城市地下綜合管廊深基坑開挖支護方案優化研究

衛濱洲

中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司 湖北武漢 430071

1 城市地下綜合管廊概述

地下綜合管廊結構：已管廊本體。城市地下綜合管廊本質上就是一個地下的鋼筋混凝土構筑物，采用現場澆筑或者預制施工兩種方式建設而成，其主要作用是承載城市發展和居民日常所需的各種管線。而管線。城市地下綜合管廊當中不僅包括城市居民日常所需的電力、燃氣、給排水等綜合管道，而且還包括了通信、網絡等城市未來發展過程中可能所需的各種管線。③監控系統。監控系統主要是對地下綜合管廊中的環境進行監控，采集地下綜合管廊的溫度、濕度、煤氣濃度等環境參數信息，反饋給相關管理人員，為判斷管廊是否存在安全隱患提供依據。④通風系統。在進行城市地下綜合管廊管道鋪設時，為了確保相關施工人員的生命安全，提高管道的使用壽命，大多采用機械通風措施來確保管廊內的空氣流動。⑤排水系統。城市地下綜合管廊位于城市的地下，環境相對復雜，可能會受到雨水、地下水等影響，出現滲水問題，為了避免地下綜合管廊內產生積水，導致各類管線出現故障，應建立完善的排水系統。

2 工程概況

某城市地下綜合管廊采用明挖的方法組織施工，管廊底部標高為-18m。設計采用?100cm 鉆孔灌注樁施作基坑的維護結構，鉆孔灌注樁的樁長為26．7m，樁間距離120cm，樁身設計為C30鋼筋混凝土。樁間采用鋼支撐作為橫撐，鋼支撐為壁厚16mm、直徑609mm 的鋼管?；拥拈_挖自上而下共分為5 道工序，待鉆孔灌注樁施工完成后再進行基坑開挖，每次開挖至設計高程后即布設橫支撐，待橫撐布設完畢后再開挖下一層?；涌偣膊荚O5 道橫支撐，上面三道橫撐采用單根鋼管；下面兩道橫撐設置并排兩根鋼管。帶基坑開挖至坑底標高后，再施作厚度50cm 的鋼筋混凝土地板作為底部橫撐，然后自下往上施工管廊，待管廊結構混凝土達到設計強度后再沿基坑縱向逐層拆除鋼支撐，并在管廊兩側回填砂性土，直至地表。待橫撐安裝完成后，采用液壓千斤頂對橫撐施加預軸力，預軸力在鋼支撐的兩側同步對稱施加。

3 基坑支護方案的有限元分析

本項目的基坑開挖寬度為12m，開挖深度18．5m，支護樁樁長26．9m；研究采用有限元軟件構建基坑支護模型，為減少邊界效應，模型長度和深度分別取開挖寬度、樁長的5 倍。巖土體的本構模型采用摩爾庫侖模型；鉆孔灌注樁采用實體單元，鋼支撐則采用梁單元。模型左右兩側在水平方向進行位移約束，在底面的水平和豎向均約束其位移。

3.1 原施工方案分析

原方案從上到下設計了5 道橫向鋼支撐，鋼支撐在打設時均預先施加了軸力。數值分析的結果表明鋼支撐的最大軸力出現在開挖4、鋼支撐3 上，最大軸力值153．06kN，而支護樁樁身的最大側向變形為1．398cm，出現第一層開挖時，不同工序時的軸力和位移均滿足規范的要求。第一道鋼支撐僅在工序開挖2 時出現短暫受壓，在其余工序中均處于受拉狀態[1]，見表1。

3.2 優化方案分析

由于第五道支撐受力的時間很短，承受的橫向壓力不大，且占據管廊施工空間對管廊施工造成較大影響，因此在優化方案中考慮取消第五道橫支撐，其他支撐均保持不變，在拆除工序中將第3、4 兩道橫支撐同時拆除，一次整體澆注完管廊的主體結構。

3.3 數值結果分析

兩個施工方案的橫支撐最大軸力均出現在第3 道橫撐，原方案最大軸力為153．06kN，優化方案的最大軸力為151．33kN，均小于設計值的要求。在兩個方案中，第一道鋼支撐均只在第一步開挖后受壓，之后均承受拉力。而優化方案減少了第五道橫撐，因此導致第四道橫撐承受的壓力顯著增大，由83．32kN 增大為117．43kN，受力增大32．41%；而第二道橫撐在拆除過程中承受的壓力則顯著降低，由原方案的85．97kN 減少為24．09kN。支護樁樁身的最大位移均產生在開挖步驟1 中，分別為1．398cm 和1．383cm，均滿足規范要求[2-3]。

4 結語

表1 原施工方案計算結果

總之，大部分城市地下綜合管廊的埋深較淺，因此常采用明挖施工。在基坑開挖支護過程中，如何合理選擇支護措施、確定施工工序、確保土體變形可控以及支護結構的安全，對于管廊的施工質量和安全均具有十分重要的影響。