基坑開挖工程中既有管線原位保護施工技術研究

徐澤，陳朝陽，趙鵬程，焦灝，卜旭東

（1.中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131；（2.合肥工業大學土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009）

1 引言

近年來隨著城市人口的急劇增加，高層建筑及地下交通大量興建，使得基坑開挖工程日益增多。基坑施工過程中，勢必會對周邊既有建筑及地下管線安全性產生影響，一旦各類管線發生事故，會產生一系列不利影響，例如，燃氣管線發生泄露，有毒氣體大量揮發對人體造成傷害的同時，也嚴重污染周圍環境，甚至有可能發生爆炸危險；地下水管道破裂將會導致污水泄漏，污染居民用水，造成環境大面積污染；通訊管線破壞，將會造成區域信號大規模中斷，為居然生活帶來巨大不利影響。基坑開挖對地下管線的影響主要體現在以下兩個方面：一是基坑開挖導致的土體沉降從而地下管線也隨之產生沉降，甚至變形；二是某些管線由于年久失修，當其隨基坑開挖而產生變形時，極易造成管線損壞，進而對城市居民生活產生影響。

針對基坑開挖支護施工技術及城市地下管線保護施工技術，國內外學者作了大量相關研究。朱正國等通過對基坑深層土體位移、邊坡樁頂沉降和水位變化進行持續監測，分析其變化規律。張寧寧等以天津市第一中心醫院新址擴建項目施工總承包工程為例，闡述了超大深基坑土方開挖采用分區、分塊、分層的施工方法和關鍵工序，總結出一套科學合理、安全高效的土方開挖施工技術。應慧清重點介紹了復合土釘墻、雙排樁、型鋼水泥土攪拌墻等新型支護結構以及幾種施工新設備、新工藝。文一鳴等以成都地鐵4號線為工程背景，詳細制定了管線探查、懸吊保護的處理全過程及重點注意事項。王威等通過三維有限元分析，研究了3種保護措施下管線水平、豎向位移的變化，討論了3種加固方式對管線位移的控制效果，比較了3種加固方式的優缺點。姚燕明等根據殘余應力法的原理，利用分層回彈總和法，計算基坑開挖引起下臥隧道及管線變形，并利用此方法計算分析了兩個寧波軌道交通建設過程中遇到的工程實例，對類似工程有一定的參考價值。

本文以蘇州春申湖路隧道基坑開挖工程為依托，闡述了基坑開挖過程中其支護結構及圍護結構的施工方法和關鍵工序，總結了基坑施工中其上方供水管線原位保護施工方法，總結出一套安全、合理、高效的管線原位保護基坑開挖施工技術。

2 工程概況

2.1 工程項目介紹

永方路節點隧道沿春申湖路東西走向，主線采用兩孔一管廊形式，行車孔凈寬13.1m，中間管廊凈寬1.8m，中隔墻厚度0.5m。該節點結合交通、其他管線遷改設計方案，將給水管所在的永方路與春申湖路交叉口作為一個獨立基坑施工，基坑設計長度約38m，基坑寬度30.8 m，開挖深度約12.5 m。隧道基坑下穿蘇州水務集團 DN1800（渾）和DN1400（清）自來水水管，水管呈南北走向，與隧道中心線夾角為80.6。管道材質均為鋼管。根據物探成果，永方路節點處DN1800水管頂標高2.21m～2.31m，DN1400水管頂標高 2.02m～2.16m。

圖1 永芳路節點基坑工程示意圖

2.2 工程地質條件

擬建工程位于蘇州市相城區，場地屬長江三角洲太湖流域沖湖積平原區，地貌形態單一，地形總體較平坦。根據施工現場地質數據，該節點隧道基坑涉及土層而下分別為①2雜填土、①3素填土、③1粘土、③2粉質粘土、④1粉質粘土、④2粉土、⑤粉質粘土、⑥1粘土。對本工程有影響的地下水主要為潛水、微承壓水。潛水主要賦存于淺部填土層中，富水性差；主要受大氣降水入滲及地表水的側向補給，以地面蒸發為主要排泄方式。微承壓水主要賦存④2a粉土夾粉質粘土、④2粉土、⑤2a粉土夾粉質粘土層中，富水性從上往下漸好，主要補給來源為地表水的垂直入滲及地下水的側向徑流，以人工抽吸及地下水側向徑流為主要排泄方式。

