新建地鐵車站電力方溝懸吊保護施工技術

韓江波

(北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100048)

1 工程概況

1)電力管溝與出入口位置關系及管溝內部情況。豐臺科技園車站1號、2號出入口位于車站西側，1號出入口基坑寬7．3 m，長34．52m;2號出入口基坑寬7．3m，長31．72m。南北向2 000mm×2 000mm的電力管溝橫跨車站1號、2號出入口上方，電力管溝內底埋深6．02 m，為鋼筋混凝土結構。出入口結構頂距電力管溝0．3 m，周圍場地開闊。

電力方溝內部情況:東側2路110 kV電纜，7條10 kV電纜，光纜2根;西側1路110 kV電纜，2條10 kV電纜，井蓋監控線1根，懸吊位置前后20 m無管線接頭。

管線平面位置及走向圖見圖1，電力溝內部原狀斷面圖見圖2。

圖1 管線平面位置及走向圖

圖2 電力溝內部原狀斷面圖

2)工程地質水文情況。本段線路土層分布較為穩定，自上而下依次為人工填土、新近沉積土層、第四紀晚更新世沖洪積地層，其中人工填土普遍厚度0．5 m～2．0 m;新近沉積土層普遍分布，厚度一般為 5．0 m ～6．25 m。

勘察深度范圍內測到一層穩定分布的地下水:水位標高為19．23 m ～19．86 m，低于結構 12 m，類型為潛水，上層無滯水，對施工無影響。

3)基坑周邊風險源情況、安全等級及保護措施。1號、2號出入口基坑周邊風險源為二級，變形控制保護等級一級，保護措施采用圍護樁+鋼支撐圍護形式，一級基坑設計，嚴格控制基坑開挖引起的地層變形，變形控制標準管線變形不大于10 mm。

2 電力方溝懸吊工程總體施工安排

1)總體施工安排。

電力管溝保護方案分為兩部分:a．對開挖影響范圍電力方溝內部電纜進行13 m保護;b．對懸空的7 m電力溝進行懸吊保護。為進一步降低風險，整個工程安排在雨季之后施工。

2)施工控制重點、難點。

a．內部管線懸吊施工安全風險較大，施工時應避免影響電力管線安全。b．外部懸吊工程量大，影響因素多，應加強施工控制，確保萬無一失。

3)工期安排。

電力管溝的懸吊實施定為:2010年10月19日～2011年1月24日。

3 施工實施方案

1)電力管溝內部電纜線懸吊保護方案。在隧道內焊接保護鋼架13 m，將電纜移動至保護鋼架上，在鋼架頂部焊接8號鋼板，拆除電纜支架28個。為確保電纜安全，在焊接時電纜外側需覆蓋防火槽盒。在移動電纜時，為確保移動電纜長度余量，每根電纜需移動50 m。拆除電纜防盜卡具8套×3路(共24套卡具)，拆除卡具時，需要使用防盜螺栓專用破除工具。a．總工序:按照施工要求準備材料→焊接鋼架→焊接鋼板→逐層移動電纜→拆除支架→焊接鋼架中間連接橫撐→完成保護→恢復。b．具體工藝:在步道兩側通長敷設2根13m長的20號工字鋼，在通長敷設的工字鋼上面立著焊接1．6 m長的20號工字鋼，總共28根。在立著焊接的20號工字鋼頂部每間隔1 m橫著焊接1根1．6 m長的20號工字鋼，共14根，中間由20號工字鋼焊接連為一體。在立著的工字鋼側面，在與支架平行的高度，橫著焊接500 mm長的8號槽鋼，共計7×14=98根。在鋼架頂部敷設1．6 m寬×13 m長×8 mm厚的鋼板并與工字鋼焊接牢固。逐層移動電纜和光纜至橫著焊接8號槽鋼上。拆除28個支架，焊接600mm長20號工字鋼橫撐，共14根(在焊接鋼架時，電纜、光纜上面敷設防火槽盒)，具體情況見圖3。

2)電力方溝外部的懸吊保護。針對本工程實施的基坑支護方案，將保護的管線均使用工字型鋼梁懸吊或固定，經計算采用Ⅰ56b雙工字鋼梁、懸吊鋼筋固定。雙工字鋼間距3 m共2道，懸吊鋼筋共14排間距為50 cm，靠側墻位置懸吊鋼筋離側墻距離為40 cm。基坑支護樁上的冠梁作為鋼梁的支座，并嵌固在樁頂壓頂梁上。a．總工序:工字鋼安裝→分段土方開挖至電力溝底→安裝管溝底部鋼板→安裝槽鋼托梁→安裝螺紋鋼→懸吊→恢復回填。b．具體施工方法:由于管線的標高均位于支護坡頂以下，施工時，使用工字鋼梁及鋼制支架懸吊管線。管線兩端底部土體采用注漿加固。土方開挖至管線底標高時開始安裝工字鋼梁和進行管線懸吊。工字型鋼梁與支護樁上冠梁連接做法:利用冠梁頂預留的鋼板和鋼筋，鋼板、鋼筋與工字鋼梁焊接固定。選用HRB335Φ22螺紋鋼14排均勻布置錨固在工字鋼梁上。電力管溝的懸吊在管溝內部電纜懸吊完成后開始，懸吊時從一頭向另一頭懸吊，每挖出一段管線，及時施放吊筋及電力溝下部墊板鋼板，安置槽鋼托梁，并及時對槽鋼進行抄平，確保每根槽鋼在同一水平面上，防止混凝土護壁因受力不均發生開裂。完成后再向前開挖直至管線完全露出基坑為止。施工懸吊段如遇電力管溝接頭，在接頭位置兩端各增加一個槽鋼托梁。

