新型半包管幕法在地铁过街通道中应用研究

宋鹏杰

（中铁二十局集团第四工程有限公司 山东青岛 266000）

1 引言

快速的城市化进程对城市空间的需求越来越强烈，“向上”及“向下”的城市立体化发展是解决城市用地问题的一个重要手段。城市地下空间尤其是地铁轨道交通开发时，往往由于线路上方及周围复杂环境的限制或为降低对城市环境的影响，不得不采用暗挖作业的方式。此施工方法凭借其对周围环境影响小、安全、快速等特点，得到越来越多的工程应用［1－3］。针对位于城市主干道下方并下穿多种重要市政管线的软土地层暗挖过街通道，暗挖工艺的选择直接关系到道路、管线和周围建（构）筑物的安全［4－6］。

本文以青岛地铁1号线汽车北站过街通道为背景，对半包管幕法在暗挖过街通道中的应用进行研究。此过街通道周围环境复杂，上部重庆北路主干道车流量大、地下管线繁多、地下水充沛、出入口及周围建筑物较多。实际施工中综合考虑施工成本、进度、安全、质量等因素，采用半包管幕法在软土地层过街通道进行实际应用，工程应用效果良好［7－9］。半包管幕法的成功应用，为软土地层暗挖过街通道施工提出了新的思路，可为类似工程应用提供借鉴。

2 工程简介及周边环境

2.1 工程概况

青岛地铁1号线汽车北站过街通道位于城阳区重庆北路与仙山东路交叉口南侧，横穿重庆北路。该过街通道连接青岛地铁1号线汽车北站的A1和A2两个出入口。过街通道跨越长度为64 m，相对于地面需开挖的基坑宽度为7.1 m，高度为5.77 m，通道横截面为直墙拱形断面，通道拱顶埋深为3.9～5.2 m。过街通道平面位置如图1所示。

图1 过街通道平面位置

隧道上覆土层主要为粉质黏土和杂填土，拱部主要为粉质黏土，局部存在砂层及重庆路施工的回填土，洞体需要穿越的土层以粉质黏土和砂层为主。其中⑦-1砂土层（含10%～25%黏性土）的中砂～粗砂呈透镜体状和层状，透水性较强，且稳定性差，容易变形和坍塌，因此隧道综合围岩等级为Ⅵ级。

过街通道底层的地下水位主要为第四系孔隙潜水，主要分布于⑦-1层中砂～粗砂中，地下水主要受大气降水补给且与场区南侧的洪沟河水位相近，两者存在一定的径流补给、排泄关系。地下水稳定水位埋深为3.50～6.10 m。图2为地质纵断面。

图2 地质纵断面

2.2 周边环境和地下管线

（1）周边环境

过街通道下穿重庆北路，东侧为如家酒店，北侧为重庆路过街天桥，周边无其他重要建筑物。重庆路过街天桥建于2013年，基础为桩基础，天桥为钢结构桥梁。通道侧穿天桥桩基础，最近距离9.44 m。如家酒店位于通道开挖工作井东侧，通道开挖前工作井二衬施工完成，对如家酒店不会产生不良影响。

（2）地下管线

重庆北路下方埋设的管线繁多，涉及给排水、电力及燃气等共计15条穿插复杂的管线。过街通道需要横向穿过该15条管线，其中隧道开挖面距离最近的管线不足1 m，具体位置如图3所示。

图3 管线与隧道位置关系

3 工程重难点分析

过街通道横穿重庆北路，车流量较大，管幕距重庆北路路面3.6～5.2 m，过街通道开挖沉降控制难度大；通道横穿重庆北路15条管线，净空距离小，其中距管幕最近的管线仅0.52 m，管幕施工精度控制要求高；通道埋深浅，围岩较差，开挖过程中易发生坍塌，施工难度大。综上所述，过街通道施工难度较大，需要突破常规方法采用新型施工技术及工艺。

4 传统管幕法

传统管幕法为暗挖法中的一种超前支护方式，其采用锁扣钢管插入到掌子面前方，封闭后再通过锁扣注入岩层相应的浆体进行止水和增强［10－12］。管幕工法一般由始发井和接收井、钢管、洞口加固和内部土体加固、止水体系、支撑系统、内部结构组成。该工艺适应性强，且对周围环境、建筑物、管线等影响较小，特别适用于城市中无法使用盾构施工的隧道施工。传统管幕法通常需要将锁扣钢管沿隧道断面形成封闭空间，并根据内部空间确定内支撑形式，如图4所示。

图4 传统管幕法

5 新型半包管幕法

新型半包管幕法在传统管幕法的基础上进行改进优化，打破锁扣管道沿隧道断面形成全封闭空间的理念，锁扣钢管仅沿隧道拱部180°范围设置。与传统管幕法相比，具有以下优势：

（1）传统管幕法为使锁扣钢管封闭，工作井一般要超挖3 m以上，在富水软弱地层施工环境下，超挖部分的基坑施工止水难度较大，且存在一定的安全风险。而新型半包管幕法工作井不需要超挖，仅考虑隧道仰拱至地面部分工作井侧壁止水问题，工作井开挖深度小，工作量少，施工速度快。

