第四章 市政管廊施工

第四章市政管廊施工白建國(guó)進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，各種市政管線集中布置已成為城市發(fā)展的必然。因此，修建市政管廊已勢(shì)在必行。市政管廊也稱為市政綜合管溝，是指設(shè)置于地面下，用于容納兩種及兩種以上市政管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)備。它是在城市地下建造的市政公用隧道空間。根據(jù)功能可將市政管廊分為干線管廊、支線管廊、干支線混合管廊和纜線管廊；根據(jù)施工方法可將市政管廊分為現(xiàn)澆管廊和預(yù)制拼裝管廊。干線管廊設(shè)置在機(jī)動(dòng)車道或道路中央下方，不直接服務(wù)沿線地區(qū)；支線管廊設(shè)置在非機(jī)動(dòng)車道或人行道下方，直接服務(wù)沿線地區(qū)；干支線混合管廊可設(shè)置在機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道、人行道的下方，應(yīng)結(jié)合納入管道的特點(diǎn)選擇設(shè)置位置；纜線管廊設(shè)置在人行道下方。修建市政管廊的優(yōu)點(diǎn)：能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理管線在使用過(guò)程中出現(xiàn)的各種問題，提高了維護(hù)管理效率和城市防災(zāi)、減災(zāi)、應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力；避免了維護(hù)管理過(guò)程中道路的重復(fù)開挖和各管線業(yè)主單位對(duì)地下空間資源的無(wú)序占有；減少了對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)居民出行的影響；有效緩解了城市發(fā)展與市政管線規(guī)劃之間的矛盾；有利于解決市政管線規(guī)劃預(yù)留問題，促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展和地下空間的合理利用。市政管廊一般采用明挖法或暗挖法進(jìn)行施工。第一節(jié)明挖法明挖法施工的特點(diǎn)明挖法是指先由上而下開挖地面土石方至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，再自基底由下而上順作進(jìn)行管廊主體結(jié)構(gòu)施工，最后回填基坑恢復(fù)地面的施工方法。明挖法是各國(guó)市政管廊施工的首選方法，在地面交通和環(huán)境條件允許的情況下采用明挖法施工，具有施工技術(shù)簡(jiǎn)單、快捷、經(jīng)濟(jì)、安全的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是中斷交通的時(shí)間長(zhǎng)，施工噪聲與渣土粉塵等對(duì)環(huán)境有一定的影響。明挖法適用于場(chǎng)地地勢(shì)平坦，沒有需保護(hù)的建筑物且具備大面積開挖條件的地段，通常用于城市的新建區(qū)。一般有明挖現(xiàn)澆施工法和明挖預(yù)制拼裝施工法。明挖現(xiàn)澆法施工工藝

明挖現(xiàn)澆法的施工工藝為：降低地下水位→土方開挖→基底處理→支?！壴摻睢鷿仓炷痢靥钔练健謴?fù)地面。

降低地下水位、土方開挖、基地處理和土方回填的方法在第二章中已經(jīng)述及，不再重述。但施工時(shí)應(yīng)注意：基坑兩側(cè)10m范圍內(nèi)不得存土。放坡基坑管廊結(jié)構(gòu)邊緣到基底邊緣的距離不得小于0.5m，支護(hù)基坑管廊結(jié)構(gòu)邊緣到支護(hù)設(shè)施邊緣的距離不得小于1m。當(dāng)設(shè)有排水溝、集水井等設(shè)施時(shí)，可根據(jù)需要適當(dāng)加寬。管廊基底應(yīng)平整壓實(shí)，其高程允許偏差為：+10/-20mm，并在1m范圍內(nèi)不得多于1處?；踊靥顣r(shí)，如采用機(jī)械碾壓，搭接寬度不得小于200mm；如采用人工夯實(shí)，夯與夯之間重疊不得小于夯底寬度。明挖預(yù)制拼裝法施工工藝明挖預(yù)制拼裝法的施工工藝為：管片預(yù)制→降低地下水位→土方開挖→基底處理→管片拼裝砌筑→管廊防水→回填土方→恢復(fù)地面。管片預(yù)制所用各種材料，進(jìn)場(chǎng)均應(yīng)有質(zhì)量合格證明文件，均應(yīng)按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)檢，宜采用非堿活性骨料，混凝土管片強(qiáng)度應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204）中的有關(guān)規(guī)定。管片拼裝砌筑和防水層的施工方法，參見本章第二節(jié)盾構(gòu)法施工。

