浅埋平顶直墙隧道双侧壁导坑法下穿综合管廊变形控制

1  工程概况

城市副中心东夏园综合交通枢纽西通道平面布置为L形，由主通道、次通道组成，主要承担枢纽与地铁6号线东夏园站的地下换乘，同时兼顾人行过街功能。主通道位于市政路用地内，横向下穿通济路及通济路下综合管廊，一端位于交通枢纽下沉广场，一端接万象汇下沉广场。次通道位于市政路用地内，上方为市政绿化带，一端接主通道，另一端接地铁6号线东夏园站B出入口通道。

主通道下穿综合管廊段长23.3 m，断面为平顶直墙双层六导洞，采用双侧壁导坑法施工，开挖宽度12.5 m，开挖高度7.3 m，覆土9.3 m。既有综合管廊为单层四跨矩形混凝土框架结构，净跨16.5 m，净高3.4 m，顶板0.8 m，底板1 m，侧墙0.55 m，隔墙0.25 m，混凝土强度为C35，底板下设有地锚梁及导向墩。

管廊断面包括1跨燃气舱、1跨水信舱及2跨电力舱。主通道垂直下穿既有管廊，与管廊平面交角为87°，与管廊底板最小净距为0.9 m，通道南侧墙距管廊变形缝3.15 m。主通道与既有管廊平面关系如图1所示。

图1  主通道与管廊平面示意

1.1  工程地质与水文条件

通道开挖主要涉及土层为粉细砂3层、细中砂3层、细中砂3层，隧道围岩级别为Ⅵ级。

地下水类型为潜水（二），水位标高8.940 m，通道开挖受地下水影响。

1.2  结构参数

通道下穿管廊段为平顶直墙断面，双侧壁采用导坑法施工，初期支护断面尺寸为12.5 m×7.3 m，钢格栅主筋为4根直径25 mmHRB400钢筋，中隔墙采用I25 b工字钢格栅，格栅榀距500 mm，钢筋网片为 6 mm@150 mm×150 mm，纵向连接筋为直径22 mmHRB400钢筋间距1 000 mm，喷射混凝土强度C25，初期支护厚度350 mm，中隔墙、中隔板厚300 mm。通道二次衬砌结构净尺寸为10 m×4.55 m，底板、顶板厚度为1 000 mm，侧墙厚900 mm，浇筑C40、P8高性能补偿收缩混凝土。

2  施工控制目标

为保证管廊结构安全，综合管廊结构外观质量、新旧程度、模拟计算结果以及类似工程经验，并考虑应力释放等长期变形余量的要求，通道初期支护、二次衬砌施工阶段管廊结构变形控制值为竖向变形17 mm、水平变形8 mm、差异沉降0.4‰、变形缝两侧差异沉降3 mm。

3  施工难点及对策

3.1  难点分析

（1）暗挖通道全断面位于砂层，自稳能力差，且地下水水位高，开挖时极易发生塌方危险。

（2）通道开挖断面尺寸大，且为平顶直墙结构形式，抵抗竖向变形能力较差，施工期间易产生竖向变形。

（3）通道“密贴”下穿管廊，与管廊净距仅为0.52~0.9 m，且全为粉细砂层，极易出现塌方。

（4）二次衬砌施工阶段，需拆除临时中隔墙、中隔板，初期支护受力体系转换易产生变形。

3.2  解决措施

（1）施工前对综合管廊做好调查工作，与管廊产权单位沟通协调配合，进一步收集资料，制订专项保护方案，并在工程实施前组织安全评估会。

（2）初期支护开挖阶段应遵循“先上后下、先边后中、错距开挖”的开挖步序施工，严格控制开挖步距0.5 m，严格执行“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针，坚持先护后挖的原则。

（3）两侧导洞同步对称开挖，控制差异沉降；上下导洞错距15 m，降低群洞效应。

（4）采取全断面注浆止水加固措施，并辅以真空泵处理残留水，注浆时严控注浆压力，避免对管廊产生影响。

（5）及时进行初期支护背后回填注浆控制沉降。若出现拱顶塌方，及时封闭掌子面，预埋灌喷管、注浆管，采取灌喷、注浆处理措施，达到强度后再继续开挖。

（6）二次衬砌施工阶段，每段施工长度不超过7 m，底板、顶板施工前，应先换撑、再进行结构施工。

（7）通道下穿既有管廊施工期间，采取24 h自动化实时监测与人工监测相结合的方式。通过实时监测，一旦发现结构变形达到预警值（控制值的70%），则加密人工监测频率，超过警戒值（控制值的80%），采取进一步加固措施。

