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1、浅埋暗挖隧道管幕施工控制措施摘要：近年来，我国城市建设迅速，但在城市道路施工过程中，不可避免会 遇到一些不利的工况，使得施工难度和风险加大，因此有必要对城市下穿隧道施 工过程进行严格控制。目前在浅埋暗挖隧道中，常用到管幕施工技术进行超前支 护，因此研究管幕施工工艺流程及控制措施，对保证施工安全有重要的意义。基 于此，本文结合宣化滨河新城开发建设 PPP 项目（项目包二）皇城桥北路下穿隧道 工程，重点对管幕施工工艺及施工控制措施进行探析，以期能为类似工程施工提 供参考借鉴。关键词：浅埋暗挖隧道；管幕施工；超前支护；施工控制引言管幕施工是一种独特的地下空间施工方法，其不属于开挖技术范畴，主要是 预
2、先将大直径的钢管在地下布设，以形成钢管幕，之后在这一钢管幕下进行隧道 开挖，修建地下结构。管幕施工技术也是目前应用较为广泛的一种地下暗挖技术 适用于地质情况复杂、地面沉降要求高、超浅覆盖的地下结构建设中。2004 年北 京地铁 5 号线崇文门车站隧道是首个使用管幕暗挖法成功的地铁项目，自此之后 也出现了大量管幕暗挖隧道成功的实例，这些成功的实例，极大地促进了隧道管 幕暗挖法的应用和发展。但由于学术界中关于管幕暗挖隧道受力体系、支护系统 等方面的研究未成体系，导致这一工程的实际应用中仍然是依靠工程经验，缺少 明确的概念和思路。因此，对隧道管幕暗挖法进行深入研究非常有必要，且对工 程实践具有重要意
3、义。文章中依托既有的隧道管幕暗挖案例，并结合浅埋隧道的 特点，对管幕暗挖法的原理进行总结，并对这一工法的施工要点进行讨论分析， 希望能为浅埋暗挖隧道管幕施工提供参考借鉴。1、管幕工法概述1.1 工法原理管幕暗挖法属于刚性支护体系，主要作用是最大限度地控制围岩变形，以保证地表构筑物的安全。不同于常规的管幕工法，其能有效利用钢管间的 土体微拱效应，这也是这一工法的基本原理所在。在地摊隧道施工过程中，在穿 过重要构筑物时，关键在于施工安全和沉降控制。而采用管幕暗挖法，可实现施 工安全与沉降控制。具体体现在这两方面：一是能对掌子面围岩进行注浆加固， 可减小隧道开挖前的变形；二是可及时形成刚性支护体系，
4、该体系具有超强环、 纵向刚度与强度，能够有效控制地表沉降，从而保证施工安全。1.2 工法特征管幕暗挖法的特征主要为这几点：一是所形成的超强管幕及环纵向 刚性支护体系，能保证隧道施工的安全，并满足沉降控制的要求；二是所形成的 刚性支护体系，发生变形的可能性较小，所以可取消管幕设置范围内的初支系统 锚杆，而未设置管幕区域则根据具体的围岩情况设置锚杆；三是局部、间隔设置 管幕，隧道下穿构筑物时，受力主要是竖向，因此没有必要大范围设置管幕，应 结合主要受力方向及构筑物的影响范围进行管幕钢管的局部设置，既能满足施工 安全及沉降控制要求，也能节约工程投资。1.3 与浅埋暗挖法的区别浅埋暗挖法属于新奥法的一
5、种特殊应用，其属于柔性支护体系，与管幕暗挖法有较大的不同，主要区别可见下表 1 所示。表 1 浅埋暗挖法与管幕暗挖法的比较项目浅埋暗挖法管幕暗挖法超前支护小导管或管棚管幕开挖方式分部开挖大断面开挖支护设置锚杆或锚管无锚杆受力体系柔性受力体系，支 护、围岩协调变形，围 岩变形大刚性受力体系，围 岩压力有环纵向支护体 系承担安全保障及沉降控制安全保障及沉降控 制效果有限，浅埋下穿 时需断道安全可靠，沉降控制良好，浅埋下穿时可不断道直接暗挖下穿施工效率较低较咼2、工程实例2.1 工程简介皇城桥北路下穿隧道项目下穿高速公路填方路基和古城墙，隧道为 81m 长城 市下穿隧道，隧道下穿京藏高速公路K156
