管群下地下商场大管棚经济技术和稳定掌子面施工方案的优化研究

刘芳

摘 要：深圳市中信广场地下工程位于深圳市中心地带，地面车流量大、交通繁忙，施工干扰大；地下施工范围内煤气管、给水管、雨水管和通信管线交错布置，且前期的地铁施工已对通道结构周围的土体进行了多次扰动，因此，施工环境十分复杂。经专家研究决定，以科研为先导，以施工经验为基础，即先通过数值模拟分析的研究，对施工效应进行预测，然后结合以往的施工经验对施工方案进行优化研究。

关键词：优化；大管棚经济技术；稳定掌子面；方案比选

1 优化原则

在深圳市中信广场地下工程B区的施工方案优化研究中，把整个优化工作分为如下几部分：超前支护方案的优选，施工方法的优化分析，稳定掌子面的方案优选，台阶长度的优化分析，控制地层松弛加固地层方法的优选等。方案优化的原则主要有：（1） 确保地面主干道行车速度和地下管线的正常运营，保证城市的正常生活，对地面灵敏目标处的沉降进行观测和控制；（2） 有较强的操作性，充分考虑我们现阶段的施工技术水平以及本工程的具体特点；（3） 灵活性好，应变能力强，根据断面形状和地质条件因地制宜的选择施工方案，一旦出现施工灾害，能迅速采取措施；（4） 具有可连续性，兼顾前后施工工序的衔接；（5） 具有较好的社会效益与经济效益，在保证工期、确保结构和环境安全的条件下降低工程造价。

2 大管棚经济技术方案比选

大管棚可在Φ180、Φ159、Φ108三种型号中选择，管棚在超前支护中等效梁作用明显，可以承担开挖方向的有效土体作用，见图1：

隧道开挖方向B为安装钢格栅的操作宽度，一般为0.5m～0.6m；掌子面以上土体破坏滑移面为45°+φ/2，在管棚悬空宽度B与滑移面范围内形成一个压力拱线f（x），覆土层越薄，拱线效应越不明显。ψ（x）为已完成钢格栅对管棚的反力曲线，τ（x）开挖方向土体对管棚的反力曲线。

从以上图表可以看出，随着管棚直径的增加刚度迅速加大，当管棚直径由Φ108增加Φ159时管棚自身位移3.84mm减小到0.88mm，超前支护效果明显；当管棚直径由Φ159增加Φ180时管棚自身位移3.84mm减小到0.88mm，超前支护效果差别不大，而造价增加很多，造成不必要的浪费。

本工程开挖断面大，管线众多，对沉降控制要求严格，通过经济技术分析比选，选择Φ159大管棚为最佳方案。

3 稳定掌子面的方法比选

在施工开始我们就提出“保护围岩”是隧道施工应遵守的一个重要理念，但如何保护围岩，就只有采用增强围岩自身支护能力的辅助工法。在土类围岩中，确保掌子面稳定是至关重要的，常用的方法有：维护拱顶稳定的超前支护、维护掌子面稳定的正面锚杆和核心土、以及拱脚稳定的锁脚管（锚杆）等，在通过对超前预支护方案进行了比选后，这里仅对后者进行说明。

3.1 小管棚注浆：小管棚的施工，基本上与注浆小导管相同，但超前支护范围大，多采用长度5～7m的钢管，以间隔30～60cm的距离打入。超前支护效果好，但费时，对施工循环有一定影响。

3.2 掌子面正面喷混凝土：正面喷混凝土是在开挖后自稳性差的开挖面喷射3～10cm左右的混凝土，覆盖掌子面，以防止掌子面松弛，提高掌子面的自稳性。喷混凝土不是作为轴力构件发挥作用的，是防止剥离的，常常与正面锚杆同时使用。此外通过目视喷射表面是否有龟裂发生，还可以获得有无崩塌发生的信息。

3.3 正面锚杆：正面锚杆是在掌子面有显著崩塌情况下采用的。锚杆一般长2～3m，视崩塌情况施设。

3.4 预留核心土：为了充分利用掌子面的空间支护效应，预留核心土也是比较有效的稳定掌子面的方法。

综合上述稳定掌子面的辅助工法，结合本工程的实际，选用掌子面正面喷射混凝土+预留核心土的方法；在砂层，由于含水量大，掌子面自稳性较差，采用掌子面小导管注浆来通过。

参考文献

[1] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论.北京： 科学出版社， 2004.

[2] 施仲衡.浅埋暗挖法设计理论论述.现代隧道技术，2005，42（2）：37-39.

[3] 冯卫星，王克丽.地道桥顶进设计与施工.石家庄：河北科学技术出版社，2001.

[4] 吴波，高波，索晓明等.城市地铁隧道施工对管线影响的研究.岩土力学，2004，25（4）：657-663.

