深基坑內(nèi)既有管線保護(hù)方案及施工技術(shù)探討

彭 晨

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，天津300308）

近年來我國(guó)城市道路下方大尺寸管線、綜合管廊等建（構(gòu)）筑物建設(shè)規(guī)模發(fā)展迅速，與此同時(shí)，地鐵也在快速建設(shè)中。由于周邊環(huán)境限制，地鐵深基坑范圍內(nèi)很多大尺寸管線無法遷改，增加了工程風(fēng)險(xiǎn)，主要包括：

1）對(duì)電力管廊運(yùn)營(yíng)安全的影響，電力管廊處于運(yùn)營(yíng)期間，對(duì)結(jié)構(gòu)變形、防火、裂縫、防凍等要求較高；

2）對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)性影響，由于電力管廊尺寸較大，基坑一側(cè)至少無法施工2～3根圍護(hù)樁，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕無法閉合。

胡平[1]提出了綜合管廊下穿電力方溝原位懸吊保護(hù)施工技術(shù)，用雙拼H型鋼縱梁+鋼筋吊桿+雙拼工字鋼橫梁組合懸吊方案；徐澤等[2]提出了深基坑下穿管涵懸吊保護(hù)結(jié)構(gòu)，采用混凝土支撐+鋼筋吊桿+雙拼槽鋼橫梁組合懸吊方案；張文奇[3]提出了110 kV高壓電纜管溝支托保護(hù)方案，采用混凝土支撐+型鋼混凝土橫梁支托保護(hù)，管溝下方基坑采用坑外注漿加固+坑內(nèi)逆作工字鋼噴射混凝土擋墻支護(hù)；龔念安[4]提出了城市地下管線處理方法及懸吊保護(hù)方案，對(duì)自重較大、剛性管線采用貝雷梁+螺桿托架懸吊保護(hù)體系；詹欣波[5]提出了大截面管廊橫穿基坑原位懸吊保護(hù)技術(shù)，采用了貝雷梁+鋼筋吊桿+雙拼H型鋼橫梁懸吊方案；高杰[6]提出了大直徑管線橫穿地鐵基坑支護(hù)措施，采用軍用梁懸吊，下方基坑采用管線外側(cè)局部雙排樁加強(qiáng)+管線下方型鋼網(wǎng)噴射混凝土+土釘支護(hù)；張海峰[7]提出了地鐵車站主體結(jié)構(gòu)頂部電力管廊懸吊保護(hù)施工技術(shù)，采用貝雷梁懸吊保護(hù)，管廊下方基坑采用局部雙排樁+鋼格柵噴射混凝土支護(hù)，鋼格柵和兩端圍護(hù)樁采用植筋連接；黃國(guó)榮等[8]提出了結(jié)合電力管廊保護(hù)的地鐵車站通道圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，采用混凝土懸吊梁+鋼筋吊桿+工字鋼橫梁懸吊保護(hù)，管廊下方基坑采用人工挖孔樁+內(nèi)支撐支護(hù)；韓建坤等[9]提出了低凈空橫穿雙線并行不等深明挖基坑的地下高壓電纜保護(hù)及基坑施工綜合技術(shù)，采用上部橫向型鋼+對(duì)拉螺栓+下部橫向型鋼懸吊管線，管線下方基坑采用逆作工字鋼噴射混凝土擋墻支護(hù)；張恒忠[10]提出了軌道交通基坑工程地下大直徑管線的原位保護(hù)控制，采用4榀型鋼縱梁+上下型鋼橫梁+鋼絲繩懸吊。

烏魯木齊地鐵1號(hào)線南門站2號(hào)風(fēng)亭明挖基坑上方35 kV電力管廊橫穿基坑上方約24.7 m；因管廊已運(yùn)營(yíng)，無法遷改，需懸吊保護(hù)，管廊下方圍護(hù)結(jié)構(gòu)無法施工，導(dǎo)致基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕不閉合，本文依托南門站2號(hào)風(fēng)亭明挖基坑，探討橫穿基坑管廊懸吊保護(hù)及管廊下方基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及止水帷幕處理方案。

