埋藏式水工鋼管與既有建筑物交叉段關鍵施工技術研究

侯永強

（福建省水利水電建設有限公司，福建 福州 350000）

引 言

交叉段施工一直是施工中的難點和重點，直接影響著工程的施工安全、質量和能否順利完工，對此，很多工程項目對交叉段施工進行了專項研究。埋藏式水工鋼管與既有建筑物交叉段施工和其他建筑物與既有建筑物交叉段施工不同，有著自身的特點和難點，主要體現在水的脈動壓力、有壓無壓、防滲等方面。司培育等[1]對鄂北工程PCCP倒虹吸下穿鄭萬高鐵設計工作重點和難點進行分析研究，提出了鄂北工程下穿鄭萬高鐵交叉段設計方案，并對方案實施效果作了總體評價。余俊良[2]通過對雙江口尾水調壓室交通洞跨1#導流洞交叉段開挖技術措施分析,可為類似項目施工提供借鑒和參考。李天宏[3]針對山西省東山供水工程某輸水隧洞“T”字型主支洞交叉段施工，實際施工過程應用了文中施工流程及控制參數，取得了預期的施工效果。本文結合溪源泄洪洞主體工程標，對埋藏式水工鋼管與既有安置房建設交叉段提出了兩種施工方案，經過技術經濟比較，認為涉安置房段地下連續墻支護基坑內設置箱涵通道方案是可行的。

1 工程背景

溪源泄洪洞主體工程標目前正在進行隧洞出口淺埋鋼管段與既有安置房交叉段基坑支護地下連續墻及旋噴樁施工，與埋管段交叉的安置房項目，預留給泄洪洞工程施工用地為寬30 m（連續墻邊線兩側各10 m、基坑寬10 m）。根據地質勘探揭露，埋藏式鋼管段分布地層主要包括：①層人工填土層，②-1層粉質黏土層，②-2層粉細砂～中細砂層，②-3層含卵礫石中細砂層，②-4層淤質粉質黏土層，②-5層泥質粉細砂、粉細砂、中粗砂層，②-6層砂卵礫石層。埋管段底板建基面主要置于②-2層，局部置于②-3層，②-2層地基承載力偏低，②-3層較薄，因此原設計施工方案采用地下連續墻支護垂直明挖基坑，作為隧洞洞挖的臨時施工通道，待完成隧洞所有項目施工后，再開挖至基坑底部進行埋管及外包混凝土施工并平整場地至標高14.18 m。按施工總進度計劃，與安置房項目交叉的埋管段計劃于2023年7月完工，完工后地塊再移交給安置房項目。現實際情況為安置房項目推進速度更快，已先于泄洪洞工程，且安置房計劃于2021年底交付使用，該交叉段施工場地需在2021年10月前平整至14.18 m標高移交給安置房項目，施工條件已發生變化。地塊移交的時間將會影響安置房的建設，導致安置房小區的場地綠化、景觀及消防通道建設等相應延后，無法驗收并及時交房，直接影響安置房回遷戶的回遷，造成移民安置過渡費的大幅增加，對泄洪洞項目建設和安置房項目都極為不利。為最大限度規避溪源泄洪洞主體工程標施工對安置房項目的影響，經多方討論研究，作出調整安置房埋管段施工方案的決定。

2 方案概述

為最大限度規避泄洪洞主體工程標與安置房項目交叉施工的影響，確保安置房項目能按期交付使用，同時盡量維持原設計支護方案和水工建筑物結構，方案需考慮施工安全和已建安置房的結構安全、減少施工時對已回遷居民的影響、調整后的方案經濟合理且有利于確保施工進度等原則。共選擇兩個解決交叉施工問題的方案進行研究。

2.1 箱涵通道方案概述

2.1.1 概 述

在交叉段箱涵通道施工中，經常會遇到超挖、坍方等問題，這對新奧法施工有一定的難度。若超挖、坍方超過1 m，再采用噴混凝土補平，困難較大，不但影響施工進度，而且在造價上增加很多，若采用回填土石及漿砌片石，不但增加支護結構受力，而且也影響進度和質量。在埋藏式水工鋼管與既有安置房交叉段施工中，對于超挖問題的處理，引入了坍落拱的概念，坍落拱的形狀及計算公式參見有關文獻。

