臼囝四 豳 施工技术与应用 管幕围护工法下地下通道现浇混凝土结构的施工工艺探析 黄胜 上海智达工程顾问有限公司 摘要：文章以外滩源３３公共绿地及地下空间利用项目为例，分析了该工程的特点，并针对其现实特点，从管幕内土体加固、开挖、 型钢支撑、围护结构内防水、通道顶部古银杏树的保护、钢筋工程、模板及排架工程、混凝土浇筑等层面，探讨了管幕围护工法的施工 工艺；并对管幕围护工法施工的安全效果进行了分析。 关键词：管幕围护工法；地下通道；自流平混凝土 ０引言 管幕法作为穿越道路、铁路、机场等的非开挖技术，在日本、美国和中国 台湾都取得了较好的效果。管幕钢管锁口相连，管幕形成后在锁口处注人止 水剂或砂浆，形成密封的止水管幕。然后在管幕的保护下，对管幕内土体加固 处理后，边开挖边支撑，直至管幕段开挖贯通，再浇筑结构体，本工程案例地 点处于外滩源头，采用此施工方法的目的是为了保护上百年的古银杏树（民 间流传是清朝慈喜太后所种）不受破坏，同时在施工过程中采用了先进的自 流平混凝土施工方法，本文的探讨，希望能对类似工程的施工提供一定的借 鉴与参考。 １工程概况 本工程所属的外滩源３３公共绿地及地下空间利用项目，为上海外滩源综 合改造开发项目一期工程的主要项目之一，建设场地北临苏州河，西侧与圆 明园路紧紧相依，东邻中山东一路（路东侧为黄浦江），南面与半岛酒店地界相 接，本工程地下空间上部有一棵１５０年古银杏树，因工程施工时无法移植，所 以本工程将原单独的一个地下空间分成两个地下空间，两个地下空间通过位 于地下二层的通道相连接的方式对古银杏树进行重点保护。连接通道采用管 幕法围护（整个结构用４６根管径为７８６ＭＭ的钢管通过外力将地下土体分成两 部分，形式象钢围堰护筒）施工。外滩源３３公共绿地及地下空间利用项目主体 结构主要由南北两块 ３层地下室构成，南北 地下室连通道ｆ本工 程），位于地下二层 …、处，通道顶板埋深处 标高约一５．９６ｍ，地面 标高＿０．４６米，完工后 的顶板覆土厚度５．５ 图 ｌ 米，底板埋设处标高 约一１３．１６ｍ。侗１） ２工程特点分析 通道内总净截面尺寸：８５ＯＯｍｍｘ５３ＯＯｍｍ；建成的通道结构分为两部分， 一部分为人行通道（宽度２米，长度２３．４ｍ）将南北地下室连接起来，另一部分为 车行通道（宽度６米，长度２３．４ｍ）与原南面行车坡道相连。上述原因和工程建设 的背景决定了本工程只能采用管幕围护工法下的结构施工工艺，属于一种典 型的地下暗挖法，暗挖法是不扰动上部覆盖层而修建地下工程的一种方法， 包括矿山法 道开挖法）、盾构法及顶管法，其中盾构法及顶管法尤其适用于 上海软弱土层的施工，本工程特点是采用顶管围护施工。 本工程结构施工前，由于通道内部土体按照设计进行加固，内部土方开 挖采用边开挖土方边进行型钢支撑的安装，通道结构底板及侧墙选用普通 混凝土浇筑，顶板采用无振捣自流平混凝土，这是本工程最大的特点，也 是本工程的施工难点，因此本工程顶板自流平混凝土的施工质量的好坏 是决定本工程能否达到预期质量目标的关键所在，上海市的地下通道ｆ隧 道）工程绝大部分采用预制构件加压力注浆的施工方法，如穿越长江ｆ黄浦 江）的隧道、地铁区间隧道的被覆结构，此种施工方法，因预制构件制作机 械化程度高，混凝土的质量在混凝土构件厂得到控制，质量容易保证，并 且造价低，但现场对构件之间的拼装要求较高，如果处理不好，渗水比较 严重。