3 管線原位保護施工技術

3.1 基坑圍護結構施工技術

永方路節點地下連續墻墻厚600mm，墻深25m，其中標準幅6幅，異型幅4幅。地下連續墻鋼筋籠主筋及分布筋采用HRB400級鋼筋，地下連續墻槽段間采用圓形鎖口管柔性接頭連接。對管道附近無法實施地下連續墻的范圍，采用MJS工法重力式擋墻加固，加固范圍自基坑邊至基坑外8.5m。在地下連續墻成槽前，先施工導墻。導墻質量的好壞直接影響地下連續墻的軸線和標高，并起到對成槽設備進行導向，以及作為提升鎖口管的反力座的作用，是存儲泥漿、穩定液位，維護上部土體結構穩定，防止土體坍落的重要措施。MJS工法樁施工成樁過程中鉆桿的旋轉和提升時，噴漿必須連續不中斷，如果因特殊原因導致噴漿中斷，在恢復噴漿時將鉆桿下方50cm以避免出現斷樁。漿液配比必須嚴格控制，安排專人負責抽查漿液質量，對不合格的漿液作為廢漿處理。詳細做好施工過程中的記錄，各項技術參數和工程以外情況的記錄。

3.2 內支撐體系施工

隧道主體圍護結構鋼支撐均采用φ609mm×16mm鋼管支撐。DN1800、DN1400水管周邊采用MJS工法加固的范圍內無鋼支撐。

圖2 地連墻施工

圖3 鋼圍檁安裝

鋼支撐安裝要求：

①鋼支撐的安裝在基坑豎向平面內嚴格遵守分層開挖，自上而下、先撐后挖的原則，支撐安裝與土方開挖密切配合。在基坑暴露后，現場測量基坑的凈間距，先在地面進行預拼接以檢查支撐的平直度，其兩端中心連線的偏差度控制在不大于20mm，經檢查合格的支撐按部位進行編號以免錯用；

②支撐架設前根據基坑寬度提前拼裝，并經檢查合格，無焊傷、開裂等質量缺陷，拼裝完成的鋼支撐軸線偏差和撓曲變形在允許范圍之內。鋼支撐預應力分二次施加，第一次按設計值的50%或70%預加，通過檢查栓緊螺帽，無異常后(一般為應力施加過5分鐘后)再施加第二次應力至設計值的100%。

3.3 水管懸吊保護體系施工

沿水管縱向設計共設置3道800mm×800mm混凝土支撐，混凝土支撐下設置4排共12根格構柱，格構柱縱向間距6.0m，以保證混凝土支撐梁的剛度，減少支撐變形。水管管底采用[32a槽鋼作鋼橫梁，縱向間距2.0m。鋼橫梁與混凝土支撐通過Φ25精軋螺紋鋼連接，形成懸吊受力體系。鋼橫梁上方設置半圓保護鋼殼對水管進行包裹，保護鋼殼與水管間鋪設1.0cm厚橡膠墊作為減震、抗滑措施。保護鋼殼與鋼橫梁間設置限位木楔，限制水管橫向位移。

圖4 懸吊保護體系示意圖

3.4 總體施工順序

①整平場地，沿管線走向人工開挖溝槽至管線中心標高，使管線暴露，開挖過程中及開挖后注意對管線的保護；

②施工圍護結構，待達到設計強度后，掏槽開挖至第一道支撐底，施工頂圈梁及第一道混凝土支撐體系，并預埋吊桿孔；

③待支撐混凝土達到設計強度后，依次跳倉掏槽開挖基坑土體至管底以下0.5m，并架設吊桿體系（相鄰兩根吊桿實施時間不得搭接）；

④待吊桿體系完成后掏槽開挖加固體，架設第一道鋼圍檁，鋼圍檁與兩側地下連續墻內預埋件焊接；

圖5 永方路節點基坑施工總體工序圖

⑤依次向下開挖并架設鋼圍檁，直至設計基坑底，澆筑墊層、底板；

⑥待混凝土達到設計強度后，繼續向上回筑墻體、頂板；

⑦待混凝土達到設計強度、設置防水層及保護層后，在隧道頂板上澆筑給水管管枕；

⑧待混凝土達到設計強度后，分段拆除吊桿、各構柱；

⑨回遷管線、回填土體至設計標高。

4 總結

針對基坑開挖施工中城市既有管線原位保護的問題，本文依托項目實際，提出了在供水管線附近無法施工地下連續墻的范圍，采用MJS工法重力式擋墻加固土體作為基坑的圍護結構。在懸吊體系中采用了雙向剛柔性限位工藝，水管原位保護裝置在保證整體支撐剛度的同時，在管節處使用柔性接觸，允許水管與保護裝置之間有一定的彈性空間。水管受力均衡，有效保護了管節，規避了應力集中的風險。最后對基坑圍護結構、內支撐體系、管線懸吊保護結構的總體施工工序作了總結，對類似工程的施工具有一定的指導作用。