侯凤国
上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司
【摘要】：本文阐述了上海地区地下通道建设中的几种主要施工技术，根据以往地下通道施工的成功案例，研究了浅埋暗挖法在上海软土地区地下通道施工中的应用优势。结合虹桥商务区地下通道工程实际特点，介绍了手掘式人工顶管中钢箱涵、网络工具头顶进方案，简化了施工工艺。同时也合理设置了冻结法工艺中的设计及施工参数。综合对比分析明挖法、手掘式人工顶管法和冻结法在技术、经济及工期等方面的可行性，选择最有化的技术方案，为其他类似工程提供参考。
【关键词】：地下通道；手掘式顶管；注浆；冻结法
【中文分类号】U455.44
1前言
随着我国城市化进度的不断深化，特别是大中型城市城市综合体密集区，为了缓解城市地面交通压力，合理优化城市居民出行条件，地下通道施工技术得到了快速发展，在中心城区构筑地下通道主要面临2个问题，即外界的环境保护问题及施工空间的综合利用问题[1]。针对上海市软土地质条件的特点，以往地下通道建设主要采用明挖法，但存在占地多、交通干扰大、地下管线拆迁量大、对周边环境影响较大等特点[2]，往往无法满足现场施工的需要；近年来，浅埋暗挖法在城市密集区地下通道建设中得到了迅速的发展，张庆贺等在2001年对地下通道主要施工方法明挖法、管棚法、土体加固暗挖法、顶管法、小型盾构法等施工方法综合指标进行了比较分析[3]。本文对近几年上海市地下通道建设的常用浅埋暗挖法的成功案例进行了调研，主要施工技术有矩形顶管法、冻结法、管幕法、水泥搅拌土体加固等。
本文以上海虹桥商务区08地块D13主体地下室地下通道工程为背景，首先介绍该工程原明挖设计方案，并分析施工重难点。综合以往上海市地下通道成功案例，深入分析本工程现场踏勘特点，提出了浅埋暗挖法，从而保证施工安全并减小对周围环境的影响。
2工程概况
虹桥商务区核心一期08地块D13街坊位于虹桥商务区，被甬虹路、申长路、建虹路和申滨南路合围，整体设置三层地下室。三侧地下二层范围设置地下连通道与周边地块连通，共涉及4个地下通道，其中北侧在甬虹路下建一条地道与05地块地下室连接，一条管沟与能源管沟工作井连接；东侧在申长路下建一条地道与08地块D23街坊地下室连接；南侧在建虹路下建一条地道连接道路两侧。目前D13街坊地下结构已完成，需要将D13主体地下室与这4个地道或管沟连通。D13主体地下室二层结构层高，净高柱网结构8.4m×7.8m，柱截面800mm×800mm。
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2.1地质条件
每个连通口内侧采用φ1300钻孔灌注桩围护，连通口对侧为临时挡土墙封闭。四个连通口底部埋深分别为11.85m、12.056m、12.6m和12.018m，均位于③层淤泥质粉质黏土层和④淤泥质黏土层，本断面土体抗剪强度低、含水量大、压缩性高、呈流塑状等特点，在动力水作用下极易产生流砂、管涌现象。
2.2工程特点
（1）地道较短，地道长度在1.7m~4.8m；开挖断面较大，最大断面宽度达10m，且埋深较浅，与地面距离7m左右.对开挖支护结构稳定性要求高。
（2）地道地下水位较高，淤泥质土质自稳定性较差。
（3）管线复杂，周边道路下有φ1000mm给水管、电力管线，埋置深度在2~3m。
（4）两侧车库或地道已建，施工空间受限。建虹路地道连通口基坑南侧建有建虹路高架，环境较为复杂，变形控制要求高，需做好监测工作。
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3明挖法
本工程初步方案采用明挖法施工，本工程甬虹路基坑区域地面标高为绝对标高+4.8m，申长路和建虹路基坑区域地面标高为+4.9m。
为了满足通道净宽及净高要求，地下通道结构采用C30混凝土，板厚及侧壁厚如表3所示。
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根据基坑开挖参数及周边结构工况，基坑支护结构布置如下：
（1）甬虹路地道连通口基坑东西两侧采用围护排桩结合高压旋喷桩止水帷幕作为围护结构，南侧利用已施工的D13街坊地下室，北侧利用已施工的甬虹路地道及挡土墙。