圖3 電力管溝內部電纜保護斷面圖

3)電力管溝懸吊保護的解除。在1號、2號出入口結構及外包防水施工完畢后，需對電力管溝進行恢復，并回填基坑。具體措施如下:a．結構外包防水施工完畢后，在出入口頂板管線位置砌磚基支托電力管線，并在電力管溝周壁施作SBS防水。b．磚基強度滿足要求后，拆除污水管線懸吊型鋼，并在管壁外包草席。c．最后進行基坑回填?；踊靥顕栏癜凑赵O計規范要求對管線上方回填土進行人工夯實，并在回填期間禁止在管線上方行車。

4 懸吊結構受力驗算

4．1 荷載計算

電力方溝長×寬=2．5 m×2．5 m，溝底距冠梁頂5．391 m，壁厚為0．25 m，懸空總長度7．3 m。兩道Ⅰ56b工字梁間距3 m，跨度7．3 m。槽鋼間距0．5 m，跨度3 m。因方溝內管線情況不明，將管線自重設為2．5 kN/m。取0．5 m為計算單元，如圖4所示。

圖4 荷載計算示意圖

圖5 雙拼16b普通槽鋼受力分析圖

鋼筋混凝土自重取:24 kN/m3，則:

恒載:電力方溝:(2．52-22)×0．5 ×25/2．5=11．25 kN/m。

管線自重:2．5 kN/m。

墊塊鋼板:7．85×10×0．5/103=0．04 kN/m。

活載:方溝不上人，取0．5 kN/m。

總:q1=1．2 ×13．79+1．4 ×0．5=17．25 kN/m。

16b 槽鋼自重:q2=39．49 kg/m=0．395 kN/m。

4．2 受力分析

圖6 Φ22螺紋鋼受力分析圖

圖7 雙拼Ⅰ 56b普通工字鋼受力分析圖

1)雙拼16b普通槽鋼(見圖5)。

查《鋼結構設計手冊第二版》表3．2-4［1］，雙拼16b槽鋼材料特性:

剪力:Vmax=17．75 kN，彎矩:Mmax=17．45 kN·m。

a．抗彎:

b．抗撓:

c．抗剪:

其中，V為計算截面沿腹板平面作用的剪力設計值，V=Vmax=17．75 kN;S為中和軸以上毛截面對中和軸的面積矩，S=1．3×105mm3;I為毛截面慣性矩，I=1 869×104mm4;tw為腹板厚度，tw=8．5 mm;fv為鋼材的抗剪強度設計值，fv=125 N/mm2。

2)Φ22螺紋鋼(見圖6)。

自重:2．98 kg/m，長5．391+0．6=6 m。

其中，f為螺紋鋼抗拉強度，取335 N/mm2;A為螺紋鋼截面面積，取380 mm2;縱向拉伸變形:Δl=Nl/EA=17．93×6×106/2．06×105×380=1．37 mm。

3)雙拼Ⅰ56b普通工字鋼(見圖7)。

查《鋼結構設計手冊第二版》表3．1-3，知單根Ⅰ56b材料特征，則雙拼:

工字鋼自重:g3=230．12 kg/m=2．3 kN/m。

剪力:Vmax=133．91 kN。

彎矩:Mmax=253．72 kN·m。

a．抗 彎:σ =Mmax/W=253．72 × 106/4 893 × 103=51．85 N/mm2＜［f］=215 N/mm2。

b．抗撓:ω =0．003 9 m=3．9 mm。

c．抗剪:τ=VS/(Itw)=133．91×103×1．25×106/(67 518×104×14．5)=17．10 N/mm2＜［fv］=125 N/mm2。

5 監測實施方案

1)監測項目和頻率。根據設計要求結合實際情況，管線監測項目為:管線沉降、日常巡視2個項目。在電力方溝兩端及中間布設沉降觀測點，共計3個，管線監測頻率見表1。

表1 管線監測頻率

2)測設的方法及相關技術指標。數據監測:最大變形值為10 mm，預警值為7 mm，報警值為8 mm。

日常巡視:肉眼觀察變化情況，包括1號、2號出入口周邊地質情況、邊坡支護及圍護結構是否出現開裂、邊坡滲漏水、管線是否出現裂縫、懸吊設備工作狀況等。同當天沉降監測數據結合來判斷結構是否變形。

6 結語

1)地鐵車站1號、2號出入口管線懸吊保護方案制定到施工完成，第三方監測單位及施工單位監測管線最大沉降量為1．9 mm，同時施工過程中相關產權從未出現預警，上述情況說明電力方溝懸吊方案是成功的。2)因地制宜，選擇合理的施工方案，是規避工程施工風險、降低工程成本最有效的措施，采取電力懸吊保護方案比對電力管溝整個改移對當地居民生活影響小，且成本遠遠低于電力管溝改移。

［1］羅邦富，魏明鐘，沈祖炎．鋼結構設計手冊［M］．第2版．北京:冶金工業出版社，2005．

［2］張海峰．地鐵車站主體結構頂部電力管廊懸吊保護施工技術［J］．現代城市軌道交通，2011(S1):40-41．