在交叉段基坑內，結合鋼管外包混凝土結構，先澆筑鋼筋混凝土箱涵結構，箱涵施工完成后，上部回填土方，地塊移交安置房項目進行規劃的綠化景觀措施施工，利用已施工的箱涵作為出口段隧洞的施工臨時通道，與堤外淺埋鋼管支護段基坑基槽連接通往地面，待隧洞洞內所有項目施工完成后，再進行涉安置房淺埋鋼管和剩余外包混凝土的施工。箱涵通道方案支護斷面如圖1所示。

圖1 箱涵通道方案支護斷面

2.1.2 本方案實施重點及存在問題

實施重點：箱涵結構須在基坑開挖至設計底高程才能進行施工。箱涵側墻與基坑內混凝土地下連續墻采用植筋方式連接。箱涵破堤施工及隧洞施工時，均需設置防洪圍堰，確保箱涵及出口段隧洞施工的防洪安全。

存在問題：基坑支護地下連續墻頂部壓頂梁高程為12.20 m，箱涵施工完成后，上部回填土方至14.18 m高程，無法對連續墻自身的結構進行安全監測。通道出口防洪圍堰與堤外的埋管段存在交叉施工影響，需合理安排施工順序。

2.1.3 箱涵方案對工期影響分析

箱涵施工考慮鋼筋綁扎、混凝土澆筑時間及齡期要求，需增加工期約3個月。箱涵施工完成后，隧洞出渣通道由明槽變為暗涵，增加暗涵長度約210 m（利用暗涵作為施工通道進行施工的出口段隧洞長約2 000 m、爆破施工約1 350個循環），每循環通風排煙時間增加20 min，合計增加通風排煙時間約20天。箱涵方案合計增加工期約110天。

2.1.4 箱涵方案對既有建筑物的影響分析

箱涵施工完成后，基坑回填土方至14.18 m高程，涉安置房項目的施工用地可移交給安置房項目進行規劃的綠化景觀施工，泄洪洞項目出口段隧洞洞內所有項目及涉安置房段埋管的施工均從堤外的涵洞出口進入，與安置房項目不存在交叉施工的影響。出口段隧洞和涉安置房段埋管的施工工期約3年，工期較長，前期采用箱涵結構作為施工通道，與基坑支護結構形成整體，可減少支護結構整體的變形，對泄洪洞項目的施工安全及兩側安置房項目安全更有保障。由于箱涵上部已回填土，覆土厚度約10 m，隧洞爆破施工時的噪音對安置房項目影響較小。

2.2 蓋板方案概述

2.2.1 概 述

在涉安置房埋管段基坑支護連續墻頂部增設蓋板方案：在涉安置房埋管段基坑開挖至設計底高程后，結合鋼管外包混凝土結構，先澆筑鋼筋混凝土底板結構，底板厚度為500 mm，在底板達到設計強度后，拆除基坑內第四道鋼管支撐，在地連墻壓頂梁頂部增設厚500 mm鋼筋混凝土蓋板，蓋板上部回填土方至14.18 m高程，地塊移交安置房項目進行規劃的綠化景觀施工，該埋管段基坑由明槽變為暗涵，仍作為出口段（XHD4+565.51～XHD 6+572.57）隧洞的施工通道，與堤外淺埋鋼管支護段基坑基槽連接（先按8%縱坡開挖，待出口段隧洞完成鋼筋混凝土襯砌，將進行洞內375 m段鋼管襯砌施工時，基坑再開挖至設計基底高程）通往地面，在出口段隧洞洞內所有項目施工完成后，再進行涉安置房段淺埋鋼管和剩余外包混凝土的施工。蓋板方案支護斷面如圖2所示。

圖2 蓋板方案支護斷面

2.2.2 本方案實施重點及存在問題

實施重點：蓋板結構須在基坑開挖至設計底高程并澆筑鋼筋混凝土底板后才能進行施工。澆筑底板破堤施工及出口段隧洞施工時，均需設置防洪圍堰，確保基坑及出口段隧洞施工的防洪安全。

存在問題：基坑支護地下連續墻頂部壓頂梁高程為12.20 m，蓋板施工完成后，上部回填土方至14.18 m高程，無法對連續墻自身的結構進行安全監測。在鋼管及外包混凝土施工完成后，由于上部已實施蓋板且回填了土方，外包混凝土頂部至蓋板底部之間的土方回填難以實施。如要按設計方案回填土方，需拆除蓋板，才能進行填土施工，拆除蓋板勢必會對安置房項目造成影響。