第二節(jié)暗挖法暗挖施工法適用于城市交通繁忙，景觀要求高，無(wú)法實(shí)施開挖作業(yè)的地區(qū)，也適用于松散地層、含水松散地層及堅(jiān)硬土層和巖石層。一般有盾構(gòu)法、掘進(jìn)機(jī)法、淺埋暗挖法和蓋挖法等方法。盾構(gòu)法盾構(gòu)是不開槽施工時(shí)用于地下掘進(jìn)和拼裝襯砌的施工設(shè)備。使用盾構(gòu)開挖隧道的方法就是盾構(gòu)法。盾構(gòu)法源于法國(guó)，由工程師MareIsambrardBrunel（布魯諾爾）發(fā)明，并于1834年用盾構(gòu)法建成了第一條過(guò)江隧道。我國(guó)在20世紀(jì)五十年代開始引進(jìn)盾構(gòu)法，并在北京和上海等地進(jìn)行小型盾構(gòu)法施工試驗(yàn)，至今已有50多年的施工歷史，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，可知盾構(gòu)法具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：（1）因施工中頂進(jìn)的是盾構(gòu)本身故在同一土層中所需的頂力為一常數(shù)；（2）盾構(gòu)斷面可以為任意形狀，可成直線或曲線走向；（3）在盾構(gòu)設(shè)備的掩護(hù)下，進(jìn)行土層開挖和襯砌，使施工操作安全；（4）施工噪聲小，不影響城市地面交通；（5）盾構(gòu)法進(jìn)行水底施工時(shí)，不影響航道通航；（6）施工中如嚴(yán)格控制正面超挖，加強(qiáng)襯砌背面空隙的填充，可有效地控制地表沉降。因此，盾構(gòu)法廣泛用于城市建筑密集、交通繁忙、地下管線集中地段的地下管廊的施工。盾構(gòu)法的施工原理

盾構(gòu)法施工時(shí)，先在需施工地段的兩端，各修建一個(gè)工作坑（又稱豎井），然后將盾構(gòu)從地面下放到起點(diǎn)工作坑中，首先借助外部千斤頂將盾構(gòu)頂入土中，然后再借助盾構(gòu)殼體內(nèi)設(shè)置的千斤頂?shù)耐屏?，在地層中使盾?gòu)沿著管道的設(shè)計(jì)中心線，向管道另一端的接收坑中推進(jìn)，如圖4-1所示。同時(shí)，將盾構(gòu)切下的土方外運(yùn)，邊出土邊將砌塊運(yùn)進(jìn)盾構(gòu)內(nèi)，當(dāng)盾構(gòu)每向前推進(jìn)1~2環(huán)砌塊的距離后，就可在盾尾襯砌環(huán)的掩護(hù)下將砌塊拼成管道。在千斤頂?shù)耐七M(jìn)過(guò)程中，其后座力傳至盾構(gòu)尾部已拼裝好的砌塊上，繼而再傳至起點(diǎn)井的后背上。當(dāng)管廊拼砌一定長(zhǎng)度后就可作為千斤頂?shù)暮蟊?，如此反?fù)循環(huán)操作，即可修建任意長(zhǎng)度的管廊（或管道）。在拼裝襯砌過(guò)程中，應(yīng)隨即在砌塊外圍與土層之間形成的空隙中壓注足夠的漿液，以防地面下沉。盾構(gòu)法施工示意1－盾構(gòu)；2－盾構(gòu)千斤頂；3－盾構(gòu)正面網(wǎng)格；4－出土轉(zhuǎn)盤；5－出土皮帶運(yùn)輸機(jī)；6－管片拼裝機(jī)；7－管片；8－壓漿泵；9－壓漿孔；10－出土機(jī)；11－由管片組成的隧道襯砌結(jié)構(gòu)；12－在盾尾空隙中的壓漿；13－后盾管片；14－豎片盾構(gòu)組成盾構(gòu)一般由掘進(jìn)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、拼裝襯砌系統(tǒng)3部分組成。圖4-2盾構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)圖1－切削環(huán)；2－支撐環(huán)；3－盾尾部分；4－支撐千斤頂；5－活動(dòng)平臺(tái)；6－活動(dòng)平臺(tái)千斤頂；7－切口；8－盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂；9－盾尾空隙；10－管片拼裝管；11－管片（一）掘進(jìn)系統(tǒng)

