橫跨地鐵基坑管線原位保護設計

曾 輝

廣州地鐵設計研究院股份有限公司（510010）

地鐵車站通常修建于城市主干道下方，道路兩側市政管線較為密集。這些管線給地鐵車站的修建帶來較大困難。對于影響車站施工的市政管線的處理辦法有3種:①工程實施前對管線進行遷改；②調整車站站位，對管線進行避讓；③對于難以遷改和避讓的管線，工程實施過程中對其進行原位保護。

遷改管線和避讓管線的方式均為工程中普遍采取的市政管線應對方法，但是，實際工程中經常存在部分管線，由于施工工期、遷改費用或者其他原因難以遷改或者避開，必須采取原位保護的方式進行處理。下面以寧波市軌道交通某地下車站附屬基坑工程為例，介紹橫跨地鐵基坑的市政管線原位保護設計。

1 工程概況

1.1 工程概述

寧波市軌道交通5號線某地下車站周邊為高層住宅小區，A號出入口為單層箱型結構，采用明挖法施工，基坑深度約9.7m，寬7.7m。基坑距離周邊建筑物地下室10.5m。A號出入口圍護結構為φ850@600mmSMW工法樁，內支撐采用1道混凝土支撐+2道鋼支撐。出入口存在一根1200mm×450mm10kV電力排管橫穿出入口。排管底埋深為2m。由于A號出入口為車站保通出入口，而10 kV電力管線改遷時間太長，無法保證A號出入口按時開通，因此考慮對該處電力管線進行原位保護。

1.2 工程地質

場地地層以淤泥質軟土層為主，從上至下依次為①1a雜填土、①2黏土、①3b淤泥質粉質黏土、②1黏土、②2c淤泥質粉質黏土、③2黏質粉土、④1粉質黏土。基坑開挖范圍主要為①3b淤泥質粉質黏土、②1黏土、②2c淤泥質粉質黏土。坑底位于②2c淤泥質粉質黏土。承壓水位于③2黏質粉土層中，水頭為地下1.5m。

2 專項設計方案

2.1 圍護結構設計

管線范圍以外的基坑采用φ850@600mmSMW工法樁，內支撐采用1道混凝土支撐+2道鋼支撐。由于管線橫穿基坑，管線位置處SMW工法樁無法正常施做。考慮到電力排管兩側圍護樁所承受的水土壓力較大，H型鋼的剛度較小，對于控制基坑變形不利。因此，考慮管線兩側支護結構采用剛度較大的鉆孔樁形式，由鉆孔樁來承擔管線處的主動土壓力。根據計算結果，在緊貼電力排管外輪廓處每側各施做3根φ1000mm的鉆孔灌注樁，盡量減小樁間距以加強管線位置處的圍護結構剛度（如圖1所示）。

電力排管通過型鋼支架懸吊在兩側混凝土支撐上。排管下方的H型鋼通過人工掏槽開挖后與排管上部的H型鋼連接，懸吊固定于排管兩側的混凝土支撐上。H型鋼支架沿管線縱向按每1m設置一道。由于混凝土支撐剛度大，懸吊時管線沉降變形小，同時支架上下兩端設置螺母，以調節管線標高，可保證施工期間管線的安全（如圖2所示）。

圖1 電力管線位置圍護結構布置圖

圖2 管線懸吊保護示意圖

2.2 擋板設計

由于管線位置處圍護樁凈距達到1.3m，在不采取特殊處理措施的情況下，基坑開挖時，基坑外側水土將會沿此空隙進入基坑內，給基坑帶來較大的安全隱患。為應對這種情況，提出2種處理方案:①掛網噴混法。在開挖過程中在此空隙處掛網噴混凝土，鋼筋網片與兩側鉆孔樁主筋焊接固定，同時向基坑外側打設土釘以固定鋼筋網片；②樁間擋板法。在空隙兩側的鉆孔樁之間設置擋土鋼板，擋土鋼板與水土壓力通過此擋板傳給兩側的鉆孔樁。

對比這2種方法，掛網噴混法在施工便利性上具備一定優勢，但施工質量較難保證，且樁間凈距達1.3m，網噴混凝土難以較好地起到擋土作用。鋼板可靠性好，樁間擋板安裝完成后可以馬上對土體起到有效的支擋作用。最終決定樁間擋土措施采取在管線兩側樁間焊接35mm厚鋼板的形式。