6、+580路基段，路基总宽21.5m，北侧路 基咼1.9m，南侧路基咼3.4m。皇城桥北道路与咼速公路相交处咼速公路桩号为 K156+580，交叉角度约为91.8，公路路面至隧道顶板外轮廓线5.15.69m。 隧道下穿古城墙主体段，城墙下底面宽 11.5 米，上顶面宽 6.2 米，咼 11.5 米， 墙体为外砖内土结构，外立面为城砖，内侧为夯土。皇城桥北道路与古城墙交叉 角度约为91.8，城墙顶面至隧道顶板外轮廓线11.9m。隧道采用四孔布置，中间两孔为机动车道，双向六车道，每孔净高6.5m，净 宽12.75m；东、西两孔为慢行系统（人行道+非机动车道），每孔净高6.5m，净 宽5.7m。隧道开
7、挖断面为五联洞形式，宽X高=42.6X11.5m，具体为东、中、西 导洞（先行洞）及东、西侧洞（后行洞）。单洞隧道开挖跨度10.6m,开挖高度 11.3m，矢跨比 0.56。iXlalLJ图 1.1-2 暗挖隧道整体框架典型断面为确保工程安全顺利进行，减少对高速公路以及古城墙的干扰，经过综合比 对后，决定采用管幕暗挖法施工。2.2 地层岩性在勘探深度范围内（深度30.0m），场区地层主要为第四系人工堆积层 （Q4ml）素填土、杂填土，第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）粉土、细砂、 卵石、粉质黏土，2.2 施工重难点该项目施工的重难点主要为：隧道下穿高速公路，车流量较大， 荷载也较大；隧道
8、埋深浅，围岩较差，注浆时出现地面溢浆、跑浆、隆起等安 全隐患。古城墙属于国家级文物，允许沉降仅为2 mm。3、管幕施工工艺及施工控制3.1 施工方案及要求结合工程范围内的地形地质条件及管幕施工特征，该隧道管幕施工方案为以下：（1）用 299 热轧无缝钢管制作管幕，沿着断面拱形环向布置，间距为 0.4m管幕采用299热轧无缝钢管，环向间距为0.4m,（图1）,管幕采用顶管施工。图 1 管幕布置效果图(2) 每个导洞设置管幕30根，北侧洞口管幕长51m,南侧洞口管幕长35m, 用材质为80X50X8mm的锁扣连接相邻管幕钢管，公母锁扣的加工严格按照设计 图纸进行，以防管幕钢管间脱扣。(3) 管幕施
9、工结束后，用普通水泥单液浆(水灰比 0.5:11:1)进行管幕钢 管注浆，注浆压力在 0.51MPa 之间，若管幕刚度未达到设计要求，需进行二次 注浆。(4) 隧道结构为特殊衬砌，取消管幕范围内的系统锚杆。同时对高速公路 和古城墙进行自动监测。确定施工方案后，还需明确具体的施工要求，主要为：(1) 在正式开关前，检测架体底部的混凝土的强度，确认其强度符合设计 的强度要求。在正式施工前，必须要确保架体底部混凝土的强度达到设计强度的 要求。(2) 在架体搭设环节，必须由信号工统一指挥开展吊装作业，同时为保证 施工安全，需在施工范围的周边设置相应的隔离带。(3) 对于高空作业的施工人员，必须要经过安
10、全技术培训且通过考核才可 上岗操作。(4) 底座、垫板应准确放置在定位轴线上，垫板厚度不小于5cm，长度不小 于 2 跨。架体底座的中心轴线需与地面保持垂直状态。钢管扣件作为加固件和斜 撑时，必须保证其质量性能符合规范要求。3.2 施工工艺流程(1) 设备定位：使用起重机(50t)吊起管幕设备至提升平台上，对提升平 台用拉葫芦的方式将其提升至设计标高，随后通过五线水平仪连接管幕钢管前后 视点，对管幕设备的位置进行人工调整，确保管幕设备与管幕钢管设计的走向一 致。为有效控制管幕设备的位移，在管幕设备骨架长度方向焊上小型块状钢板， 钢板厚度为 20mm。(2) 管幕钢管定位：定位好管幕设备后，将加
11、工好的管幕钢管及对应钻杆 吊至提升平台，并配合人工将管的一端放至设备夹持器中，另一端放在调整好的 垫板上，随后用五线水平仪和水平尺校核管幕钢管走向与锁扣的角度。(3) 管幕钢管顶进：定位管幕后，将设备启动，利用液压油缸与齿轮的转 动作用，同步进行土体切削、旋转出土、管节顶进作业，待管节进入土体一部分 后且背墙无明显变化时，用工字钢结构填充后背板与钢板的空隙。(4) 管幕注浆：封闭管幕钢管的入扣端，并预留注浆孔、排气观察孔，在 钢管段面上方预留排气观察孔，管径为25mm，注浆孔管径也同为25mm。相邻钢 管间用速凝剂进行封闭，掌子面则通过喷锚封闭。在管内灌注水灰比为0.81的水泥浆，浆液采用P.