市政管廊施工中使用的盾構(gòu)是由鋼板焊接成的圓形筒體，前部為切削環(huán)，中部為支撐環(huán)，盾尾為襯砌環(huán)，通過(guò)外殼鋼板連接成一個(gè)整體，如圖4-2所示。掘進(jìn)系統(tǒng)主要是切削環(huán)，它位于盾構(gòu)的最前端，作為支撐保護(hù)罩，在環(huán)內(nèi)可安裝挖土掘進(jìn)設(shè)備，或容納施工人員在環(huán)內(nèi)挖土和出土。施工時(shí)切入地層，掩護(hù)施工人員進(jìn)行開挖作業(yè)。切削環(huán)前端設(shè)有刃口，以減少切土?xí)r對(duì)地層的擾動(dòng)和施工阻力。切削環(huán)的長(zhǎng)度主要取決于支撐、挖土機(jī)具和操作人員回旋余地的大小。

（二）推進(jìn)系統(tǒng)

推進(jìn)系統(tǒng)是盾構(gòu)的核心部分，依靠千斤頂將盾構(gòu)向前推動(dòng)。千斤頂采用油壓系統(tǒng)控制，由高壓油泵、操作閥件等設(shè)備構(gòu)成。每個(gè)千斤頂?shù)挠凸茼毎惭b閥門，以便單個(gè)控制。也可將全部千斤頂分成若干組，按組分別進(jìn)行控制。盾構(gòu)千斤頂?shù)囊簤夯芈废到y(tǒng)如圖4-3所示，用閥門轉(zhuǎn)換器操縱進(jìn)油和回油，閥門轉(zhuǎn)換器工作原理如圖4-4所示。當(dāng)滑塊2處于左端時(shí)，高壓油自進(jìn)油管1流入，經(jīng)分油箱4使千斤頂5出鎬；回鎬時(shí)，將滑塊2移向右端，高壓油推動(dòng)千斤頂回鎬，并將回油管中的油流向分油箱4。

盾構(gòu)被頂進(jìn)后應(yīng)及時(shí)在盾尾進(jìn)行襯砌工作，在施工過(guò)程中已砌好的砌塊可作為盾構(gòu)千斤頂?shù)暮蟊?，承受千斤頂?shù)暮笞?，竣工后則作為永久性承載結(jié)構(gòu)。拼裝襯砌系統(tǒng)主要是襯砌環(huán)，它位于盾構(gòu)尾部，由盾構(gòu)的外殼鋼板延長(zhǎng)構(gòu)成，主要是掩護(hù)砌塊的襯砌和拼裝，環(huán)內(nèi)設(shè)有襯砌機(jī)構(gòu)，尾端設(shè)有密封裝置，以防止水、土及注漿材料從盾尾與襯砌環(huán)之間的間隙進(jìn)入盾構(gòu)內(nèi)。

砌塊通常采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土預(yù)制，形狀有矩形、梯形、中缺形等，如圖4-5所示。砌塊尺寸根據(jù)管廊大小和襯砌方法確定。（三）拼裝襯砌系統(tǒng)（a）

