摘要：結(jié)合深圳地鐵2號(hào)線蛇口港站～海上世界站暗挖區(qū)間下穿天然淺基建筑物超前預(yù)支護(hù)的工程實(shí)例，研究和闡述了長(zhǎng)管棚超前注漿預(yù)加固技術(shù)的工作機(jī)理、施工工藝及技術(shù)，為管棚工法在城市地鐵工程中應(yīng)用提供參考。
　　關(guān)鍵詞：城市地鐵，深圳地鐵2號(hào)線，淺埋暗挖隧道，管棚，超前注漿。
　　1引言
　　管棚法首先用于山嶺隧道施工中，并在穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層、涌水、涌砂層等軟弱圍巖隧道施工中發(fā)揮了重要作用，已發(fā)展成為隧道洞口及通過(guò)斷層或軟弱破碎帶的主要輔助工法。近些年，管棚法也被推廣于地鐵的暗挖施工中。管棚支護(hù)是采用淺埋暗挖法施工的地鐵車站、區(qū)間隧道、附屬結(jié)構(gòu)等進(jìn)洞施工前，由于地層條件和結(jié)構(gòu)形式等因素限制，而采取的一種重要輔助支護(hù)手段，起到防塌、限沉，保證施工和結(jié)構(gòu)安全的有效作用。在目前的地鐵施工中，通常采取管棚間施做超前小導(dǎo)管注漿來(lái)配合管棚加固隧道拱頂?shù)貙樱�提高進(jìn)洞開(kāi)挖的安全性。
　　在建的深圳地鐵2號(hào)線蛇口港站～海上世界站暗挖區(qū)間左線下穿天然淺基建筑物施工采用長(zhǎng)管棚＋超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)方案。該管棚設(shè)計(jì)參數(shù)雖然不是最長(zhǎng)，管徑也不是最大，但施工遇到的挑戰(zhàn)是嚴(yán)格的限制條件：⑴管棚洞內(nèi)施工，隧道上半斷面工作室環(huán)狀方向僅有0.6m的有限空間，周邊已施作初期支護(hù)所限制；⑵不允許管棚本身施工引起上部天然淺基建筑物沉降和隆起；⑶管棚穿越?jīng)_洪積圓礫、礫砂、礫質(zhì)粘性土地層以及不均勻的填海地層。本文就針對(duì)該區(qū)間工程的工法選擇、施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析、總結(jié)。
　　2工程概況與特點(diǎn)
　　深圳地鐵2號(hào)線蛇口港站～海上世界站暗挖區(qū)間隧道為盾構(gòu)空推的圓形斷面，開(kāi)挖直徑7300mm，隧道拱頂至地面覆土層厚度9m，距太子賓館基礎(chǔ)7m。場(chǎng)地原始地貌為濱海沙堤、海沖積潮間帶，現(xiàn)已堆填整平，距離現(xiàn)狀海岸線約300m。隧道覆土層主要是人工填土（石、砂）、沖洪積圓礫、礫砂、礫質(zhì)粘性土，穩(wěn)定性差，遇水易產(chǎn)生涌砂。該地層中地下水豐富，與海水有較好的水力聯(lián)系。其左線隧道正下穿1棟5層天然淺基建筑物——太子賓館，穿越長(zhǎng)度35m。
　　在下穿建筑物段暗挖隧道拱頂施作密排管棚作為超前支護(hù)措施，管棚采用螺旋鋼管，直徑80mm、壁厚6mm。為避免在建筑物下設(shè)管棚工作室，采用39m長(zhǎng)管棚一次通過(guò)，管材每節(jié)長(zhǎng)度為6.0m，管棚長(zhǎng)鋼管采用6節(jié)6.0m、1節(jié)3.0m長(zhǎng)的鋼管套接形成。如圖1所示。
　　
　　                
　　
　　　　                                                              圖1長(zhǎng)管棚施工范圍示意圖
　　3長(zhǎng)管棚施工工法的分析與比選
　　管棚常用的施工方法有水平鉆機(jī)頂進(jìn)法、水平鉆機(jī)回拖法、夯管法、導(dǎo)向鉆機(jī)成孔管錘夯進(jìn)法等。
　　對(duì)淺埋暗挖隧道來(lái)說(shuō)，由于成孔時(shí)的應(yīng)力釋放和成孔過(guò)程中的水土流失，總要引起地表沉降。單根管棚產(chǎn)生的沉降非常小，隨著管棚數(shù)量增加，成孔應(yīng)力釋放造成沉降量累加，將引起較大的總沉降量，有的管棚施工引起的沉降甚至大于隧道開(kāi)挖所產(chǎn)生的沉降。管棚施工引起的地表沉降原因可以歸納為3類：成孔時(shí)的應(yīng)力釋放；成孔過(guò)程中的水土流失；成孔施工精度誤差引起的超挖。