12、O.42.5水泥拌制，注浆压力为0.51 MPa。一次灌注完成, 待2h后进行灌补，确保管内充盈。3.3 施工控制措施(1) 施工准备及障碍物处理：考虑管幕钻机无法实现围护桩内部及周围桩 与桩间钢筋的切削，需要先在管幕设计位置用直径为350mm大水钻连续钻孔，随 后在管幕设备定位后，开始管幕钻进作业。(2) 管幕顶进与方向控制：隧道管幕施工需超前支护，具体做法是在地层 中形成环向的施工帷幕，并利用管幕钢管间的锁扣连接成为一个半封闭状态的支 护体系，通过该支护体系实现对隧道开挖时对地面构筑物沉降影响的控制。钻进 时，同步开展管幕顶进与螺旋出土作业，直到管幕顶进至设计位置为止。（3）管幕钢管铺设：
13、管幕钢管铺设前，预先调好钻机、管幕钢管与隧道轴 线、坡度等参数，并按照设计要求用全站仪调整钻机与管， 钢管的入孔位置。 管幕钢管顶进2m后，还需再用全站仪进行复测，如果发现有偏移的情况，可通 过钻机前段的夹持器进行修正调整，之后每顶进3m测量1次，并及时对管幕钢 管的走向进行调整。需要注意的是，应在完成第一根管幕钢管铺设后再进行下一 循环的管幕钢管铺设，主要因为第一根钢管是锁扣对相邻管幕钢管的走向有决定 性作用，因此在实际施工中还需通过调整锁扣位置来调整管幕钢管的走向。3.4 施工注意事项（1）为实现对管幕钢管位置的有效控制，需在管幕施工前，在施工掌子面 与后背支撑墙位置将每根钢管入土的中心位
14、置与和标高测出，并在施工过程中及 时视情况调整，以保证管幕钢管施工的精度。（2）在顶进施工过程中，应随时对钻头的走向进行测量，并及时进行调整 修正，避免出现钢管上浮或下沉的现象。同时，在管幕对接时，尽可能缩短焊接 时间，避免顶进时间较长而引发“抱管”问题，避免再次顶进时有较大的顶推力 此外，若在管幕钢管顶进过程遇到了较大卵石、建筑垃圾等障碍物，此时可通过 调整螺旋钻杆是钻头超前成孔，由此使障碍物随螺旋杆旋出。结语：随着城市地下空间的不断开发和利用，浅埋暗挖隧道管幕工法的应用也越来 越普遍，本文结合具体的实例，总结了这一工法的原理、施工工艺和方法，并针 对施工过程中相关问题提出一些控制措施，希望能为类似工程应用这一工法提供 参考借鉴。参考文献：1 旷文涛，陈洲频,刘保林，杨宝隧道管幕暗挖法原理及应用探讨J.高速 铁路技术,2020,11（06）:28-33.2 王科甫.超前小口径管幕在广州地铁浅埋暗挖隧道中的应用J.城市轨道 交通研究,2019,22（05）:160-165.3 彭龙，卞桂荣,曹豪荣.超长管幕施工技术在浅埋暗挖隧道中的应用J.建筑机械,2018(12):107-112.
