市政地下通道跨越既有管道的基坑設計

劉宇晨

（廣州市市政工程設計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

0 引言

隨著經濟和社會的迅猛發展，在城市道路設計中除了要對城市主次干路不同方向上的縱向車流進行詳細分析和合理渠化外，還需重點考慮行人過街帶來的橫向交通問題。為充分體現“以人為本”的設計理念，通常建設人行天橋或人行地下通道解決這一問題。

與人行天橋相比，人行地下通道能保留城市原有風格風貌，保持道路的清爽整潔，因而越來越成為城區人行橫向通道的首選。但由于城市道路橫斷面布置管線眾多，尤其是埋深較大的雨水、污水等管道的存在，給地下通道的設計和施工帶來一定的技術難度。本文將結合實際工程，對市政地下通道跨越既有管道的基坑設計進行初步探討。

1 市政地下通道與既有管道的相對關系

市政地下通道橫穿城市道路時，通常在結構高度范圍內連續布置在地面以下，與道路縱向地下管道存在空間上的交叉。這種交叉關系通常分為以下幾種：

（1）管道位于地下通道頂板以上。當管道埋深較淺，位于地下通道頂板以上時，常采用的處理方法是臨時遷改或就地保護，待地下通道結構施工完成后復位即可。

（2）管道與地下通道結構沖突。當管道與通道結構頂底板沖突，并不侵入內部凈空時，若管線遷改有難度，可考慮包裹在頂底板結構中。當管道與通道結構側墻沖突時，由于管線不能侵入通道凈空空間，必須改遷管線。

（3）管道位于地下通道底板以下。當管道埋深較大，位于地下通道底板以下時，管道遷移通常難度較大，經濟代價也較高，一般采用就地保護。管道的存在對地下通道基坑支護和止水均有較大影響，因此管道影響范圍內基坑設計時需采用特殊措施。

相比較而言，（1）、（2）兩種情況處理難度較小，本文將重點討論管道位于地下通道地板以下時的地下通道基坑設計，此時地下通道結構以跨越方式與管道立體交叉。

2 市政地下通道跨越既有管道的基坑設計

地下通道跨越既有管道時，通道基坑和管道由于空間上的相互交叉，兩者之間將互相影響。因此要根據地質情況、周邊環境、基坑和既有管道的特點等因素，進行有針對性的設計。

2.1 基坑對管道的影響及對策

地下通道跨越既有管道時，基坑開挖過程中容易傷及管道，基坑開挖取土卸載會導致管道隨地基土向上回彈或因抗浮能力不足而脫空，基坑開挖時降水又有可能導致管線隨周圍土體共同沉降，發生超限位移。另外，通道建成后也有可能對既有管道結構帶來附加荷載。

地下管線允許變形值與管材、接頭形式、管徑和管節長度等有關，應滿足相關專業設計施工規范的要求。因基坑開挖引起管線相關變形超過規范允許值時，應采取有效措施防止管線有害變形發生。

防止管道回彈通常采用降水、改良土體和頂部施加壓力等方法。降水法會對周圍環境造成一定影響，通常需配合截水帷幕采用坑內降水。改良土體法通過注漿等方法對管道周圍土體進行加固，同時降低其滲透系數，通過增加土體自重和強度限制土體回彈。采用此法時，應注意控制注漿壓力，以防注漿壓力過大造成管道移位。頂部施加壓力法是最直接、最容易控制的方法，通常采用分區抽條開挖、分塊澆筑壓載的方式，防止一次開挖卸載過大導致管道出現難以控制的回彈變形。

2.2 管道對基坑的影響及對策

由于管道及兩側安全范圍限制，基坑圍護結構和止水帷幕的連續性受到影響，給基坑設計和施工帶來一定的難度，甚至導致基坑事故發生。

不同的管材、管徑和斜交角度，對基坑的影響和處理方式不同。管徑較小且斜交角度較小時，管道對通道基坑影響范圍較小；管徑較大或斜交角度較大時，管道對通道基坑影響范圍較大。

對于基坑圍護結構，當管道對通道基坑影響范圍較小時，影響范圍內的支護結構可考慮斷開，或減小嵌固深度。支護結構斷開時，局部采用掛網噴射混凝土或擋土板擋土。嵌固深度減小標準通常以支護結構底與管頂凈距不小于50 cm間距為限，或以管線權屬單位的要求為準，同時支護結構應采用對土體影響小的施工工藝。這兩種情況均會加大斷開處兩側支護結構的局部側向土壓力和變形，應適當加強支撐。

當管道對通道基坑影響范圍較大時，兩側支護結構強度和剛度難以抵抗影響范圍內的土壓力，需獨立設置支護體系。常用的方法是局部采用土釘墻或水泥攪拌樁重力式擋墻，其參數根據計算確定。

