综合管廊顶管井深基坑支护技术应用研究

综合管廊顶管井深基坑支护技术应用研究

谢兆良

上海广大基础工程有限公司    上海  201114

摘要：本文结合上海某综合管廊顶管井深基坑项目案例，对基坑支护形式、工程地质与水文地质条件、项目施工存在的重难点以及顶管井施工流程进行了分析，重点阐述了基坑支护关键技术的工艺原理和质量控制要点。希望通过本项目能够为相关从业人员进一步了解和掌握顶管井深基坑支护技术，提供一定的参考。

关键词：综合管廊；顶管井；深基坑；基坑支护技术

0 引言

城市综合管廊是指在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通讯、热力、给水等各类工程管线集于一体，地上附着物为出装口及通风口等设施，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。城市综合管廊建设避免了由于敷设和维修地下管线频繁挖掘道路而对交通和居民出行造成影响和干扰，保持路容完整和美观，而且便于各种管线的敷设、增减、维修和日常管理。由于城市综合管廊内管线布置紧凑合理，有效利用了道路下的空间，节约了城市用地，优美了城市景观，减少了架空线与绿化的矛盾。综合管廊的建设有着非常重要的现实和发展意义。

城市综合管廊是一种线状地下工程设施，面临不同的地上地下作业环境，包括不同的作业场地条件、周边环境保护对象、工程地质与水文地质条件等。因此，对于综合管廊基坑支护选型对于项目的施工成本、进度、安全、质量都有着至关重要的影响。

1 工程概况

浦业路一期综合管廊新建工程，沿浦业路道路布置，北起闵行浦东区界，接浦东新区规划衡芜路，南至S32申嘉湖公路，全长约7.2km；综合管廊全线为四舱断面，容纳电力、通信、给水等城市工程管线。本工程2标段3工区北起沈杜公路，南至S32申嘉湖公路，全长445m，包含管廊段310m和穿越姚家浜河顶管段135m；管廊段均采用明挖基坑方式建造，顶管段在姚家浜河两侧预先建造两座顶管井。

2 基坑支护形式

根据基坑开挖深度及周边环境，管廊段基坑支护结构多以SMW工法或钻孔灌注桩排桩+三轴搅拌桩水止帷幕为主，坑内被动区土体加固采用双轴搅拌桩或高压旋喷桩，竖向设置一至二道水平支撑。顶管工作井和接收井平面尺寸为16m×18m，基坑开挖深度19.4m，基坑安全等级为一级。工作井距现状民宅最小间距约33m（接收井约37m），距浦江高级中学建筑物约27m，距220KV高压线约14m（接收井约20m），基坑环境保护等级为二级。

基坑支护结构采用地下连续墙，厚度1000mm，深度37.3m，工作井和接收井各12幅槽段，分为“一”、“L”形槽，槽段接头形式采用十字钢板刚性接头。槽段接缝处止水采用MJS工法，直径2.2m半圆型布置，桩长24.4m。基坑内坑底土体加固采用Ф800@600三管法高压旋喷桩满堂加固，桩深约24m，有效加固厚度为坑底以下4m。顶管机进、出洞口土体加固采用Ф850@600三轴水泥土搅拌桩，桩长21.95m；紧贴地墙一排三轴搅拌桩内插H700×300×13×24型钢，长度24m。SMW工法与地墙之间采用Ф800@600三管法高压旋喷桩填充加固，桩长24m。竖向设置5道支撑，第一道为钢筋混凝土冠梁+横撑，第二~五道为Ф800×20钢管支撑+钢筋混凝土角撑。

图1 顶管井围护结构平面布置图

3地质情况

3.1 工程地质

本工程场地为滨海平原地貌，勘察深度95m内地基土均属第四纪全新世（Q4）及晚更新世（Q3）沉积物，主要由粘性土、粉性土及砂土组成，具有成层分布的特点。基坑支护结构深度范围内④2砂质粉土为软塑状，⑤2a砂质粉土与⑦1-2砂质粉土为中密状态，浅层其他粉质黏土、淤泥质黏土、黏土层为可（软）塑状。

3.2 水文地质

场地地表水主要分布在现有明浜处。潜水水位埋深一般为0.3~1.5m，受降水、潮汛、地表水及地面蒸发等因素影响。微承压水主要赋存于第④2层、⑤2a层粉土中，水位埋深约为3~11m；承压水主要赋存于第⑦、⑧2、⑨层砂质粉土中且存在一定连通性，其中⑦层顶埋深为26.5~30.5m，承压水头埋深一般为3~12m。顶管井基坑开挖深度19.4m，易产生承压水突涌风险，在基坑开挖至临界开挖深度后应采取降水措施，使承压水水位降至安全深度以下。