4  下穿综合管廊变形控制关键技术

4.1  施工组织动态化管理

4.1.1  人员安排

在通道下穿既有管廊施工中，对管理人员和开挖班组进行合理组织，设置两套管理人员和开挖班组，分黑、白班连续施工。每个开挖班组由班组长指挥作业，配有施工员、安全员、测量员负责监督。由施工员监督每道工序，明确每个班组的工作任务及控制标准，由安全员监督安全措施是否到位，测量员负责复核测量。

4.1.2  开挖循环控制

控制初期支护开挖是管理的关键，每个开挖班组需完成开挖作业的最后一道工序，即喷射混凝土后方可休息或交接班，禁止未喷射混凝土就休息或交接班，以减少开挖暴露时间，保证施工的连续性，有效控制变形。初期支护施工一个完整作业循环（进尺0.5 m）为：全断面超前深孔注浆土体加固止水→上台阶土方开挖0.5 m，预留核心土→安装上台阶钢格栅，打设锁角锚管→挂网喷射混凝土封闭成环→下台阶土方开挖0.5 m→安装下台阶钢格栅→挂网喷射混凝土封闭成环→每进尺5 m进行初期支护后回填注浆。

4.1.3  动态监控量测

及时准确的监测数据是动态施工管控的前提。施工中除监测通道自身外，还应对既有管廊进行24 h自动化实时监测与人工监测，并及时反馈监测信息，为管廊安全、通道施工安全提供判定依据。主要监测项目有管廊结构竖向变形、管廊结构水平变形、差异沉降、管廊变形缝两侧差异沉降、通道拱顶沉降、通道净空收敛、地下水水位。

4.2  变形控制关键技术措施

4.2.1  下穿管廊全断面超前深孔注浆加固

由于通道初期支护开挖土层为粉细砂、细中砂层，全断面超前深孔注浆止水加固的效果是确保下穿管廊施工安全的关键，因此为确保全断面注浆质量，施工前需进行粉细砂层注浆试验，确定出最优注浆参数。根据试验段注浆试验，下穿管廊全断面注浆采取前进式分段注浆。通道全断面注浆加固范围为通道底板以下3 m、侧墙以外3 m、顶部以上0.6 m。注浆孔位800 mm×800 mm梅花形布置，注浆采用1∶1水泥–水玻璃双液浆，纵向注浆长度10 m一段，每段搭接2 m，注浆压力0.5~0.8 MPa，注浆后掌子面土体的无侧限抗压强度大于0.5 MPa，周围土体的无侧限抗压强度大于1.2 MPa。全断面注浆范围示意如图2所示。

图2  全断面注浆范围示意

超前深孔注浆主要工序：止浆墙施工、钻机钻孔、配置浆液、深孔注浆、效果检验。在钻注浆孔之前，先在上、下台阶掌子面施工止浆墙，在掌子面打设长2 m、直径22 mm的钢筋钉，500 mm×500 mm梅花形布置，挂设  6 mm@150 mm×150 mm双层钢筋网，喷射300 mm厚C25混凝土。

止浆墙施作完毕，进行单导洞深孔注浆加固地层，待其他导洞初衬施工至管廊穿越点时，止浆墙及深孔注浆同上。注浆顺序按照先外圈、后内圈、再补外围的顺序，由下而上隔一注一。注浆时控制注浆压力与注浆量，注浆压力初始值不大于0.5 MPa，钻杆边后退边注浆，逐步升压至控制压力。根据现场土层注浆试验，浆液凝结时间为1~5 min。

对通道顶部、靠近管廊变形缝范围注浆时，安排专人到管廊内变形缝处进行巡查，加密管廊结构监测频率，并保持管廊内与施工现场信息畅通，对管廊变形缝处注浆加固进行实时监控，如发现管廊隆起、冒浆等问题，应立即停止注浆，清理冒浆，待浆液凝固后，对管廊变形缝处注浆采用低压、多次注浆加固土体方式，确保管廊变形缝差异沉降在允许范围内。

4.2.2  优化初期支护开挖步序

初期支护按照先上后下、先边后中、错距开挖的原则开挖，为减小管廊沉降，采取加大导洞间错距长度，保证各导洞不同时下穿管廊；为控制管廊差异沉降，边导洞采取同步对称开挖。

具体开挖步序为：同步对称开挖上边导洞；待导洞进尺20 m（即导洞穿越管廊后），开始同步对称开挖下边导洞；待导洞进尺20 m（即导洞穿越管廊后），开始开挖中导洞；待导洞进尺20 m（即导洞穿越管廊后），开始开挖中导洞。

