隧道下穿综合管沟方案设计
张建成
【摘 要】阐述了珠海横琴三通道在下穿环岛北路既有综合管沟时,通过对悬吊保护明挖方案、管幕顶进方案、综合管沟破除合建方案从施工、设计等方面综合考虑,通过造价、施工、风险、交通等方面的综合对比,推荐采用综合管沟破除方案或综合管沟悬吊保护明挖方案. 【期刊名称】《低温建筑技术》 【年(卷),期】2014(036)007 【总页数】3页(P116-118)
【关键词】综合管沟;悬吊保护;MJS;管幕法;破除合建 【作 者】张建成
【作者单位】上海市城市建设设计研究总院, 上海200125 【正文语种】中 文 【中图分类】TU99
随着城市化进程加快，地下空间开发利用愈加迅速，由于地下空间开发涉及到密集的城市道路，建(构)物以及地下管线，如何在复杂环境下使用合适的施工方法，尽量减少对周边环境的保护，已经成为当今所需解决的一个课题。 1 工程概况
新建横琴三通道暗埋段与环岛北路综合管沟、电力隧道节点位于马骝洲水道南岸环
岛北路与横琴中路路口。通道呈南北走向，暗埋段下穿环岛北路既有综合管沟通道下穿段为三跨钢筋混凝土箱型结构，中间跨是隧道电缆、改建电力隧道及人员逃生通道，两边跨为车行道。两车行道结构内净尺寸均为12.5m×6.2m，中间跨结构内净尺寸为4.9～5.1m×6.2m。通道下穿段结构基坑深约16.3～16.9m。综合管沟、电力隧道为已建工程，综合管沟沿环岛北路北侧布置，下穿横琴中路;电力隧道沿横琴中路由北至南下穿综合管沟后转向东沿环岛北路与综合管沟并行。节点穿越处综合管沟内净尺寸5.5m×2.9m，地面标高约3.8m，底标高－2.85～－2.98m，综合管沟下设有Ф500mm预应力砼管桩，壁厚100mm，桩长23～26m，桩间距2.0～3.9m。节点穿越处电力隧道内净尺寸3.8m×2.9m，地面标高约3.8m，底标高－7.02～－7.12m，电力隧道下设有Ф500mm预应力混凝土管桩，壁厚100mm，桩长26m，桩间距3.9m。
综合管沟内管线情况:1根环岛监控线(已运营)、1根DN600给水管(已敷设)、通讯管线 (弱电、移动、电信、联通、广电等)(即将敷设)、1根中水管和1根冷凝水(计划敷设)。
为确保横琴三通道的安全、顺利施工，现有市政设施、道路交通的正常运营，针对该复杂节点进行结构方案设计。 2 方案设计
据相关单位要求，电力隧道可破除重建。综合考虑造价、施工、交通等因素，比照国内外类似工程，该节点可采用以下四种方案:悬吊保护明挖方案、管幕顶进方案、综合管沟破除后合建方案和冰冻暗挖方案。
因冰冻暗挖方案需在综合管沟和三通道顶板下预留较厚的土层做为冻结帷幕，不但加深了三通道埋深和长度，工程造价有较大提高，而且方案本身工艺复杂，施工难度高，施工风险大，可排除此方案。
下文仅对悬吊保护明挖方案、管幕顶进方案、综合管沟破除合建方案进行比选。
2.1 悬吊保护明挖方案
(1) 施工顺序。图1所示，此方案主体思路是对下穿环岛北路综合管沟进行保护，改建电力隧道，在综合管沟处于保护基础上开挖基坑，进行横琴三通道内部结构施工。
主要施工顺序如下:破除综合管沟范围外电力隧道→施工地下连续墙、MJS加固、旋喷桩施工→施工悬吊灌注桩及格构柱、浇筑悬吊梁及连系梁→开挖基坑至综合管沟底板底，架设悬吊设备→破除综合管沟预应力管桩及综合管沟范围内电力隧道→开挖至基坑底，浇筑通道内部结构→拆除悬吊设备，覆土回填至规划路面。
