埋藏式水工钢管与既有建筑物交叉段关键施工技术研究

侯永强

（福建省水利水电建设有限公司，福建 福州 350000）

引 言

交叉段施工一直是施工中的难点和重点，直接影响着工程的施工安全、质量和能否顺利完工，对此，很多工程项目对交叉段施工进行了专项研究。埋藏式水工钢管与既有建筑物交叉段施工和其他建筑物与既有建筑物交叉段施工不同，有着自身的特点和难点，主要体现在水的脉动压力、有压无压、防渗等方面。司培育等[1]对鄂北工程PCCP倒虹吸下穿郑万高铁设计工作重点和难点进行分析研究，提出了鄂北工程下穿郑万高铁交叉段设计方案，并对方案实施效果作了总体评价。余俊良[2]通过对双江口尾水调压室交通洞跨1#导流洞交叉段开挖技术措施分析,可为类似项目施工提供借鉴和参考。李天宏[3]针对山西省东山供水工程某输水隧洞“T”字型主支洞交叉段施工，实际施工过程应用了文中施工流程及控制参数，取得了预期的施工效果。本文结合溪源泄洪洞主体工程标，对埋藏式水工钢管与既有安置房建设交叉段提出了两种施工方案，经过技术经济比较，认为涉安置房段地下连续墙支护基坑内设置箱涵通道方案是可行的。

1 工程背景

溪源泄洪洞主体工程标目前正在进行隧洞出口浅埋钢管段与既有安置房交叉段基坑支护地下连续墙及旋喷桩施工，与埋管段交叉的安置房项目，预留给泄洪洞工程施工用地为宽30 m（连续墙边线两侧各10 m、基坑宽10 m）。根据地质勘探揭露，埋藏式钢管段分布地层主要包括：①层人工填土层，②-1层粉质黏土层，②-2层粉细砂～中细砂层，②-3层含卵砾石中细砂层，②-4层淤质粉质黏土层，②-5层泥质粉细砂、粉细砂、中粗砂层，②-6层砂卵砾石层。埋管段底板建基面主要置于②-2层，局部置于②-3层，②-2层地基承载力偏低，②-3层较薄，因此原设计施工方案采用地下连续墙支护垂直明挖基坑，作为隧洞洞挖的临时施工通道，待完成隧洞所有项目施工后，再开挖至基坑底部进行埋管及外包混凝土施工并平整场地至标高14.18 m。按施工总进度计划，与安置房项目交叉的埋管段计划于2023年7月完工，完工后地块再移交给安置房项目。现实际情况为安置房项目推进速度更快，已先于泄洪洞工程，且安置房计划于2021年底交付使用，该交叉段施工场地需在2021年10月前平整至14.18 m标高移交给安置房项目，施工条件已发生变化。地块移交的时间将会影响安置房的建设，导致安置房小区的场地绿化、景观及消防通道建设等相应延后，无法验收并及时交房，直接影响安置房回迁户的回迁，造成移民安置过渡费的大幅增加，对泄洪洞项目建设和安置房项目都极为不利。为最大限度规避溪源泄洪洞主体工程标施工对安置房项目的影响，经多方讨论研究，作出调整安置房埋管段施工方案的决定。

2 方案概述

为最大限度规避泄洪洞主体工程标与安置房项目交叉施工的影响，确保安置房项目能按期交付使用，同时尽量维持原设计支护方案和水工建筑物结构，方案需考虑施工安全和已建安置房的结构安全、减少施工时对已回迁居民的影响、调整后的方案经济合理且有利于确保施工进度等原则。共选择两个解决交叉施工问题的方案进行研究。

2.1 箱涵通道方案概述

2.1.1 概 述

在交叉段箱涵通道施工中，经常会遇到超挖、坍方等问题，这对新奥法施工有一定的难度。若超挖、坍方超过1 m，再采用喷混凝土补平，困难较大，不但影响施工进度，而且在造价上增加很多，若采用回填土石及浆砌片石，不但增加支护结构受力，而且也影响进度和质量。在埋藏式水工钢管与既有安置房交叉段施工中，对于超挖问题的处理，引入了坍落拱的概念，坍落拱的形状及计算公式参见有关文献。

