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3.中铁二局集团电务工程有限公司
【摘要】 管幕法修建隧道以多根钢管平行咬合，密布在隧道周围形成稳定的支护结构。管幕法主要
应用于下穿重要建（构）筑物。小口径锁口管幕具有“支护强度高、施工精度高、地层扰动小和整体造价低”等优势，并且克服了大直径管幕“高大长”的缺点，在下穿重要建构筑物时优势较为明显。
【关键词】 地铁施工 过街通道 超前支护钢管帷幕 小口径锁口管幕
作者简介： 男 xx年生 毕业于xx大学 青岛地铁集团有限公司第二建设分公司 高级工程师 从事地铁施工技术管理工作xx年
1 前言
管幕法修建隧道以多根钢管平行咬合，密布在隧道周围形成稳定的支护结构。管幕法主要应用于下穿重要建（构）筑物。小口径锁口管幕具有“支护强度高、施工精度高、地层扰动小和整体造价低”等优势，并且克服了大直径管幕“高大长”的缺点，在下穿重要建构筑物时优势较为明显。
（1）管线的改建，不影响地面正常交通； （2）对地表建筑物不会产生不良影响； （3）降水，地面沉降较小；
（4）钢管内的注浆通过扩散即可补偿地层的松散变形控制沉降又可形成一层有效的止水层；
（5）无噪声、无振动，可24小时连续施工。
2 国内管幕法应用调研
（1）北京地铁8号线南延下穿地铁10号线
木樨园桥南站-大红门站区间采用矿山法施工，拱部采用管幕超前支护，左右线下穿既有10号线盾构区间，矿山法隧道拱顶距离10号线盾构区间底约2.5m。正线下穿既有10号线盾构区间范围内，地层自上而下依次为杂填土层、粉细砂层、卵石层、粉质粘土层、粉细砂层、卵石层、粉土层。矿山法隧道对运营未产生任何影响，既有线的最大变形小于3mm。
（2）成都市成华区致力路隧道下穿既有铁路
该工程为全国首例带锁扣超长管幕施工，182米长的超长管幕下穿铁路施工在国内尚属首次，施工采用南北两端对打、锁扣封闭成环。该隧道地处闹市，地下管网错综复杂，且存在埋深浅（最小埋深1米），地表沉降控制要求高（隧道上方有东环铁路、成渝铁路、成昆铁路、动车检修线、成绵乐存车线），土质差（上覆第四系全新统人工填土、冰水-流水堆积层分之粘土及卵石土等，隧道围岩等级为Ⅵ级围岩）等诸多不利因素，超前支护为拱部采用φ299锁扣管幕，管线及地表沉降均满足要求。
（3）胶州市市民广场澳门路过街通道
通道为平顶直墙结构，隧道结构跨度16m、高6m、覆土厚4m左右，管幕所在地层由上到下分别为粉土、粉砂及含卵石粉砂层。通道上方为繁忙的澳门路大街。超前支护采用φ325mm×10mm锁扣管幕，在顶部及两侧侧墙设置，单根打设长度为45m。该工程是国内第一次大规模采用小口径锁扣管幕作为大跨度浅覆盖地下通道的超前支护，整个通道完成后最大沉降约30mm。
3 工程概况
青岛地铁1号南岭路站、遵义路站及汽车北站均位于重庆路西侧，三站过街通道均下穿重庆路。重庆路管线众多，车流量大，过街通道下穿GD 2.5m×2.0m、多条DN1200给水管、DN 800雨水管等管线，建设环境复杂多变，施工风险较高，经多次专家论证研究确定过街通道采用管幕法施工。
3 工程地质
车站自上至下土层主要为：杂填土、粉质粘土、含黏性土粗砂、粗砂~砾砂层、粉质粘土，洞身穿越含黏性土粗砂层、粉质黏土层、粗砂~砾砂层。底板主要位于粗砂~砾砂层及粉质黏土层。
4 施工工艺流程
