老旧城区盾构管廊建设技术应用研究

2022-07-03平捷苗雷强于海洋周思青

低温建筑技术 2022年5期

平捷，苗雷强，于海洋，周思青

（1.石家庄嘉泰管廊运营有限公司，石家庄 050000；2.河北省建筑科学研究院有限公司，石家庄 050021；3.河北省建筑工程质量检测中心有限公司，石家庄 050021）

0 引言

近年来，国内大部分城市普遍存在因各种管线维修和改迁，重复开挖城市道路而形成的“道路拉链”现象，造成经济和人力的浪费［1］。综合管廊的出现，使这一现状得到极大改观，其建造有明挖法施工和暗挖法施工两大类。暗挖法施工以顶管和盾构为主［2］，且主要集中在便于施工的新城区，相比之下，老旧城区因地面交通错综复杂、地下既有管线纵横交错，管廊建设难题较多，采用盾构法施工更符合老旧城区地下综合管廊建设的自身特点。

针对盾构综合管廊建设的各种问题，已有诸多学者进行了相关研究。王丁杰、余祖峰等结合工程实例，从盾构法应对复杂地质的技术难点、地面沉降的控制等方面分析了盾构法在综合管廊建设中的可行性和适用性［3］。段亚刚针对综合管廊建设的特点，对小直径盾构隧道在管片结构规格、盾构机技术标准等方面进行适应性研究，形成了一套适用于综合管廊的盾构规格标准［4］。郑国栋从盾构始发井设计、施工通道设计、工作井防水设计、隧道结构设计和防水设计等方面，对盾构施工的设计方案进行了研究分析，并结合工程实例对盾构掘进、盾构机拆卸等施工操作要点进行了总结［5］。方兴杰、孙旻等以沈阳综合管廊项目为工程背景，分析了老城区综合管廊盾构法施工存在的盾构机始发、盾构机过节点井、锚索施工区、富水地层小半径掘进、盾构和节点井的施工顺序等技术难题，提出了盾构分体始发、空推过节点井、锚索处理、小半径掘进、先盾后井等施工技术［6］。柳宪东针对在城市中心区大规模明挖工法建设地下综合管廊的可实施性差的问题，提出了与地铁结合、同步规划、同步设计和同步实施，采用盾构工法建设地下综合管廊的设计理念，并对盾构综合管廊与地铁的结合形式、防火分区长度划分原则、出地面口部（逃生口和吊装口）间距要求、等关键技术问题进行了研究分析［7］。

文中以石家庄市塔北路综合管廊为背景，从综合管廊设计要点、施工要点对老旧城区复杂环境下的综合管廊建设关键技术进行了分析，以期为今后我国在老旧城区建设综合管廊提供参考。

1 工程概况

根据2015～2030《石家庄市城市地下综合管廊工程规划》，塔北路段地下综合管廊西起建设大街东至东二环，沿塔北路东西向铺设，道路全长5.85km，采用4条盾构区间，隧道埋深约为15.7～35.6m。管廊线路设计为“北-南-北”三段，分别为综合管段Ⅰ段（道路北侧），综合管段Ⅱ段（道路南侧），分别为综合管段Ⅲ段（道路北侧）；与在建地铁三号线的6站5区间重合，是全国第一条完全与地铁线路平行实施的盾构工法地下综合管廊，也是石家庄市第一座设于老城区内的地下综合管廊，塔北路综合管廊规划如图1所示。

图1 石家庄市塔北路综合管廊规划

2 塔北路综合管廊设计要点分析

2.1 综合管廊节点设计

综合管廊舱室内应设置节点井用以满足管线接驳、人员出入、进排通风、吊装、逃生等功能要求，节点井可分为单节点设置和组合节点设置两类。单节点设置是指按不同功能对进风口、排风口、投料口、逃生口、吊装口等分别设置单个节点，组合节点设置是指集约化地将多个节点组合布置于1个节点井内，能减少地面洞口的数量，减少管廊非标段的长度，便于标准段预制拼装工艺的推广与使用［8］。

石家庄市塔北路综合管廊工程共设置19座节点井，包含12座工艺井及7座盾构井。其中工艺井用以实现管廊通风、管线进出支、管廊机电设备放置、人员检修出入、逃生等方面的功能，盾构井兼具工艺井的全部功能及盾构机始发接收功能。综合管廊的每个舱室设置了人员出入口、逃生口、吊装口、进风口、排风口、管线分支口、与市政管线接驳口、与地铁区间或其他地下构筑物交叉等节点。其中露出地面的逃生口、吊装口和进排风口与城市道路、景观系统相结合，满足城市防洪要求，并采取防止地面水倒灌及外物入侵措施。

