地下通道下穿既有构筑物的明挖法施工技术

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

目前城市主城区连接通道施工时考虑到既有管线、构筑物比较复杂，搬迁费用高，协调难度大，因此下穿式通道施工主要采用非开挖技术为主，其中又以矩形顶管法施工最为普遍。目前国内最大顶管机“中州一号”断面为7.5 m×10.4 m，而上海世博会地区B02、B03地块博成路地下连接通道2#通道断面达到了8.45 m×17.2 m，该通道集人行、车行、共同沟、电力排管功能于一体，故顶管机断面已难以满足城市通道功能日益增大的要求。

因此采用明挖法施工工艺，成功下穿上海市目前最大的一条共同沟，共同沟采用安全可靠的悬吊原位保护技术。为顶管法等非开挖技术提供了另一个思路，具有较大的推广参考价值[1,2]。

1 工程概况

上海世博会地区B02、B03地块地下空间工程博成路地下1#～3#地下连通道位于长清北路与世博馆路段博成路下方。地下连通道南北连接B02地块与B03地下空间，1#通道及3#通道内截面尺寸为8 000 mm×3 300 mm，长度为30 m，为单层人行通道。2#通道内截面尺寸为15 000 mm×6 150 mm，长度为30.6 m，为双层地下通道，其中地下2层为车行道，地下1层为人行道。博成路下方有一条东西走向共同沟，共同沟横穿1#、2#、3#地下连通道，底部距离拟建地下连接通道顶板仅0.5 m，如图1、图2所示。

图1 共同沟与地下连接通道平面位置关系示意

图2 地下连接通道与共同沟关系示意（2#通道）

2 工程难点

2.1 基坑围护体系未封闭，明挖基坑施工风险大

明挖通道围护采用钻孔灌注桩+内支撑围护体系。拟建通道处共同沟横穿围护结构，导致共同沟断面范围内的钻孔灌注桩围护结构不能连续施作，间隔的长度达3.3 m，如图3所示。围护结构无法封闭会产生2个风险点，一是基坑开挖至共同沟底下时，此3.3 m范围内土体会因为无支护体系而坍塌，影响上部共同沟安全；二是坑底距离微承压水层仅1.8 m，止水帷幕不封闭，基坑内外承压水将在3.3 m范围内贯通，影响基坑施工安全。

2.2 共同沟内管线综合度高，对沉降位移敏感

图3 大断面共同沟与基坑围护结构关系示意

博成路下方的共同沟（标准段）截面尺寸3.3 m×3.8 m，是目前上海市最大的一条共同沟管道。共同沟内敷设有给水、排水、电力、通信、消防喷淋等管线，对于高效保障世博园区的正常运营起到了至关重要的作用。共同沟内有上水管道（属于有压管道）及共同沟伸缩缝，对位移极度敏感，为保证上水管及共同沟自身的安全，3条通道的施工对共同沟产生的沉降范围必须控制在2 cm内，伸缩缝两侧差异沉降≤1 cm。

2.3 既有大断面共同沟原位保护难度大

共同沟跨越通道长度长，2#通道穿越段达到了21.4 m，此外共同沟体型重，截面尺寸大，2#通道共同沟通风口截面尺寸达到了5 m×6.2 m，每米质量达28.27 t，且内部设置有伸缩缝等，共同沟原位悬吊难度极大。

3 施工关键技术

3.1 大桩径MJS工法

考虑共同沟对沉降及隆起较为敏感，故选用大桩径MJS（全方位高压喷射）工法技术封闭通道围护结构。即先在共同沟两侧由地面向下施作MJS加固，MJS工法设计桩径2.4 m，搭接0.7 m。共同沟标准段宽3.3 m，中间未能闭合开间为1.2～1.5 m，需在共同沟上开孔补打一列MJS加固，以此加固土体形成重力式挡墙，起到挡土止水的作用（图4）。由于基坑挖深达16 m，且共同沟底部未能封闭的土体达3.3 m，因此加固体的桩径及质量控制非常重要。MJS工法实际成桩直径≥2 400 mm，强度qu≥1.5 MPa。

图4 MJS工法桩布置示意

3.2 共同沟开孔施工技术

目前MJS设计桩径还不能完全封闭共同沟下侧土体，中间未能交圈部分采取在共同沟内开孔施工MJS工法技术。共同沟开孔前需要对共同沟顶板覆土进行卸载，为了防止共同沟上浮，在共同沟顶部敷设路基箱加载，MJS主机及引孔机置于路基箱上部。考虑设备施工增加共同沟负荷，还需选购合适的路基箱进行垫铺，避免集中荷载，并尽量将荷载转移至周边土体。进入共同沟内部，确定相应的开孔位置，对部分有影响设备进行移除。为减少风险，调整部分桩位，避开共同沟结构变形缝等薄弱部位，开洞作业前除准备MJS设备外，还需加工储备引孔机钻头，采购钢管、法兰、膨胀螺栓、止水配件等。

