深基坑中電力管溝原位保護技術

李雪洋

（1.中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600；2.蘇州眾通規劃設計有限公司，江蘇 蘇州 215000）

1 引言

隨著城市化進程的加快，城市擁堵問題越來越嚴重，越來越多的城市開始建設地鐵。在地鐵建設過程中，基坑敞口式開挖不可避免地會遇到地下管線。一般情況下將管線臨時遷改，等待地鐵結構建設完成后，再將管線恢復原狀。若在重要管線不允許永久遷改或臨時遷改工期太長、成本過高、不具備施工條件的情況下，只能采取管線原位保護的方法。由于管線種類、材質、埋深、尺寸均不相同，原位保護方案的選擇因管線而異。

本文結合蘇州市軌道交通S1 線花橋停車場出入場線明挖基坑與110 kV 高壓管溝，研究深基坑中電力管溝原位保護技術。

2 工程概況

花橋停車場出入場線區間位于蘇州市昆山市花橋鎮，其中位于沿滬大道的地下結構采用明挖法施工。基坑A 開挖深度12.0～16.8 m，開挖寬度11.4～14.6 m。除工作井外，基坑圍護結構采用φ850 mm@600 mmSMW 工法樁。橫跨基坑有一條110 kV 高壓管溝，埋置深度約1.5 m，走向與基坑垂直。

其中，電力檢修井為單層混凝土框架結構，壁厚0.25 m，電力井外部尺寸為：長9.5 m×寬2.7 m×高2.05 m。電力井處基坑寬度為13.0 m，電力井位于基坑內。電力檢修井以外高壓線采用4 排×6 孔拖拉排管地下埋設。電力檢修井橫斷面如圖1所示。

圖1 電力檢修井橫斷面圖（單位：mm）

原設計方案為：基坑A 施工期間，將110 kV 高壓線臨時遷改至基坑外側繞行→施工基坑A 圍護結構、開挖土方、主體結構、覆土回填→高壓線恢復至現狀（基坑A 結構頂部）→施工B 基坑。但在實際遷改過程中，高壓線遷改周期過長制約項目建設總工期，且遷改費用巨大。經研究決定采用原位保護方案。

3 原位保護方案

保護方案包括：電力檢修井保護、基坑安全保護。

基坑安全又分為：基坑支護結構安全、基坑豎向開挖面安全。

3.1 電力檢修井保護

電力井保護方案的選擇主要依據電力井結構與基坑支護結構的相對標高，分為懸吊保護方案和托底保護方案。

由于本項目電力井埋深較淺，通過下壓基坑支護結構冠梁標高可使電力井底部位于冠梁頂標高以上，故采用托底保護方案。

3.1.1 托底保護方案概述

整個托底保護體系由鉆孔灌注樁、混凝土支撐、I25a 工字鋼托底梁組成。電力檢修井坐落于I25a 工字鋼托底梁上，工字鋼間距0.8 m，兩端與混凝土支撐鋼筋焊接牢固。電力井混凝土結構自重通過工字鋼托底梁傳遞至混凝土支撐，混凝土支撐將荷載傳遞至冠梁、鉆孔灌注樁，再由鉆孔灌注樁將荷載傳遞至地基。

3.1.2 電力井變形控制指標

根據電力管線產權單位要求，電力井豎向沉降變形控制值≤10 mm。

3.2 基坑安全方案

3.2.1 基坑圍護方案概述

電力井范圍內基坑支護結構采用直徑1.2 m 的鉆孔灌注樁，根據配筋不同共分A、B 兩種不同類型[1]。A/B 鉆孔樁間距為1.4 m，A/A 鉆孔樁間距為3.428 m/3.007 m。樁頂冠梁、混凝土支撐均采取加強設計。

3.2.2 基坑圍護結構驗算

采用FRWS9.0 軟件對基坑開挖、回筑階段進行模擬，分別計算A/A、A/B 圍護結構情況下，基坑變形、圍護結構內力，計算結果見表1。

表1 不同間距鉆孔樁基坑變形及內力

經計算，鉆孔樁配筋、基坑整體穩定性、坑底隆起穩定性、地表沉降均滿足JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》的要求。

3.3 基坑豎向開挖面安全

3.3.1 基坑豎向開挖面方案概述

混凝土鉆孔樁范圍內基坑外側采用直徑3.0 m/2.4 m MJS樁封閉基坑外側地下水。A/A 鉆孔樁最大間距為3.428 m，此范圍內受電力排線制約，地面無法施作基坑圍護結構，僅做MJS 樁止水。需對豎向開挖面內做加強設計。鉆孔樁及MJS樁平面示意圖如圖2 所示。

圖2 鉆孔樁及MJS 樁平面示意圖

A 型鉆孔樁在基坑豎向深度范圍內采用鋼護筒施工：（1）鉆孔樁成孔時確保電力線安全；（2）開挖面內型鋼鋼架與鋼護筒焊接，方便施工。基坑豎向開挖面內：隨基坑開挖，臨基坑一側豎向每0.5 m 設一道I28a 型鋼鋼架，水平鋼架與鋼護筒焊接牢固。鋼架內側設φ14 mm 間距200 mm 鋼筋做加強網面，并噴射早強混凝土。

