王斌，魏東方 （合肥市市政設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230041）

1 工程概況

合肥市大連路（青海路-包河大道）位于駱崗生態(tài)公園內(nèi)，沿東西向敷設(shè)，市政道路長(zhǎng)約2.3km，為雙6 車道的城市主干路，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h。道路中隧道設(shè)計(jì)范圍為西起現(xiàn)狀青海路，下穿老駱崗機(jī)場(chǎng)跑道后，止于同步建設(shè)的廬州大道。為保留老駱崗機(jī)場(chǎng)主跑道，機(jī)場(chǎng)跑道段大連路采用下穿隧道形式，暗埋段隧道長(zhǎng)495m，敞口段長(zhǎng)度235m。隧道在里程4-87.45～5-81.15 處下穿機(jī)場(chǎng)跑道，平面交角約69°。下穿機(jī)場(chǎng)跑道段隧道為保留老駱崗機(jī)場(chǎng)主跑道采用管幕-預(yù)制箱涵頂進(jìn)法施工，長(zhǎng)度約93.7m。路線由東向西下坡，結(jié)構(gòu)縱坡-1%。隧道結(jié)構(gòu)總高度8.55m，結(jié)構(gòu)內(nèi)部?jī)舾?.95m，頂、底板厚1.3m，側(cè)墻厚1.2m，頂板加腋均采用1.3m×0.5m，底板加腋均采用0.5m×0.5m，箱涵主體全長(zhǎng)為93.7m。隧道內(nèi)道路使用凈高不小于5.75m。隧道結(jié)構(gòu)采用C50 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，管幕采用直徑1.6m 的鋼管幕。具體工程情況見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 隧道縱斷面

圖2 隧道橫斷面

隧道管幕法頂進(jìn)穿越地層層自上而下分為①層雜填土、④1 層粘土、④2 層粘土，隧道主要位于④2 層粘土，具體土層特性如下。

①層雜填土（Qml）：層厚3.7m，灰褐、黃褐、灰黃色、雜色等，駱崗機(jī)場(chǎng)區(qū)域一般為稍密狀態(tài)，局部中密狀態(tài)，其余區(qū)域多為松散狀態(tài)，濕～飽和，含植物根莖、碎石、建筑垃圾等，局部地段夾較多淤泥質(zhì)土。該層土全場(chǎng)分布，農(nóng)田、林地區(qū)域以耕作土為主，豎向孔隙發(fā)育。

④1 層粘土（Q3al-pl）：層厚3.7m，黃褐、褐黃、灰黃色，硬塑狀態(tài)，濕，光滑，無(wú)搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性高等。該層土底部以灰黃色粘土為主，具鏡面光澤，網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，裂隙面充填有灰白、灰綠色粘土，為合肥地區(qū)較典型的膨脹土層。該層土全線大部分布。

④2 層粘土（Q3al-pl）：該層土部分鉆孔鉆穿，最大揭示厚度33.9m，褐黃、灰黃、黃褐色，硬塑狀態(tài)為主，底部局部堅(jiān)硬狀態(tài)，濕，含鐵錳質(zhì)結(jié)核（局部富集）、氧化物、高嶺土等，局部間夾薄層粉質(zhì)粘土，光滑，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性高等。該層土全線分布。

2 管幕法設(shè)計(jì)方案

2.1 大口徑管幕設(shè)計(jì)方案

管幕作為本工程重要的輔助性技術(shù)措施，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、工程環(huán)境需要等因素具體設(shè)計(jì)。

①管幕的布置：設(shè)計(jì)考慮本工程地理位置、建設(shè)環(huán)境的特殊性，基于保證隧道施工安全可靠的原則，結(jié)合本場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的分析，設(shè)計(jì)采用全封閉的管幕布設(shè)形式。

②鋼管直徑、壁厚：設(shè)計(jì)確定的管幕工程中，鋼管直徑為1600mm，壁厚16mm。

③鋼管連接方式、鎖口：鋼管按單節(jié)長(zhǎng)不小于6m 縱向分段頂進(jìn)，鋼管間通過(guò)圍焊連接。橫向鋼管之間采用外接式鎖口，鎖口采用工廠焊接熱軋不等邊角鋼。