（b）

砌塊形式（a）矩形砌塊；（b）中缺形砌塊盾構(gòu)的分類

盾構(gòu)的分類方法很多，按挖掘方式可分為：手工挖掘式、半機(jī)械式、機(jī)械式三大類；按工作面擋土方式可分為：敞開式、部分敞開式、密閉式；按氣壓和泥水加壓方式可分為：氣壓式、泥水加壓式、土壓平衡式、加水式、高濃度泥水加壓式、加泥式等。盾構(gòu)尺寸的確定

地下掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)承受土壓力，盾構(gòu)外殼按彈性圓環(huán)設(shè)計(jì)，一般控制如下參數(shù)：（一）盾構(gòu)的外徑盾構(gòu)外徑D可由下式確定:D=d+2(x+t)（4-1）式中：D——盾構(gòu)外徑，mm； d——管端襯砌外徑，mm；t——盾構(gòu)外殼總厚度，mm；x——襯砌塊與盾殼間的空隙量，mm。襯砌塊與盾殼間的空隙量為襯砌外徑的0.008~0.010倍，其最小值要滿足:

x=Ml/d（4-2）

式中：l——砌塊環(huán)上頂點(diǎn)能轉(zhuǎn)動(dòng)的最大水平距離，通常為；

M——襯砌環(huán)掩蓋部分的襯砌長(zhǎng)度；

其它參數(shù)同式4-1。

所以=0.0125，一般取30~60mm。

盾構(gòu)的長(zhǎng)度

如圖4-15所示，盾構(gòu)長(zhǎng)度為切削環(huán)、支撐環(huán)和襯砌環(huán)長(zhǎng)度的總和，即： L=L1+L2+L3（4-3）式中：L——盾構(gòu)長(zhǎng)度，mm； L1——切削環(huán)長(zhǎng)度，mm；L2——支撐環(huán)長(zhǎng)度,mm； L3——襯砌環(huán)長(zhǎng)度,mm。盾構(gòu)長(zhǎng)度1－千斤頂；2－砌塊；3－切削環(huán)；4－支撐環(huán)；5－襯砌環(huán)盾構(gòu)的靈敏度

盾構(gòu)的靈敏度指盾構(gòu)總長(zhǎng)度L與其外徑D的比例關(guān)系，一般規(guī)定如下：

小型盾構(gòu)（＝2～3m），＝1.5；中型盾構(gòu)（＝3～6m），＝1.0；大型盾構(gòu)（＝6～12m），＝0.75。盾構(gòu)尺寸應(yīng)滿足靈敏度的要求。

盾構(gòu)千斤頂及其頂力計(jì)算

盾構(gòu)依靠千斤頂來(lái)推進(jìn)和調(diào)整方向。在千斤頂?shù)捻斶M(jìn)過(guò)程中，千斤頂應(yīng)有足夠的頂力，來(lái)克服盾構(gòu)前進(jìn)中所遇到的各種阻力。一般情況下，盾構(gòu)在前進(jìn)過(guò)程中所遇到的頂力如下： （1）外殼與周圍土層間摩擦阻力F1F1=v1[2(Pv+Pk)L*D(4-8)式中：PV——盾構(gòu)頂部的豎向土壓力，KN/m2；Ph——水平土壓力值，KN/m2；v1——土與鋼之間的摩擦系數(shù)，一般取0.2～0.6；L——盾構(gòu)長(zhǎng)度，m；D——盾構(gòu)外徑，m。 （2）切削環(huán)刃口切入土層阻力F2： F2=DL(PvtgΦ+C)（4-9）式中：φ——土的內(nèi)摩擦角； C——土的內(nèi)聚力，kN/m2； 其余參數(shù)同式（4－8）。

(3）砌塊與盾尾之間的摩擦力F3： F3＝v2·G’·L’（4-10）式中：v2——盾尾與襯砌之間的摩擦系數(shù)，一般為0.4～0.5； G’——襯砌環(huán)重量，KN； L’——盾尾中襯砌的環(huán)數(shù)。（4）盾構(gòu)自重產(chǎn)生的摩擦阻力F4： F4＝G·v1（4-11）式中：G－盾構(gòu)自重，KN； 其余參數(shù)同式（4-8）。

