盾构法施工综合管廊经验总结及设计建议

闫宁浩（中铁十四局集团隧道公司，山东 济南 250000）

1 工程概况

1.1 现状管线及新增管线改扩建需求

成洛大道（三环至四环路）道路范围内既有市政管线种类较多，包括：给水管线（输水管线、配水管线）、雨水管线、污水管线、不同压力等级燃气管线、电力管线（浅沟）、通信管线（浅沟）、和压力流垃圾渗滤液管线共7种管线种类。

新增管线：DN1400给水管、2.4m×2.7m 220kV电力隧道、10k电力（12孔）、通信（18孔）、D529天然气、D426天然气。

1.2 工程地质及水文情况

本工程地质断面，自上而下地层情况依次为：

①人工填土、②2可塑黏土、②3硬塑黏土、③1黏土夹卵石、③2卵石、③3粉砂、③4细砂夹卵石、④1全风化泥岩、④2强风化泥岩、④3中风化泥岩。

隧道断面基本位于④1全风化泥岩、④2强风化泥岩、④3中风化泥岩层中，部分位于卵石土地层、④3中风化泥岩平均强度6MPa，工程地质较好，不良地质为膨胀土。

场区内无统一地下水位，部分区域存在少量基岩裂隙水发育。

1.3 工法选择、线路平纵断面设计及主要结构参数

主要工法：综合井采用明挖法施工、管廊隧道采用盾构法施工。

线路平面设计：综合管廊线路全长4437m，沿成洛大道走向，最小曲线半径1000m，共设置21座综合井，其中始发井2座，接收井2座，综合井间纵向间距约200m。

纵断面设计：线路采用V型坡，最大埋深38m，最大纵坡36‰。

主要结构参数：管片采用钢筋混凝土管片（C50P12），管片外径9m，内径8.1m。

1.4 内部结构分舱

隧道内部采用现浇混凝土进行分隔，共分为4个舱室，分别为水电信舱、高压电力舱、输水舱、燃气舱，见图1。

2 施工经验总结

2.1 综合井施工土方垂直提升方式选择

经对比哈尔滨地铁1号线南直路站端头井汽车吊（25t）提升方案、兰州地铁1号线奥～世区间中间风井龙门吊（45t）提升方案和本项目莲花吊垂直提升方案，本项目莲花吊提升为最优方案。

汽车吊提升功效：约240m3/d；

龙门吊提升方案功效：约300m3/d；

莲花吊提升方案功效：约600m3/d；

经三个项目施工实践，莲花吊垂直提升方案在功效、经济性上均优势明显。

使用条件：基坑具备挖机喂料条件、现场具备临时堆料条件、现场临电负荷需求75kW。

图1 管廊内部分舱

2.2 盾构始发场地需求

综合管廊项目1号盾构机始发场地位于9#综合井场区，前期征地时和地方进行了妥协，现场可用于临建布置的场地只有3300m2，导致现场渣土池容量较小，成为严重影响盾构连续掘进的制约因素，工期不可控。

后2号盾构机在21#始发，项目对现场临时用地进行了充分扩大，21#渣土池长度120m，宽度8m，深度3.5m，基本满足连续施工需求。

表1 掘进功效对比表

2.3“上软下硬”地层盾构机姿态控制过程中的矫枉过正

本项目1号盾构机掘进9#～8#区间时，掘进断面为上软下硬不均匀地层，其中正1环～正18环软硬岩比为0.56，至正18环掘进结束，前盾上浮99mm，正19环～正31环，软硬岩比为0.67，至正31环掘进结束，前盾上浮264mm。

经两阶段常规纠偏措施后，盾构机姿态持续上浮，后在正31环进行开仓，更换边缘滚刀一把，超挖半径增加7cm，至正40环，盾构机刀盘124mm，盾尾240mm，出现明显下降趋势。