因此本工程采用现浇自流平混凝土结构施工方法不仅是对建筑技 术的挑战，又是技术的创新。 ’３７２‘ ３管幕围护工法的施工工艺探析 ３．１管幕内土体加固工艺 上海市大部分地下工程，土体都必须加固，一方面是因为地下水含水量 大，水位高，水头压力大，另一方面是施工环境的需要。本ｌＴ程也不例外，为确 保保护建筑在基础整体托换和地下工程基坑开挖工程中的安全，在实施基础 整体托换之前，对保护拆除及临时加固技术进行深入研究，对保护建筑进行 临时处理和加固，临时处理措施主要是拆除不必要的非结构构件；在临时处 理之后对结构进行必要的临时加固处理。管幕内加固的土体可取到两个作 用，一是固结土体，保证土体稳定进而保证基坑稳定，土体在开挖前存在管幕 内土体支撑钢管管幕的平衡系统。在土方的逐步挖除过程中，因土体失去原 有的应力平衡系统，土体及管幕要失稳，为了维持土体及上方管幕的平衡稳 定，土体必须加固，土体加固可以增强土体的承载能力，弥补应力损失，使开 挖前后的应力平衡系统趋于一致；二是水泥可吸收土体中的水分，便于开挖 后的基坑内干燥，利于操作，确保一个便利的施工环境。针对历史保护建筑的 基础薄弱性，设计和施工紧密结合，在普通工艺的基础上，通过预先进行老基 础整体加固与托换，分析该新型工艺的技术控制点，采取穿墙型钢、静压锚杆 桩等手段，解决了原结构及基础在施工中的耐受性问题。 ３．２管幕内土体开挖工艺 土方开挖前，一定要有管幕内加固的土体现场抽蕊取样的水泥土试块强 度报告并符合设计规定的要求后方可开挖，开挖过程采用空压机（风镐）、挖 掘机加人工辅助，通道内部支撑较多，所以只能用小型挖机进行施工，同时注 意分段、分层、对称开挖，为了保证施工人员安全，必须加强地下通道内通风、 排风及照明。 地下室挖土深度较深，如处理不当极易影响到周边管线及建筑的安全。 本工程从围护施工阶段开始，包括槽壁加固、地下连续墙槽段施工、土体加 固、降水、开挖等每个环节都必须采取针对性施工措施，最大限度地减少对保 护建筑的影响，使其影响控制在允许范围内。同时设置自动实时监测系统对 保护建筑的垂直沉降、水平位移进行实施监测，及时采集分析数据以优化施 工参数，有效地控制了保护建筑及管线的变形。 ３．３型钢支撑工程的施工工艺 土方开挖的间歇，及时进行型钢支撑工程的施工，尽量减少无支撑支护 的时间，型钢支撑采用规格为４００Ｘ２４０Ｘ１３０的Ｈ型钢。整个通道采用１５道支 撑，每道支撑增设水平及竖向加强撑各一根，支撑纵向间距１米、２米，１５道支 撑之间加设斜向剪刀撑，具体布置见图２，所有的支撑拼接焊缝要求达到双面 焊接（厚度８ｍｍ），施工过程中严格按照设计、规范，对焊接人员的证书，焊接 材料的质量保证书、电焊机机械性能、焊接电流、焊缝质量进行监控。 ３．４水平暗挖的小管径管幕法施工技术 本工程地下空间上部有一棵１５０年古银杏树，因工程施工时无法移植。因 此将原单独的１个地下空间分成２个地下空间，２个地下空间通过位于地下２层 的通道相连接的方式对古银杏树进行重点保护。由于施工现场场地有限，故 无法进行常规箱涵顶进施工，只能采取管幕法施工。管幕法是在准备施工的 结构体外围，预先进行钢管的顶进，在工程需要的位置上进行钢管内注浆形 成１个临时能抵抗上部地面荷载和土层质量的超前支护结构，同时起到隔断 周边水土的帷幕结构的作用，从而达到防止上部土层沉降，确保地面交通、结 构及树木安全的需要。 本工程的管幕法施工，具有机械化程度高、精度高、土质适应性强、对周 围环境影响小、施工速度快等优点。 ３．５管幕围护结构内防水工程的施工工艺 本工程位于苏州河与黄浦江两条河流交汇处，距苏州河河道南防洪墙约 施工技术与应用 １００米，距黄浦江外滩观光平台吃水面一侧约２５０米，地下水相当丰富，因此做 好施工过程中的防水工作，是确保本工程质量、安全的又一个重点，由于管幕 内土方已经挖除（形成一个空腔）加上管幕钢管之间的空隙在管幕施工过程 中密封处理不到位，地下水随时从空腔上方及侧面钢管的缝隙中渗出，为了 以Ｃ３０混凝土为例，普通混凝土的配合比如表２所示。 表２普通混凝土的配合比 原材料 水泥 砂 石 （５—２５） 口圈翻 四 水 粉煤灰 外加剂 矿粉 ｌ７５ ６０ ０．８５ Ｏ．２９ ３．４ ７５ 更有效的预防渗漏水，施工中实行防堵结合，一方面在管幕外侧进行降水，另 方面在空腔内用膨胀水泥、钢板进行封堵。 一３．６通道顶部古银杏树的保护措施 由于本ｌＴ程的施工正处在秋、冬季节，古银杏树处于休眠期，古银杏树对 养料的需求有所减少，经咨询有关园林方面的专家，对古银杏树的保护工作 相对于春夏季节非常有利，因而本工程的成功风险系数大大减少。为避免施 每方砼用量（ ） ２０５ ８２２ １０２０ 重量比 ｌ Ｏ０ ４．Ｏ１ ４ ９８ 坍落扩展度（ｍＨｌ１ ｌ２Ｏ士３Ｏ 砂率 ４５％ ．１．６６％ ０．３７ 我们通过现场混凝土的浇筑用量与图纸计算的理论用量比较，结果相差 不大，我们确定自流平｝昆凝土已充满了结构的空间，同时验证了混凝土自己 工对古银杏树的周边环境产生破坏，在古银杏树周围布设了两口ＰＨ酸碱度 流动的特性。 监测孔，在施工过程中如发现ＰＨ值增大，立即进行人工换水，同时在土方开 挖过程中采用喷水雾或浇水的方法控制扬尘。在整个通道施工过程中由园艺 ４管幕围护工法施工的安全效果 方面的专家对古银杏树跟踪进行养分补充，由监测人员对树体主干进行垂直 本工程在基础施工过程中，有个别监测点达到或超过报警值，经过设计 度监测，对因土体开挖而产生的树体偏移立即采取对策进行处理 现场查看、计算，确认基坑仍处在安全状态。围护结构的变形最大为６ｒａｍ，在 ３．７钢筋工程的施工工艺 可控范围内；立柱沉降至工程结束最小抬升０．３ｒａｍ，最大抬升１０．６ｒａｍ，变化 底板、侧墙及顶板都有型钢支撑穿过，因而占用钢筋的空间，经与设计商 量、差异沉降在设计允许范围内。经过将实测数据与理论值的比较，提出了一 讨，施工过程中采用钢筋穿过型钢支撑的技术处理措施，钢筋大部分是３级规 些注意事项及改进措施，优化了下一步的施工参数和施工工艺，真正实现了 格为３２的钢筋，钢筋间距最小的为１２５ｍｍ，最大为１５０ｍｍ，钢筋之间的连接采 信息化施工，为设计施工提供了准确、可靠、及时的监测成果，确保了工程的 用直螺纹套筒连接，施工过程中重点加强对钢筋丝牙的加工质量和操作工对 施工安全。 直螺纹套筒是否拧紧的质量监控，对钢材的选用严格要求，如厂家必须是在 上海市有关部门提供的合格供应商名录清单中。 ５结语 ３．８模板及排架工程的施工工艺 本通道工程虽小，但造价较高，施工工法比较新颖、独特，开创了上海滩 侧墙模板采用胶合板，对拉螺杆问距沿高度方向、长度方向各为６００ｍｍ， 上管幕围护工法下地下结构工程施工的先例，在我国建筑史上并不多见，尤 模板的拼缝要求必须严密，尤其是顶板的模板，模板下的方木沿通道横向布 其是管幕围护及自流平混凝土的应用，打破了上海市地下通道（隧道）３３程传 置，方木之间间距为２００ｍｍ，钢管排架沿通道横向布置间距９００ｍｉｌｌ，纵向布置 统采用的预制构件拼装及高压注浆的施工方法，其中的整体或局部施工方法 间距４００ｍ。