（5）開挖面支撐阻力或閉腔擠壓盾構(gòu)地層正面阻力F5： 1）開挖面支撐阻力應(yīng)按支撐面上的主動(dòng)土壓力計(jì)算，即： 見書（4-12）式中：EA——主動(dòng)土壓力；KN/m2； 其余參數(shù)同式（4－8）。 2）閉腔擠壓盾構(gòu)地層正面阻力： 見書（4-13）式中：EP——被動(dòng)土壓力，KN/m2；

其余項(xiàng)阻力，需根據(jù)盾構(gòu)施工時(shí)實(shí)際情況予以計(jì)算，疊加后組成盾構(gòu)推進(jìn)的總阻力。由于上述計(jì)算均為近似值，實(shí)際確定千斤頂總頂力時(shí)，需乘以1.5～2.0的安全系數(shù)。

實(shí)際工程中可以按經(jīng)驗(yàn)公式估算總頂力P：

（4-14）式中：P——千斤頂?shù)目傢斄Γ琄N；

其余參數(shù)同式（4－8）。 一般而言，小型盾構(gòu)P=500～600KN；中型盾構(gòu)P=1000～1500KN；大型盾構(gòu)P=2500KN；我國(guó)使用的千斤頂多數(shù)為1500～2000KN。

盾構(gòu)千斤頂采用液壓傳動(dòng)，為了避免壓壞砌塊，應(yīng)將總頂力分散，采用多個(gè)頂力較小的千斤頂。千斤頂?shù)捻敵虘?yīng)略大于砌塊的寬度，與砌塊寬度的比值一般為1.15~1.35。盾構(gòu)施工

一、盾構(gòu)施工的準(zhǔn)備工作

為了安全、迅速、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行盾構(gòu)施工，在施工前應(yīng)根據(jù)圖紙和有關(guān)資料進(jìn)行詳細(xì)的勘察工作?？辈斓膬?nèi)容主要有：用地條件的勘察、障礙物勘察、地形及地質(zhì)勘察。

用地條件的勘察主要是了解施工地區(qū)的情況；工作坑、倉(cāng)庫(kù)、料場(chǎng)的占地可能性；道路條件和運(yùn)輸情況；水、電供應(yīng)條件等。