2.2.3 蓋板方案對工期影響分析

蓋板采用預制件，蓋板施工時考慮蓋板預制和齡期要求及吊裝時間，蓋板施工增加工期約3個月。蓋板施工完成后，隧洞出渣通道由明槽變為暗涵，增加暗涵長度約210 m（利用暗涵作為施工通道進行施工的出口段隧洞長約2 000 m、爆破施工約1 350個循環），每循環通風排煙時間增加20 min，合計增加通風排煙時間約20天。蓋板方案合計增加工期約110天。

2.2.4 蓋板方案對既有建筑物的影響分析

蓋板施工完成后，蓋板上部回填土方至14.18 m高程，涉安置房項目的施工用地可移交給安置房項目進行規劃的綠化景觀施工，泄洪洞項目出口段隧洞洞內所有項目及涉安置房段埋管的施工均從堤外的涵洞出口進入，與安置房項目不存在交叉施工的影響。出口段隧洞和涉安置房段埋管的施工工期約3年，工期較長，在地連墻頂部采用蓋板覆蓋形成暗涵通道，頂部覆土及地面車輛荷載通過蓋板傳遞到地連墻，由于地連墻設計主要考慮受側向土壓力，采用蓋板方案增加了地連墻豎向的受力，對地連墻整體穩定不利。由于蓋板上部回填土較薄（2 m），隧洞爆破施工時的噪音對安置房項目有一定的影響。

3 方案比選

3.1 技術比較

方案一結合鋼管外包混凝土設置箱涵結構，方案二地連墻頂部設蓋板方案，方案實施后，上部回填土方至14.18 m高程，地塊移交安置房項目，隧洞及埋管段施工從涵洞出口進入，與安置房項目不存在交叉施工的影響。采用箱涵結構作為施工通道，與基坑支護結構形成整體，受力條件較好，可減少支護結構整體的變形，對泄洪洞項目的施工安全及兩側安置房項目安全更有保障；地連墻頂部采用蓋板覆蓋形成暗涵通道，頂部覆土及地面車輛荷載通過蓋板傳遞到地連墻，對地連墻整體穩定不利，從而影響施工安全。且蓋板方案外包混凝土頂部至蓋板底部之間的土方回填難以實施，如要按設計方案回填土方，需拆除蓋板，才能進行填土施工，拆除蓋板勢必會對安置房項目造成影響。箱涵方案上部回填土后，覆土厚度約為10 m，隧洞爆破施工時的噪音對安置房項目影響較小。蓋板方案上部回填土較薄（2 m），隧洞爆破施工時的噪音對安置房項目有一定的影響。安全監測上，因箱涵施工后與基坑支護地下連續墻形成整體，可通過加強箱涵變形監測、地面沉降觀測等措施監控。因此，從技術上來說，方案一優于方案二。

3.2 經濟比較

方案一概算投資約1 200萬元，方案二概算投資約1 000萬元，從土建工程投資上看，方案二較方案一少200萬元，略優于方案一。雖然方案一比方案二投資增加200萬元，但方案一結構整體性、剛度、抗滲性、可靠性明顯優于方案二，且風險較小，后期施工對安置房項目沒有影響。地下連續墻為臨時性建筑物，按臨時結構設計，由于出口段施工時間較長，考慮泄洪洞出口段隧洞施工安全和已建安置房的安全及施工期的影響，選擇方案一作為施工調整方案進行設計變更，即在涉安置房段地下連續墻支護結構內，結合鋼管外包混凝土結構，先澆筑箱涵結構作為施工通道的方案。

4 結 論

經過技術經濟比較，從工程施工、建設投資以及對安置房的影響等綜合分析，場地條件變化后，涉安置房段地下連續墻支護基坑內設置箱涵通道方案，增加了施工難度與工程投資，工期受到影響，但經綜合分析后，箱涵通道方案的安全滿足規范要求，能有效解決與安置房交叉施工的影響，減少施工時對已回遷居民的影響。該箱涵通道方案經相關專家論證，目前已進入施工實施階段。經實踐，涉安置房段地下連續墻支護基坑內設置箱涵通道方案是可行的。