超大断面管幕-箱涵工法施工技术

一、工程概况

<田林路下穿中环线地道新建工程> 位于上海市徐汇区漕河泾开发区中部，西起古美路，东到桂平路，全长1032.78米，分为敞开段和暗埋段两部分，地道断面采用三快两慢形式，暗埋段下穿运营中的中环线，下穿时隧道与地下管线距离最近处仅半米，地下管线复杂。

工程主要特点：

（1）下穿正运营中环线，地下管线多，对沉降要求非常严格，需有效控制；

（2）跨度大，对于开挖断面的支撑难度大。

                  

二、施工工法

为确保工程施工安全，下穿部分采用管幕-箱涵工法施工，这也是该国家级工法在上海软土层隧道工程的又一次运用(第一次使用是中环线北虹路下立交工程)。

（1）钢管幕施工

所谓管幕施工就是利用一定口径的钢管依靠雌雄锁扣密封或其他方法形成一道连贯的止水帷幕，在一定跨度范围内可独自承担上覆水土压力，对地下工程的非开挖施工形成一道隔离保护层。减少后续地道开挖（矿山法暗挖或箱涵顶进）时对周边环境和地下管线的影响，这是管幕-箱涵工法安全施工的第一道保险。

田林路地道在“穿越”时，先用62根带锁口钢管从西区工作井向东区接收井顶进，在中环线下形成口字形地道断面，有效隔离保护层并承担上覆水土压力，为随后在口字形区域内的箱涵推进提供保障。2016年7月田林路地道工程正式开工，到2017年9月15日第一节钢管幕开始推进，2018年4月5日管幕全部贯通形成了口字形钢管幕。钢管幕的施工，是田林路穿越中环线地道施工的核心一环，为箱涵推进提供了第一道保险。

（2）超大断面全封闭土压平衡掘进机掘进

从施工安全角度考虑，要防止地面沉降，仅依靠管幕隔离屏障强度远远不够，需使用特殊箱涵掘进机确保施工中开挖面稳定。对此，隧道股份市政集团自主研发世界最大断面（机头长19.84米，宽6.42米）全封闭土压平衡掘进机用于工程的箱涵推进施工，这台巨型设备采用四台螺旋机出土，作业时通过安装在土舱面板上的14个土压力传感器实时监测正面土体变化情况，操作者可根据压力值变化情况及时调整螺旋机的转送参数，从而保证正面土压力稳定，为箱涵安全穿越中环线再上一道保险保障。

三、掘进机介绍

该世界最大断面全封闭土压平衡掘进机总重量超过600吨，受城市道路运输限制，机头需分四块运输，拆分的机头单件最大重量达130吨。

该箱涵掘进机由3个大刀盘、8个小刀盘、4台螺旋机、2套人行舱、9节动力车架、1套皮带输送机和辅助注浆设备组成，所有车架都需布置在首节混凝土箱涵内。土舱面板上安装有14个土压力传感器能够实时监测正面土体变化情况，操作工人可以根据压力值的变化，及时调整螺旋机的转送方向和力度。

该箱涵掘进机主要亮点：

（1）皮带传输机灵活多变

由于箱涵开挖断面大，箱涵掘进机作业时出土量达到300立方米/小时，采用传统的电机车配土箱出土方式无法满足不间断施工需求。为确保施工流畅性，专门设计了一套皮带输送机，通过2节机内皮带机将螺旋机出口的渣土汇总到一节外运皮带机后，可直接运输到集土坑内统一装车，在工作井内的皮带机还具备伸缩功能，可随着掘进机的推进实现同步伸缩。

（2）全闭环智能化箱涵同步顶进系统

箱涵在顶进过程中主顶系统的同步性是影响箱涵成型良好姿态的关键因素。田林路箱涵推进采用80根250吨油缸，总推力达到20000吨。市政集团技术人员与同济大学专家合作，开发研制的箱涵同步顶进系统，通过中央控制器对箱涵两侧激光测距仪跟踪到的距离变化，通过PID控制算法来调整不同分区油缸的顶进速度，从而实现全闭环智能化自动化控制。

（3）同步注浆厚浆液填充掘进机与箱涵间隙，再次降低中环线路面沉降

涵注浆既要考虑浆液对于建筑孔隙的填充，又要形成浆套以减少顶进过程中的摩阻力，再次把路面沉降降到最低。箱涵穿越中环线过程中对地面沉降要求非常高，将用一种最新研究厚浆，对箱涵与管幕之间的建筑孔隙进行填充。由于事先对厚浆配比进行了专题试验，可确保在满足摩阻力需求的条件下，最大限度地增加固体颗粒物来提高支撑性能。与此同时还专门配置专用的厚浆搅拌和泵送系统，既可以对掘进机和箱涵间隙进行同步填充，又可根据监测数据在后期进行局部补充注浆。

四、主要问题

（1）怎样提高箱涵内部空间使用率？

掘进机推进时相当于三台地铁盾构机同时工作，动力系统需包含6节液压车架、3节高低压柜、4套注浆泵、1套水系统和1套皮带输送机，如何将那么多的设备合理布置到箱涵内呢？

把箱涵隔墙采用临时钢支撑代替，使得箱涵内的空间利用率大幅提高，同时让车架之间留有间距，为后续设备维护及保养人员自由进出提供了方便。

（2）如何在箱涵推进过程保持步调一致？

保证箱涵推进的良好姿态，隧道股份市政集团技术人员与同济大学专家合作，开发研制箱涵同步顶进系统，将所有油缸分为7组，分别采用7套液压泵站，每套控制10个油缸，通过中央控制器，根据箱涵左右两侧行程差，对7套液压泵站输出流量集中核算，确保顶进过程中的同步性。同时采用两位操作人员共同操作，杜绝施工过程中误操作。

来源：趣味岩土