水平撑的步距、扫地杆、剪刀撑按架子工程验收规范及支架系统 可为一些工程的施工所借鉴，如水平旋喷桩（土体加固一般采用竖向旋喷加 计算书上的取值确定。 固）的成功运用及自流平混凝土的选用可解决地下异形结构工程施工中的难 ３．９混凝土的施工工艺 点。如今本工程通过竣工验收并投入使用，质量较好，百年古银杏树树叶葱 底板及侧墙采用普通混凝土施工，顶板采用自流平混凝土施工。混凝土 绿，焕发着旺盛的生机。上海是一个国际化大都市，据不完全统计人口将近二 浇筑过程中严格控制混凝土的坍落度及混凝土泵车的输送压力，压力太小不 千万，大街小巷的车流、人流正逐年增长，地下交通工程的发展对缓解地上交 能保证混凝土的输送及流 通压力的意义重大，上海人正在把上海建成一个经济、金融、贸易、航运中心 自流平濡蛙土输潍（｛盔毒眯长黜糠 锄３次 动性，太大可能对模板及 而努力奋斗，地下交通建设工程必将在后世博时代掀起一轮新的建设高潮， 钢管排架支撑系统产生破 随着上海市十二五宏伟规划目标的制定，建筑人更应站在创新、发展的最前 坏，所以混凝土浇筑过程 沿，地下空间的开发采用此种施工方法，仅从施工的角度，发展潜力很大，未 中密切注意现场混凝土输 必不好。 送管的运动情况，发现混 凝土输送管终端管出现反 参考文献 弹立即停止浇筑下面是上 【１］陈鸿．管幕工法在北虹路地道中的应用Ｕ】．地下工程与隧道．２０１２（０１） 海建工材料有限公司搅拌 ［２】沈桂平，曹文宏，杨俊龙，朱合华．新型的地下暗挖法——管幕工法的设计与 站提供的自流平混凝土与 施工ｍ岩土工程界．２００６（０２） 图２ 普通混凝土配合比通知单 【３］袁金荣，陈鸿 ４用小口径顶管机建造大断面地下空间的一种新手段——管 及顶板自流平混凝土浇筑 幕工法Ⅱ】地下工程与隧道２ｏｏ４（ｏｉ） 施工方案（见１￣１２）。 以Ｃ３０混凝土为例，自流平混凝土的配合比如表１所示。 表１自流平混凝土的配合比 原材料 水泥 砂 石 水 粉煤灰 外加剂 矿粉 （５—２０） 每方砼用量（ｋｇ ２６０ ７９０ １０００ ｌ６Ｏ ７０ ４．２ ９０ 重量比 １．Ｏ０ ３．０４ ３．８５ Ｏ．６２ Ｏ．２７ １．６２％ ０．３５ 坍落扩展度（ｍｍ１ ５００￣－７５ 砂率 ４４％ （上接第３６７页）测量值的精确性和准确性。 信息．２０１１（１８）：２５４—２５６ 参考资料 【３］昊吉瑞王运川柬晓东．高层建筑施工中沉降观测技术的应用刚．科技信息 川岳修良赵绪刚高层建筑施工中沉降观测技术的应用Ⅱ］．民营科技，２０１０ （科学教研）．２０１２（２１）：６９—７２． （０８）：９８—１０１． ［４］金贺国．王东高层建筑施工中沉降观测技术的应用 黑龙江科技信息． ［２］姜海峰．王晓云．浅析高层建筑施工中沉降观测技术的应用ⅡＪ．黑龙江科技 ２０１ １（１８）：３９—４２ （上接第３６８页）水利水电，２００２，（３）． 利水电出版社。２００６ ｆ３］曾金水．福建砌石拱坝施工技术与经济分析ｏ］．水利水电科技进展， ２００２，２２（２） 作者简介： 【４】中华人民共和国水利部砌石坝设计规范（ＳＬ２５—２０ｏ６）［ｓ】北京：中国水 李家法（１９７７一男。福建建瓯人，工程师。从事水利水电工程施工工作 ‘３７３