障礙物勘察包括地上和地下障礙物的調(diào)查。

地形及地質(zhì)勘察包括地形、地層柱狀圖、土質(zhì)、地下水等。

根據(jù)勘察結(jié)果，編制盾構(gòu)施工方案。

盾構(gòu)施工準(zhǔn)備工作主要有盾構(gòu)工作坑的修建、盾構(gòu)的拼裝檢查、附屬設(shè)施的準(zhǔn)備等。施工工藝要點(diǎn)盾構(gòu)法施工工藝主要包括盾構(gòu)的始頂；盾構(gòu)掘進(jìn)的挖土、出土及頂進(jìn)；襯砌和灌漿。盾構(gòu)的始頂盾構(gòu)在起點(diǎn)井導(dǎo)軌上至盾構(gòu)完全進(jìn)入土中的這一段距離，要借助工作坑內(nèi)千斤頂頂進(jìn)，通常稱為始頂，如圖4-20（a）所示，方法與頂管施工相同。 當(dāng)盾構(gòu)進(jìn)入土后，在起點(diǎn)井后背與盾構(gòu)襯砌環(huán)內(nèi)，各設(shè)置一個(gè)大小與襯砌環(huán)相等的木環(huán)，兩木環(huán)之間用圓木支撐，以作為始頂段盾構(gòu)千斤頂?shù)呐R時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，如圖4-20（b）所示。一般情況下，當(dāng)襯砌環(huán)長(zhǎng)度達(dá)30～50m以后，才能起后背作用，此時(shí)方可拆除工作坑內(nèi)的臨時(shí)圓木支撐。盾構(gòu)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)鋼筋混凝土管片的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)外觀質(zhì)量：混凝土面外光內(nèi)實(shí)，色差均勻，不得有裂縫或缺棱掉角。外形尺寸允許偏差：寬度：±0.5mm；厚度：＋3mm，－2mm；螺孔間距：1mm；混凝土保護(hù)層厚度：≮50mm；施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在市政管道工程施工中，盾構(gòu)法施工大部分用于穿越市區(qū)的建筑群及城市道路，地層中有交叉的各類地下管線，為使盾構(gòu)推進(jìn)施工中不影響臨近建筑物及地下管線的正常使用，規(guī)定了如下標(biāo)準(zhǔn)：掘進(jìn)機(jī)施工工藝掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行市政管廊施工的工藝與盾構(gòu)法相同，可以歸納為：施工準(zhǔn)備→設(shè)備組裝調(diào)試→試掘進(jìn)→正常掘進(jìn)→出渣與管片拼裝→注漿→排水除塵等輔助工作→拆除掘進(jìn)機(jī)。施工準(zhǔn)備工作包括設(shè)備選型、工作坑的開挖等技術(shù)準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備，管片拼裝也有一次襯砌、二次襯砌、單雙層襯砌等方法。掘進(jìn)機(jī)法與盾構(gòu)法的施工原理和方法相同，不再重述。三、淺埋暗挖法淺埋暗挖法是在距離地表較近的地下進(jìn)行洞室暗挖施工的一種方法。其施工基本原理是在洞室土體開挖中采用多種輔助措施加固洞室周圍土體，以充分發(fā)揮其自承能力，開挖后或開挖過(guò)程中及時(shí)支護(hù)并封閉成環(huán)，使支護(hù)與洞室周圍土體共同作用形成聯(lián)合支撐體系，從而有效地控制洞室周圍土體過(guò)大變形的一種綜合施工技術(shù)。該法施工的優(yōu)點(diǎn)是:地下洞室暗挖成型，初期支護(hù)和襯砌均在地下洞室內(nèi)完成，不必中斷城市交通；施工機(jī)械化程度低，對(duì)地下管線影響較??；管廊斷面結(jié)構(gòu)可做成圓形、馬蹄形、矩形、多跨聯(lián)拱等形狀，而且易于進(jìn)行不同斷面的轉(zhuǎn)化銜接；對(duì)工程的適應(yīng)性強(qiáng)，可根據(jù)不同的地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整施工工藝和設(shè)計(jì)參數(shù)；施工噪聲低，對(duì)環(huán)境的干擾小。施工工藝步驟工作坑修建地層土體加固管廊洞室開挖全斷面開挖法臺(tái)階開挖法正臺(tái)階環(huán)形開挖法單側(cè)壁導(dǎo)坑法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中隔壁法和交叉中隔壁法初次支護(hù)管廊主體結(jié)構(gòu)施工初次支護(hù)的方法：采用噴錨支護(hù)。噴錨支護(hù)是采用錨桿和噴射混凝土支護(hù)圍巖的施工措施。錨桿和噴射混凝土與圍巖共同形成一個(gè)承載結(jié)構(gòu)，可以有效地限制圍巖變形的自由發(fā)展，調(diào)整圍巖的應(yīng)力分布，防止巖石土體松散墜落。它既可用作施工過(guò)程中的臨時(shí)支護(hù)，也可作為永久支護(hù)。根據(jù)圍巖的地質(zhì)條件，可以單獨(dú)采用錨桿支護(hù)或噴射混凝土支護(hù)，也可采用錨桿與噴射混凝土相結(jié)合進(jìn)行支護(hù)。一般對(duì)洞室的拱部和邊墻而言，采用錨桿預(yù)噴射混凝土相結(jié)合的支護(hù)方式較多。有時(shí)為了提高支護(hù)能力，可在錨桿和噴射混凝土相結(jié)合的基礎(chǔ)上，加設(shè)單層或雙層鋼筋網(wǎng)，以提高噴層混凝土的抗