综合管廊是建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施。城市地下综合管廊建设是创新城市基础设施建设的重要举措, 可以逐步消除“马路拉链”“空中蜘蛛网”等问题, 达到改善城市形象、提升城市品质、高效利用地下空间的目的。目前国内综合管廊建设处于快速发展阶段, 由于我国幅员辽阔, 缺乏相应地区特点的管廊施工经验, 因此开展对喀斯特地貌区地下综合管廊施工技术研究, 对推进综合管廊工程建设有着重要的社会意义^[1,2]。

本文以国家首批试点城市之一的贵州省六盘水市综合管廊施工建设为例, 重点介绍了喀斯特地貌区城市综合管廊施工过程的溶洞处理、基坑支护、模板选型、结构及防水施工等关键施工技术及质量控制内容, 施工成果可供相似地质条件的综合管廊建设参考和借鉴^[3]。

贵州省六盘水市计划在2015—2017年内建设14个地下综合管廊示范项目, 新建地下管廊长度39.7km, 其中老城区管廊长度23.9km, 新城区管廊长度15.8km^[4]。

综合管廊采用矩形箱涵的结构形式, 标准段上层覆土为2.0~3.5m, 含3种标准断面, 分为两舱、三舱和四舱, 其中包含给水、广电、移动、联通、电信、电力、燃气等管线。两舱的标准断面净空尺寸分别为:燃气舱1 650mm×2 900mm、综合舱2 300mm×2 900mm;三舱的标准断面净空尺寸分别为:热力舱4 300mm×2 500mm、水信舱2 200mm×2 500mm、电力舱2 000mm×2 500mm;四舱的标准断面净空尺寸分别为:污水舱2 000mm×2 500mm、水信舱2 000mm×2 500mm、电力舱2 000mm×2 500mm、燃气舱1 650mm×2 500mm, 如图1所示。

两舱综合管廊底板、外侧墙和顶板厚均为350mm, 内侧墙厚度均为300mm;三舱综合管廊底板、顶板厚度均为450mm, 外侧墙厚为400mm, 其余侧墙厚为300mm;四舱综合管廊底板厚度为450mm, 顶板为400mm, 内外侧墙厚度均为300mm。标准施工流水段每30m设置1道变形缝, 缝宽30mm, 不设竖向施工缝。防水工程是本工程重中之重, 使用C35P6防水混凝土进行综合管廊主体结构浇筑, 从而达到主体结构自防水的目的, 同时在管沟的内墙接缝处涂抹防水涂料, 复合设防保证综合管廊的抗渗强度。

喀斯特地貌由于其地质条件复杂, 在地下综合管廊施工中常会遇到溶洞、顺向岩层边坡坍塌, 同时伴随软弱岩层, 带来钻孔桩塌孔超灌等问题。因此如何解决这些由于不良地质条件引起的施工困难以及如何提高山地城市施工工效是至关重要的。针对施工中基坑遇到的溶洞, 可以采用钻孔探测, 分析溶洞大小后灌注回填的方法, 避免盲目开挖带来的施工安全隐患以及材料浪费;针对顺向岩层边坡, 采用边开挖边使用锚网支护与位移监控的综合体系, 可以保证施工效率与安全。

喀斯特地貌区城市地下综合管廊的施工工艺流程为:基坑支护及开挖→基底换填→垫层→底板防水→底板、导墙→中隔墙、顶板→外墙防水→回填路面恢复, 如图2所示。

管廊施工为流水段作业, 采取“分段围挡, 突出重点, 先易后难, 快速恢复”原则, 将施工对城市交通的影响降到最低^[5]。

根据施工路段道路宽度以及交通导行情况, 综合管廊基坑开挖分为放坡和支挡开挖两种类型^[6]。

1) 放坡开挖

采用放坡开挖时, 根据地勘结果选择最佳放坡比, 山地城市放坡比一般在1∶0.75~1∶1.5。开挖前先进行测量放样, 将综合管廊中心桩号按照每20m以及全部转折点进行放样, 根据综合管廊埋深及宽度放出开挖边线。基坑采用明挖法施工, 对石质坚硬地层采用预先爆破施工方式, 主城区采用静态爆破施工。