(2) 围护方案。为尽量减少施工对综合管沟的影响，要求综合管沟底板底与通道顶板顶之间有一定的净空间距，根据道路纵坡要求，两者间净距为1.596～1.726m，通道纵坡为3.0%，基坑深度约16.3～16.9m。由地质资料可知，基坑开挖深度范围内主要为填土、淤泥等软土地层，通道围护结构采用厚0.8m地下连续墙可满足要求。
为解决地下连续墙在综合管沟处不能闭合的问题，可在综合管沟未闭合处沟顶、底板开孔，采用MJS桩加固或高压旋喷桩加固形成重力挡土墙。考虑到重力式挡土墙距离综合管沟变形缝较近，高压旋喷桩施工时强大的压力可能造成综合管沟隆起或断裂，推荐采用MJS桩+外侧旋喷桩。
(3) 悬吊方案。基坑范围内综合管沟侧壁外南北两侧≥0.5m处各打一排Φ800钻孔灌注桩，东西向水平中心间距4m，有效桩长25m(从通道底板以下算起)。通道底板以上为钢格构柱，插入灌注桩深度4m，钢格构柱进入悬吊梁0.5m。基坑开挖前沿钢格构柱东西轴心向浇筑1000mm×1500mm悬吊梁、垂直钢格构柱东西轴心向浇筑600mm×800mm@8000连系梁。开挖基坑至综合管沟底以后，在管沟底挖槽插入H型钢横梁，在悬吊梁顶相应位置架设同类型H型钢横梁，须每隔一
定间距(3～4m)按序依次同步施工，上下密排H型钢横梁与悬吊钢索张紧相连。开挖基坑至综合管沟底以下1m，截断管沟PHC桩与管沟的连接。由此将基坑范围内的综合管沟通过钢横梁支承于钢立柱和桩基之上，使管涵由土基托换为桩基，管涵以下继续开挖，拆除电力隧道，浇筑横琴三通道。悬吊保护方案见图2、图3。
(4) 基坑开挖方案。如图4所示，围护结构和支承综合管涵的钻孔灌注桩(包括钢立柱)、悬吊梁、连系梁施工完以后，进行土方开挖，配合坑内降水至地面以下约10m。开挖至综合管沟底以后，在地下连续墙未闭合处，为防止MJS桩加固体施工质量达不到要求时坍塌，考虑采用逆作法放入H型钢横列板，侧向挡土。每道钢横列板上设置临时钢支撑，每开挖2～3m，在钢横列板上加设竖向钢围檩，然后设一道水平撑，拆除钢横列板上临时钢支撑，以此类推，将钢支撑均撑于钢围檩上，竖向间距2～3m，水平间距2.5m。
开挖至设计标高，回筑横琴三通道内部结构。通道顶板与箱涵底板之间须用混凝土填实，然后割除综合管沟底板底悬吊型钢、型钢立柱，拆除悬吊钢索、悬吊梁、连系梁等，覆土回填至规划路面。 2.2 管幕顶进方案
管幕法也叫排管顶进法，是一种新型暗挖法施工技术，作为穿越道路、铁路、机场等的非开挖技术，在日本、美国和中国都取得了较好的效果。管幕钢管锁口相连，管幕形成后在锁口处注入止水剂或者砂浆，形成密封的止水管幕。然后在管幕的保护下，对管幕内土体加固处理后，边开挖边支撑，直至管幕段开挖贯通，再浇筑结构体;或者先在两侧工作井内现浇箱涵，然后边开挖土体边顶进箱涵。
(1) 管幕法在本工程的应用。通道管幕法施工段长45m，分为三节，每节长15m。道路设计纵坡南高北低，预制通道箱涵宜由低向高顶进，即由北向南顶进。
(2) 钢管幕顶进施工。在矩形箱涵外侧位置预先顶入钢管，形成口字形管幕。在管幕与箱涵之间注入支承润滑介质，既可减少箱涵顶进过程中的地表沉降，又能降低箱涵推进阻力。采用顶管掘进机顶进，对带锁口的钢管顶进，关键施工技术是掘进机的高精度姿态控制，包括轴线偏差和旋转偏差的控制。
