新型半包管幕法在地鐵過街通道中應用研究

宋鵬杰

（中鐵二十局集團第四工程有限公司 山東青島 266000）

1 引言

快速的城市化進程對城市空間的需求越來越強烈，“向上”及“向下”的城市立體化發展是解決城市用地問題的一個重要手段。城市地下空間尤其是地鐵軌道交通開發時，往往由于線路上方及周圍復雜環境的限制或為降低對城市環境的影響，不得不采用暗挖作業的方式。此施工方法憑借其對周圍環境影響小、安全、快速等特點，得到越來越多的工程應用［1－3］。針對位于城市主干道下方并下穿多種重要市政管線的軟土地層暗挖過街通道，暗挖工藝的選擇直接關系到道路、管線和周圍建（構）筑物的安全［4－6］。

本文以青島地鐵1號線汽車北站過街通道為背景，對半包管幕法在暗挖過街通道中的應用進行研究。此過街通道周圍環境復雜，上部重慶北路主干道車流量大、地下管線繁多、地下水充沛、出入口及周圍建筑物較多。實際施工中綜合考慮施工成本、進度、安全、質量等因素，采用半包管幕法在軟土地層過街通道進行實際應用，工程應用效果良好［7－9］。半包管幕法的成功應用，為軟土地層暗挖過街通道施工提出了新的思路，可為類似工程應用提供借鑒。

2 工程簡介及周邊環境

2.1 工程概況

青島地鐵1號線汽車北站過街通道位于城陽區重慶北路與仙山東路交叉口南側，橫穿重慶北路。該過街通道連接青島地鐵1號線汽車北站的A1和A2兩個出入口。過街通道跨越長度為64 m，相對于地面需開挖的基坑寬度為7.1 m，高度為5.77 m，通道橫截面為直墻拱形斷面，通道拱頂埋深為3.9～5.2 m。過街通道平面位置如圖1所示。

圖1 過街通道平面位置

隧道上覆土層主要為粉質黏土和雜填土，拱部主要為粉質黏土，局部存在砂層及重慶路施工的回填土，洞體需要穿越的土層以粉質黏土和砂層為主。其中⑦-1砂土層（含10%～25%黏性土）的中砂～粗砂呈透鏡體狀和層狀，透水性較強，且穩定性差，容易變形和坍塌，因此隧道綜合圍巖等級為Ⅵ級。

過街通道底層的地下水位主要為第四系孔隙潛水，主要分布于⑦-1層中砂～粗砂中，地下水主要受大氣降水補給且與場區南側的洪溝河水位相近，兩者存在一定的徑流補給、排泄關系。地下水穩定水位埋深為3.50～6.10 m。圖2為地質縱斷面。

圖2 地質縱斷面

2.2 周邊環境和地下管線

（1）周邊環境

過街通道下穿重慶北路，東側為如家酒店，北側為重慶路過街天橋，周邊無其他重要建筑物。重慶路過街天橋建于2013年，基礎為樁基礎，天橋為鋼結構橋梁。通道側穿天橋樁基礎，最近距離9.44 m。如家酒店位于通道開挖工作井東側，通道開挖前工作井二襯施工完成，對如家酒店不會產生不良影響。

（2）地下管線

重慶北路下方埋設的管線繁多，涉及給排水、電力及燃氣等共計15條穿插復雜的管線。過街通道需要橫向穿過該15條管線，其中隧道開挖面距離最近的管線不足1 m，具體位置如圖3所示。

圖3 管線與隧道位置關系

3 工程重難點分析

過街通道橫穿重慶北路，車流量較大，管幕距重慶北路路面3.6～5.2 m，過街通道開挖沉降控制難度大；通道橫穿重慶北路15條管線，凈空距離小，其中距管幕最近的管線僅0.52 m，管幕施工精度控制要求高；通道埋深淺，圍巖較差，開挖過程中易發生坍塌，施工難度大。綜上所述，過街通道施工難度較大，需要突破常規方法采用新型施工技術及工藝。

4 傳統管幕法

傳統管幕法為暗挖法中的一種超前支護方式，其采用鎖扣鋼管插入到掌子面前方，封閉后再通過鎖扣注入巖層相應的漿體進行止水和增強［10－12］。管幕工法一般由始發井和接收井、鋼管、洞口加固和內部土體加固、止水體系、支撐系統、內部結構組成。該工藝適應性強，且對周圍環境、建筑物、管線等影響較小，特別適用于城市中無法使用盾構施工的隧道施工。傳統管幕法通常需要將鎖扣鋼管沿隧道斷面形成封閉空間，并根據內部空間確定內支撐形式，如圖4所示。

圖4 傳統管幕法

5 新型半包管幕法

新型半包管幕法在傳統管幕法的基礎上進行改進優化，打破鎖扣管道沿隧道斷面形成全封閉空間的理念，鎖扣鋼管僅沿隧道拱部180°范圍設置。與傳統管幕法相比，具有以下優勢：

（1）傳統管幕法為使鎖扣鋼管封閉，工作井一般要超挖3 m以上，在富水軟弱地層施工環境下，超挖部分的基坑施工止水難度較大，且存在一定的安全風險。而新型半包管幕法工作井不需要超挖，僅考慮隧道仰拱至地面部分工作井側壁止水問題，工作井開挖深度小，工作量少，施工速度快。