（2）甬虹路管沟连通口基坑东西两侧采用围护排桩结合高压旋喷桩止水帷幕作为围护结构，南侧利用已施工的D13街坊地下室，北侧对甬虹路地道上方土体加固后放坡。
（3）申长路地道连通口基坑南北两侧采用围护排桩结合高压旋喷桩止水帷幕作为围护结构，西侧利用已施工的D13街坊地下室，东侧利用已施工的申长路地道及挡土墙。
（4）建虹路地道连通口基坑东西两侧利用原地道围护排桩作为围护结构，北侧利用已施工的D13街坊地下室，南侧利用已施工的建虹路地道及挡土墙。基坑内部增打高压旋喷桩以防止突涌。
（5）四个连通口基坑内普遍竖向设置三道钢筋混凝土水平支撑，建虹路地道连通口南侧区域设置两道钢筋混凝土水平支撑。
该方案需要对道路绿化、电缆管线办理临搬手续，对周边道路交通办理临时占道手续，经过多次与行政部门沟通，迟迟未能得到认可，故选择调整施工方案，对浅埋暗挖法进行了研究。
4浅埋暗挖法
浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法。由于造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点，浅埋暗挖法在全国地下工程中得到广泛应用。近年来，在上海软土地区密集城市环境中进行地下通道建设，浅埋暗挖法得到了很好的应用，上海地下通道建设浅埋暗挖法部分案例如表3所示。
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根据以上上海地区地下通道建设的成功案例，主要采用矩形顶管法、冻结法和管幕法。结合本工程特点，提出了手掘式人工顶管和冻结法两种浅埋暗挖方案。
4.1手掘式人工顶管
手掘式人工顶管，主要适用于黏性、砂性或硬质泥岩土层，且无地下水影响。根据现状工况，无法满足常规顶管法需要满足大型吊装要求。采用全断面注浆+钢箱手掘式人工顶进方案，钢箱结构采用工厂加工，现场组拼方案，可以灵活解决狭小空间施工要求。
首先对开挖断面进行全断面注浆对软土加固密实，土体稳定后开始顶进钢箱涵，钢箱涵边顶进边开挖；到位后实施地下结构，选用UHPC超高性能混凝土（UC120），对底板、顶板和侧壁厚度均进行了优化。根据现状地下室柱网尺寸、结构净高及人流量需求设置连通口尺寸（见表4），满足通行需求。
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（1）超前小导管注浆
钢箱顶进前，对开挖断面进行全断面及周边注浆加固。注浆管采用φ42mm×3.25mm钢花管，注浆浆液采用1：1水泥+水玻璃双液浆，注浆压力：初压0.5~1MPa，终压2MPa，浆液凝胶时间控制在40~60s.
开挖断面四周设置注浆管＠0.15m，仰角3°~5°，长1.5m，循环搭接1m.全断面水平注浆管按1m×1m梅花形打孔布设,长度根据通道长度2.1m~5.2m设置并一次注浆完成。
（2）网格工具头
网格工具头在土方开挖过程中起到了维持开挖面稳定的作用。网格工具头采用平头式结构体系，采用钢板焊接而成，并与钢箱涵焊接。
在上海中环线虹许路-北虹路下立交地道中采用网格工具头实施了126m的箱涵顶进，并对网格工具头设计进行了详细的阐述[4]。本方案中采用超前小导管土体加固，增强了土体结构的稳定性，所以对网格工具头的设计进行了简化。
在钢箱涵截面范围内大网格尺寸水平向和竖向采用1cm厚钢板间距设置为1.3~1.5m,长度为（入土深度）0.5m;每个大网格中均匀设置9个小网格，小网格采用0.6cm厚钢板，长度为（入土深度）0.3m.
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（3）钢箱涵结构体系
钢箱涵采用工程加工制作，现场焊接拼装工艺，顶进并开挖完成后再现浇地道结构。钢箱涵既作为开挖支护结构同时又是地下通道混凝土浇筑的外模板和内支撑，混凝土浇筑完成并达到设计要求强度后仅需拆除内部竖向支撑结构。
钢箱涵面板采用1cm厚钢板+@30cm双拼10#槽钢，内部支撑结构选用@60cmHW300型钢环向围檩及@2m2HW300型钢竖向支撑。
（4）顶推系统
采用经验公式：F=F0+RSL计算顶力为952.08KN，在钢箱涵末端四个角点分别设置一只顶力为200t千斤顶，总推力为8000KN，油缸行程1700mm.