各导洞开挖采用台阶法施工，中间预留核心土，每一开挖循环长度不大于0.5 m，增加增长锁脚锚管，打设双根3 m长锁脚锚管，提高抗沉降能力。控制边导洞同步开挖，每一开挖循环均测量校核，为中导洞施工打好基础。中导洞施工时，在格栅连接节点处增加L形筋、帮焊筋，确保节点连接质量。

4.2.3  顶部超挖或坍塌处理

由于管廊底板有“井”字形排布的地锚梁，通道初期支护密贴地锚梁，通道初期支护与管廊底板间有一层520~900 mm厚的薄土层，土质为粉细砂，自稳能力差，通道开挖时极易出现拱顶超挖或坍塌，从而引起拱顶空洞及管廊沉降。

（1）预防措施。做好预加固，提高全断面注浆加固质量，严控注浆量和注浆压力；严控开挖步距，及时架设钢格栅，打设双根锁脚锚管，及时挂网喷射混凝土，使初期支护封闭成环；缩短初期支护背后注浆管间距，将其由5 m变为3 m。

（2）出现拱顶超挖或坍塌的处理措施。开挖过程中如出现超挖或坍塌时，立即停止开挖，挂网喷射混凝土封闭掌子面，在距离掌子面5 m范围内，导洞中间架设I 25b工字钢间距1 m，进行竖向支顶加固，挂网喷混射混凝土封闭后，径向打设注浆小导管和回喷管，并及时进行回喷及回填注浆，将坍塌处填充密实。待土体达到强度后再破除封闭面，开挖过程中调整超前注浆加固的浆液参数，控制开挖进尺，及时封闭成环，避免开挖临空暴露时间过长，以免再次发生类似情况。

4.2.4  优化初期支护拆除及二次衬砌施工步序

通道二次衬砌施工前，需拆除中隔墙、中隔板等初期支护结构，此阶段受力转换会引起拱顶沉降，从而造成管廊沉降。为有效控制拱顶和管廊沉降，采取如下措施：减小每仓纵向初期支护拆除长度，每仓长度不大于7 m，跳仓施工；在底板、顶板施工前，先进行竖向换撑，隔一换一。优化二次衬砌施工步序（每仓）：拆除底板部分中隔墙（7 m），施工底板竖向换撑（隔一换一）→基面处理，底板防水、结构施工→拆除边导洞中隔板（7 m）→基面处理，侧墙防水、结构施工→拆除顶板部分中隔墙（7 m），施工顶板竖向换撑（隔一换一）→基面处理，顶板防水、结构施工→跳仓施工下一流水段→当顶板结构达到设计强度后，拆除支撑架及剩余中隔墙、中隔板→二次衬砌背后回填注浆。

4.2.5  底板、顶板竖向换撑

初期支护开挖完成具备二次衬砌结构施工条件后，在底板二次衬砌结构施工前，先破除底板部分中隔墙，施工竖向换撑，隔一榀格栅换撑一根，每仓先拆除一半中隔墙进行换撑，再拆除剩余中隔墙，换撑剩余部分。换撑采用长1.2 m25b工字钢，工字钢两端焊300 mm×300 mm×20 mm钢板，工字钢中间设置厚10 mm钢板止水法兰。

换撑分两次施工，第一次先隔三换一，第二次再隔三换一，最终形成隔一换一。每次换撑步骤：凿除中隔墙底部1.4 m，露出工字钢骨架，割除1.2 m骨架；底板基面进行找平处理，再铺设防水附加层、防水层；安装换撑，换撑钢板顶面直接与中隔墙工字钢焊接，再用强度等级C40早强灌浆料填实，使中隔墙的力能够顺利向下传递。顶板竖向换撑与底板换撑作法相同。换撑节点和止水法兰剖面如图3、图4所示。

图3  换撑节点剖面示意

图4  止水法兰剖面示意

5  下穿综合管廊变形控制效果

通过采取上述变形控制关键技术措施，取得了良好的施工效果。经对地下综合管廊连续监测，施工完成6个月后管廊累计变形的最大值分别为：竖向变形11.32 mm，水平变形1.28 mm，差异沉降0.159‰，变形缝两侧差异沉降2.62 mm，满足控制目标要求。

6  结束语

浅埋平顶直墙隧道双侧壁导坑法下穿既有构筑物采取行之有效的措施，确保施工及既有结构安全，是施工管理的核心目标。该工程通过各项有针对性的技术措施和动态管理，将暗挖通道施工对既有地下综合管廊的变形影响控制在允许安全范围，取得了良好的施工效果。该工程中全断面深孔注浆对进行土体止水加固，预控顶部坍塌，优化初期支护、二次衬砌施工步序，初期支护拆除及竖向换撑处理，以及动态监控量测是保证地下综合管廊沉降量小于控制值的关键。