　　從地面沉降要求嚴(yán)，施工空間有限、地層不均勻等限制條件出發(fā)，考慮的主要因素有：采取措施彌補(bǔ)或改善成孔過(guò)程中的水土流失；嚴(yán)格控制施工誤差；盡量避免成孔時(shí)因應(yīng)力釋放所產(chǎn)生的變形。
　　通過(guò)對(duì)管棚施工工法的綜合比較，確定采用水平鉆機(jī)頂進(jìn)法。水平鉆機(jī)頂進(jìn)法采用水平鉆機(jī)頂進(jìn)法施工，鉆孔機(jī)具常采用水平旋轉(zhuǎn)鉆、套管鉆、注漿鉆、水沖鉆等。鉆孔循環(huán)介質(zhì)一般為風(fēng)、水、泥漿。最常用的鉆機(jī)鉆頭直徑0.108m，成孔直徑0.110～0.113m，鉆桿長(zhǎng)度2.0m；鉆進(jìn)時(shí)水從鉆桿中心注入，從鉆頭口噴出；鉆孔完成后立即退出鉆桿，利用人工配合鉆機(jī)安裝管棚鋼管。這種工法主要用于小直徑管棚的施工。
　　4管棚施工藝及技術(shù)要求
　　考慮到該段隧道的地質(zhì)、周邊環(huán)境、隧道開(kāi)挖斷面、埋深以及開(kāi)挖方法等，管棚一次鉆進(jìn)長(zhǎng)度為42m，依照設(shè)計(jì)斷面布設(shè)施管棚，管棚分布寬度為拱頂120°范圍內(nèi)，要求鋼管中心間距為0.3m。
　　4.1施工工藝
　　管棚施工工藝流程如圖2所示。
　　
　　           
　　
　　　　                                                                       圖2管棚施工工藝流程圖
　　4.2施工技術(shù)要求
　　管棚施工的設(shè)計(jì)如圖3所示。
　　                      
　　  
　　應(yīng)嚴(yán)格按照如下步驟和要求進(jìn)行施工和質(zhì)量控制：
　　4.2.1測(cè)放孔位
　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在噴射砼封閉后的隧道斷面上，精確測(cè)定孔位，對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行編號(hào)。
　　4.2.2鉆機(jī)就位
　　調(diào)節(jié)鉆機(jī)至設(shè)計(jì)高度，并調(diào)節(jié)鉆機(jī)主軸使其與設(shè)計(jì)角度一致。鉆孔方向一般都沿隧道掘進(jìn)的方向，隧道兩側(cè)鋼管可以適當(dāng)向外側(cè)偏斜。在鉆孔前，要嚴(yán)格檢查調(diào)整鉆機(jī)主軸、鉆桿、鋼管方向一致，并使每根鋼管符合設(shè)計(jì)方向。特別要采取措施杜絕鋼管侵入初支和破壞其它設(shè)要施。鉆機(jī)就位后檢查鉆孔外插角，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。檢查儀器采用平板儀，首先測(cè)量鉆機(jī)主軸（導(dǎo)向板）的外插角度數(shù)，其次應(yīng)檢查首根鋼管前端的外插角度數(shù)，并滿足設(shè)計(jì)要求。
　　4.2.3鉆進(jìn)
　　管棚鉆進(jìn)時(shí)要根據(jù)地層具體情況，選擇合適的鉆進(jìn)參數(shù)。地層比較松軟時(shí)，管棚鉆進(jìn)一般采取中壓鉆進(jìn)、中速以及中量循環(huán)液。鉆孔應(yīng)由高孔位向低孔位間隔進(jìn)行。鉆孔時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)孔位，先使鉆桿向前，鉆頭接觸工作面，再使鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，不得晃動(dòng)鉆桿。在鉆進(jìn)前要首先給循環(huán)液。鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常檢查鉆進(jìn)方向，根據(jù)鉆機(jī)鉆進(jìn)情況及時(shí)判斷成孔質(zhì)量，并及時(shí)處理鉆進(jìn)過(guò)程出現(xiàn)的異常情況。加接鉆桿時(shí)，均要用測(cè)量外捕角，如發(fā)生傾斜時(shí)，應(yīng)立即采取有效措施進(jìn)行彌補(bǔ)和糾正。
　　4.2.4注漿和封口