④管幕施工：鋼管頂進(jìn)，管幕鋼管頂進(jìn)采用泥水平衡管幕頂管機(jī)進(jìn)行施工，本次工程一共采用6 臺(tái)泥水平衡管幕機(jī)，分為三個(gè)工作臺(tái)同時(shí)展開進(jìn)行；定位管為軌，側(cè)管扣接施工，以較高施工精度的鋼管（鎖扣）為標(biāo)準(zhǔn)管，后續(xù)鋼管或管排沿標(biāo)準(zhǔn)管鎖扣頂進(jìn)，鎖扣將相鄰鋼管或管排橫向扣接。

⑤管幕頂進(jìn)順序：管排沿標(biāo)準(zhǔn)管鎖扣頂進(jìn)，鎖扣將相鄰鋼管橫向扣接，鋼管帷幕沿隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)形成“縱向成梁、橫向成拱”結(jié)構(gòu)體系，管幕的施工順序需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件。

⑥管幕頂進(jìn)后的處理措施：利用鋼管預(yù)留的注漿孔，向鎖口部位壓注微膨脹水泥漿。頂進(jìn)施工前，鋼管內(nèi)填充免振搗、微膨脹混凝土，從而整體提高管幕的縱向剛度。管幕鋼管施工完畢后，施作管幕梁，與管幕形成整體結(jié)構(gòu)。

2.2 箱涵頂推設(shè)計(jì)方案

2.2.1箱涵施工方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，箱涵采用頂進(jìn)法施工，工作坑設(shè)在東側(cè)（大樁號(hào)側(cè)），由東向西頂進(jìn)。箱涵底板前端設(shè)置船頭坡，長(zhǎng)度為1.0m，頂進(jìn)行程93.7m。箱涵在滑板上預(yù)制，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開始頂進(jìn)。

2.2.2工作坑和后背

工作坑?xùn)|南北兩側(cè)利用明挖段基坑支護(hù)，南側(cè)采用放坡-鉆孔樁-錨索的支護(hù)方式，北側(cè)考慮到對(duì)管廊的影響采用放坡-雙排樁支護(hù)方式。東側(cè)采用已施做完成的隧道作為頂進(jìn)后背反力，西側(cè)采用放坡-斜支撐的支護(hù)形式?；宀捎肅30 混凝土，厚度為0.3m，滑板底設(shè)碎石墊層和錨梁，碎石墊層厚0.1m，滑板底以下錨梁深0.7m。

2.2.3頂管推進(jìn)系統(tǒng)

工作坑內(nèi)管節(jié)推進(jìn)動(dòng)力主要為后背梁處53 臺(tái)320t 千斤頂。箱涵的前進(jìn)通過(guò)素混凝土傳力塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體混凝土傳力塊大小施工單位可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整，但必須保證箱涵受力均勻。

2.2.4頂進(jìn)工程掌子面支護(hù)

隧道箱涵頂進(jìn)過(guò)程中掌子面的穩(wěn)定需要依靠網(wǎng)格式機(jī)具頭進(jìn)行控制，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況調(diào)整網(wǎng)格機(jī)械頭的網(wǎng)格大小，但網(wǎng)格最大不超過(guò)2.5m×2.5m。不進(jìn)行頂進(jìn)施工時(shí)，需要對(duì)網(wǎng)格機(jī)具頭處外漏土體進(jìn)行硬化處理。

2.2.5箱涵頂進(jìn)觸變泥漿方案

箱涵頂進(jìn)過(guò)程中，在箱涵與管幕之間需通過(guò)注入泥漿或加入止水劑的泥漿來(lái)及時(shí)填充箱涵與管幕之間的建筑空隙，達(dá)到箱涵與管幕支撐、潤(rùn)滑、止水作用，減少箱涵推進(jìn)引起的地表變形，減少箱涵頂進(jìn)的阻力。

箱涵頂進(jìn)過(guò)程中，需設(shè)立同步注漿與補(bǔ)充注漿兩套獨(dú)立的注漿系統(tǒng)，同步注漿和補(bǔ)充注漿采用不同的漿液配比、注漿壓力等參數(shù)，其中同步注漿目的為管幕得到良好的支撐、管幕與箱涵間保水效果好為主，補(bǔ)充注漿目的為減少管幕與箱涵結(jié)構(gòu)間摩擦為主。

同步注漿系統(tǒng)與網(wǎng)格機(jī)具頭一起設(shè)置，漿液中膨潤(rùn)土含量較高，漿液的流動(dòng)性相對(duì)較弱，支撐性和保水性較佳。注漿控制則根據(jù)漿液實(shí)際配比，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試結(jié)果調(diào)整控制參數(shù)。