（2）传统管幕法采用锁扣钢管沿隧道断面轮廓全封闭的结构形式，对施工技术要求较高，尤其是最后一根钢管顶进施工时，受已施工完成的相邻钢管位置约束较大，往往出现卡钻、顶进受阻、锁扣破损等问题，施工难度较大。而新型半包管幕法优先施工隧道最顶部第一根钢管，自中间向两侧依次施工；第一根钢管的施工精度控制达到规范要求后，后续管道施工精度通过锁扣的限制，自然满足规范，不会超限，且不存在传统管幕法经常出现的卡钻、顶进受阻、锁扣破损等问题。

（3）工程量减少，施工成本低。在同等施工条件下，新型半包管幕法的工作量仅为传统管幕法的1/2左右，施工工作井的开挖深度减少3 m以上，且施工效率大大提高，减少了施工资源的成本投入。经分析估算，新型半包管幕法综合施工成本仅为传统管幕法的1/3左右。

5.1 新型半包管幕法工程应用

汽车北站过街通道根据现场环境特点，与通道衔接的出入口采用明挖法施工，管幕施工可以利用两侧的明挖出入口作为工作井。出入口净宽10.7 m，能够满足管幕施工设备和出渣等工作要求。明挖出入口先行施工，回填后的场地开阔，能够满足管幕加工、材料堆放等要求。综合考虑施工成本、进度、安全和质量等因素后，对传统管幕法进行了改进，提出更为经济可行的半包管幕法进行超前支护。

管幕采用φ299热轧无缝钢管，壁厚10 mm，采用Q235-A钢材。环向中心管距350 mm，其钢管的纵向坡度与线路纵坡相同。管幕中心距开挖轮廓线外侧300 mm，每环布置33根，分别从车站端、过街端明挖基坑两头对向打设，每根长33 m；顶部管幕钢管采用螺旋法施工，钢管之间通过锁扣相互连接成一个整体，并在管内及锁扣处填充水泥浆固化剂。管幕钢管轴线施工偏差不得超过5 cm。过街通道横断面如图5所示，通道施工步序如图6所示。

图5 过街通道横断面（单位：mm）

图6 过街通道施工步序

5.2 应用效果分析

（1）管幕精度

为准确对隧道管幕钢管进行定位，在铺设管幕钢管时，首先确定钻机、管幕钢管与通道轴线、坡度的参数，然后用全站仪测量定位管幕位置，调整钻机、管幕钢管就位。在管幕钢管顶进2 m后，用全站仪测量管幕钢管的方位，如管幕钢管出现偏移，需通过钻机前端的夹拾器修正管幕钢管的方位。在首根管幕钢管施工完毕后，需再次用全站仪对其位置进行精确测量，以确保后续管幕钢管的位置准确。之后每顶进3 m用有线导向仪、激光视频测量仪或全站仪测量一次，通过钻杆前端的导向系统及时修正管幕钢管的走向。

经过施工实践，两侧对打的共66根管幕钢管，每根长度33 m，施工精度最大偏差为45 mm，满足设计要求的允许偏差±50 mm的精度限值。

（2）地表沉降

由于过街通道周围管线及建筑物极为复杂，为确保测点在施工期间不被破坏，采用窖井形式测点，并采用机具配合人工方式进行施工。此方法使测点以端承＋摩擦的方式直接反映土层和管线变化。

整个过街通道地表沉降监测布设6个精细化大断面＋3个标准小断面，共计78个监测点位；在每个重点管线布设3个测点，管线共计布设45个测点；在上部天桥桥墩及主梁关键部位布设5个测点。

对整个过街通道施工全过程进行沉降监测，地表沉降最大值为8 mm，小于30 mm的控制值要求；有压管线沉降最大值为3 mm，小于10 mm的控制值要求；天桥桥墩变化值在2 mm以内，小于控制值10 mm。

（3）管幕阻隔水效果

过街通道采用半包管幕法做超前支护，采用CD法上下台阶开挖，其中管幕下部土层止水方式采用半截面注浆加固方式。通过观察和测试，管幕范围隔水效果较好，仅个别锁扣出现点状滴水，绝大部分锁扣起到了预期隔水作用。经调查分析，出现点状滴水的部位，主要是因为管幕顶进施工中，部分渣土挤入锁扣内，后期注浆难于灌注密实造成。

6 结论

结合本工程特点，通过半包管幕法施工工艺和应用效果分析，可以得出以下结论：

（1）管幕法施工精度可以控制在偏差值50 mm以内，适合近距离下穿管线和建（构）筑物采用，对管线周围土体扰动小。

（2）管幕法具有安全性高、强度高、刚度大、隔水强、适用性强等特点，适宜于软弱地质富水层施工，抗地表和管线沉降变形能力强。

（3）半包管幕法在充分发挥传统全包管幕法各项优点的同时，在合适区域内使用则更为经济，可在类似过街通道较小截面隧道中推广应用。