4 项目重难点

工作井和接收井基坑支护施工面临的重难点主要包括：①基坑开挖深度19.4m，基坑支护属于超过一定规模危险性较大的分部分项工程；②施工作业场地紧凑，场地东侧220KV高压线净高约40m，距离工作井基坑约14m，距离接收井基坑约20m，对大型设备安拆及地墙钢筋笼起重吊装影响较大；③地墙钢筋笼长36.65m，首开幅钢筋笼+两侧十字钢板重量达56.6t，采用双机抬吊且需要满足高压线安全保护距离的要求，吊装作业难度非常大；④地墙槽段接缝处是质量薄弱点，易发生渗漏水，采用MJS工法进行接缝止水，设备精细、工艺复杂，施工质量要求高；⑤顶管机进、出洞口土体加固质量要求高，关系到顶管机进出洞安全；⑥在开挖深度近20m、工作面狭窄的空间内竖向安装4道钢支撑，与土方开挖协调，吊装、焊接作业难度较大。

5 工井施工流程

整平场地→三轴搅拌桩（SMW工法、插入H型钢）→地下连续墙→高压旋喷桩→MJS工法→降水井施工→冠梁和支撑、顶板施工→土方开挖、依次安装第二~五道钢支撑→垫层、底板施工→底板、地下各层中板达到设计强度后，依次拆除内支撑，施工内衬结构至顶板→待内部结构达到设计强度后，施工顶管→围护开洞、顶管机就位顶至H型钢处、拔出H型钢、顶进施工→顶管完成后，施工井内剩余结构，覆土和素砼回填→封闭底板泄压井。

6 基坑支护关键技术

6.1 三轴水泥土搅拌桩

三轴水泥土搅拌桩是利用三轴搅拌桩钻机在原地层中切削土体，同时钻机前端低压注入水泥浆液，与切碎土体充分搅拌形成隔水性较高的水泥土柱列式档墙，在水泥土浆液尚未硬化前插入型钢称为SMW工法。本工程顶管进出洞口土体加固采用Ф850@600三轴水泥土搅拌桩，需要重点控制桩位误差不大于50mm，垂直度偏差不大于1/200，桩底标高误差不大于+100mm~-50mm，同时严格控制水泥掺量与水胶比，要求搅拌下沉和提升速度需与注浆泵浆液流量相匹配。施工应连续进行，相邻搅拌桩搭接施工时间不宜超过24h。H型钢的材质与焊接质量是确保H型钢能否顺利拔出的关键，以及是否成为顶管施工的人为障碍物，因此必须重点检查H型钢焊接质量，同时加固体质量也关系到顶管机进出洞的安全。

6.2 地下连续墙

地下连续墙是用专用机械在泥浆护壁条件下成槽、吊放钢筋笼、浇筑混凝土或在成槽后放入预制钢筋混凝土板，在地下形成具有截水、降渗、挡土或承受上部结构荷载作用的连续墙体。

本工程地墙的施工质量关系到基坑开挖及周边环境的安全，施工中应重点从导墙、成槽、钢筋笼制作与吊装、水下混凝土灌注等方面加强质量控制。导墙施工质量控制要素包括宽度、导墙垂直度、墙面平整度、导墙平面位置、导墙顶面标高与导墙进入原状土深度。成槽是地墙施工过程非常重要的一个环节，成槽质量的好坏直接影响到钢筋笼下放和混凝土灌注；成槽质量控制因素主要包括深度、槽位、墙厚、垂直度、沉渣厚度等，应进行超声波槽壁测试。钢筋笼制作与吊装关系到钢筋笼能否安全、顺利吊放进入槽段至设计深度，应重点控制钢筋的规格、数量、间距、钢筋笼的长宽厚尺寸，以及钢筋焊接、预埋件位置、钢筋接驳器位置、插筋位置等；钢筋笼吊装应编制专项施工方案并经专家论证后组织实施，重点控制选用的吊车规格、吊点布置、吊索具选型等，加强现场吊装作业协调指挥。水下混凝土灌注关系到最终连续墙体的止水性能，质量控制内容包括混凝土初灌量、坍落度、墙顶标高、浇筑速度、初凝时间、充盈系数等；在混凝土灌注前应利用导管进行槽底沉渣二次清孔，满足要求后开始灌注，混凝土应连续供应。

