地下綜合管廊盾構法施工技術分析

方興杰 孫 旻 冉岸綠

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

1 概述

近年來，國內的大部分城市普遍存在因各種市政管線的維修和改遷，重復開挖城市道路而形成的“道路拉鏈”現象，造成經濟和人力的浪費，為此的道路施工更是造成交通堵塞、居民出行不便的原因之一［1-3］。管廊的建造有效的解決了城市高速發展而造成的“道路拉鏈”及“蛛網式”架空線等問題。目前，綜合管廊的建造有明挖法施工和暗挖法施工兩大類，暗挖法施工以頂管和盾構為主［4-6］。本文以沈陽綜合管廊項目為工程背景，分析綜合管廊盾構法施工中存在的技術難題，提出盾構分體始發、空推過節點井、錨索處理、小半徑掘進、先盾后井等施工技術，為施工的順利進行提供保障。

2 工程概況

沈陽市地下綜合管廊(南運河段)PPP項目是首個在舊城區建造的盾構管廊，全長約12.8 km，管廊結構為內直徑D=5.4 m的盾構隧道。圖1為管廊平面布置圖。本工程劃分為7個盾構區段，共設29個節點井，其中7個盾構井，22個工藝井。經地質勘探，盾構區間地層主要由第四系全新統和上更新統黏性土、砂類土及碎石類土組成。盾構區間隧道施工范圍內所處地層主要由圓礫層、礫砂層及粉細砂層組成，地質軟硬不均。地下水為第四系松散巖類孔隙潛水。潛水主要賦存在第四系全新統沖積、沖洪積及第四系上更新統沖洪積地層中，是影響地下管廊盾構施工的主要地下水。

3 盾構管廊施工難點分析

1)老城區的盾構機始發。

本管廊工程經過的地區為城市的已有建筑物區，沿線施工條件極為復雜，場地狹窄，盾構始發豎井縱向長度約50 m，本工程采用的土壓平衡式盾構機由6節后配套臺車組成，總長約80 m，始發豎井不能滿足盾構整體始發要求。而且缺少掘進參數試驗條件，使始發期間的施工控制難度增加，國內類似條件下施工的情況較為少見。

圖1 管廊平面布置圖

2)盾構機高效過節點井。

綜合管廊沿線設置節點井較多，導致盾構施工需進行多次接收及始發工作，明顯的加大了盾構施工風險，且對于施工進度影響較大。盾構過節點井，需多次穿越加固區及磨圍護結構樁，對刀具配置要求高。盾構區間大部分節點井先施作并封頂，盾構在封閉節點井空推通過，過節點井管片拆除難度大。部分節點井位于曲線段，盾構在導臺空推過節井二次始發姿態難以控制。

3)盾構過錨索施工區。

運用盾構法修建綜合管廊將不可避免地下穿、側穿大型建筑物。而北方地區的房建工程基坑支護設計大多采用樁錨形式，由于規劃的地域差、時間的不同原因，其設計未考慮到錨索與新建管廊工程的關系。加上城市建筑物密集，部分管廊區間不可避免地穿越既有錨索區域，給盾構施工帶來了諸多不利。盾構刀盤被錨索纏繞，使盾構無法正常施工，增大了施工風險;若錨索數量眾多，則要多次開倉取出纏繞的錨索，大大增加了施工成本和施工風險。

4)富水礫砂地層盾構小半徑掘進施工。

盾構區間左線于里程左K0+346.6～左K0+638.2盾構以305 m小半徑曲線過河段施工。過河段施工時地下水位高，礫砂層粗骨料直徑大且數量多，礫砂層地層結構松散，礫石含量高，地層自穩性差，地下水豐富。盾構刀盤、刀具及螺旋輸送機磨損嚴重，出渣控制難度大，地表沉降控制難度大。小曲率半徑的盾構施工為了使隧道軸線與設計軸線相吻合，盾構掘進過程中需要進行連續糾偏。曲線半徑越小，越難擬合，掘進軸線控制比較困難。常見隧道軸線偏離、管片錯臺和崩裂、管片上浮和扭轉、滲漏水等質量問題。