[5] 刘月梅.城市施工中地下管线的保护.市政技术，2005，23（4）： 235- 236.endprint

摘 要：深圳市中信广场地下工程位于深圳市中心地带，地面车流量大、交通繁忙，施工干扰大；地下施工范围内煤气管、给水管、雨水管和通信管线交错布置，且前期的地铁施工已对通道结构周围的土体进行了多次扰动，因此，施工环境十分复杂。经专家研究决定，以科研为先导，以施工经验为基础，即先通过数值模拟分析的研究，对施工效应进行预测，然后结合以往的施工经验对施工方案进行优化研究。

关键词：优化；大管棚经济技术；稳定掌子面；方案比选

1 优化原则

在深圳市中信广场地下工程B区的施工方案优化研究中，把整个优化工作分为如下几部分：超前支护方案的优选，施工方法的优化分析，稳定掌子面的方案优选，台阶长度的优化分析，控制地层松弛加固地层方法的优选等。方案优化的原则主要有：（1） 确保地面主干道行车速度和地下管线的正常运营，保证城市的正常生活，对地面灵敏目标处的沉降进行观测和控制；（2） 有较强的操作性，充分考虑我们现阶段的施工技术水平以及本工程的具体特点；（3） 灵活性好，应变能力强，根据断面形状和地质条件因地制宜的选择施工方案，一旦出现施工灾害，能迅速采取措施；（4） 具有可连续性，兼顾前后施工工序的衔接；（5） 具有较好的社会效益与经济效益，在保证工期、确保结构和环境安全的条件下降低工程造价。

2 大管棚经济技术方案比选

大管棚可在Φ180、Φ159、Φ108三种型号中选择，管棚在超前支护中等效梁作用明显，可以承担开挖方向的有效土体作用，见图1：

隧道开挖方向B为安装钢格栅的操作宽度，一般为0.5m～0.6m；掌子面以上土体破坏滑移面为45°+φ/2，在管棚悬空宽度B与滑移面范围内形成一个压力拱线f（x），覆土层越薄，拱线效应越不明显。ψ（x）为已完成钢格栅对管棚的反力曲线，τ（x）开挖方向土体对管棚的反力曲线。

从以上图表可以看出，随着管棚直径的增加刚度迅速加大，当管棚直径由Φ108增加Φ159时管棚自身位移3.84mm减小到0.88mm，超前支护效果明显；当管棚直径由Φ159增加Φ180时管棚自身位移3.84mm减小到0.88mm，超前支护效果差别不大，而造价增加很多，造成不必要的浪费。

本工程开挖断面大，管线众多，对沉降控制要求严格，通过经济技术分析比选，选择Φ159大管棚为最佳方案。

3 稳定掌子面的方法比选

在施工开始我们就提出“保护围岩”是隧道施工应遵守的一个重要理念，但如何保护围岩，就只有采用增强围岩自身支护能力的辅助工法。在土类围岩中，确保掌子面稳定是至关重要的，常用的方法有：维护拱顶稳定的超前支护、维护掌子面稳定的正面锚杆和核心土、以及拱脚稳定的锁脚管（锚杆）等，在通过对超前预支护方案进行了比选后，这里仅对后者进行说明。

3.1 小管棚注浆：小管棚的施工，基本上与注浆小导管相同，但超前支护范围大，多采用长度5～7m的钢管，以间隔30～60cm的距离打入。超前支护效果好，但费时，对施工循环有一定影响。

3.2 掌子面正面喷混凝土：正面喷混凝土是在开挖后自稳性差的开挖面喷射3～10cm左右的混凝土，覆盖掌子面，以防止掌子面松弛，提高掌子面的自稳性。喷混凝土不是作为轴力构件发挥作用的，是防止剥离的，常常与正面锚杆同时使用。此外通过目视喷射表面是否有龟裂发生，还可以获得有无崩塌发生的信息。

3.3 正面锚杆：正面锚杆是在掌子面有显著崩塌情况下采用的。锚杆一般长2～3m，视崩塌情况施设。

3.4 预留核心土：为了充分利用掌子面的空间支护效应，预留核心土也是比较有效的稳定掌子面的方法。

综合上述稳定掌子面的辅助工法，结合本工程的实际，选用掌子面正面喷射混凝土+预留核心土的方法；在砂层，由于含水量大，掌子面自稳性较差，采用掌子面小导管注浆来通过。

参考文献

[1] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论.北京： 科学出版社， 2004.

[2] 施仲衡.浅埋暗挖法设计理论论述.现代隧道技术，2005，42（2）：37-39.

[3] 冯卫星，王克丽.地道桥顶进设计与施工.石家庄：河北科学技术出版社，2001.

[4] 吴波，高波，索晓明等.城市地铁隧道施工对管线影响的研究.岩土力学，2004，25（4）：657-663.