6.3 MJS工法

MJS工法是在传统高压喷射注浆工艺的基础上，采用了独特的多孔管和前端总成装置（Monitor），实现了可垂直、水平、倾斜多方位施工，具备高压喷射、强制排浆、主动调控地内压力、对周边环境影响小等特点。多孔管由排泥管、高压水泥浆管、倒吸水管、主空气管、倒吸空气管、排泥阀传感器控制线路管、削孔喷水管、多孔管连接螺栓孔、备用管路等11个管路组成。前端总成装置集合了钻头、喷射流喷嘴、同轴压缩空气喷嘴、排浆口、回流水喷嘴、压力感应器等部件。施工中应重点检查桩位测量定位、校核钻杆喷嘴喷射方向，浆液水胶比、倒吸水压力与流量、浆液喷射压力与流量、主空气压力与流量、倒吸气压力与流量，钻杆提升步距与转速等主要参数。施工应连续进行，拆接钻杆后应满足竖向搭接不小于100mm，当施工中断后恢复施工应满足竖向搭接不小于500mm。选择正规的MJS工法专用设备和具有施工经验的操作工人是MJS工法成桩质量的重要保证。

6.4 高压旋喷桩

传统的高压旋喷桩包括直接采用15~20MPa高压浆液喷射成桩的单管法旋喷、采用15~20MPa高压浆液+0.5~0.7MPa压缩空气喷射成桩的双管法旋喷与采用20~40MPa高压水+0.5~0.7MPa压缩空气预先喷射切削土体后0.5~3MPa低压浆液喷射成桩的三管法旋喷三种。本工程顶管井坑底土体加固采用三管法施工，除了需要重点控制高压水、压缩空气与浆液喷射压力和流量以外，还需要严格控制桩的平面定位、平面搭接长度和有效加固厚度，确保井内土体全部加固到位无盲区，防止发生坑底管涌的现象，确保基坑施工安全。

6.5 降水井施工

本工程基坑⑦⑨承压水连通，围护结构无法完全隔断，利用悬挂式隔水帷幕控制基坑内外水位差是安全性与经济性兼顾的最优方案，这也是上海地区较为典型的“围护-降水一体化设计”形式。本工程顶管井在坑内布置1口疏干管井，井深25m，开挖前应将坑内水位降至开挖面以下1.0m；坑外四周各布置1口降压管井兼回灌井，井深46m，承压水降水以按需减压为原则，结合周边环境监测数据按需降水。承压水头埋深3~12m，在第三道支撑安装以后向下开挖土方时，需要启动坑外降压井。施工中应注意对降水管井保护，避免因挖土机械碰撞或土方机械碾压造成管井破坏，同时应避免坑外地表水流入基坑内。

6.6 内支撑施工

顶管井第二~五道水平支撑采用Ф800×20钢管支撑沿四角斜向布置，土方开挖过程中需要依次将植于地墙钢筋笼内的支撑预埋钢板凿出暴露出来，并在预埋板上焊接支撑斜向支座，钢支撑安装前在地面进行预拼装，采用汽车吊吊装，安装完成后，采用液压千斤顶分段施加支撑轴力。施工中结合第三方监测单位支撑轴力监测报告，必要时对钢支撑轴力进行二次复加。加强支撑吊装、高空作业安全监护等工作。

7结语

本工程综合管廊顶管井基坑开挖深度近20m，涉及的工程地质和水文地质条件是上海地区较为典型的软土地层特点，施工场地较为狭小，且距离顶管井14~20m存在220KV架空高压线，施工现场作业区、材料堆场与加工区等设施布置及大型设备安拆、钢筋笼吊装作业难度较大。结合施工前期有效的施工组织策划，圆满的完成了基坑支护结构施工，地墙及接缝处未出现渗漏水现象，地下水得到了有效的控制，顶管进出洞加固体质量满足设计要求，顶管机顺利进出洞，对于今后类似工程实践具有一定的参考和借鉴意义。

参考文献

[1]韩雁.地下（城市）综合管廊基坑支护技术研究，2018年11月

[2]刘重新，贾育源.超深基坑地下综合管廊支护技术研究.工程技术，2019（10）02：405-406

作者简介：

谢兆良（1988-），男，工程师，主要从事地基基础工程施工管理和新技术的推广与应用工作。