由于超挖过大，造成同步注浆量增加，管片上浮很难控制，管片错台严重，隧道椭变最大值达到26cm，管片破损增加，严重影响了成型隧道质量。

后在7#综合井开仓更换超挖刀，超挖半径增加5cm，施工质量得到了较好的控制。

经验教训：不均匀地层控制盾构机姿态上浮，采用扩挖手段是可行的，但应采取循序渐进的谨慎态度，切不可猛纠，否则将会对施工质量造成严重影响。

图2 正19环～正31环盾构机姿态

2.4 盾构机穿越综合井防“栽头”措施

该项目原设计盾构机穿越综合井前对已结构施工完成的综合井进行黏土回填，由于盾构机穿越期间，井外水系和井内回填土联通，盾构掘进渣土改良过程中也会造成回填材料富水，造成承载力下降，容易造成盾构机在井内“栽头”，成洛大道综合管廊盾构及穿越17#综合井时便发生了“栽头”险情，后经调整后顺利过站，为避免后期穿越综合井安全，施工单位提出变更回填材料要求，变更为综合井底板以上2m范围内采用连砂石掺加水泥回填，水泥掺加量为回填量的4%～5%；2m以上部分采用土石回填；回填工程分层碾压密实，每层厚度＜30cm，回填完成后，其压实度不得低于90%，承载力不得低于270kN/m2。

2.5 内部结构施工工法选择

该综合管廊内部结构工序复杂，共有5个工序：弧形支座、隧底回填（两侧标高不一致）、下隔墙及中板结构、上隔墙、上隔墙顶部填充，本项目采取了两种工法，支架现浇和台车法，台车法只应用于中隔板以下结构，台车设计前对隧道断面进行了整体测量，保证台车模板能够适应实际工况，对液压系统进行了模拟，并增加外振器，保证混凝土振捣效果，上隔墙采用定制整体模板加固系统，实现整体移动，台车法在9#～12#隧道区段进行应用，虽然功效上提高不大，但在劳务作业人员需求上减少了一半，模板及周转材料大大节约，取得了良好的经济效果。

3 对后续盾构综合管廊设计的几点建议

3.1 充分考虑盾构施工需求，结合支廊条件，进行综合统筹优化

本管廊隧道院设计盾构始发井为9#、21#综合井，均为分体始发，在1#、21#分别设计有1号和5号电力隧道，两条电力隧道在设计阶段应考虑作为盾构始发的反向隧道，避免出现盾构分体始发情况，节约建设成本。

3.2 综合井建筑结构设计存在问题与分析，改进措施与建议

始发与接收井环框梁：始发与接收井环框梁环框梁采用矩形截面（优化前），中板与环框梁通过套筒连接，其施工缝均位于同一位置，后期施工缝容易出现开裂现象；

改进措施：环框梁与中板采用企口形式，改善中板与环框梁间的连接方式，使结构受力更合理，见图3。

图3 环框梁与中板连接优化图

3.3 综合井数量偏多

该综合管廊全线共设21处，施工过程中盾构机频繁过井，给掘进过程中的盾构姿态控制、掘进精度提出了更高要求，且每个井都需要完整的围护工程、结构工程、机电安装工程，较多的综合井，增大了项目投资。从火灾工况下的火灾规模、人员疏散时间及排烟风机规模、高温对土建和设备的影响等方面着手，优化防火分区长度，减少综合井数量，从而减少对盾构施工影响，优化项目总投资。建议后续设计中优化节点布置，降低建设成本。

3.4 综合井规模偏大

全线每500m左右设置一处包含投料功能的综合井，共计10处，约占全线节点47.6%。设置投料口的综合井净空尺寸为25m×12m，不设投料口的综合井净空尺寸为18m×12m。投料综合井规模因燃气舱和非燃气舱投料口的空间需求，较非投料节点增加了7m，建设规模增加了约38.9%。

由于外环境对入廊管线和传统直埋管线的影响有本质的变化，管线寿命将极大提高，日常维护、更换周期将大幅度延长，因此，建议设置临时吊装口满足管线初期入廊安装需求，使用完成后封闭。正常运营期间，使用较少永久吊装口，满足维修设备设施进出和局部管节更换使用，建议增大吊装口间距。

3.5 综合井与管线设计应同步

综合井土建设计时，管线设计单位未同步参与，管线设计滞后，管线设计时对综合井提出了较多安装要求和修改意见，尤其是管道支墩、预留孔位置、阀门安装位置、燃气管π型弯设置等，综合井土建设计无法全部满足管线设计要求，致使综合井内部做了部分变更，给施工单位后续施工带来了较大难度。

4 结束语

盾构法施工地下综合管廊对城市现状影响较小，在众多工法中有着独特的优势，随着后续综合管廊项目在各大城市的逐步开展，盾构综合管廊将会更多的被选择和应用，本文以成洛大道盾构综合管廊为例，介绍了施工过程中的一些经验教训，同时由于现行规范尚未完善，简单提出了几条设计建议，希望为今后类似工程设计、施工提供借鉴意义。