既有建筑物地下空间互连互通施工技术

陆 峰

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

目前，实现地下空间互连互通常用的施工方法有盾构施工法、浅埋暗挖法、明挖施工法、顶管施工法等[1-3]。本文以海口市国兴大道人行通道项目为例，详细阐述了采用顶管非开挖技术实现相邻地下空间互连互通的施工风险以及采取的针对性措施，以期为今后类似的工程提供借鉴。

1 工程概况

1.1 工程简介

拟建的国兴大道人行通道项目位于海口市大英山片区，以国兴大道为界，北侧是美兰区，南侧是琼山区。本工程为下穿国兴大道的2座人行地道，总建筑面积约为2 908.8 m2。2座人行通道位置分别位于国兴大道与大英山西三路交叉口东侧和国兴大道与五指山南路交叉口西侧，南北向下穿国兴大道，整体呈“C”字形布置，将实现行人不间断穿过拥有10车道的城市主干道，实现省政务服务中心二期南广场地下车库、迎宾楼与日月广场免税店的连接。国兴大道人行通道项目顶管位置如图1所示。

图1 国兴大道人行通道项目顶管位置示意

1.2 水文地质简介

1.2.1 地质条件

根据勘察成果，本场地勘察深度内的岩土层按其成因、岩性及物理性质分为8个大层，分别如下：①杂填土、②含砂粉质黏土、③粗砂、④粉质黏土、⑤粗砂、⑥粉质黏土、⑦粉砂、⑧粉质黏土。

1.2.2 水文条件

场地地下水水位为4.5 0 ～5.7 0 m（水位标高为10.09～11.67 m），根据勘察报告：场地内⑤粗砂层基本为直接与上部③粗砂含水层连通，水位与潜水水位基本一致；⑦粉砂层上覆厚度较大的⑥粉质黏土相对隔水层，其水位对工程施工影响不大，故未测其水位。根据区域水文地质资料，地下水位年变化幅度约为1.50 m，结合勘察成果及场地条件，确定地下水最高水位标高为12.00 m。

1.2.3 不良地质条件

1）特殊性岩土。根据勘察报告，施工范围内的特殊性岩土主要为填土，结构松散，其中国兴大道现状路上表层为混凝土路面，厚度0.3～0.6 m，下部为路基填筑土，揭露层底埋深0.90～3.70 m，主要以碎石、碎砖混黏性土为主。

2）地下障碍物。拟建人行通道沿线环境总体较为开阔，主要为现状道路及绿化等，场地内分布大量的市政管线包括给水、排水、电力、信息、燃气等，埋深不一，且存在燃气、电力顶管。

2 联络通道施工方案简介

东侧通道：建设范围为北工作井北墙至日月广场地下室边界，南北向总长约127 m，其中顶管段长度90.8 m，顶管段顶部覆土约为5 m，采用矩形顶管法施工，坡度为＋0.5%，穿越土层为③粗砂、④粉质黏土。

西侧通道：建设范围为迎宾楼用地边线至日月广场地下室边界，南北向总长约115 m，其中顶管段长88.4 m，顶管段顶部覆土约5 m，采用矩形顶管法，坡度为＋1%，穿越土层为②含砂粉质黏土、④粉质黏土、⑤粗砂。

矩形顶管隧道的外包尺寸为6.9 m（宽）×4.2 m（高），管节长度为1.5 m、厚度为0.45 m。

3 风险源分析及针对性措施

3.1 顶管始发及接收中的风险

3.1.1 风险原因分析

顶管始发及接收施工向来是顶管施工中的难点之一。无论始发还是接收，在洞门打开至顶管机推入洞门过程中，洞中土体完全暴露在外，容易引起水土渗漏，严重时将发生塌方而造成工程事故。而且在顶管推进过程中，顶管始发洞门一直处于打开状态，橡胶袜套（图2）一旦发生破坏，或密封不严密将引起洞门外的水土流失，逐渐形成渗漏通道，造成地面沉降、周围管线变形等。

3.1.2 风险控制措施

1）始发洞门止水装置。始发井洞门尺寸为7.2 m×4.5 m，与管节尺寸6.9 m×4.2 m存在一定的间隙，为保证洞口的安全（不漏水漏沙），需要安装洞口止水装置，应安装在洞口设计预留法兰上。洞口止水装置由橡胶止水圈与翻板组成，需与设计轴线保持同心，误差＜5 mm。安装顺序：螺栓→橡胶帘布板→压板。安装之前须对帘布橡胶板上所开螺孔位置、尺寸进行复核，确保其与洞圈上预留螺孔位置一致。为保证安装螺栓的牢固，对螺栓与钢洞圈进行焊接处理，确保螺栓的牢固。安装顺序自上而下进行。压板螺栓应可靠拧紧，使帘布橡胶板紧贴洞门，防止矩形顶管接收后浆液泄漏。

2）顶管机内部预留注浆孔。考虑洞门风险为重要风险因素，为保证洞口止水效果，在顶管机内部预留注浆孔，利用洞门四周预留注浆孔向洞门间隙填充固体黏土，保证四周洞门空隙始终处于填充饱和状态。顶管机内部顶部和底部分别预留2个，两侧分别预留1个。

3）接收井止水装置。接收前，先对洞门位置进行测量确认，根据实际顶管机标高安装顶管机接收基座（接收架），并在接收井洞门安装止水装置，如图3、图4所示。配备封洞门钢板、补充注浆等材料。