共同沟底板距离地面6 m，需要在共同沟内设计套管及密封装置，为MJS工法钻杆通过共同沟创造条件，隔离共同沟，避免水及浆液进入共同沟内。设计考虑因素有：

1）引孔机动力、现有引孔机圆心筒钻头、国标钢管尺寸、加工条件；

2）接口密封形式；

3）设计套管装置情况：

4）连通管选用φ219 mm×5 mm无缝钢管；

5）用法兰固定密封装置，接口通过密封圈及遇水膨胀止水橡胶密封（图5）。

图5 共同沟内套管及密封装置

3.3 钢套管桩+钢横列板施工技术

基坑开挖过程中，为防止共同沟下侧土方坍塌，影响共同沟安全，采用钢套管桩+钢横列板，随挖随封闭（图6）。共同沟两侧钻孔灌注桩采用钢套管桩，钢套管桩内径1 000 mm，壁厚20 mm。钢套管内部为桩径1 000 mm钻孔灌注桩。钢横列板采用40a#槽钢，槽钢与钢套管间采用焊接牢固。槽钢横列板与横列板间随基坑开挖，自上而下焊接封闭。基坑开挖完成6 h内，横列板封闭完成。横列板上设置应急注浆孔，突发情况时可进行应急注浆。

3.4 共同沟原位悬吊保护技术

通道施工期间，共同沟采用悬吊法进行保护。如图7所示，整个悬吊体系由双拼H型钢、精轧螺纹钢筋、混凝土悬吊梁、格构柱及钻孔灌注桩组成。标准段共同沟每0.8～1 m设置1道H型钢悬吊。共同沟通风口部位每0.5 m设置1道H型钢悬吊[3]。

图6 通道围护结构断面示意

图7 共同沟悬吊系统布置示意

施工采用ABAQUS有限元软件对悬吊系统以及共同沟进行三维实体建模计算，模拟悬吊状态下共同沟以及悬吊系统变形。如图8、图9所示，在标准段间距1.2 m一道，通风口间距0.5 m一道状态下，共同沟标准段悬吊系统最大应力79.5 MPa，通风口133.9 MPa≤785 MPa，满足要求（精轧螺纹钢型号为PSB785）。

3.5 跳槽开挖施工技术

图8 标准段共同沟应力及变形云图

图9 共同沟通风口应力及变形云图

共同沟两侧土体对称开挖至共同沟底板，在远离共同沟伸缩缝位置（标准段共同沟中部）两侧开挖宽50 cm、深50 cm沟槽。沟槽采用人工掏槽作业。沟槽开挖时遵循“开挖一段，悬吊一段，再开挖一段”的原则。即等上一段沟槽悬吊完毕后，才能进行下一槽段开挖作业，槽段间距根据工字钢间距进行设置，并采用跳槽进行作业。

3.6 自动化监测技术

为了评价共同沟悬吊施工对共同沟的影响，在共同沟内部布置监测点及传感器，进行24 h自动化监测，保证施工期间共同沟结构安全及管线设备运营健康。监测点每隔2 min自动监测1次，将数据记录在电脑的主屏幕上，并作进一步的系统分析，当单次沉降达到5 mm以上或累计沉降达到2 cm以上时电脑自动报警。

从图10可以看出，共同沟悬吊及基坑开挖施工期间即11月18日至11月26日，共同沟悬吊施工期间沉降量为6 mm，11月26日悬吊结束后沉降趋于稳定，至12月13日通道底板施工完成共同沟沉降量稳定在7 mm，小于报警值10 mm，共同沟悬吊成套技术取得成功。

图10 共同沟悬吊变形情况

4 结语

博成路1#～3#地下连接通道工程受场地地质条件、通道断面及工期等限制，无法采用顶管或冷冻等非开挖技术。3条地下连接通道均采用明挖法施工，下穿标准断面为3.3 m×3.8 m的共同沟。施工中采用原位悬吊法对大断面共同沟进行保护，最终沉降控制在10 mm以内。相比顶管等非开挖技术的昂贵成本，本技术具有显著的经济效益，并在上海世博会B片区地下空间开发——下穿博成路3条地下连通道工程中得到成功运用[4,5]。