塔北路综合管廊采用综合节点井设计，满足管廊主体通风、事故后排烟、人员逃生、管线设备吊装、电缆管线投料等功能，减少了盾构区间综合井的设置。为满足“含有热力舱室的地下综合管廊节点井间距不应超过400m”这项规范要求，塔北路管廊将电缆投料口与吊装口结合，降低了管廊节点井的数量与密集程度，有效减少了节点井出地面面积，降低了对道路及行人的影响，发挥了盾构法施工的性价比。塔北路综合管廊综合井如图2所示。

图2 塔北路管廊综合井示意图（单位：mm）

塔北路综合管廊盾构工程完全与地铁线路平行实施，且地铁方案与实施均先于管廊，在兼顾现有地铁管线设计和规划道路红线的基础上，为了不破坏管廊的整体性，设置了两处盾构转换井，将管廊整体连同管廊内部管线、设备等一起由道路北侧转换至南侧，再由南侧转换回北侧。管廊线路的“北-南-北”三段，与地铁线路的“南-北-南”三段相对应，通过转换通道将管廊三段连接，在连接处的盾构井具备转换通道功能。该转换井将管线从管廊层通过转换通道转换至管廊的另一段，转换通道内的管线仍按两舱设置，同主管廊内分舱布局保持一致。

2.2 综合管廊标准横断面设计

综合管廊的标准横断面设计过程中，需要全面明确管线的实际扩容需求、管线合理间距、管线工作空间以及各项设备布置情况等［9］。根据规划，塔北路综合管廊结合地铁三号线的建设方案，在不考虑雨水、污水排水及天然气管线纳入综合管廊的情况下，将给水、中水、电力、通信、供热五种管线均纳入综合管廊。

塔北路综合管廊设置为上下两个舱室，上部为电力舱、水舱，下部为热力舱、通信舱。针对盾构管廊从结构安全角度上无法满足每200m破坏盾构管片建设一处人员逃生口的特性，提出了一种综合管廊电力舱火灾时紧急逃生的方案，将热力、通信舱视为安全区域，在中板处设置逃生口，通过机械加压送风保证烟气不会泄露，加压送风量计算参考避难层加压送风量计算方式。这一紧急逃生方案对有同样困难的国内综合管廊或地下隧道提供依据。塔北路综合管廊标准横断面如图3所示。

图3 综合管廊标准横断面详图（单位：mm）

3 塔北路综合管廊施工要点分析

3.1 “先盾后井”施工工艺

盾构施工过程通常采用先施工竖井后施工隧道的方案，会经常性穿越节点竖井，频繁的进出洞需要大量的辅助措施，致使工期延长［10］。塔北路综合管廊所在道路周边拆迁难度较大、工期较紧，因此采用“先盾后井”的工艺做法。

塔北路综合管廊“先盾后井”的施工工艺利用盾构机沿管廊的设计路线进行掘进并于隧道内拼装管片，当盾构机掘进至工艺井处，切割所施工的支护桩并于工艺井处隧道内拼装管片，这会增加基坑支护的施工程度。施工方针对工艺井隧道顶部“无根”吊脚桩的特点，采用了吊脚桩根部混凝土支撑和格栅喷射混凝土措施，形成了先盾后井井底基坑围护新技术。采用地表袖阀管注浆加固及洞内径向注浆加固措施，形成了先盾后井端头地层加固技术，如图4所示。掘进施工需在工艺井外周平行于管廊设计路线两侧施工围护桩，同时要分层拆除工艺井内部管片，这也会加剧管片位移风险。施工方采用工艺井影响范围内的管片加固措施，形成了先盾后井管片支撑与拆除安全施工技术。以上技术成果被成功应用于石家庄市塔北路综合管廊工程9座工艺井的施工当中。

图4 盾构井端头地层加固型式（单位：mm）

3.2 管廊与地铁附属相结合

研究表明，当综合管廊与地铁线路平行或交叉时，可同步设计并有效衔接施工顺序；当同一市政道路下方同时规划有综合管廊及地铁工程时，将两工程协同施工或实现两工程共用结构，有利于集约城市用地、节约工程投资。当综合管廊工程与地铁工程工期匹配时，两工程可采用共结构形式，实施时共用围护结构；随着大量市政管线入廊，可减少管线单独修建、改造对运营后的地铁工程影响，管廊工程可减少传统管线建设对周边环境的影响［11］。

塔北路综合管廊工程与石家庄地铁三号线区间路由平行，沿线经过地铁5站5区间，管廊节点井设置原则与地铁车站附属设置原则较为接近。由于盾构始发井需要的长度较长，项目2号盾构始发井与地铁三号线塔冢站东北出入口相结合，共用基坑和部分围护桩，这种做法有效减少了重复开挖与临时用地面积，经济科学，适用于地下综合管廊与地铁同期建设的情况。