1引言

管幕预筑法施工，在预先支护条件下进行土体开挖，既能够确保施工安全，同时又尽可能减少对地面环境的干扰，也不会影响地面通行［1］。黎永索、张可能等［2－3］根据工法施工特点将改进后的新管幕法命名为管幕预筑法，并分析管幕预筑法与管幕法的异同、优化了管幕预筑法顶管排列间距，对顶管施工过程中竖井井壁变形规律、隧道预筑前管幕地表沉降进行了大量研究［4］;杨仙［5－6］在管幕预筑法施工单拱大跨度地铁车站地表沉降研究中指出，管幕预筑法顶管施工其顶进顺序对控制地表沉降至关重要。本文依托太原市迎泽大街下穿火车站通道工程，介绍管幕预筑一体化结构施工关键流程、安全控制技术、施工工艺和沉降变形监测情况。相关技术成果对类似工程具有较好的指导意义。

2工程概况

太原火车站为运营中的特级火车站，火车站建设工程包括两条1－15m的车辆通道。通道总长463m，管幕段总长210.1m。施工过程不能影响太原站的正常运营，且具有沉降控制严、障碍物多、结构埋深浅等难点。项目组提出了支护结构一体化设计理念，将地下工程传统施工方法由先开挖或先超前加固、开挖，后初支、二衬形成地下工程结构，创新为先支护结构一体化施作刚性结构，再开挖土体的管幕预筑结构。本技术适用于城市变形敏感区地下大空间工程［7］。

3关键技术

3．1总体施工方案管幕预筑一体化结构方案主要思想为:通过顶进→切割、焊接→绑扎钢筋、浇筑混凝土后形成管幕结构→开挖管幕内部土体后形成类似矩形大跨度通道，工程横断面如图1所示。该工法主要分为四个工序:工序一:修建始发、接收工作井;进行线路扣轨加固及φ180锁扣式管棚施工;在工作井内沿结构横断面轮廓线依次分段顶进直径2m的钢管。上部采用敞开式顶管机施工，下部采用土压平衡式顶管机施工。工序二:在工作井内顶进所有钢管后，形成管排，先将相邻钢管重叠部分割除，再将切割后相邻钢管与安装的钢板进行焊接。钢管切割、支护施工按照分层和分段原则垂直分为上、中、下三层。工序三:支撑柱焊接完成后，进行结构钢筋绑扎，浇筑混凝土，依次循环，最终在廊道内形成稳固长久的主体结构。主体结构施工同样按照分层、分段原则。工序四:在结构内部进行土方开挖，切割侧向拱肋。

3．2工作井施工主要包括基坑施工、砂垫层和混凝土垫层施作、竖井衬砌施工、钢筋混凝土封底。开挖之前，地下水位降至井底0.5m以下，在井内设置顶进钢管所需的后背墙、顶管支架及导轨等。始发工作井的结构布置应具备足够的后座反力:当反力墙用于支撑千斤顶时，应充分利用土体阻力;当墙后土体抗力和变形不能满足顶管机始发和墙体变形要求时，应采取相应措施。工作井结构应满足顶管机施工过载要求，预留洞门直径应满足顶管机始发和接收要求，洞门处设置满足顶管机始发和接收要求的洞门密封装置。3．3超浅埋锁扣管棚为保持土体稳定，形成安全作业面，南、北通道各打设φ180锁扣管棚69根，最小埋深2.2m。锁扣管棚穿越10条运营铁路线，处于众多障碍物的杂填土层中。施工流程:锁扣管棚加工→施工平台搭设→调整钻机及钢管轴线、坡度→钢管顶进、出土→面向角、倾斜角数据记录→循环进尺装管焊接→顶进完成、拔杆清土、拔探棒→根据需要进行管内测量→堵头板焊接→锁扣管棚注浆。

3．4钢管顶进

3．4．1顶管掘进机选型经多方论证，上部杂填土中存在障碍物区域采用敞开式顶管掘进机，下部原状土区域采用土压平衡式掘进机，如图2所示。在顶管始发前通过可移动导轨调整顶管位置，保证工作面移动导轨与目标顶管处于水平［8］。

3．4．2顶进工序(1)施工准备:做好导轨后靠板、洞门内安装内接导轨、主顶千斤顶和千斤顶支架，安装止水装置等前期准备工作，精确放样，控制好导轨高程与洞门等高。(2)顶管机就位:顶进机下吊，置于导轨之上，下吊顶铁，调试顶管系统。(3)顶管始发:主顶千斤顶开始顶进，将顶管机机头顶置开挖洞口处，开始切削土体，并输送工作泥浆。(4)管节拼接:将注浆管道断开，油缸收缩，对管节进行焊接，焊接完成重复步骤(3)，继续顶进。(5)管节顶进:主顶千斤顶顶进，并输送触变泥浆，顶进过程同步骤(3)。顶进时需实时关注轴线，保持复测，持续纠偏。(6)顶管接收:提前做好接收准备，破除部分洞门，并安装好接收导轨。(7)循环上述过程直到顶管全部结束。如图3所示。