[5] 刘月梅.城市施工中地下管线的保护.市政技术，2005，23（4）： 235- 236.endprint

摘 要：深圳市中信广场地下工程位于深圳市中心地带，地面车流量大、交通繁忙，施工干扰大；地下施工范围内煤气管、给水管、雨水管和通信管线交错布置，且前期的地铁施工已对通道结构周围的土体进行了多次扰动，因此，施工环境十分复杂。经专家研究决定，以科研为先导，以施工经验为基础，即先通过数值模拟分析的研究，对施工效应进行预测，然后结合以往的施工经验对施工方案进行优化研究。

关键词：优化；大管棚经济技术；稳定掌子面；方案比选

1 优化原则

在深圳市中信广场地下工程B区的施工方案优化研究中，把整个优化工作分为如下几部分：超前支护方案的优选，施工方法的优化分析，稳定掌子面的方案优选，台阶长度的优化分析，控制地层松弛加固地层方法的优选等。方案优化的原则主要有：（1） 确保地面主干道行车速度和地下管线的正常运营，保证城市的正常生活，对地面灵敏目标处的沉降进行观测和控制；（2） 有较强的操作性，充分考虑我们现阶段的施工技术水平以及本工程的具体特点；（3） 灵活性好，应变能力强，根据断面形状和地质条件因地制宜的选择施工方案，一旦出现施工灾害，能迅速采取措施；（4） 具有可连续性，兼顾前后施工工序的衔接；（5） 具有较好的社会效益与经济效益，在保证工期、确保结构和环境安全的条件下降低工程造价。

2 大管棚经济技术方案比选

大管棚可在Φ180、Φ159、Φ108三种型号中选择，管棚在超前支护中等效梁作用明显，可以承担开挖方向的有效土体作用，见图1：

隧道开挖方向B为安装钢格栅的操作宽度，一般为0.5m～0.6m；掌子面以上土体破坏滑移面为45°+φ/2，在管棚悬空宽度B与滑移面范围内形成一个压力拱线f（x），覆土层越薄，拱线效应越不明显。ψ（x）为已完成钢格栅对管棚的反力曲线，τ（x）开挖方向土体对管棚的反力曲线。

从以上图表可以看出，随着管棚直径的增加刚度迅速加大，当管棚直径由Φ108增加Φ159时管棚自身位移3.84mm减小到0.88mm，超前支护效果明显；当管棚直径由Φ159增加Φ180时管棚自身位移3.84mm减小到0.88mm，超前支护效果差别不大，而造价增加很多，造成不必要的浪费。

本工程开挖断面大，管线众多，对沉降控制要求严格，通过经济技术分析比选，选择Φ159大管棚为最佳方案。

3 稳定掌子面的方法比选

在施工开始我们就提出“保护围岩”是隧道施工应遵守的一个重要理念，但如何保护围岩，就只有采用增强围岩自身支护能力的辅助工法。在土类围岩中，确保掌子面稳定是至关重要的，常用的方法有：维护拱顶稳定的超前支护、维护掌子面稳定的正面锚杆和核心土、以及拱脚稳定的锁脚管（锚杆）等，在通过对超前预支护方案进行了比选后，这里仅对后者进行说明。

3.1 小管棚注浆：小管棚的施工，基本上与注浆小导管相同，但超前支护范围大，多采用长度5～7m的钢管，以间隔30～60cm的距离打入。超前支护效果好，但费时，对施工循环有一定影响。

3.2 掌子面正面喷混凝土：正面喷混凝土是在开挖后自稳性差的开挖面喷射3～10cm左右的混凝土，覆盖掌子面，以防止掌子面松弛，提高掌子面的自稳性。喷混凝土不是作为轴力构件发挥作用的，是防止剥离的，常常与正面锚杆同时使用。此外通过目视喷射表面是否有龟裂发生，还可以获得有无崩塌发生的信息。

3.3 正面锚杆：正面锚杆是在掌子面有显著崩塌情况下采用的。锚杆一般长2～3m，视崩塌情况施设。

3.4 预留核心土：为了充分利用掌子面的空间支护效应，预留核心土也是比较有效的稳定掌子面的方法。

综合上述稳定掌子面的辅助工法，结合本工程的实际，选用掌子面正面喷射混凝土+预留核心土的方法；在砂层，由于含水量大，掌子面自稳性较差，采用掌子面小导管注浆来通过。

参考文献

[1] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论.北京： 科学出版社， 2004.

[2] 施仲衡.浅埋暗挖法设计理论论述.现代隧道技术，2005，42（2）：37-39.

[3] 冯卫星，王克丽.地道桥顶进设计与施工.石家庄：河北科学技术出版社，2001.

[4] 吴波，高波，索晓明等.城市地铁隧道施工对管线影响的研究.岩土力学，2004，25（4）：657-663.

[5] 刘月梅.城市施工中地下管线的保护.市政技术，2005，23（4）： 235- 236.endprint