管幕法施工工艺图见图1所示。 图1 管幕法施工工艺流程图 5 支护设计
（1）整体支护方案设计参数：
①通道拱部及上半断面侧墙采用φ299@350mm(环向)管幕超前支护，下半断面超前帷幕注浆；
②初支采用300mm厚C25喷射混凝土，封闭格栅钢架@0.5m； ③二衬模筑500mm厚C45钢筋砼衬砌； ④采用CD法施工。
图2 支护横断面设计图 （2）管幕细节设计
①锁扣设计：
锁扣采用63×40×5mm角钢，根据管幕的设计要求，计算出锁扣在管幕钢管上的位置，然后把角钢焊接在管幕钢管上，为了锁扣焊接的准确，先将管幕钢管放在一根125mm槽钢上，然后根据锁扣参数，固定角钢两端及中间的位置焊接牢固，因锁扣决定下一根管幕钢管的走向，锁扣焊接一定要保证准确。锁扣设计大样图见图3所示。
图3 锁扣大样图 ②管节间连接设计：
管节与管节之间的连接采用坡口等强度焊接，需沿钢管周圈全部焊接。焊接时要用卡套固定好两根钢管。管节间连接节点大样见图4所示。
图4 管节间连接节点大样 ③注浆要求：
管幕钢管内注浆建议采用素水泥浆，水灰配比为1：0.8，注浆由一端进行，注浆口设在一端，出浆口位于另一端，设在钢管顶部，当出浆口流出浆液后，关
上阀门，然后加压至0.8Mp。待浆液固结后，进行二次注浆，即将一端钢管端头部位割开，使管内水流出或抽出，然后进行填充注浆，填充注浆时，可加入适量的膨胀剂，注浆效果通过割开管头部位进行检验端头嵌固处理端头嵌固处理要求Φ299钢管全部布设完成后，需将两端的管头连接起来，使端头部位形成一个整体；端头连接方法是用Φ28mm钢筋上下两排焊接起来，形成一个整体。
④管幕施工设计：
下穿重庆路段过街通道，地质条件差，围岩等级为Ⅵ级，采用φ299管幕超前支护。管幕在出入口通道开挖轮廓线拱顶及侧墙外侧250mm布设，分别从车站端、过街端明挖基坑两头对向打设,钢管通过角钢锁扣相互扣接形成管幕，管内及锁扣部位使用水泥浆液填充固结。结合现场情况及设计条件，下半断面根据施工情况，如果开挖过程中遇砂层，采用帷幕注浆法加固地层。施工期间加强监控量测，确保施工安全。
初期支护施工时应在拱部150°范围预埋∅42注浆管,壁厚3.5mm,长400mm,环向3根、纵向间距4m,当初期支护闭合成环一定长度后,应及时对初衬背后回填注浆加固，以减少地面沉降量，注浆压力宜为0.2～0.5MPa。二衬在模筑时预埋∅42钢管,长800mm,每环5根，对二衬背后回填注浆，预埋方式同初支，注浆压力不宜大于0.2MPa。
⑤管幕施工工序设计：
a.管幕采用螺旋出土导向顶管法施工，出土和顶管同时进行。钢管顶进时要及时出土但不能超量出土，避免出土量不足或太多导致地层的隆起和沉降。
b.施工过程中必须精确测量钢管的偏斜并进行实时纠偏。最大偏斜要控制在10mm以内。
c.在精确放线放点的基础上每根钢管在下管前要准确进行测量定位并予以复核，每10米时要进行一次例行复核。
d.锁扣的焊接精度要控制在2mm以内，且累计误差不能超过5mm。管
e.幕施工前，除管幕影响范围内结构侧墙、顶板出土孔，其余部分结构需浇筑完成并达设计强度，此范围内第一、二道支撑不得拆除，待完成过街通道后再拆除。
f.管幕施工过程中，分三次切割明暗挖接口处的围护桩，每次破除1/3门洞宽度的围护桩，然后打设管幕，每一部分管幕打设完成后及时与围护桩可靠连接，然后架设一榀格栅钢架，按此工序逐次完成明挖段围护桩的破除，与明挖段主体连接处架立三榀格栅钢架进行密排。
