论管幕超前支护措施在浅埋平顶暗挖地铁车站中的应用

苏金阳

中铁一局集团第四工程有限公司 河南 郑州 450000

1 工程概况

医学院站10号线车站总长331.7m，标准段宽23.1m，地面有起伏，站中心里程处覆土3.04m，标准段基坑深19.02～23.3m，车站结构形式：7号线为地下三层双柱三跨岛式车站，站台宽14m；10号线为地下两层双柱三跨岛式车站，站台宽14m。暗挖段长48.26m，宽度25.1m，拱顶覆土约5～5.3m，底板埋深约19.5米；PBA法施工+管幕超前支护，上部设置4个小导洞，中柱采用钢管混凝土柱，逆筑法施工。

2 管幕超前支护施工技术在浅埋平顶暗挖地铁车站施工中的应用

2.1 施工方法

2.1.1 管幕施工方法

管幕施工采用螺旋出土套管顶进工艺进行施工，管幕钢管作为套管，内部安装带有专门钻头的螺旋钻杆。管幕设备提供螺旋钻杆的旋转动力和套管的顶推力。管幕钢管顶进时，螺旋钻杆向钻头传递钻压和扭矩切削土层，并将钻渣由管内螺旋排到孔口管外。这样边顶进、边切削、边出渣，将管幕钢管逐段向前顶进至该施工单元施工结束。反复进行后续单元施工，逐步在开挖线外形成管幕结构。

2.1.2 管排施工方法

以单根管幕施工为基础，采用专用设备同时顶进2根或多根钢管形成管幕结构。具有沉降控制可靠，钢管精度提高和施工速度高效的特点，可按结构形状要求施工拱形、马蹄形、圆形、多联拱或平顶直墙的管幕支护。

2.1.3 钢管加工

(1)钢管坡口

钢管单侧打设坡口，锁扣间隔焊接，待顶进钢管的坡口端（A端）与已顶进钢管的外露端（B端）紧密焊接。

(2)扣接形式

管幕施工常用的扣接形式有以下类型。

一般扣接形式的选择应考虑以下因素：①扣接材料成本；②扣接材料的市场化水平；③项目扣接的设计需要；④扣接形式的有效性；⑤扣接加工的难易程度⑥扣接形式与管径的匹配等。

2.1.4 围护结构开槽

车站明挖基坑扩大端头采用钻孔灌注桩进行土体支护，管幕施工时需要提前局部破除围护结构，管幕钢管顶进完成后需要将围护灌注桩的钢筋与钢管连接，孔隙部位填充水泥砂浆或喷锚封闭。（1）开槽顺序。第一步：管幕施工之前破除标准管位置围护结构，开槽长度2m，宽度0.5m。第二步：开槽位置施工标准管幕，开槽工作暂停。第三步：标准管完成后就位新孔，管幕施工同时破除围护结构，循环施工。(2)桩-管连接。将围护灌注桩的主筋剔出，接长主筋与管幕钢管焊接后喷锚或者填充水泥砂浆弥补管与桩间空隙。禁止一次开槽超过2m，按照局部开槽-管幕施工-缝隙闭合的流程施工。

2.1.5 管幕顶进施工

1） 标准管施工

a. 标准管焊接双母锁口，施工要全程进行严格角度测量(水位随钻测量和管内激光经纬仪测量)，如有偏差随时进行纠偏。标准孔的精度决定了整个管幕的施工精度，标准孔施工精度应控制在0.15%以内。

b. 钢管顶进过程中钢管顶进、纠偏与排渣出土同步进行。当测量结果显示钢管顶进轨迹发生偏差时及时根据管头纠偏原理进行纠偏，纠偏过程不影响排渣出土。单节钢管顶进完毕后，进行下一节钢管施工，相邻管节间采用焊接连接。如此反复进行直至该孔位所有钢管顶进结束。

2） 扣接管顶进

完成标准管施工后，向两侧分散扣接施工常规管幕，常规管焊接公母锁口，公锁口扣接标准管的母锁口，以母锁口为轨道，出土顶进同时测量钢管角度，通过上下纠偏使常规钢管与标准管轨迹基本相同。