在交叉段基坑内，结合钢管外包混凝土结构，先浇筑钢筋混凝土箱涵结构，箱涵施工完成后，上部回填土方，地块移交安置房项目进行规划的绿化景观措施施工，利用已施工的箱涵作为出口段隧洞的施工临时通道，与堤外浅埋钢管支护段基坑基槽连接通往地面，待隧洞洞内所有项目施工完成后，再进行涉安置房浅埋钢管和剩余外包混凝土的施工。箱涵通道方案支护断面如图1所示。

图1 箱涵通道方案支护断面

2.1.2 本方案实施重点及存在问题

实施重点：箱涵结构须在基坑开挖至设计底高程才能进行施工。箱涵侧墙与基坑内混凝土地下连续墙采用植筋方式连接。箱涵破堤施工及隧洞施工时，均需设置防洪围堰，确保箱涵及出口段隧洞施工的防洪安全。

存在问题：基坑支护地下连续墙顶部压顶梁高程为12.20 m，箱涵施工完成后，上部回填土方至14.18 m高程，无法对连续墙自身的结构进行安全监测。通道出口防洪围堰与堤外的埋管段存在交叉施工影响，需合理安排施工顺序。

2.1.3 箱涵方案对工期影响分析

箱涵施工考虑钢筋绑扎、混凝土浇筑时间及龄期要求，需增加工期约3个月。箱涵施工完成后，隧洞出渣通道由明槽变为暗涵，增加暗涵长度约210 m（利用暗涵作为施工通道进行施工的出口段隧洞长约2 000 m、爆破施工约1 350个循环），每循环通风排烟时间增加20 min，合计增加通风排烟时间约20天。箱涵方案合计增加工期约110天。

2.1.4 箱涵方案对既有建筑物的影响分析

箱涵施工完成后，基坑回填土方至14.18 m高程，涉安置房项目的施工用地可移交给安置房项目进行规划的绿化景观施工，泄洪洞项目出口段隧洞洞内所有项目及涉安置房段埋管的施工均从堤外的涵洞出口进入，与安置房项目不存在交叉施工的影响。出口段隧洞和涉安置房段埋管的施工工期约3年，工期较长，前期采用箱涵结构作为施工通道，与基坑支护结构形成整体，可减少支护结构整体的变形，对泄洪洞项目的施工安全及两侧安置房项目安全更有保障。由于箱涵上部已回填土，覆土厚度约10 m，隧洞爆破施工时的噪音对安置房项目影响较小。

2.2 盖板方案概述

2.2.1 概 述

在涉安置房埋管段基坑支护连续墙顶部增设盖板方案：在涉安置房埋管段基坑开挖至设计底高程后，结合钢管外包混凝土结构，先浇筑钢筋混凝土底板结构，底板厚度为500 mm，在底板达到设计强度后，拆除基坑内第四道钢管支撑，在地连墙压顶梁顶部增设厚500 mm钢筋混凝土盖板，盖板上部回填土方至14.18 m高程，地块移交安置房项目进行规划的绿化景观施工，该埋管段基坑由明槽变为暗涵，仍作为出口段（XHD4+565.51～XHD 6+572.57）隧洞的施工通道，与堤外浅埋钢管支护段基坑基槽连接（先按8%纵坡开挖，待出口段隧洞完成钢筋混凝土衬砌，将进行洞内375 m段钢管衬砌施工时，基坑再开挖至设计基底高程）通往地面，在出口段隧洞洞内所有项目施工完成后，再进行涉安置房段浅埋钢管和剩余外包混凝土的施工。盖板方案支护断面如图2所示。

图2 盖板方案支护断面

2.2.2 本方案实施重点及存在问题

实施重点：盖板结构须在基坑开挖至设计底高程并浇筑钢筋混凝土底板后才能进行施工。浇筑底板破堤施工及出口段隧洞施工时，均需设置防洪围堰，确保基坑及出口段隧洞施工的防洪安全。

存在问题：基坑支护地下连续墙顶部压顶梁高程为12.20 m，盖板施工完成后，上部回填土方至14.18 m高程，无法对连续墙自身的结构进行安全监测。在钢管及外包混凝土施工完成后，由于上部已实施盖板且回填了土方，外包混凝土顶部至盖板底部之间的土方回填难以实施。如要按设计方案回填土方，需拆除盖板，才能进行填土施工，拆除盖板势必会对安置房项目造成影响。