1 工程概況

南門站2號(hào)風(fēng)亭基坑長(zhǎng)×寬×深約31.0 m×24.7 m×13.9 m，明挖法施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用樁+內(nèi)支撐，主要為?1.0 m@1.3 m鉆孔樁，樁間設(shè)?0.8 m@1.3 m旋噴樁止水，樁頂設(shè)1.0 m×0.8 m冠梁；內(nèi)支撐為3道?609 mm，t=16 mm鋼管支撐。

基坑上方為35 kV電力管廊，覆土厚度約1.7 m，外包尺寸（寬×高）為3.6 m×2.5 m，基坑?xùn)|側(cè)緊貼管廊豎井二襯，豎井深約10.6 m，位于基坑底上方。見圖1。

圖1 基坑與管廊位置關(guān)系

基坑深約13.9 m，地層自上而下分別為雜填土、角礫、強(qiáng)風(fēng)化泥巖。雜填土層厚約4.9 m，角礫層厚約8.6 m，強(qiáng)風(fēng)化泥巖層厚約0.4 m。基坑內(nèi)地下水為潛水，深約9.1 m，變化幅度約1～2 m/a，主要接受大氣降水、側(cè)向徑流、管溝滲漏、綠化灌溉補(bǔ)給，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流、向下越流等方式排泄。地下水主要分布在角礫層中，角礫層滲透系數(shù)約20 m/d，基坑內(nèi)含水角礫層厚約4.4 m。

2 管廊保護(hù)

2.1 保護(hù)方案比選

管廊原位懸吊保護(hù)系統(tǒng)由管廊外側(cè)縱梁+縱梁下方臨時(shí)立柱+管廊底部型鋼橫梁組成。結(jié)合已施工經(jīng)驗(yàn)，縱梁結(jié)構(gòu)常見縱梁有貝雷梁、鋼筋混凝土縱梁。見表1。

表1 縱梁方案對(duì)比

考慮地區(qū)情況，貝雷梁需從外地租賃運(yùn)輸，綜合成本較高，選擇鋼筋混凝土縱梁方案。

2.2 方案驗(yàn)算

管廊外側(cè)縱梁下方設(shè)2對(duì)臨時(shí)立柱，共3跨，總長(zhǎng)23.0 m，截面尺寸0.8 m（寬）×1.2 m（高），采用?600 mm，t=16 mm鋼管柱；型鋼橫梁為H型鋼350 mm×350 mm、間距0.5 m布置。

采用Midas Gts Nx軟件進(jìn)行分析計(jì)算，荷載主要為管廊自重、內(nèi)部支架及線纜自重、管廊外側(cè)方木自重等，其中模型自重（縱梁、臨時(shí)立柱、型鋼橫梁等）由軟件自動(dòng)計(jì)算。

2.3 驗(yàn)算結(jié)果分析

管廊下方型鋼橫梁最大豎向位移約1.5 mm，當(dāng)型鋼橫梁規(guī)格及間距、縱梁跨度調(diào)整時(shí)，型鋼橫梁豎向變形對(duì)應(yīng)調(diào)整，在滿足控制保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)前提下，可優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，從而提高方案經(jīng)濟(jì)性及便利性。見圖2。

圖2 懸吊體系計(jì)算結(jié)果

2.4 管廊保護(hù)施工

放坡開挖至管廊底—施工臨時(shí)立柱—施工鋼筋混凝土縱梁—施工型鋼橫梁—基坑開挖，施工管廊下方逆作擋墻。

臨時(shí)立柱施工完成后，根據(jù)地層條件隔2施1掏槽開挖管廊下方土體，施工型鋼橫梁并與管廊底部密貼，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況通過千斤頂?shù)瓤刂乒芾瘸两担瑢⑿弯摬迦脘摻罨炷量v梁鋼筋籠內(nèi)，最后澆筑鋼筋混凝土縱梁，管廊外側(cè)和縱梁之間用方木填實(shí)。施工前應(yīng)核對(duì)管廊實(shí)際標(biāo)高及坡度。

3 管廊下方基坑支護(hù)