(3) 箱涵顶进施工。在首节箱涵前安装网格工具头，钢网格的作用是切土和维持开挖面土体稳定，即在不加固管幕内土体的情况下，要确保开挖面土体平衡，另外要在顶进过程中把地面的变形控制在允许的范围内。用底排钢管幕作为箱涵顶进的基准面。箱涵顶进的姿态控制和地表变形控制是施工关键。通过信息化施工技术(地表变形监测、管幕变形监测等)来不断修正推进参数，控制地表变形。
在横琴中路北侧设置顶进工作井。箱涵顶进的后靠，利用已建成的通道暗埋段结构。 2.3 综合管沟破除合建方案
考虑到目前综合管沟内已运营的管线较少，且管线临时中断，改排影响不是很大。可考虑采用综合管沟破除后与横琴三通道合建方案。
此方案施工工艺简单，技术上没有什么难度，关键点在于和综合管沟内敷设管线的权属单位的沟通协调。需首先征得综合管沟内已运营管线权属单位同意临时改迁。其次，合建段要赶在综合管沟内的其他管线敷设前完成，避免牵涉到更多的管线权属单位。因此，合建段应做为横琴三通道总工程的关键工序先期施工。
(1) 管线临时改排。目前综合管沟内有1根环岛监控线(已运营)、1根DN600给水管(已敷设)。在施工之前与环岛监控线和给水管的权属部门进行沟通，将管线临时改迁至施工影响范围外。
(2) 综合管沟和电缆隧道的破除。凿除合建范围内综合管沟和电缆通道箱体，为了与两侧保留的管沟结构衔接顺畅，需多凿除一定长度。拔除已破除综合管沟和电缆隧道底板下的Φ500，壁厚100的PHC桩。
(3) 综合管沟、电缆隧道和三通道合建。合建段设计成上下两层结构，下层为三通
道车行道，上层为综合管沟和电缆隧道通道。 3 方案比选
表1 方案比选表优点 缺点悬吊保护明挖方案1.明挖法施工，风险可控2.综合管沟受力明确，施工期间变形小3.悬吊保护明挖方案国内成功案例较多4.横琴三通道埋深较浅，工程造价低5.道路翻交，交通不需中断1.明挖施工，路面下管线需搬迁2.MJS桩加固机械设备国内目前较少管幕顶进方案顶进施工，交通不需中断，顶进段路面下管线不需搬迁1.钢管顶进时，钢管幕高程和水平偏差控制难度较大2.箱涵顶进的姿态控制和地表变形控制难度大，不易控制3.综合管沟受影响较大，变形难以有效控制，风险较大4.大断面管幕顶进施工案例较少，施工经验匮乏综合管沟破除合建方案1.造价低2.工程风险小3.施工难度低1.需征得综合管沟内已运营管线权属单位同意临时改迁2.合建段要尽快施工，避免牵涉到更多的管线权属单位
悬吊保护明挖方案、管幕顶进方案以及综合管沟破除合建方案，在本工程中均有可行性，表1对三个方案进行了技术经济比选。
由表1的对比分析可以看出，悬吊保护明挖方案和综合管沟破除合建方案优势明显:如综合管沟的权属单位同意破除重建，推荐采用综合管沟破除方案，否则推荐采用综合管沟悬吊保护明挖方案。 4 结语
珠海横琴三通道下穿环岛北路既有综合管沟是整个三通道的关键点和难点，对整个工程的造价、工期影响较大。综合管沟悬吊保护明挖方案相对综合管沟破除方案无论在造价、工期、施工风险方面均有明显不足，建议业主慎重考虑，加强与综合管沟的权属单位沟通，说服权属单位采用综合管沟破除方案。 参考文献
［1］刘国斌，王卫东.基坑工程手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2009.
［2］肖世国，朱合华.管幕内顶进箱涵顶部管幕承载作用的分析［J］.岩石力学与工程学报，2005，24(18).