（2）傳統管幕法采用鎖扣鋼管沿隧道斷面輪廓全封閉的結構形式，對施工技術要求較高，尤其是最后一根鋼管頂進施工時，受已施工完成的相鄰鋼管位置約束較大，往往出現卡鉆、頂進受阻、鎖扣破損等問題，施工難度較大。而新型半包管幕法優先施工隧道最頂部第一根鋼管，自中間向兩側依次施工；第一根鋼管的施工精度控制達到規范要求后，后續管道施工精度通過鎖扣的限制，自然滿足規范，不會超限，且不存在傳統管幕法經常出現的卡鉆、頂進受阻、鎖扣破損等問題。

（3）工程量減少，施工成本低。在同等施工條件下，新型半包管幕法的工作量僅為傳統管幕法的1/2左右，施工工作井的開挖深度減少3 m以上，且施工效率大大提高，減少了施工資源的成本投入。經分析估算，新型半包管幕法綜合施工成本僅為傳統管幕法的1/3左右。

5.1 新型半包管幕法工程應用

汽車北站過街通道根據現場環境特點，與通道銜接的出入口采用明挖法施工，管幕施工可以利用兩側的明挖出入口作為工作井。出入口凈寬10.7 m，能夠滿足管幕施工設備和出渣等工作要求。明挖出入口先行施工，回填后的場地開闊，能夠滿足管幕加工、材料堆放等要求。綜合考慮施工成本、進度、安全和質量等因素后，對傳統管幕法進行了改進，提出更為經濟可行的半包管幕法進行超前支護。

管幕采用φ299熱軋無縫鋼管，壁厚10 mm，采用Q235-A鋼材。環向中心管距350 mm，其鋼管的縱向坡度與線路縱坡相同。管幕中心距開挖輪廓線外側300 mm，每環布置33根，分別從車站端、過街端明挖基坑兩頭對向打設，每根長33 m；頂部管幕鋼管采用螺旋法施工，鋼管之間通過鎖扣相互連接成一個整體，并在管內及鎖扣處填充水泥漿固化劑。管幕鋼管軸線施工偏差不得超過5 cm。過街通道橫斷面如圖5所示，通道施工步序如圖6所示。

圖5 過街通道橫斷面（單位：mm）

圖6 過街通道施工步序

5.2 應用效果分析

（1）管幕精度

為準確對隧道管幕鋼管進行定位，在鋪設管幕鋼管時，首先確定鉆機、管幕鋼管與通道軸線、坡度的參數，然后用全站儀測量定位管幕位置，調整鉆機、管幕鋼管就位。在管幕鋼管頂進2 m后，用全站儀測量管幕鋼管的方位，如管幕鋼管出現偏移，需通過鉆機前端的夾拾器修正管幕鋼管的方位。在首根管幕鋼管施工完畢后，需再次用全站儀對其位置進行精確測量，以確保后續管幕鋼管的位置準確。之后每頂進3 m用有線導向儀、激光視頻測量儀或全站儀測量一次，通過鉆桿前端的導向系統及時修正管幕鋼管的走向。

經過施工實踐，兩側對打的共66根管幕鋼管，每根長度33 m，施工精度最大偏差為45 mm，滿足設計要求的允許偏差±50 mm的精度限值。

（2）地表沉降

由于過街通道周圍管線及建筑物極為復雜，為確保測點在施工期間不被破壞，采用窖井形式測點，并采用機具配合人工方式進行施工。此方法使測點以端承＋摩擦的方式直接反映土層和管線變化。

整個過街通道地表沉降監測布設6個精細化大斷面＋3個標準小斷面，共計78個監測點位；在每個重點管線布設3個測點，管線共計布設45個測點；在上部天橋橋墩及主梁關鍵部位布設5個測點。

對整個過街通道施工全過程進行沉降監測，地表沉降最大值為8 mm，小于30 mm的控制值要求；有壓管線沉降最大值為3 mm，小于10 mm的控制值要求；天橋橋墩變化值在2 mm以內，小于控制值10 mm。

（3）管幕阻隔水效果

過街通道采用半包管幕法做超前支護，采用CD法上下臺階開挖，其中管幕下部土層止水方式采用半截面注漿加固方式。通過觀察和測試，管幕范圍隔水效果較好，僅個別鎖扣出現點狀滴水，絕大部分鎖扣起到了預期隔水作用。經調查分析，出現點狀滴水的部位，主要是因為管幕頂進施工中，部分渣土擠入鎖扣內，后期注漿難于灌注密實造成。

6 結論

結合本工程特點，通過半包管幕法施工工藝和應用效果分析，可以得出以下結論：

（1）管幕法施工精度可以控制在偏差值50 mm以內，適合近距離下穿管線和建（構）筑物采用，對管線周圍土體擾動小。

（2）管幕法具有安全性高、強度高、剛度大、隔水強、適用性強等特點，適宜于軟弱地質富水層施工，抗地表和管線沉降變形能力強。

（3）半包管幕法在充分發揮傳統全包管幕法各項優點的同時，在合適區域內使用則更為經濟，可在類似過街通道較小截面隧道中推廣應用。