔樁的順序與打樁時相反。

4）采用振動錘拔樁，對引拔阻力較大的樁，間歇振動，每次振動 15 min，墊層鋪裝底板防水澆筑底板混凝土支設側墻及頂板腳手架澆筑側墻及頂板混凝土土方回填澆筑防水保護層鋪裝側墻及頂板防水振動錘連續不超過 1.5 h。

5）使用氣割將導流管和鋼板樁連接部位切割，用起重機兩點起吊，將管道吊離至安全區域，回收利用。

6 結語

本關鍵施工技術實現了采用明挖法施工的綜合管廊安全、環保、穩妥的下穿小型河道。避免了圍堰+改道、圍堰+截流等方法對河道水質、排洪能力、環境保護產生的嚴重影響，工程建設時，河道附近及兩岸沿線的居民和企事業單位能正常生活和工作，使用的主要材料也可以回收利用。綜合管廊鋼板樁基坑支護+管道導流下穿小型河道的成功，為今后城市地下工程在類似情況下的規劃建設提供了可靠的決策依據和技術指標，新穎的工法技術將促進地下工程施工技術進步，社會效益和環境效益明顯。