图3 接收洞口止水装置剖面

图4 “铁枕”平面

① 2道止水钢板高度高于顶管管节外壁10 mm，在对应每个三角撑的位置割开10 mm高的切口。

② 在洞口下侧设置2个“铁枕”，“铁枕”低于顶管机姿态下方5 mm，并且高于接收架5 mm。

③ “铁枕”为20 mm厚钢板焊接而成，其前部留有坡口。满焊接在洞门圈上。

4）始发、接收洞口加固和辅助降水措施。

① 水泥系加固。顶管共设置4个工作井，其中2个始发井，2个接收井，采用φ1 000 mm@700 mm高压旋喷桩对进出洞区域进行强加固以及后靠加固。

② 矩形顶管进出洞辅助降水措施。考虑孔隙潜水的含水层，地表水系与孔隙潜水的粉砂、粉土层具有较好的水力联系。若加固体中存在缺陷，可能形成潜水往顶管洞口区渗流的通道，在洞门打开时造成漏水。根据加固特点，围护桩与加固体之间由于基坑开挖后，形成一条薄弱区接缝，地下水可能通过此薄弱区域形成向洞门区的渗流通道。另外，矩形通道加固区及未加固区交界处可能通过通道外壁形成与洞内的通道，造成漏水漏砂。故本次主要针对顶管进出洞、进出洞加固情况与围护桩与加固区形成的薄弱区接缝等风险因素，在顶管洞门加固体与原状土的交界处布置降水井。针对顶管单个端头都布置2口降水井，采用φ550 mm孔径钻孔成孔，降水井深度至通道底部3 m，采用φ273 mm、壁厚4 mm的钢管为降水管井，周围回填厚200 mm级配砾石过滤层。

3.2 防止顶管机后退的风险

3.2.1 风险原因分析

由于矩形顶管顶进机的断面较大，前端阻力大，实际施工中，即使管节顶进了较长距离，但每次拼装管节或加垫块时，主顶油缸一回缩，顶管机和管节仍会一起后退5～10 cm。当顶管机和管节往后退时，顶管机和前方土体间的土压平衡受到破坏，土体面得不到稳定支撑，易引起顶管机前方的土体坍塌，若不采取一定的措施，路面和管线的沉降量将难以得到控制。

3.2.2 风险控制措施

在发射架前基座的两侧各安装1套止退装置，如图5所示。当油缸行程推完，需要加垫块或管节时，将销子插入管节的吊装孔，再在销座和基座的后支柱间放入钢垫块和钢板。管节的后退力通过销子、销座、垫块传递到止退装置和发射架上。止退装置和基座焊接在一起。为了减少管节的后退力，在管节上插入销子，在止退前应将正面土压力释放30%左右。

图5 止退装置安装示意

止退架采用的竖向支撑为200 mm工字钢，焊接在发射架上。2道斜撑和1道支撑采用200 mm工字钢组合焊接在竖向支撑上，同时支撑止退反力，工字钢内加筋处理。

3.3 地面沉降和管线沉降的风险

3.3.1 风险原因分析

顶管施工覆土厚度普遍都小于顶管机高度，部分覆土3.6～4.4 m属浅覆土矩形顶管施工，且穿越路段管线众多。

3.3.2 风险控制措施

1）顶管施工前。向管线单位了解管线情况，通过管线资料与现场情况进行比对分析，对顶管施工涉及的管线进行彻底排摸，掌握各管线材质、埋深、管径以及与顶管通道的相对位置关系等，对有必要的管线设置沉降监测点以便更加及时准确地掌握管线沉降、变形情况。并与管线权属单位协商，组建完整的应急体系，制定切实可行的方案，明确施工控制措施，并严格按照通过评审的施工方案实施，确保管线在整个施工过程的安全稳定。

2）顶管推进过程。顶管始发后，尽快建立正面土压，摸索顶进参数，为后续顶进服务；严格控制正面土压，保证出土量与顶进速度相匹配；当顶管机穿越管线时应尽量不纠偏或少纠偏，以减少对土体与管线的扰动；顶管施工过程加强监测，监测数据及时反馈至技术人员，分析后指导顶管顶进；在顶进过程中，利用多级泵进行持续、均匀的压浆，使出现的建筑空隙被迅速填充，并根据实测的沉降情况进行不压浆，保证土体稳定。同时，顶管区域环境复杂，地面交通流量大，考虑最大限度减少顶管顶进对地面沉降的影响，对顶管管节采取在管节制作过程中设置（DN50）压泥孔的方式，待地面沉降达到预留报警值后，打穿压泥孔进行泥浆压注。压泥孔在每节管节顶、底部各设置3个，左右两侧各设置2个，共计10个。压泥孔压注主要位于管节上及重要压力管线位置。施工过程中持续监测地面沉降，结合实际情况进行压泥作业。压泥压力最大控制在0.3 MPa，压泥量需配合地面沉降监测情况，及时反馈。

3）顶管贯通后，及时对洞门进行封堵，确保封堵质量，对管节外进行浆液固化，稳定后期沉降。同时，对地面及通道进行后续跟踪测量，直至地面及管节沉降稳定达到设计要求，并可根据测量情况对局部进行补压浆处理。如果地面后续沉降超过警戒值，将采用土砂泵对管节上部土体进行压泥处理，填充空隙，使地面及管线的沉降稳定在管线单位要求的范围内。

4 结语

为了实现地下空间互连互通，本文以海南省海口市国兴大道人行通道项目为例，简要阐述了采用顶管非开挖施工技术实现相邻地下空间的互连互通，并结合本工程的特点，分别从顶管始发及接收中的风险、防止顶管机后退的风险以及地面沉降和管线沉降的风险这3个方面进一步分析了顶管施工的风险原因以及采取的针对性措施，从而为今后地下空间实现大规模的互联互通开发建设提供借鉴。