软土地基历史保护区的综合管廊施工技术

肖 鹏

（中铁十六局集团路桥工程有限公司 北京100150）

0 引言

习近平总书记强调：“历史文化是城市的灵魂，要像爱惜自己的生命一样保护好城市历史文化遗产。”近年来，在历史建筑保护工作日益受到人们重视的同时，综合管廊也逐步被应用到历史建筑保护区的更新改造工程中。然而，在具有软土地基条件的历史建筑保护区域，综合管廊建设工程遇到了一些实施难的问题。为此，本文在总结广东江门市某管廊工程实施经验的基础上，针对软土地基历史保护区的综合管廊建设问题，提出技术应对措施，以降低管廊施工过程对历史建筑地基稳定性的不良影响。

1 综合管廊方式在软土地基历史保护区的应用问题

综合管廊将多种市政管线综合布设在一个大型管道中，其截面一般宽4～5 m，高约3 m，内部可供检修人员通行。［1-2］使用综合管廊的地区，不会经常出现开挖路面、维修管道的现象，管线检修也更方便。因此，综合管廊是目前一种比较先进的市政设施建设方式。［3］

与各种市政管线单独布设的建设方式相比，综合管廊的优点是市政管线集中布局，能统一管理，方便检测维修，长远运作的维护成本相对较低。但对于具有软土地基特性的历史建筑保护区域，综合管廊的建设方式也存在问题。综合管廊的截面尺寸比市政独立管线的管道截面尺寸大，埋深也相对比较大。施工时，所开挖的基坑岩土容易塌陷。［4］在软土地质条件的区域，这种问题更容易发生。由于基坑的岩土容易塌陷，管廊周边历史建筑地基的稳定性也容易受影响，容易发生地基失稳、建筑倒塌的现象。因此，在软土地基的历史建筑保护区域，综合管廊工程需采用有效的工程措施，降低管廊及其施工过程对历史建筑地基安全性的影响。

2 综合管廊方式在软土地基历史保护区域应用的技术要点

软土地基历史建筑保护区域的综合管廊设计与施工技术要点主要有2 个方面：①工程设计需根据岩土土质，控制管廊截面尺寸；②施工方案需采用合适的地基换土与基坑支护措施。江门市某综合管廊建设工程便采用这2 个方面的技术措施进行建设，有效预防了建设过程对周边历史建筑软土地基的影响。

本综合管廊段全长910 m，局部施工里程350 m，埋深平均4.5 m，设计使用年限100年，防水等级二级，地基基础设计等级乙级。相关的设计与施工技术要点如下：

2.1 根据岩土土质，控制管廊截面尺寸

在管廊基坑的施工开挖时，管廊截面尺寸是影响开挖基坑及其周边历史建筑地基安全的重要因素。在软土地基的历史建筑区域，地基承载力比较薄弱，岩土稳定性相对较差，为避免基坑坍塌和周边建筑地基失稳，该类区域的综合管廊需尽量减小截面尺寸，以降低基坑开挖和支护的难度。江门市某综合管廊的设计便采用了限制截面尺寸的做法。

该段管廊所埋设的岩土建设适宜性比较差，其岩土分层如下。

〈1〉人工填土

素填土层：主要为褐黄色、褐红色、灰色，稍湿，松散～稍密，主要由黏性土组成，含少量风化岩、碎石等，局部含植物根系，局部段表层0.0～0.3 m 为既有水泥路面。本层厚度2.10～5.00 m，平均层厚3.49 m。

〈2〉第四系全新统海陆交互相沉积层

淤泥层：成分以黏粒为主，局部夹粉细砂，含大量有机质及贝壳。本层厚度1.10～5.20 m，平均层厚2.43 m。

淤泥质土层：流塑～软塑，有机质含量0.9%～1.8%。本层厚度1.50～10.10 m，平均层厚3.57 m。

淤泥质土层：软塑，有机质含量0.6%～1.0%，干强度及韧性较高。本层厚度2.40～18.60 m，平均层厚10.44 m。

粉质黏土层：软塑～可塑，干强度及韧性高。本层厚度2.10～7.60 m，平均层厚4.03 m。

粉砂层：主要成分以石英、长石为主，黏粒含量较高，颗粒级配差，含有机质，局部含少量贝壳碎片。本层钻孔揭露厚度0.80～6.10 m，平均层厚3.32 m。

中粗砂层：稍密，饱和，主要成分以石英、长石为主，砂质不纯，颗粒级配较好，含黏粒，局部含少量贝壳碎片，含砾石约5%，粒径0.5～2.0 cm。本层厚度1.00～2.40 m，平均层厚1.70 m。

〈3〉基岩

全风化变质砂岩层：原岩结构已基本破坏，但尚可辨认，岩芯已被风化成坚硬土状。本层层厚1.40～12.50 m，平均层厚6.54 m。

从上述3层岩土取样结果分析，该段管廊所在地段的岩土，分布有饱和的液化砂土层以及填土、软土、风化岩等特殊岩土，属于软土地基，地基建设条件比较差。在这样的地质条件下，开挖管廊容易引起周边岩土的松散、侧移和坍塌，有可能导致周边历史建筑的地基失稳。历史建筑的墙体有可能因此开裂、倾斜。