在顶进过程中，根据“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则，控制每一步顶进精度。并通过设置激光指向仪[5]，更好的控制地道钢箱涵顶、底板标高及中线方向，从而保证了实时测量，修正顶进过程偏差，提高施工精度。
4.2冻结法
本工程所处地层均位于③层淤泥质粉质黏土层和④淤泥质黏土层，该土层具有孔隙比大、含水丰富、高压缩性等特点，在连通道内采用水平孔冻结加固，形成强度高、稳定性好的冻土帷幕[6]，利用矿山暗挖法进行内部土体开挖及支护，最后在浇筑连通道结构主体。该施工方法已在13号线华夏中路站、14号线浦东大道站、14号线桂桥路站等多个项目成功实施。
（1）冻结设计参数
4个连通口冻结壁为“杯型”结构。外圈冻结孔需穿过对侧封堵墙1m阻断可能的渗水通道，内圈分区冻结孔顶到封堵墙即可。外圈冻结孔间距为800mm，内部冻结孔间距为1000mm。
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（1）冰冻站
根据现场情况，四个连通口共设置两个冻结站：分别供给北侧两个连通口和南侧、东侧连通口进行冻结施工。冻结管和泄压孔采用Φ89×8（20#低碳无缝钢管），测温管选用Φ45×3（20#低碳无缝钢管）；冻土预计发展速度26mm/d。
（2）冻结需冷量
冻结管的散热系数取250kcal/m2?h，冷量损失系数取1.3，冻土体量最大的申长路连通口冻结需冷量为：3.3万kcal/h。
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（2）冻结设备选型
1）冷冻机组选用YSLGF300型6台，运行4台，备用2台。
2）盐水循环泵选用IS150-125-400型6台，运行4台，备用2台，流量200m3/h，扬程50m。
3）冷却水循环泵选用IS125-100-250型4台，运行2台，备用2台，流量200m3/h，扬程20m。
4）冷却塔选用DLT-80型8台，运行8台。
（3）掘进开挖
开挖采用CRD法施工，临时支撑采用20#工字钢及50mm厚木方，间距500mm，随挖随支。开挖完成后喷射混凝土形成初期支护。
5工期及造价分析
经以上对明挖法、手掘式人工顶管及冻结法三种施工工艺的论述，根据本工程实际特点，对工期及造价进行了对比分析。
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6结语
（1）采用明挖法可以有效控制施工风险，且受地下室主体结构影响。但对周边道路交通及绿化影响较大，且造价偏高，不利于本工程顺利实施。
（2）采用手掘式人工顶管工艺，通过超前小导管注浆对土体进行了加固，并通过设置网格工具头增强了开挖面的稳定性。现场拼接钢箱涵工艺可以更加灵活满足狭小地下空间施工作业。但地下通道截面尺寸受地下室结构影响较大。
（3）冻结法通过形成冻结帷幕可以有效提高土体稳定性，冻胀和融沉两个施工过程是控制的重点，应加强对温度场和地表变形监测，防止过量冻胀引起地表隆起，并及时进行融沉注浆控制地表沉降[7]，也是目前应用较为广泛的技术方案。
参考文献
[1]张云海.中心城区管幕法构筑地下通道的设计与施工[J].市政工程.2018(6):977-980.
[2]罗燕华.用浅埋暗挖法在软土地层中施工人行过街地道[J].中国市政工程.2009(03):78-80.
[3]张庆贺,宋杰,阮林军,吴立鹏.地铁区间隧道旁通道施工及监测技术[J].施工技术.2001(1):32-33.
[4]曹文宏,林汉民,陈鸿,李向阳.软土地层管幕内顶进箱涵前端网格工具头设计[J].2005(2):33-36.
[5]詹家民,吴庆忠.激光指向仪在地下巷道掘进中的应用[J].江苏测绘.2001.2:29-30.
[6]徐晶.冻结法在上海地铁联络通道施工中的应用[J].中国市政工程.2004(5):63-65.
[7]仇培云,岳丰田.冻结法加固工程强制解冻融沉注浆施工技术[J].施工技术.2007(8):7-9
作者简介：侯凤国（1986-），男，山东聊城人，工程师，工学硕士.E-mail:houfengguo@smedi.com