對于止水帷幕，通常考慮采用袖閥管注漿、高壓旋噴樁在基坑外施作止水帷幕，或在影響范圍內采用封底止水，具體采用何種方案，應根據地質條件、管道與坑底距離、場地周邊情況、施工工期和工程造價等因素進行綜合比較確定。

3 工程案例

3.1 工程概況

某地下通道穿越城市快速路，采用現澆鋼筋混凝土結構，主通道長68.21 m，頂底板厚度0.5 m，側墻厚0.5 m，凈高3.5 m，凈寬4.0 m。兩端人行梯道出口段凈高3.5 m，凈寬2.5 m，頂底板厚50 cm，側墻厚50 cm。采用整體板式基礎。其地質情況自上而下描述見表1。

主通道基坑寬度為6.4 m（按結構外側兩邊各增加0.7 m考慮），深度約6 m；根據地質情況，坑底為滲透系數很大的粗、礫砂層。采用拉森Ⅳ型鋼板樁+?426 mm鋼管橫撐進行支護，鋼板樁長12 m。基坑安全等級為二級。

主通道分別跨越一根D3000污水管和一根D1400雨水管，主通道基坑平面及其與雨水污水管關系如圖1所示。

3.2 地下通道跨越D3000污水管處基坑設計

該污水管與地下通道主通道斜交角度為76.7°，平面上重疊寬度為3.1 m，管頂距離坑底約2.5 m。根據污水管運營部門管線保護要求，支護樁與污水管應保證不小于1 m的凈間距。這將導致重疊5.1 m長度范圍內無法采用鋼板樁支護。根據前述原則，在鋼板樁不連續范圍和兩側各搭接約1.8 m段選用水泥攪拌樁重力式擋墻作為圍護結構，擋墻長8.55 m，寬4.35 m。

基坑底位于透水性極強的粗、礫砂層，考慮到污水管管徑達3 m，袖閥管注漿滲透半徑僅約0.8 m，無法在管底形成連續的止水帷幕，因此采用攪拌樁封底做止水帷幕。

表1 某工程地質自上而下情況

圖1 地下通道基坑平面圖（單位：m）

該位置基坑橫斷面和縱斷面示意如圖2所示。

圖2 跨越D3000污水管基坑設計圖（單位：m）

重力式擋墻采用彈性支點法進行穩定性和承載力驗算如下。

3.2.1 重力式擋墻滑移穩定性驗算

滿足規范要求。

3.2.2 重力式擋墻傾覆穩定性驗算

滿足規范要求。

3.2.3 重力式擋墻正截面應力驗算

最大截面彎矩設計值Mi=1.25γ0Mk=1.25×1.0×536.1=670.1（kN·m），最大截面剪力標準值Vi=233.4 kN。水泥土抗壓強度取值fcs=2 MPa。

壓應力驗算滿足規范要求。

拉應力驗算滿足規范。

剪應力驗算滿足規范。

3.3 地下通道跨越D1400污水管處基坑設計

該污水管與地下通道主通道正交，平面上重疊寬度為1.4 m，管頂距離坑底約0.5 m。根據污水管運營部門管線保護要求，支護樁與污水管應保證不小于0.5 m的凈間距。

根據前述原則，由于該污水管對通道基坑影響范圍較小，影響范圍內采用不落底的短鋼板樁，樁底至管頂上方50 cm處，起擋土和止水作用。為避免對污水管造成較大影響，短鋼板樁采用靜壓法施工。為保證基坑安全，采用以下加強措施：

（1）將污水管兩側兩根相鄰的鋼管橫撐規格從?428×12 mm鋼管調整為 ?428×16 mm。

（2）在污水管保護范圍兩側局部采用4排×5列攪拌樁加固坑內土體，以協助標準長度鋼板樁抵抗污水管范圍內外側土壓力。

（3）距離第一道撐3.5 m處設一道同規格加強腰梁，并與兩側標準長度鋼板樁牢靠焊接，每側焊接數量不小于3片，以保證有足夠的標準長度板樁共同承擔短鋼板樁外側土壓力。

由于透水層為粗、礫砂層，注漿滲透性好，擴散半徑大，同時污水管管徑較小，每側采用2排×2列斜向袖閥管在基坑外注漿，孔距1.0 m，與兩側水泥攪拌樁形成閉合的止水帷幕。注漿位置為污水管頂面0.5 m至管底以下粗、礫砂層，并進入不透水層不小于0.5 m。局部袖閥管注漿盲區，在開挖過程中采用鋼花管補注水泥水玻璃雙液漿（見圖 3）。

圖3 跨越D1400污水管基坑設計圖（單位：m）

4 結語

隨著城市建設的發展，越來越多的地下通道、車行隧道等地下交通工程基坑設計中會遇到跨越既有管道或其他構筑物的情況，如何因地制宜采用合理可靠的基坑支護形式，是值得探討的問題。本文根據跨越不同的管道直徑和管道埋深，采用兩種不同的支護方式和止水帷幕形式，取得了良好的效果，可為同類條件下的基坑設計提供參考。