在老城区施工地下综合管廊时, 在基坑开挖过程中应特别注意地下原有管线, 应与各管线产权单位沟通, 编制管线保护方案, 采取合理的保护措施。

2) 基坑支护

根据基坑开挖坡度大小, 基坑支护分为锚喷支护和钻孔灌注桩支护2种类型。为防止坍塌, 斜面放坡应采用锚喷支护, 基坑顶部设置边坡观测点。

对于无放坡条件的基坑, 采用单侧钻孔灌注排桩支护。根据六盘水地质条件, 采用直径1m的桩, 相邻桩间距为2m, 支护桩深度为8~14m, 开挖深度为6~7m, 排桩顶部以1m×1m的压顶冠梁连接。在地质条件极差、原有道路路基稳定性较差的情况下, 为防止支护桩倾斜侵占工作面及造成安全隐患, 在基坑两侧排桩顶部冠梁间加设钢支撑, 以保证基坑稳定性。

将基坑逐步开挖至换填底标高后, 如发现软土地基、湿陷性黄土、软弱岩层等及承载力低于160MPa不满足设计与规范要求时, 需根据验槽记录采用级配砂石进行换填。需保证基底压实度≥97%, 承载力≥160MPa, 槽底采用0.3m厚级配砂石作为褥垫层, 基坑换填验收合格方可进行垫层施工。

需注意施工过程中严格控制垫层的平整度, 同时照设计图纸管廊的坡度来控制垫层坡度。垫层一般为10cm厚C15混凝土, 验收合格方可进行底板防水施工。

综合管廊主体结构施工主要分为2步:先底板和导墙施工, 后内外墙和顶板施工。

目前铝合金模板应用广泛, 山地城市的综合管廊由于不具有平原地区管廊走向的水平顺直的特点, 综合节点复杂且标准段尺寸无法统一, 因此无法采用较少的铝合金模板重复利用, 从经济性及可操作性上不满足实际情况。因此山地城市综合管廊模板工程可采用木模板或塑料模板^[7]。塑料模板相比木模板, 有高环保、低成本、施工质量好的优点, 缺点是综合管廊节点形式多, 有进风口、排风口、支廊、投料口、水电引出口等众多形式, 且由于实际情况复杂, 各节点的尺寸也均不同, 因此塑料模板在综合管廊节点使用时会产生拼接多、周转次数低、费用增加的情况, 故山地城市采用塑料模板与木模板搭配轮扣式脚手架的综合体系, 即在综合管廊标准段使用塑料模板, 节点处采用木模板。

综合管廊施工作业面具有“长”的特点, 混凝土浇筑主要通过混凝土泵车。根据施工场地条件选择将混凝土泵车架设在施工便道或基坑内部, 泵车应覆盖施工流水段全部区域。

综合管廊底板采用1.2mm厚预铺式高分子防水卷材, 顶板和外墙采用1.2mm厚自粘式高分子防水卷材, 内墙采用水泥基渗透结晶型防水涂料。

高分子自粘片防水卷材预铺反粘法是将胶粘层朝外, 然后将混凝土直接浇筑在卷材上, 待混凝土固化后, 在卷材与混凝土之间形成连续牢固的黏结。施工工艺流程如下:清理基层→定位弹线→铺设预铺反粘卷材→搭接处理→节点处理→揭卷材隔离膜→绑扎钢筋→浇筑混凝土。

在外墙及顶板防水施工验收合格后, 方可进行肥槽回填工作。回填前, 铺设2层6cm厚挤塑板, 保护侧墙防水卷材, 顶板应设置混凝土保护层, 内配8@250钢筋网。路面恢复按照道路设计进行逐步回填, 应注意边回填边压实。