2.2.3 盖板方案对工期影响分析

盖板采用预制件，盖板施工时考虑盖板预制和龄期要求及吊装时间，盖板施工增加工期约3个月。盖板施工完成后，隧洞出渣通道由明槽变为暗涵，增加暗涵长度约210 m（利用暗涵作为施工通道进行施工的出口段隧洞长约2 000 m、爆破施工约1 350个循环），每循环通风排烟时间增加20 min，合计增加通风排烟时间约20天。盖板方案合计增加工期约110天。

2.2.4 盖板方案对既有建筑物的影响分析

盖板施工完成后，盖板上部回填土方至14.18 m高程，涉安置房项目的施工用地可移交给安置房项目进行规划的绿化景观施工，泄洪洞项目出口段隧洞洞内所有项目及涉安置房段埋管的施工均从堤外的涵洞出口进入，与安置房项目不存在交叉施工的影响。出口段隧洞和涉安置房段埋管的施工工期约3年，工期较长，在地连墙顶部采用盖板覆盖形成暗涵通道，顶部覆土及地面车辆荷载通过盖板传递到地连墙，由于地连墙设计主要考虑受侧向土压力，采用盖板方案增加了地连墙竖向的受力，对地连墙整体稳定不利。由于盖板上部回填土较薄（2 m），隧洞爆破施工时的噪音对安置房项目有一定的影响。

3 方案比选

3.1 技术比较

方案一结合钢管外包混凝土设置箱涵结构，方案二地连墙顶部设盖板方案，方案实施后，上部回填土方至14.18 m高程，地块移交安置房项目，隧洞及埋管段施工从涵洞出口进入，与安置房项目不存在交叉施工的影响。采用箱涵结构作为施工通道，与基坑支护结构形成整体，受力条件较好，可减少支护结构整体的变形，对泄洪洞项目的施工安全及两侧安置房项目安全更有保障；地连墙顶部采用盖板覆盖形成暗涵通道，顶部覆土及地面车辆荷载通过盖板传递到地连墙，对地连墙整体稳定不利，从而影响施工安全。且盖板方案外包混凝土顶部至盖板底部之间的土方回填难以实施，如要按设计方案回填土方，需拆除盖板，才能进行填土施工，拆除盖板势必会对安置房项目造成影响。箱涵方案上部回填土后，覆土厚度约为10 m，隧洞爆破施工时的噪音对安置房项目影响较小。盖板方案上部回填土较薄（2 m），隧洞爆破施工时的噪音对安置房项目有一定的影响。安全监测上，因箱涵施工后与基坑支护地下连续墙形成整体，可通过加强箱涵变形监测、地面沉降观测等措施监控。因此，从技术上来说，方案一优于方案二。

3.2 经济比较

方案一概算投资约1 200万元，方案二概算投资约1 000万元，从土建工程投资上看，方案二较方案一少200万元，略优于方案一。虽然方案一比方案二投资增加200万元，但方案一结构整体性、刚度、抗渗性、可靠性明显优于方案二，且风险较小，后期施工对安置房项目没有影响。地下连续墙为临时性建筑物，按临时结构设计，由于出口段施工时间较长，考虑泄洪洞出口段隧洞施工安全和已建安置房的安全及施工期的影响，选择方案一作为施工调整方案进行设计变更，即在涉安置房段地下连续墙支护结构内，结合钢管外包混凝土结构，先浇筑箱涵结构作为施工通道的方案。

4 结 论

经过技术经济比较，从工程施工、建设投资以及对安置房的影响等综合分析，场地条件变化后，涉安置房段地下连续墙支护基坑内设置箱涵通道方案，增加了施工难度与工程投资，工期受到影响，但经综合分析后，箱涵通道方案的安全满足规范要求，能有效解决与安置房交叉施工的影响，减少施工时对已回迁居民的影响。该箱涵通道方案经相关专家论证，目前已进入施工实施阶段。经实践，涉安置房段地下连续墙支护基坑内设置箱涵通道方案是可行的。