　　每完成一根鋼管后，應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行注漿施工，注漿材料為強(qiáng)度等級(jí)為32.5級(jí)的水泥漿。注漿壓力應(yīng)根據(jù)地層情況確定。壓力宜控制在0.4～3.0MPa。注漿量小于0.1m3/m，穩(wěn)定10min后即可停止注漿。管棚注漿完畢要及時(shí)封堵管口。
　　4.2.5監(jiān)控量測(cè)
　　該段區(qū)間隧道上方為太子賓館、太子路，地面交通繁忙，地下管線眾多。為保證地面交通的正常運(yùn)行，地面建筑物和地下管線的安全，在施工全過(guò)程中，采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行地表沉降測(cè)量，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反饋及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工方案，確定后續(xù)工序安排；同時(shí)經(jīng)過(guò)量測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理和反饋，適時(shí)調(diào)整水平鉆機(jī)施工技術(shù)參數(shù)，以確保施工安全，也進(jìn)一步驗(yàn)證施工設(shè)計(jì)的合理性。此外，在開(kāi)挖過(guò)程中，還注意觀察管棚支護(hù)情況，如管棚間距是否過(guò)大、注漿漿液是否充滿鋼管周圍的空隙及地層有無(wú)漏水、流砂等現(xiàn)象，為下一循環(huán)改進(jìn)提供參考。
　　5效果分析
　　管棚支護(hù)也成為暗挖隧道施工控制土體下沉和地面建筑物沉降的一種有效措施，起到限沉的作用。管棚作為地層預(yù)加固技術(shù)的一種有效措施，其工作機(jī)理主要在于以下幾個(gè)方面：
　　通過(guò)管棚超前注漿，改良填海區(qū)土體，提高其物理參數(shù)，在加強(qiáng)自身剛度的同時(shí)，使管棚與周圍土體密實(shí)，加強(qiáng)了管棚與土體的粘結(jié)力，起到加固土體，增大地層自穩(wěn)能力的作用。
　　管棚注漿預(yù)加固后形成梁、拱結(jié)構(gòu)效應(yīng)。管棚沿隧道開(kāi)挖縱向推進(jìn)，一端與初支結(jié)構(gòu)相聯(lián)結(jié)，另一端深入前方土體中，可視作兩端固定的梁結(jié)構(gòu)，這種超前預(yù)加固和支護(hù)能夠提供有效的豎向抗力，是典型的超前預(yù)支護(hù)體的梁效應(yīng)。超前預(yù)加固后土體和管棚形成整體拱圈，大大減少了開(kāi)挖后土體自穩(wěn)和成拱達(dá)到平衡所需的時(shí)間，隧道很快建立起新的平衡，拱圈下的土體由隨后的及時(shí)噴混凝土來(lái)約束，這便是地層預(yù)加固的成拱效應(yīng)。管棚所形成的地層預(yù)加固結(jié)構(gòu)的縱向梁效應(yīng)以及橫向的拱效應(yīng)，在隧道開(kāi)挖時(shí)將承載來(lái)自上方的土體荷載，對(duì)地層的穩(wěn)定起促成和強(qiáng)化作用。
　　隧道開(kāi)挖引起軟弱荷載釋放時(shí)，管棚從上一施工循環(huán)支護(hù)結(jié)構(gòu)完成到下一循環(huán)進(jìn)行過(guò)程中，所承受的釋放荷載體系可視為由未開(kāi)挖土體、管棚及已支護(hù)段三部分構(gòu)成，通過(guò)對(duì)管棚內(nèi)力分析，管棚內(nèi)力隨支護(hù)完成而降低。因此，管棚隨著隧道初支的延續(xù)，將土體開(kāi)挖釋放的荷載傳遞到支護(hù)結(jié)構(gòu)上，不斷的起擴(kuò)散和傳遞荷載作用。
　　深圳地鐵2號(hào)線蛇口港站～海上世界站區(qū)間填海區(qū)淺埋暗挖隧道過(guò)建筑物施工，完成長(zhǎng)管棚共計(jì)23根，鉆進(jìn)960m，工期15天。工程實(shí)踐表明，管棚施工是成功的，長(zhǎng)管棚提前發(fā)揮超前支護(hù)作用，加上管棚間超前小導(dǎo)管注漿的配合，增加了施工安全度，提高隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。在管棚支護(hù)下開(kāi)挖，防止了隧道坍塌，有效控制了地面天然淺基建筑物下沉，該段填海區(qū)淺埋隧道已經(jīng)安全通下穿了天然淺基建筑物。