3.3.2 基坑豎向開挖面驗算

基坑豎向開挖面驗算分為水平作用面正應力驗算、豎向作用面墻體應力驗算、MJS 樁邊坡穩定性驗算、工字鋼鋼架強度驗算4 個部分。

MJS 樁為旋噴樁的一種類型，與攪拌樁同屬于土體改良工藝。本工程中MJS 樁強度驗算主要步驟為：

1）水平作用面正應力驗算：

首先，進行MJS 水泥土抗剪強度驗算：式中，τ1為作用于鉆孔樁與水泥土之間的錯動剪應力設計值，N/mm2；γ0為支護結構重要性系數，此處取1.0；V1k為作用于鉆孔樁與水泥土之間單位深度范圍內的錯動剪力標準值，N/mm；del為MJS 樁體的有效厚度，此處取1 200 mm；qk為作用于MJS 樁計算截面處的側壓力強度標準值，N/mm2，此處取側土壓力138 kN/m2、超載側向壓力11.2 kN/m2之和；L1為相鄰鉆孔樁翼緣之間的凈距，mm，此處取3 428 mm；τ 為水泥土抗剪強度設計值，N/mm2；τck為水泥土抗剪強度標準值，N/mm2，可取MJS 樁28 d 齡期無側限抗壓強度的1/3。MJS 樁28 d 齡期無側限抗壓強度根據設計要求，取值1 500 kPa。

經計算，MJS 水泥土抗剪強度設計值τ1=266.3 kPa ≤τ=312.5 kPa，MJS 水泥土抗剪強度滿足要求。

2）MJS 樁水泥土抗拉強度驗算：

式中，σ1為MJS 樁水泥土抗拉強度標準值，kPa；Mi為MJS 樁水泥土驗算結垢面的彎矩設計值，根據FRWS9.0 軟件計算結果，取值724 kN·m/m；B為驗算截面處MJS 樁水泥土的寬度，取3.0 m；γcs為水泥土墻的重度，取22 kN/m2；Z為驗算截面至水泥土墻頂的垂直距離，取14.2 m；σ 為MJS 樁水泥土抗拉強度設計值，kPa；fcs為水泥土開挖齡期時的軸心抗壓強度設計值，取1 500 kPa。

經計算，MJS 樁水泥土最大拉應力333 kPa＞225 kPa（拉應力超限），不滿足要求。

3）MJS 樁邊坡穩定性驗算

按巖土邊坡模型考慮的邊坡穩定性驗算最不利滑動面位置，滑動安全系數=1.161＞1.0，邊坡穩定性滿足要求。

4）I28a 工字鋼鋼架強度驗算

正常狀況下，鋼架僅承受樁間未加固土體側土壓力；

經計算，I28a 工字鋼正應力σ1=12 MPa＜f=215 MPa（f為工字鋼容許彎曲應力），剪應力τ1=7.5 MPa≤fv=125 MPa（fv為工字鋼容許剪應力）；

在極限狀態下，正應力σ2=192.9 MPa＜f=215 MPa，剪應力τ2=87 MPa≤fv=125 MPa。工字鋼強度均滿足要求。

結論：MJS 樁除拉應力外，其余指標均滿足規范要求。正應力（拉應力）計算時彎矩設計值考慮了1.25 安全系數。水泥土抗拉強度根據實驗數據一般為0.1～0.25 倍的無側限抗壓強度，規范取較保守的系數0.15。故計算結果不滿足要求。水泥土抗拉強度與無側限抗壓強度成正比，系數受土層性能及現場施工質量影響，不易確定。

3.4 現場施工

3.4.1 MJS 樁、鉆孔樁施工

電力管溝保護共施工8 根直徑1.2 m 的鉆孔灌注樁。其中，臨近電力線4 根鉆孔樁為A 型樁，采用局部鋼套筒護壁，其余4 根為B 型樁采用回旋鉆機施工。鉆孔樁外側緊貼電力排管采用鉆機預成孔，施工MJS 樁，樁徑2.4 m/3.0 m。

3.4.2 電力井托底梁施工

基坑鉆孔樁、MJS 樁施工完成，強度達到設計要求經檢測合格后→綁扎樁頂冠梁鋼筋→平整基坑內部土方至電力井底部標高→電力井底部人工掏槽→插入電力井底部I25a 工字鋼→綁扎兩側混凝土支撐鋼筋→澆筑支撐、冠梁混凝土。

3.4.3 豎向開挖面支護施工

隨基坑開挖，A/A 樁間豎向開挖面施作工字鋼鋼架、加強鋼筋網片、噴射早強混凝土。基坑開挖至坑底時，基坑出現少量滲漏水。經分析，可能的原因如下：

1）基坑最深處側土壓力最大，MJS 樁承受最大側土壓力的情況下，抗拉強度不足導致豎向MJS 樁斷裂，基坑外側地下水從裂縫流入基坑內。

2）MJS 樁在坑底粉砂地層中成樁效果差，直徑小于設計值，導致不能咬合止水。止水后，內部結構澆筑完成，直至覆土回填，基坑變形指標正常。

4 結語

1）方案設計前應詳盡搜集現場管線資料，必要時進行實地探挖重新測量，確保資料準確。電力管溝因埋深、尺寸、材質等不同，保護方案不能一概而論。應結合工期、造價、施工便利性、對周邊環境的影響等方面綜合比選方案，確定最優方案。

2）本方案采用鋼套筒鉆孔樁+型鋼托底梁+豎向開挖面型鋼加強支護的方案。電力井沉降效果符合產權單位要求。基坑變形控制符合設計要求，施工便利、可操作性行強，方案整體可行。