第四章市政管廊施工.

第四章市政管廊施工白建国进入21世纪以来，随着城市建设的飞速发展，各种市政管线集中布置已成为城市发展的必然。因此，修建市政管廊已势在必行。市政管廊也称为市政综合管沟，是指设置于地面下，用于容纳两种及两种以上市政管线的构筑物及附属设备。它是在城市地下建造的市政公用隧道空间。根据功能可将市政管廊分为干线管廊、支线管廊、干支线混合管廊和缆线管廊；根据施工方法可将市政管廊分为现浇管廊和预制拼装管廊。干线管廊设置在机动车道或道路中央下方，不直接服务沿线地区；支线管廊设置在非机动车道或人行道下方，直接服务沿线地区；干支线混合管廊可设置在机动车道、非机动车道、人行道的下方，应结合纳入管道的特点选择设置位置；缆线管廊设置在人行道下方。修建市政管廊的优点：能及时发现和处理管线在使用过程中出现的各种问题，提高了维护管理效率和城市防灾、减灾、应对突发事件的能力；避免了维护管理过程中道路的重复开挖和各管线业主单位对地下空间资源的无序占有；减少了对环境的污染和对居民出行的影响；有效缓解了城市发展与市政管线规划之间的矛盾；有利于解决市政管线规划预留问题，促进城市的可持续发展和地下空间的合理利用。市政管廊一般采用明挖法或暗挖法进行施工。第一节明挖法明挖法施工的特点明挖法是指先由上而下开挖地面土石方至设计标高后，再自基底由下而上顺作进行管廊主体结构施工，最后回填基坑恢复地面的施工方法。明挖法是各国市政管廊施工的首选方法，在地面交通和环境条件允许的情况下采用明挖法施工，具有施工技术简单、快捷、经济、安全的优点；其缺点是中断交通的时间长，施工噪声与渣土粉尘等对环境有一定的影响。明挖法适用于场地地势平坦，没有需保护的建筑物且具备大面积开挖条件的地段，通常用于城市的新建区。一般有明挖现浇施工法和明挖预制拼装施工法。明挖现浇法施工工艺明挖现浇法的施工工艺为：降低地下水位→土方开挖→基底处理→支模→绑扎钢筋→浇筑混凝土→回填土方→恢复地面。降低地下水位、土方开挖、基地处理和土方回填的方法在第二章中已经述及，不再重述。但施工时应注意：基坑两侧10m范围内不得存土。放坡基坑管廊结构边缘到基底边缘的距离不得小于0.5m，支护基坑管廊结构边缘到支护设施边缘的距离不得小于1m。当设有排水沟、集水井等设施时，可根据需要适当加宽。管廊基底应平整压实，其高程允许偏差为：+10/-20mm，并在1m范围内不得多于1处。基坑回填时，如采用机械碾压，搭接宽度不得小于200mm；如采用人工夯实，夯与夯之间重叠不得小于夯底宽度。明挖预制拼装法施工工艺明挖预制拼装法的施工工艺为：管片预制→降低地下水位→土方开挖→基底处理→管片拼装砌筑→管廊防水→回填土方→恢复地面。管片预制所用各种材料，进场均应有质量合格证明文件，均应按国家有关标准进行复检，宜采用非碱活性骨料，混凝土管片强度应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204）中的有关规定。管片拼装砌筑和防水层的施工方法，参见本章第二节盾构法施工。第二节暗挖法暗挖施工法适用于城市交通繁忙，景观要求高，无法实施开挖作业的地区，也适用于松散地层、含水松散地层及坚硬土层和岩石层。一般有盾构法、掘进机法、浅埋暗挖法和盖挖法等方法。盾构法盾构是不开槽施工时用于地下掘进和拼装衬砌的施工设备。使用盾构开挖隧道的方法就是盾构法。盾构法源于法国，由工程师MareIsambrardBrunel（布鲁诺尔）发明，并于1834年用盾构法建成了第一条过江隧道。我国在20世纪五十年代开始引进盾构法，并在北京和上海等地进行小型盾构法施工试验，至今已有50多年的施工历史，根据以往的施工经验，可知盾构法具有以下一些优点：（1）因施工中顶进的是盾构本身故在同一土层中所需的顶力为一常数；（2）盾构断面可以为任意形状，可成直线或曲线走向；（3）在盾构设备的掩护下，进行土层开挖和衬砌，使施工操作安全；（4）施工噪声小，不影响城市地面交通；（5）盾构法进行水底施工时，不影响航道通航；（6）施工中如严格控制正面超挖，加强衬砌背面空隙的填充，可有效地控制地表沉降。