3．4．3障碍物处理基于“先长后短、先宏后专、先易后难的探测原则［9］，持续跟进开挖验证”为指导思想的综合预报方法，建立“勘察地质分析－现场地质调查－物探分析－钻探分析”的障碍物综合探测技术体系，解决隐蔽障碍物探测识别难题，为风险分析和控制提供技术保障。

3．5钢管切割、焊接

3．5．1切割工序管幕结构为椭圆形体系，对所有已顶进的钢管进行管间三角区注浆加固(如图4所示)并进行管间内部切割，最终实现管间互连，形成一个整体结构。注浆加固主要采用径向高压旋喷桩加固。所有管间三角区注浆加固完成后，进行管间切割。采用气爆切割与等离子切割相结合的方式，并将整个切割过程分两次进行，切割采用跳步施工。

3．5．2智能切割设备研发钢管内切割支护焊接成套设备，采用人工远程控制，机器人自动切割、焊接。整个系统由机械臂、AGV智能移载装置、机器人焊枪、割枪及smartweld控制系统等构成。同时配套研发了智能化控制及焊图5钢管切割台车缝激光跟踪系统，以解决远程控制、自动行走及精准定位等难题，可实现作业距离在5m以内，管道内行走精度±5cm;作业距离在5～10m之间，行走精度控制在±10cm。智能化视觉识别焊缝偏差±1mm，如图5所示。自动化切割支护系统在工程现场应用，共切割支护3.6×20根=72延米，切割窗口数量为3×20根=60个。设备的应用实现了智能作业，快速切割、焊接，切割速度达到1.89m/min，焊接速度达到1.54m/min。单窗口切割及支护时间缩短到2h，效率是人工切割支护的8倍，共用时30d。

3．6混凝土浇筑和土方开挖

3．6．1钢筋绑扎混凝土浇筑前进行钢筋绑扎，顶板与底板钢筋采用马凳筋架立，间隔1m，呈梅花形。竖向钢筋需布置在侧墙外部一侧，绑扎水平钢筋时，要布置于侧墙内部一侧。顶部和底部钢筋有很多交叉点，须绑扎牢固。两端布置两排钢筋对交叉点要求相同，中间部分钢筋绑扎需间隔进行，采用梅花式绑扎方式。两层钢筋网之间要设置拉筋，要求为φ12@200×300，布置为梅花形。采用钢筋机械连接工艺和等强直螺纹连接技术，确保接头能充分发挥母材的强度，克服传统钢筋绑扎浪费、烧伤、咬伤钢筋的缺点［10］。

3．6．2混凝土浇筑主体结构采用早强、自密实、微膨胀C40混凝土，抗渗等级P8。自密实混凝土浇筑最大水平流动距离要具体问题具体分析，不同施工部位要求不同，流动距离原则上不得超过7m，每7m设置一处布料点。自密实混凝土的浇筑点要分布均匀［11］，连续浇筑，间隔时间不超过2h。

3．6．3土体开挖结构成型后在内部进行土方开挖，完成后进行补强注浆，切割侧向拱肋;结构内部装修后铺设路面，通道施工完成。4监测结果分析为检验多种复合安全控制技术效果，保障管幕结构施工期稳定，对路基、轨道和站台沉降进行了24h观测。前期测点总数720个，后增加线间路基沉降点60个，共计780个［12］。图6北通道路基沉降监测结果由图6、图7可知，路基最大累计沉降量为9.4mm，轨道最大累计沉降量为8.9mm，满足设计沉降10mm要求。

5结束语

根据施工过程监测结果，管幕预筑一体化结构在施工期间各项指标满足设计要求，表明管幕预筑一体化结构关键技术在太原下穿火车站工程得到成功应用。同时说明管幕结构锁扣管棚、大直径群管顶进顺序、顶力控制、钢管切割及混凝土浇筑顺序等安全控制技术有效可行。新型管幕预筑一体化结构设计及成功应用，为超浅埋隧道下穿既有线路提供了一个新思路，可为类似工程提供成熟的施工技术体系和经验，该工法具有较强的实用性和推广价值。

参考文献

［1］刘洪波．城市轨道交通地下车站暗挖工法综述［J］．城市轨道交通研究，2015，18(7):99－104，108．

［2］黎永索，阳军生，张可能，等．弧形密排大直径管群顶管地表沉降分析［J］．中南大学学报(自然科学版)，2013，44(11):4687－4693．

［3］黎永索，张可能，黄常波．管幕预筑浅埋隧道稳定性分析［J］．中南大学学报(自然科学版)，2012，43(9):3646－3651．

［4］黎永索，阳军生，张可能，等．弧形密排大直径管群顶管地表沉降分析［J］．中南大学学报(自然科学版)，2013，44(11):4687－4693．

［5］杨仙，张可能，李钟，等．管幕预筑法中钢管顶进对地面沉降的影响［J］．沈阳工业大学学报，2012，34(4):469－473．

［6］杨仙．管幕预筑法中密排大直径钢管群顶进研究［D］．长沙:中南大学，2012．

作者:刘秀芝 单位:中铁十四局集团第二工程有限公司