喀斯特地貌区地下管廊工程采用“二次地勘”形式施工, 即开挖后根据实际地质情况, 及时与设计单位、地勘单位、业主单位、监理单位协调, 调整支护方案和地基处理措施, 办理相关手续, 实施后及时报验^[8]。

在喀斯特地貌区基坑开挖过程中, 常有溶洞出现, 若溶洞垂向发育不明显, 为防止盲目开挖过程中造成基坑坍塌、出现事故, 可采用灌注C20混凝土进行回填, 以确保基底岩层有足够的承载力, 避免因下部连串溶洞的顶板岩体承载力不足而引起管廊沉降。具体工艺流程为:预处理区测量放点→探测、确定溶洞范围→对已探明溶洞的探孔下PVC排气管→灌注孔开凿→对溶洞进行灌填施工→验收检测。

发现溶洞后, 应采取钎探的方式探测溶洞范围, 钻孔深5m。为保证探测效果的同时节省工作量, 应在溶洞的各个方向先布置1个探测点, 若探测孔发现有溶洞, 应继续在发现溶洞发育方向继续每隔2m进行探测, 如图3所示。钻机就位后即可进行探孔施工, 探孔采用XY-100型地质钻机, 钻孔孔径110mm, 孔径误差≤5mm, 钻孔位置的平面尺寸误差≤50mm, 成孔的倾斜度≤1.0%。成孔深度要求进入溶洞底岩层≥1.0m, 深入基坑底≥1m, 取以上2个深度的较大值作为钻孔深度的控制值。

待钻机钻到设计位置后, 在孔内按间距埋设100mm PVC管, 管口用麻袋封堵, 以免进入杂物堵塞, 以备后期进行混凝土灌注时起排气作用。PVC排气管下入长度以正好进入溶洞顶板为宜, 不宜伸入溶洞洞体过长以保证排气孔能有效排出气体, 因此在补勘孔施工过程中应做好记录, 探明溶洞顶板及底板的埋深。

排气设置完毕后, 现场每隔3m用破碎锤开孔作为灌注孔, 用于浇筑混凝土, 灌注孔直径应≥200mm, 如图4所示。

依据地勘单位意见, 采用C20或其他强度混凝土进行溶洞回填, 并适当提高混凝土坍落度, 保证混凝土回填密实。混凝土强度达到15MPa后方可施工下道工序。

基坑开挖边坡若存在顺向岩层应立即采取处理措施, 若处理不及时, 会产生边坡滑移、坍塌的危险。在基坑顺向岩层的支护施工中, 应该使用锚杆穿过柔软岩层或滑动面, 将锚杆一端固定在深部坚硬的岩石层中, 一次施加压力对不稳定岩层进行锚固, 防止岩层滑移, 如图5所示。采用边开挖、边支护边监测的方式处理顺向岩层边坡, 主要流程为:施工准备→技术交底→测量放线→第1层土方开挖→第1层喷锚支护施工→变形监测→第2层土方开挖→第2层喷锚施工→变形监测→……→分层开挖及喷锚支护完毕→验收。

使用钻机按照设计位置将孔打好后, 安装锚杆, 再用注浆泵统一注浆, 要求将注浆管插到距孔底50cm, 确保注浆质量。素水泥浆采用P·O42.5水泥搅拌制作。采用软塑料管从孔底注浆, 每孔在注浆后至少再补浆1~2次。应确保注浆饱满, 注浆压力为0.2MPa。

在基坑坡顶设沉降观测点, 间距5m, 每天观测1次, 出现位移速率>3mm/d或累计位移>20mm时, 及时上报并采取增加斜撑等支护措施。沉降观测点用冲击钻在基坑顶部邻近坑边30cm范围内钻孔, 然后放入刻有“+”字标记的长200mm、直径20~30mm的圆头钢筋, 四周用水泥砂浆填实。