3） 回收钻具

钢管顶进完毕后，依次将管内钻杆回拔并清理，进行孔口封闭，同时将施工设备移至下一施工孔位。

4） 循环扣接管施工

如此重复常规钢管管幕的顶进、回收钻具、移机就位等施工工序，直至所有孔位钢管施工结束。

2.1.6 注浆填充

1） 钢管管口采用5mm厚的圆形钢板进行焊接封闭，封堵钢板需预留砂浆灌注通道。

2） 沉降控制注浆

管幕锁口角铁附焊的φ32mm注浆管口安装两路进液阀门及管道，根据沉降控制需要及时注入水泥浆液，实现沉降控制。钢管母扣侧附焊φ32*3.25mm注浆导管，导管两侧打设φ8mm注浆孔，梅花形布置，相邻注浆孔间距1.5m，注浆管与管幕通长，完成管幕施工后通过导管注入浆液弥补损失土体；管幕施工顶进与管内出土同步，配合适当控制出土量和注浆管补充等辅助措施施工沉降控制在0～5mm。

3） 砂浆填充

注浆、填充与相邻管幕施工隔开3～5个孔位；钢管内部填充M7.5水泥砂浆，采用φ90mmPVC导管，导管插入钢管内30～35m位置，采用砂浆泵注入商品砂浆，由内而外灌注，砂浆填充充盈系数为0.9；完成砂浆填充后适当补充水泥浆。

4） 管内补充浆液

管口预先焊接的φ25mm注浆管，完成砂浆填充后通过此管路二次或多次补充浆液，保证管内充盈。

3 管幕超前支护施工质量控制措施

3.1 施工控制精度及控制方法

测量方法。采用连通器原理，在管幕钢管端头安装连通管，钢管顶进过程中，不断向连通管中注入连通液，通过可视化的测量端液位高度读取前方地层钻头位置高度，使得钢管顶进过程中能够直观的监测钻头位置变化，测量精度为mm级。(2)纠偏控制方法。该项目纠偏采用自有专利技术－螺旋出土钢管顶进纠偏管头进行纠偏，该管头前端管口为斜形管口，斜形管口前端沿顶进方向、向钢管的中心轴线方向倾斜，形成持续纠偏构件，持续纠偏构件的下方为选择纠偏构件，选择纠偏构件沿顶进方向、向远离钢管的中心轴线方向倾斜设置，选择纠偏构件与钢管中心轴线之间的夹角大于持续纠偏构件与钢管中心轴线之间的夹角。

3.2 管幕施工沉降控制

第一，做好沉降控制技术交底工作，相关人员可以熟练的进行操作并应对突发事件；第二，控制测量准确性，并对顶进、旋转出土速度进行控制；第三，要想有效的控制管口土体坍塌问题应控制螺旋钻头出土时长；第四，不得将大量清水灌注到钢管或钻具内，避免土体流失；第五，在现场准备充足的应急物资，实现安全施工。

3.3 下穿构筑物

第一，施工前期应先对下穿水箱涵底部标高参数、走向及相关构件进行确定；第二，做好交底工作，实现施工标准；第三，对钢管角度进行控制，当钢管进入到箱涵2米后对相关参数进行核实；第四，当钢管进入到箱涵指定位置后对顶进及旋转速度进行控制，并对压力参数变化情况进行记录；第五，钢管达到指定位置后应对管内土样进行观察，掌握地层变化情况；第六，若顶进时压力异常上升或旋转时出现卡顿情况应马上停止，并及时上报、快速处理；第七，箱涵管幕施工时应在专业人员的指导下完成；第八，箱涵底部位置为回填垫层并在完成钢管顶进后利用注浆方式控制沉降。

4 结语

通过分析可知，在进行浅埋平顶暗挖地铁车站施工时采用管幕超前支护措施可以得到良好的效果，有效的避免既有建筑物选址难、地下管线变形等情况同时可提升浅埋平顶暗挖的精度。与传统的超前支护措施相比其准确度、施工效率、质量更高，可以有效的控制变形现象，实现环境保护目标，更好的利用地下空间，加快城市地铁建设速度。