因此，盾构法广泛用于城市建筑密集、交通繁忙、地下管线集中地段的地下管廊的施工。盾构法的施工原理盾构法施工时，先在需施工地段的两端，各修建一个工作坑（又称竖井），然后将盾构从地面下放到起点工作坑中，首先借助外部千斤顶将盾构顶入土中，然后再借助盾构壳体内设置的千斤顶的推力，在地层中使盾构沿着管道的设计中心线，向管道另一端的接收坑中推进，如图4-1所示。同时，将盾构切下的土方外运，边出土边将砌块运进盾构内，当盾构每向前推进1~2环砌块的距离后，就可在盾尾衬砌环的掩护下将砌块拼成管道。在千斤顶的推进过程中，其后座力传至盾构尾部已拼装好的砌块上，继而再传至起点井的后背上。当管廊拼砌一定长度后就可作为千斤顶的后背，如此反复循环操作，即可修建任意长度的管廊（或管道）。在拼装衬砌过程中，应随即在砌块外围与土层之间形成的空隙中压注足够的浆液，以防地面下沉。盾构法施工示意1－盾构；2－盾构千斤顶；3－盾构正面网格；4－出土转盘；5－出土皮带运输机；6－管片拼装机；7－管片；8－压浆泵；9－压浆孔；10－出土机；11－由管片组成的隧道衬砌结构；12－在盾尾空隙中的压浆；13－后盾管片；14－竖片盾构组成盾构一般由掘进系统、推进系统、拼装衬砌系统3部分组成。图4-2盾构构造简图1－切削环；2－支撑环；3－盾尾部分；4－支撑千斤顶；5－活动平台；6－活动平台千斤顶；7－切口；8－盾构推进千斤顶；9－盾尾空隙；10－管片拼装管；11－管片（一）掘进系统市政管廊施工中使用的盾构是由钢板焊接成的圆形筒体，前部为切削环，中部为支撑环，盾尾为衬砌环，通过外壳钢板连接成一个整体，如图4-2所示。掘进系统主要是切削环，它位于盾构的最前端，作为支撑保护罩，在环内可安装挖土掘进设备，或容纳施工人员在环内挖土和出土。施工时切入地层，掩护施工人员进行开挖作业。切削环前端设有刃口，以减少切土时对地层的扰动和施工阻力。切削环的长度主要取决于支撑、挖土机具和操作人员回旋余地的大小。（二）推进系统推进系统是盾构的核心部分，依靠千斤顶将盾构向前推动。千斤顶采用油压系统控制，由高压油泵、操作阀件等设备构成。每个千斤顶的油管须安装阀门，以便单个控制。也可将全部千斤顶分成若干组，按组分别进行控制。盾构千斤顶的液压回路系统如图4-3所示，用阀门转换器操纵进油和回油，阀门转换器工作原理如图4-4所示。当滑块2处于左端时，高压油自进油管1流入，经分油箱4使千斤顶5出镐；回镐时，将滑块2移向右端，高压油推动千斤顶回镐，并将回油管中的油流向分油箱4。盾构被顶进后应及时在盾尾进行衬砌工作，在施工过程中已砌好的砌块可作为盾构千斤顶的后背，承受千斤顶的后座力，竣工后则作为永久性承载结构。拼装衬砌系统主要是衬砌环，它位于盾构尾部，由盾构的外壳钢板延长构成，主要是掩护砌块的衬砌和拼装，环内设有衬砌机构，尾端设有密封装置，以防止水、土及注浆材料从盾尾与衬砌环之间的间隙进入盾构内。砌块通常采用钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土预制，形状有矩形、梯形、中缺形等，如图4-5所示。砌块尺寸根据管廊大小和衬砌方法确定。（三）拼装衬砌系统（a）（b）砌块形式（a）矩形砌块；（b）中缺形砌块盾构的分类盾构的分类方法很多，按挖掘方式可分为：手工挖掘式、半机械式、机械式三大类；按工作面挡土方式可分为：敞开式、部分敞开式、密闭式；按气压和泥水加压方式可分为：气压式、泥水加压式、土压平衡式、加水式、高浓度泥水加压式、加泥式等。盾构尺寸的确定地下掘进时，盾构承受土压力，盾构外壳按弹性圆环设计，一般控制如下参数：（一）盾构的外径盾构外径D可由下式确定:D=d+2(x+t)（4-1）式中：D——盾构外径，mm；d——管端衬砌外径，mm；t——盾构外壳总厚度，mm；x——衬砌块与盾壳间的空隙量，mm。