当综合管廊基坑由于实际场地限制或地质条件复杂, 无法采用放坡施工时, 应采用钻孔灌注桩的支护方式^[9]。靠人行道较近一侧采用, 1.2m桩径, 一般采用1m桩径, 桩芯间距为2m, 单侧支护桩上部采用1m×1m的钢筋混凝土冠梁连接, 桩身混凝土为水下C30混凝土。

若原道路路基为填土等软弱路基, 支护桩冠梁间应增加钢支撑, 防止基坑变形或道路开裂。

喀斯特地貌区地下综合管廊有坡度大、转角多的特点, 普通木模板施工成本高、混凝土表观质量差, 为充分利用塑料模板施工成本低、环保、高效的优点, 在综合管廊标准段采用钢框塑料模板+轮扣式模架体系。针对综合管廊变坡点, 采用相应形状木模板进行拼接, 解决塑料模板在转折处施工困难的问题。

标准段外墙模板连接使用镀锌螺丝, 内墙模板与导墙模板连接使用模板卡。塑料模板支撑结构为轮扣式支撑系统, 次龙骨采用40mm×40mm×2.5mm镀锌方钢管, 外墙主龙骨采用48.3mm×3mm圆钢管, 墙体采用3段穿墙止水螺杆, 如图6所示。

1) 为防止探测钻孔塌孔造成勘探不准确, 要求司钻人员随时对照地质钻探资料检查孔内水头高度、泥浆稠度和钻头负荷是否正常, 需采用长筒跟进。

2) 针对偏孔情况, 在钻孔穿过覆盖层或溶洞填充物接触溶洞顶板时, 钻孔速度会明显降低, 主绳摆动大, 遇此情况应马上提出钻头, 抛入坚硬片石、碎石和块状黄土, 以小冲程冲击, 待冲到原位后第2次抛入相同配合比的混合物以大冲程冲击, 反复进行, 直到不偏孔为止。

3) 如出现卡钻, 在溶洞顶板以上30~50cm处改变钻孔冲程和冲击次数, 采用慢打轻击, 进入溶洞后反复抛填片石、黄土及水泥。

顺向岩层支护中, 锚杆长度、间距及锚固深度要符合设计地勘要求;对需要做复试的原材料, 如:水泥、砂石料、各种外加剂等, 必须按照规定及时取样试验, 并将试验报告向监理报验。

1) 支护桩施工过程中应重点控制桩位坐标与垂直度控制、护筒埋深。

2) 孔口应设置6m左右的套筒, 防止土体坍塌, 保证孔径及孔深。

3) 测量过程中应对桩顶、桩底标高进行控制。

4) 钢筋笼的焊接质量、搭接长度需满足设计要求。

5) 混凝土灌注时应检查导管接头质量与水下混凝土的灌注质量。

1) 支模架必须根据相关的规范和标准进行设计验收, 对超危高大模板工程必须按要求进行专家论证, 必要时编制应急方案。

2) 模板支架的搭设应经过计算满足强度、刚度及稳定性要求, 立杆底部必须加设垫板或支座。

3) 塑料模板各连接卡扣要全部连接完毕, 防止模板拼缝刚度不足, 浇筑混凝土时引起错台、胀模。

4) 综合管廊转角处采用的钢木结合模板在施工过程中应重点监控, 保证加固质量, 防止出现漏浆、模板, 错台等混凝土表观质量问题。

5) 依据试块强度混凝土必须达到设计强度方可拆模。

对我国城市建设而言, 综合管廊的建设还有很大的发展空间。喀斯特地貌区由于其独特的地质条件, 给综合管廊的施工带来许多问题。本文通过对典型喀斯特地貌区六盘水市综合管廊的施工进行总结, 采用的溶洞处理、基坑支护等技术效果显著, 既控制了施工工期与施工质量, 又保证了施工安全, 取得了明显的经济效益和社会效益, 同时总结了施工要点与施工质量控制方法, 为类似地质条件综合管廊的施工提供了借鉴和参考。