面对这样的问题，控制管廊截面尺寸［2］，是有效减少施工开挖量的重要一步，也是减少对周边历史建筑地基影响的重要一步。因此，该段管廊的截面尺寸设计为宽4.9 m，高2.4 m（见图1）。这样的尺寸既能满足管廊的使用功能需求，同时也有效减少基坑开挖的宽度和深度。

图1 综合管廊的截面设计Fig.1 Cross Section Design of the Utility Tunnel

另外，管廊内主要布设高压和低压电缆。雨水管、排水管、燃气管等大截面尺寸或易燃气体管道布设在沿线道路车行道旁。这样，既顾及了检测维修频率高的管线的使用便利性，又能减少管道截面所占据的总面积，从而减少管道施工开挖的截面宽度和高度，有利于保持周边岩土的稳定性，有利于周边历史建筑的地基安全。［5］

本工程实施过程中，管廊周边的岩土受影响程度较少，没有发生土体偏移的情况。说明控制综合管廊截面尺寸，尤其控制高度，有利于保持软土区域管廊周边历史建筑的地基稳定性。

2.2 采用合适的地基换土与基坑支护措施

对于软土地基区域，除了控制管廊截面尺寸外，对软土层的加固和基坑支护也是防止岩土偏移和下陷的一个有效措施。

例如上述的综合管廊工程，其基础持力层土层为第四系全新统海陆交互相沉积层和寒武系全风化砂岩，其中第四系全新统海陆交互相沉积层中含有厚度为4～15 m的淤泥质土，该土层的岩土承载力为40 kPa，不能满足综合管廊的承载力要求。因此，该工程对沿线的地基进行换填处理。管廊基底下换填1.5 m 厚级配碎石，采用级配碎石回填压实系数≥0.97 处理后的fak≥120 kPa，换填宽度=基础宽+2×1.0 m。［6］

除了换填碎石，该工程施工过程还采取了基坑支护的措施，有效防止了基坑周边岩土的侧移。其基坑边坡采用高压旋喷的护坡桩挡土，护坡桩直径φ 800 mm，桩长17.5 m，间距1.5 m。两侧相对的护坡桩顶部建造支撑梁，截面尺寸为630 mm×10 mm。护坡桩与管廊主体之间设有腰梁和换撑带（见图2）。［7］

此外，在基坑开挖时，尽量缩短基坑的曝露时间。当开挖至设计标高而下道工序不能连续进行时，基坑内保留了300～500 mm 厚的泥土，待继续施工时挖除。当发现基底土被积水浸泡时，施工人员应及时清除积水，才进行下道工序施工。

图2 基坑护坡桩设计Fig.2 Design of Foundation Pit Slope Protection Pile

管廊主体施工完成后，综合管廊基坑被回填，采用砂性土回填至管廊顶面500 mm。管廊两侧采用对称分层回填的方法，每层回填厚度≤250 mm，其压实度按有关技术规范中的压实度要求操作。管廊上面填土满足道路的设计要求。管廊顶板上部1 000 mm 范围内的回填材料，采用人工分层夯实，并禁止了大型碾压机械直接在管廊顶板上部施工。［8］

这些措施的应用加固了管廊基坑以及建成后的管廊周边岩土，避免管廊基坑坍塌与岩土塌陷，从而保护了周边的历史建筑。

3 技术有效性评价

上述两项技术要点，在该管廊工程中应用效果良好。该管廊工程按照上述技术措施实施后，周边建筑的地基条件得到保护，建筑稳定性没有受到工程施工的影响［3］。工程实施过程中，各地面标高监测点所测得的沉降量为0.014～0.018 m（见表1），而一般地下市政工程施工后的地面沉降量要求不大于0.2 m，所以该工程实施期间的地面标高变化量很小，其所引起的周边建筑地基沉降量也很少。

除了地面沉降量监测以外，综合管廊的基坑水平位移监测结果也反映了上述两项技术措施能保障周边建筑软土地基的稳定性。本工程的综合管廊基坑水平位移量为3～6 mm（见表2）。与报警值30 mm 和允许值50 mm 相比，其水平位移量很小，说明本工程的基坑开挖与施工过程，没有明显引起周边建筑地基的水平偏移，周边建筑的地基稳定性得到保障。

从工程实施的监测结果来看，截面尺寸控制、地基换土与施工基坑支护等技术措施，可应用于软土地基历史保护区的综合管廊建设工程，以有效保障软土地基历史保护区域的岩土稳定性与历史建筑的地基稳定性。

表1 综合管廊地面标高监测数据Tab.1 Monitoring Data for Ground Elevation of Utility Tunnel

表2 综合管廊基坑水平位移监测数据Tab.2 Data of Horizontal Displacement Monitoring for Foundation Pit of Utility Tunnel

4 结语

综合管廊建设是推进市政管线工程现代化的重要举措［9-10］，对历史建筑保护区域的城市更新有着积极的促进作用。但与此同时，在软土地基区域的综合管廊设计与施工，应充分考虑软土地基的建设条件，采用控制管廊截面尺寸、加固地基以及加强基坑支护等措施，以有效保障周边建筑的地基稳定性，防止历史建筑地基的破坏。