5)盾構和節點井的施工順序。

在城市地下綜合管廊施工過程中，多數沿市政道路敷設，節點井占用馬路及路旁綠化帶，施工場地范圍內市政管線眾多，交通導改、管線遷改、樹木改移難度大，時間長，影響節點井基坑與主體結構施工進展。由于節點井處交通繁忙的道路，而基坑施工同時又不能阻斷交通，井位地面管線極其復雜，前期改移工作難度很大，嚴重制約著區間盾構施工。若按傳統工序等節點井施工完成后再進行盾構隧道施工，整個工程將無法在約定工期內完成。

4 地下綜合管廊盾構法施工措施

1)已建城區的盾構機分體始發技術。

由于場地條件的限制，盾構機不能整體從節點井始發，所以采用盾構分體始發技術，即盾體和部分后配套設施分離，盾體掘進后達到一定的長度，后配套實施全部下井，再以整體始發的模式進行掘進施工。通過分體始發設備改造及經濟性分析、分體始發掘進參數的控制，高效的解決了盾構分體始發的施工技術，如圖2所示。

圖2 盾構始發設備布置圖

2)盾構機空推高效過節點井。

圖3 盾構過點井型鋼管片結構圖

針對節點井多、管片拆除困難等問題，采取盾構空推過節點井，鋼導臺接收盾構機，全拼混凝土管片中增加鋼管片，便于盾構過節點井后快速拆除井內混凝土管片。導臺采用H400×400型鋼加工，鋼管片采用H175×175型鋼和20 mm厚Q235B鋼板焊接而成，鋼管片拆除后可重復使用。圖3為盾構過點井型鋼管片結構圖。

3)盾構過錨索施工區施工技術。

針對盾構管廊區間和錨索的沖突，提出開挖豎井加橫通道作業面礦山法施工，采用洞內張拉法、鉆進套取法拔除錨索的方法。即先開挖豎井作為下一步施工的通道。然后，在豎井開挖到設計位置后進行封底，沿與盾構中心平行的方向向一側進行開挖橫通道，開挖長度約30 m。橫通道貫通后進行錨索的拔除。最后，錨索拔除完成后對橫通道及豎井進行密實回填。錨索拔出后盾構機通過，該技術保證盾構的順利掘進。

4)富水礫砂地層盾構小半徑掘進施工技術。

根據富水礫砂盾構掘進經驗，結合盾構始發前100 m掘進情況，優化盾構的掘進參數、土壓力控制、出土量控制、控制注漿質量、強化渣土改良。提出富水地層小半徑盾構掘進姿態的控制、盾構掘進控制、管片選型及拼裝、成型隧道管片質量的控制參數和方法，有效的保證盾構掘進的順利施工。

5)先盾構井施工技術。

針對復雜的節點井和盾構的施工順序，解決制約工期的難題，采取“先盾后井”工藝施工，即節點井圍護結構施工完成后盾構機掘進通過節點井，待區段貫通后再進行節點井開挖等后續施工。通過對“先盾后井”施工工序的合理安排、內支撐體系選擇、吊腳樁的處理、土方開挖的研究，解決了先盾后井的施工難題。提出管片縱向約束力替代措施和豎向力的抵消措施，安全地拆除管片。

5 結語

1)地下綜合管廊盾構法施工中，老城區盾構機始發、盾構機過節點井、錨索施工區、富水地層小半徑掘進、盾構和節點井的施工順序等技術難題，增加了施工的風險和難度，必須采用合理的施工措施。針對沈陽綜合管廊工程，提出盾構分體始發、空推過節點井、錨索處理、小半徑掘進、先盾后井等施工技術，保證盾構管廊的安全施工。

2)盾構分體始發解決舊城區盾構始發場地條件的制約，設備的改造為類似工程提供依據。

3)盾構法綜合管廊有效的解決了老城區管線的問題，沈陽管廊項目是國內盾構管廊的首次施工，為管廊的建設提供借鑒。