3.1 支護(hù)方案比選

管線下方深基坑支護(hù)方案常見的有錨拉式、支撐式等。錨拉式是逐層逆作施工鋼格柵+錨管/桿；支撐式是在管廊下方低凈空條件下成樁。見表2。

表2 支護(hù)方案對(duì)比

考慮到地區(qū)機(jī)械施工水平及地下水情況，選擇錨拉式（逆作擋墻）作為管廊下方基坑支護(hù)方式，逆作擋墻采用鋼格柵+側(cè)向注漿管，鋼格柵鋼筋植入圍護(hù)樁內(nèi)。

根據(jù)基坑深度，逆作擋墻上方采用0.3 m厚噴射混凝土，鋼架間距0.75 m，主筋直徑25 mm；逆作擋墻下方采用0.4 m厚噴射混凝土，鋼架間距0.5 m，主筋直徑32 mm。

3.2 驗(yàn)算結(jié)果分析

當(dāng)基坑深度超過17.0 m或逆作擋墻凈跨＞4.4 m時(shí)，逆作擋墻受力較大，該支護(hù)方案較難實(shí)施。基坑深度和逆作擋墻跨度關(guān)系

式中：M為彎矩設(shè)計(jì)值，kN·m；γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；γG為永久荷載作用分項(xiàng)系數(shù)；ρ為基坑外側(cè)土體密度，取103kg/m3；g為重力加速度，m/s2；λ為基坑外側(cè)土體側(cè)壓力系數(shù)；H為基坑深度，m；L為逆作擋墻跨度，m；b為單位計(jì)算深度，取1 m。

根據(jù)GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》正截面承載力極限狀態(tài)計(jì)算（支座處按簡(jiǎn)支考慮，截面不存在受壓鋼筋）

式中：fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；As為受拉區(qū)鋼筋的截面面積；h0為截面有效高度；α1為系數(shù)；fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

當(dāng)參數(shù)變化時(shí)，令

則HL2=NK

不同厚度噴射混凝土和鋼筋主筋近似關(guān)系見表3。

表3N取值

本工程HL2≤277.37，N=1 961.03，K=0.141 44；其中，H和L建議結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)考慮，簡(jiǎn)化后的公式可極大提高方案研究效率，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)方案中存在的問題。

3.3 基坑支護(hù)施工

管廊懸吊保護(hù)—基坑外注漿止水—施工水位觀測(cè)井及應(yīng)急降水井—基坑逐層開挖并逐層施工逆作擋墻—結(jié)構(gòu)施工、土方回填及臨時(shí)設(shè)施拆除。

管廊懸吊體系及地下水處理體系施工完成后，結(jié)合基坑開挖、地下水及支護(hù)情況，根據(jù)進(jìn)尺逐層開挖土體，將鋼筋植入圍護(hù)樁并與鋼架連接，然后施工側(cè)向注漿管，注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定，然后重復(fù)上述循環(huán)至基坑底部。

4 結(jié)論與建議

大尺寸管線橫穿基坑上方原位懸吊保護(hù)采用鋼筋混凝土縱梁較貝雷梁而言，具有便于取材、保護(hù)效果較理想、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但仍存在工期偏長(zhǎng)、工序復(fù)雜等缺點(diǎn)。

針對(duì)大尺寸管線下方基坑支護(hù)采用逆作擋墻提出以下建議：

1）充分利用機(jī)械成樁優(yōu)勢(shì)，盡可能靠近管廊外側(cè)施工鉆孔樁并在管廊外側(cè)采用鋼護(hù)筒或挖孔樁護(hù)壁，降低鉆孔樁施工期間對(duì)管廊的影響；

2）減小管廊下方型鋼橫梁、逆作擋墻跨度可以優(yōu)化受力、節(jié)約造價(jià)；

3）管廊下方基坑施工主要風(fēng)險(xiǎn)在于地下水的影響，施工前應(yīng)探明地下水情況及止水帷幕施作效果，當(dāng)止水帷幕效果不理想時(shí)，應(yīng)及時(shí)啟用應(yīng)急降水井。