在鉆孔灌注樁中預埋鋼板，基坑開挖完每層土方后，鑿除鉆孔樁表面混凝土保護層，露出預埋鋼板，然后采用鋼板與兩側鉆孔樁里預埋的鋼板焊接，形成連接在鉆孔樁上的鋼板擋土結構。鋼板背后與土體之間的縫隙采用C20細石混凝土填充密實，以保證鋼板的支擋效果。樁間擋土鋼板的做法（如圖3所示）。

圖3 電力管線處樁間擋土鋼板大樣圖

2.3 止水措施

由于SMW工法樁在管線位置處未封閉，而此處地下水較為豐富，基坑以下存在③2黏質粉土層承壓水，因此，電力管線處的止水措施極為重要。常規的止水措施有攪拌樁和高壓旋噴樁。攪拌樁在電力管線處無法施工，而普通高壓旋噴樁成樁直徑小、成樁質量一般，而電力排管處圍護結構樁間凈距達1.3m，旋噴樁無法咬合，無法用于此處隔斷承壓水。因此，這兩種常規止水措施均無法應用于電力管線處的止水。本基坑在圍護樁未封閉處采用成樁直徑大，止水效果好的MJS全方位高壓旋噴樁，以隔斷坑底的承壓水。在外側則輔以數根普通高壓旋噴樁，與MJS旋噴樁咬合，隔斷承壓水[1]。

MJS工法又稱全方位高壓旋噴工法，該工法在傳統高壓噴射注漿工藝的基礎上，采用了獨特的多孔鉆桿和前端地內壓力監控裝置，實現了孔內強制排漿和地內壓力監測，并通過調整強制排漿量來控制地內壓力，使深處排泥和地內壓力得到合理控制，保持地內壓力穩定，有效提升硬化材料噴射效率以及固結體的可靠性。另外，通過對地內壓力的控制，還可以有效降低噴射流對地層的影響，對于控制地表位移有非常顯著的作用。與傳統高壓旋噴工法相比，MJS高壓旋噴工法有以下優點:①可以全方位進行高壓噴射注漿施工；②樁徑大，成樁質量好；③對周圍環境影響小，超深MJS高壓旋噴施工時成樁質量有保證；④可用于低凈空條件施工；⑤泥漿污染少。

MJS工法自2007年引入我國以來，目前在上海、天津、廣州、南京、杭州、寧波等多個地區得到了廣泛應用，已較為成熟。因此，此處采用MJS工法可保證電力管線處的地下承壓水隔斷效果。

3 施工注意事項

本基坑的薄弱點在電力管廊位置處，此處樁間距大。因此，需要控制此處基坑外側地面堆載，減小施工機械停留，加強施工監測。

施工前應全面、仔細調查懸吊管線規格、埋深、材質、接頭型式、節長，以便懸吊方案的順利實施。在管線兩側混凝土撐上布置監測點，施工中注意觀測混凝土支撐的下沉量，確定管線懸吊牢固穩定后，方可進行下道工序。

管線橫穿基坑處基坑開挖時施工工序較多，基坑無支撐暴露時間相對較大，容易引起圍護結構位移和土體位移增加。為了盡可能減少此處施工時間，管線懸吊處鋼圍檁可預先與擋土鋼板焊接，再與圍護樁上的預埋鋼板焊接。管線懸吊范圍基坑開挖需迅速并及時焊接擋土鋼板和架設支撐，以減小基坑變形。

由于基坑坑底以下存在承壓水層，管線位置止水帷幕施工質量極為關鍵。另外，當基坑底部存在豐富的承壓水層時，可在基坑外設置降壓備用井，防止止水帷幕失效導致的基坑突涌[2]。

4 結論和建議

1）對于因地下管線或其他障礙物無法封閉基坑圍護結構時，采用樁間擋板并輔以專門的止水措施，可有效擋土止水，是一種可行的處理方法。

2）MJS全方位高壓噴射工法具有成樁直徑大，止水效果好等優點，可在基坑圍護無法封閉時采用，作為特殊止水措施，隔斷承壓水。

3）管線原位保護需要焊接擋土鋼板，增加基坑無支撐暴露時間，施工中應提前考慮，合理安排施工工序，以減小基坑變形，確保地鐵基坑和市政管線安全。