6 现场应用情况
目前设计3站浅埋暗挖过街通道均采用小口径锁扣管幕作为超前支护，目前南岭路站、遵义路站、汽车北站过街通道均已洞通，管线及地表沉降均满足设计要求。小口径锁扣管幕作为超前支护现场见图5所示。
钻机引孔 压入钢管及注浆 洞室开挖及初支 图5 管幕法现场应用照片 7 经济效益对比分析 （1）超前支护造价分析
以过街通道为例，将常规矿山法超前支护措施（超前管棚+超前小导管）与管幕支护进行对比分析。
①常规矿山法超前支护
超前支护：∅108×8mm管棚(L=31.9m)，环向间距0.3m；42超前小导管（L=3.0m）环距0.3m，纵距1.0m。 表1常规矿山法超前支护造价分析表
总序号 称 名位 单量 数单价 （万元） 价 （万元） 超1前注浆 m33 .99 0.05 0.22 超2前小导管 1m 10.45 0.004 0.49 超3前管棚 m 0.08 30.02 0.58 4棚注浆 管3m3 .15 0.06 0.17 5射砼 喷3m3 .79 0.13 0.51 临6时钢支撑 t .10 00.33 0.33 计 合.00 2②管幕法超前支护
超前支护：∅299×10mm管幕(L=30.6m)，环向间距0.35m。 表2 管幕法超前支护造价分析表
总序号 称 名位 单量 数单价 （万元） 价 （万元） 1射砼 喷3m1 .90 0.13 0.26 临时钢支2撑 t.05 00.33 0.02 超3前管幕 m1.00 30.12 3.72 4钢t20.33 0管 .21 .72 5钢 角t.71 00.33 0.23 管6幕注浆 m31 .86 0.06 0.10 计 合.05 5通过比较可以发现，采用拱顶、侧墙均设置管幕的方式相对于管棚法造价增加约3.05万元/m，超前管幕数量过大、单价过高是造成成本增加的主要因素，在今后设计中可通过优化侧墙管幕数量及管幕直径进一步降低成本。
（2）管幕布置造价分析 ①全环封闭式
图6 全环封闭式示意图
全环封闭式布置方法需在端头施工处设置设备基坑（6mx2mx10m)以完成侧墙底及底板管幕打设。全环封闭式示意图见图6所示。
②拱墙设置管幕
图7 注浆方式洞内加固示意图
仅在拱顶、部分侧墙设置管幕时，需补充帷幕注浆方式进行洞内加固。洞内帷幕注浆加固下断面外1.5m范围土体并形成止水帷幕。注浆方式洞内加固示意图见图7所示。
管幕布置经济分析表（以过街通道为例）见表3所示。 表3 管幕布置经济分析表（以过街通道为例）
布置形式 经济效益 全环封闭式 管幕 拱墙设置 侧墙底板管幕造价 4.56万元/m 0万元/m 下断面注浆造价 /m 0万元1.2万元/m 管幕打设工期 138天 62天 下断面注浆工期 0天 82天 8 管幕法应用前景
管幕法作为新型超前支护方法，避免管棚不能有效封闭的不足。对于车站等一些大断面隧道、重要下穿管线或超浅覆盖、地面沉降要求高、地质情况复杂及需要止水的地铁工程，小口径锁口管幕方法将成为优先选择的超前支护方案之一，同时在其他地下工程中也具有广阔应用前景。
作者简介： 男 xx年生 毕业于xx大学 青岛地铁集团有限公司第二建设分公司 高级工程师 从事地铁施工技术管理工作xx年
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