抗浮驗(yàn)算參數(shù)表 表1

補(bǔ)充注漿系統(tǒng)，則設(shè)置補(bǔ)充注漿控制臺(tái)。補(bǔ)充注漿的位置和方量則需根據(jù)箱涵推力大小、頂部預(yù)埋泥漿壓力盒數(shù)值大小、地面沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果等參數(shù)共同控制。補(bǔ)充注漿漿液應(yīng)采用膨潤(rùn)土含量較低的稀漿，流動(dòng)性好，支撐性和保水性較弱。注漿控制則根據(jù)漿液實(shí)際配比，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試控制參數(shù)。

2.2.6箱涵外周泥漿固化工藝

頂進(jìn)完成后，需對(duì)管幕與箱涵間的泥漿進(jìn)行置換。置換泥漿采用水泥和粉煤灰混合的強(qiáng)度較高的泥漿。在箱涵周圍形成水泥漿硬化后套承擔(dān)上部荷載。箱涵四周每隔6m 預(yù)留一道注漿斷面，根據(jù)地表變形情況調(diào)整注漿壓力和注漿量，待漿液凝固后，即形成一道位于管幕與箱涵間的橫向支撐梁，可以傳遞荷載，從而不至于引起較大的工后沉降。

3 計(jì)算分析

3.1 大口徑管幕計(jì)算分析

本工程鋼管幕采用外徑1600mm，壁厚為16mm 鋼管。上覆土厚度取西工作井處最大埋深6m，計(jì)算土層容重20kN/m3，地面超載20kN/m2，地基彈簧剛度系數(shù)k=10000kN/m2，計(jì)算中不考慮鋼管內(nèi)充填混凝土。

考慮最不利施工工況，即箱涵推進(jìn)到最后一節(jié)，此時(shí)機(jī)頭間最近距離接收井為機(jī)頭本身長(zhǎng)度約2.5m，取最近距離3m。計(jì)算模型和結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 鋼管計(jì)算模型

圖4 鋼管計(jì)算結(jié)果

鋼管材料為Q235A，fy=235N/mm2，fv=125N/mm2，分項(xiàng)系數(shù)取1.25。最大彎矩設(shè)計(jì)值Mma×=1780×1.25=2225kN·m、最大剪力設(shè)計(jì)值V=690×1.25=862.5kN。采用理正軟件對(duì)鋼管強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核，滿足要求。

3.2 隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

為分析隧道結(jié)構(gòu)受力情況，采用有限元軟件MIDAS Civil 進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析，具體計(jì)算如下。

3.2.1計(jì)算參數(shù)

結(jié)構(gòu)凈高度8.55m，底板厚1.3m，頂板厚1.3m，側(cè)墻厚1.2m，中隔墻厚0.8m?？拥孜挥冖? 粘土層，加權(quán)平均靜止土壓力系數(shù)K0=0.5。計(jì)算荷載取值見(jiàn)表2。

結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載取值表 表2

3.2.2內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果及驗(yàn)算見(jiàn)圖5 和表3。

隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果 表3

圖5 隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

3.3 管幕頂進(jìn)法隧道整體三維分析

為研究管幕-頂進(jìn)隧道對(duì)地面的影響。對(duì)管幕-頂進(jìn)隧道采取三維模擬計(jì)算進(jìn)行分析。采用大型有限元軟件midas.gts N×建立模型來(lái)模擬隧道施工工況。單元采用6 面體單元，土體本構(gòu)模型選用修正摩爾庫(kù)倫，隧道采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，管幕采用桿系單元進(jìn)行模擬。計(jì)算模型見(jiàn)圖6，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖6 計(jì)算模型

圖7 計(jì)算結(jié)果

通過(guò)計(jì)算，管幕-頂進(jìn)施工對(duì)地層擾動(dòng)較小，機(jī)場(chǎng)跑道最大沉降約12.6mm。施工較安全且對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道影響小。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市發(fā)展趨于完善，在既有建構(gòu)筑物下修建地下工程情況將越來(lái)越普遍。傳統(tǒng)的明挖法已經(jīng)不能完全滿足地下工程建設(shè)的需求，傳統(tǒng)的礦山法在一些敏感的城市中心地帶存在較大的風(fēng)險(xiǎn)隱患。新型的管幕法或管幕-頂進(jìn)法可以很好地對(duì)既有建構(gòu)筑進(jìn)行保護(hù)且施工風(fēng)險(xiǎn)較小。通過(guò)研究此類新型工法對(duì)解決類似工程問(wèn)題有較為積極的意義。