衬砌块与盾壳间的空隙量为衬砌外径的0.008~0.010倍，其最小值要满足:x=Ml/d（4-2）式中：l——砌块环上顶点能转动的最大水平距离，通常为；M——衬砌环掩盖部分的衬砌长度；其它参数同式4-1。所以=0.0125，一般取30~60mm。盾构的长度如图4-15所示，盾构长度为切削环、支撑环和衬砌环长度的总和，即：L=L1+L2+L3（4-3）式中：L——盾构长度，mm；L1——切削环长度，mm；L2——支撑环长度,mm；L3——衬砌环长度,mm。盾构长度1－千斤顶；2－砌块；3－切削环；4－支撑环；5－衬砌环盾构的灵敏度盾构的灵敏度指盾构总长度L与其外径D的比例关系，一般规定如下：小型盾构（＝2～3m），＝1.5；中型盾构（＝3～6m），＝1.0；大型盾构（＝6～12m），＝0.75。盾构尺寸应满足灵敏度的要求。盾构千斤顶及其顶力计算盾构依靠千斤顶来推进和调整方向。在千斤顶的顶进过程中，千斤顶应有足够的顶力，来克服盾构前进中所遇到的各种阻力。一般情况下，盾构在前进过程中所遇到的顶力如下：（1）外壳与周围土层间摩擦阻力F1F1=v1[2(Pv+Pk)L*D(4-8)式中：PV——盾构顶部的竖向土压力，KN/m2；Ph——水平土压力值，KN/m2；v1——土与钢之间的摩擦系数，一般取0.2～0.6；L——盾构长度，m；D——盾构外径，m。（2）切削环刃口切入土层阻力F2：F2=DL(PvtgΦ+C)（4-9）式中：φ——土的内摩擦角；C——土的内聚力，kN/m2；其余参数同式（4－8）。(3）砌块与盾尾之间的摩擦力F3：F3＝v2·G’·L’（4-10）式中：v2——盾尾与衬砌之间的摩擦系数，一般为0.4～0.5；G’——衬砌环重量，KN；L’——盾尾中衬砌的环数。（4）盾构自重产生的摩擦阻力F4：F4＝G·v1（4-11）式中：G－盾构自重，KN；其余参数同式（4-8）。（5）开挖面支撑阻力或闭腔挤压盾构地层正面阻力F5：1）开挖面支撑阻力应按支撑面上的主动土压力计算，即：见书（4-12）式中：EA——主动土压力；KN/m2；其余参数同式（4－8）。2）闭腔挤压盾构地层正面阻力：见书（4-13）式中：EP——被动土压力，KN/m2；其余项阻力，需根据盾构施工时实际情况予以计算，叠加后组成盾构推进的总阻力。由于上述计算均为近似值，实际确定千斤顶总顶力时，需乘以1.5～2.0的安全系数。实际工程中可以按经验公式估算总顶力P：（4-14）式中：P——千斤顶的总顶力，KN；其余参数同式（4－8）。一般而言，小型盾构P=500～600KN；中型盾构P=1000～1500KN；大型盾构P=2500KN；我国使用的千斤顶多数为1500～2000KN。盾构千斤顶采用液压传动，为了避免压坏砌块，应将总顶力分散，采用多个顶力较小的千斤顶。千斤顶的顶程应略大于砌块的宽度，与砌块宽度的比值一般为1.15~1.35。盾构施工一、盾构施工的准备工作为了安全、迅速、经济地进行盾构施工，在施工前应根据图纸和有关资料进行详细的勘察工作。勘察的内容主要有：用地条件的勘察、障碍物勘察、地形及地质勘察。用地条件的勘察主要是了解施工地区的情况；工作坑、仓库、料场的占地可能性；道路条件和运输情况；水、电供应条件等。障碍物勘察包括地上和地下障碍物的调查。地形及地质勘察包括地形、地层柱状图、土质、地下水等。根据勘察结果，编制盾构施工方案。盾构施工准备工作主要有盾构工作坑的修建、盾构的拼装检查、附属设施的准备等。施工工艺要点盾构法施工工艺主要包括盾构的始顶；盾构掘进的挖土、出土及顶进；衬砌和灌浆。盾构的始顶盾构在起点井导轨上至盾构完全进入土中的这一段距离，要借助工作坑内千斤顶顶进，通常称为始顶，如图4-20（a）所示，方法与顶管施工相同。当盾构进入土后，在起点井后背与盾构衬砌环内，各设置一个大小与衬砌环相等的木环，两木环之间用圆木支撑，以作为始顶段盾构千斤顶的临时支撑结构，如图4-20（b）所示。一般情