粉細(xì)砂地層綜合管廊集水池開挖支護(hù)工藝研究

溫艷平WEN Yan-ping

（中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，太原 030032）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，越來越多的城市修建地下綜合管廊[1]，一定程度上緩解了城市交通擁堵，還極大地方便了市政管線的維護(hù)檢修，對提高城市綜合承載力具有重大意義[2]。在綜合管廊修建中大致每100m 會修建一處低于標(biāo)準(zhǔn)段基底2m 左右的集水池[3]，在粉細(xì)砂地層中含水量大，若遇雨季，地下水位會大漲，導(dǎo)致原有降水設(shè)施不能保證集水池基坑開挖安全。在此“坑中坑”開挖過程中極易發(fā)生基底涌水涌沙，導(dǎo)致基坑變形量增大，甚至發(fā)生坍塌，存在較大的安全質(zhì)量隱患[4]。

眾多專家學(xué)者針對各類地質(zhì)“坑中坑”開挖支護(hù)工藝進(jìn)行了探索。其中陳暢等研究了軟土基坑工程坑中坑支護(hù)設(shè)計方法[5]；薛子龍等探索了復(fù)雜深基坑坑中坑穩(wěn)定性及快捷支護(hù)技術(shù)[6]；黃壇邦等采用預(yù)制鋼箱模、沉井等施工方法進(jìn)行坑中坑施工[7]；馮曉臘等研究驗證了多級柔性支護(hù)體系下坑中坑懸臂支護(hù)設(shè)計的穩(wěn)定性[8];梁月利等探索分析了復(fù)雜坑中坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)[9]。如何快速且高質(zhì)量的完成集水池結(jié)構(gòu)的基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工，盡快投入到綜合管廊主體結(jié)構(gòu)施工顯得尤其重要，因此，針對粉細(xì)砂含水地層，探索一種綜合管廊集水池開挖支護(hù)新工藝。

1 工程概況

鄭州市鄭東新區(qū)綜合管廊位于107 輔道東側(cè)百米綠帶內(nèi)，北接規(guī)劃新龍路綜合管廊，南連七里河北路綜合管廊，干線管廊總長7.15 公里。在綜合管廊修建中大致每一百五十米會設(shè)置一處低于原基坑標(biāo)準(zhǔn)段基底2m 左右的集水池，開挖深度位于粉細(xì)砂地層中。施工正值雨季，地下水位大漲，現(xiàn)場實際揭露集水池部位積水較多，在此“坑中坑”開挖過程中極易發(fā)生基底涌水涌沙，導(dǎo)致基坑變形量增大，甚至發(fā)生坍塌，嚴(yán)重影響工期。如何快速高質(zhì)量的完成集水池結(jié)構(gòu)的基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工，盡快投入到綜合管廊主體結(jié)構(gòu)施工顯得尤其重要。

2 工藝方案比選

通過對以往綜合管廊集水池基坑開挖案例分析，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問題：基底涌水涌沙不利于墊層、防水層及結(jié)構(gòu)的施工；基坑作業(yè)面狹小，大型打樁機(jī)械無法施工；放坡開挖，邊坡易受水浸泡侵蝕影響，變形坍塌；集水池基坑開挖影響管廊基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。根據(jù)以往“坑中坑”開挖經(jīng)驗，通過對基坑開挖工藝進(jìn)行研究，針對粉細(xì)砂含水地層，分析了傳統(tǒng)開挖工藝與新型開挖工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。以15.3m×4m×1.5m（長×寬×深）集水池基坑為例，表1 對比分析了兩種開挖方案的工藝對比指標(biāo)。

表1 二次基坑開挖支護(hù)工藝對比情況表

綜合兩種方案、施工成本、工期質(zhì)量、施工工效、操作的便捷性、安全風(fēng)險及機(jī)械化程度，決定選擇方案二。

3 施工工藝研究

3.1 工藝原理分析

前期管廊基坑土方開挖過程中在集水池位置上部1.5m 處增設(shè)第二道鋼支撐加固綜合管廊基坑圍護(hù)鋼支撐。測量放線確定基坑設(shè)計位置，在集水池兩短邊處布設(shè)兩道真空抽水管路，架設(shè)真空泵持續(xù)抽水。同步在集水池外側(cè)澆筑尺寸為400mm×500mm 的鋼筋混凝土圈梁。圈梁達(dá)到一定強(qiáng)度后，在圈梁下分段分步開挖土方，分段砌筑磚墻。磚墻全部砌筑完成后，開挖全部土方至基底面，然后一次施作集水池結(jié)構(gòu)。圖1 為集水池開挖支護(hù)剖面示意圖。

圖1 集水池開挖支護(hù)剖面示意圖

3.2 支護(hù)開挖工藝流程

鋼支撐架設(shè)→測量放線、定位基坑→安放真空抽水管道→真空泵井點(diǎn)抽水→施工鋼筋混凝土圈梁→圈梁下土方分段開挖、分段砌筑磚模→磚模封閉后水泥砂漿抹面→澆筑墊層→施作防水層→安裝鋼筋、模板→澆筑集水池結(jié)構(gòu)混凝土。

3.3 施工操作要點(diǎn)

3.3.1 鋼支撐架設(shè)

綜合管廊基坑開挖見底后，預(yù)先在兩側(cè)鋼板樁距開挖基底標(biāo)高1.5m 位置標(biāo)注集水池基坑開挖中心位置，在鋼板樁該位置安裝800mm 寬鋼圍檁，長度應(yīng)能保證第二道三根鋼支撐的架設(shè)范圍。在鋼圍檁上標(biāo)定三根鋼支撐的中心點(diǎn)，保證對向兩點(diǎn)連線垂直于鋼圍檁，三個鋼支撐兩兩之間的間距均為2.5m。在標(biāo)注點(diǎn)位置焊接鋼托盤。鋼支撐現(xiàn)場拼裝完成后直接吊放安裝，采用標(biāo)定的千斤頂施加軸向壓力，達(dá)到設(shè)計要求，鋼楔契緊。圖2 為鋼支撐架設(shè)與集水池相對位置平面圖。

圖2 鋼支撐架設(shè)與集水池相對位置平面圖

3.3.2 真空泵抽水

真空井點(diǎn)在集水池基坑兩側(cè)設(shè)置，間距4m，井點(diǎn)孔徑均為130mm，采用2 套真空井點(diǎn)主機(jī)設(shè)備，主機(jī)抽出的地下水采用二級提升的方式排放，要相應(yīng)配套使用2 套二級排水系統(tǒng)。濾管采用Φ48mm，壁厚3.0mm 無縫鋼管或鍍鋅管，長2m 左右。井點(diǎn)管采用Φ48mm，壁厚為3.0mm 無縫鋼管或鍍鋅管。連接管為透明管或膠皮管，與井點(diǎn)管和總管連接。總管采用Φ89mm 鋼管，壁厚為4mm，用法蘭盤加橡膠墊圈連接，防止漏氣、漏水。高壓水泵采用100TSW-7 高壓離心泵。圖3 為真空井點(diǎn)降水施工圖。

圖3 真空井點(diǎn)降水施工圖

3.3.3 砼圈梁施工

先確定圈梁位置，撒白灰確定淺層土開挖范圍，開挖400mm 深淺層土，收平，以土基為底膜，安裝圈梁鋼筋。鋼筋安裝完成后，兩側(cè)安裝模板，并進(jìn)行加固。頂面靠外邊緣隔1m 豎向預(yù)埋直徑φ80mmPVC 管，做回填口。圈梁澆筑C30 混凝土。

3.3.4 分段砌筑磚模

集水池基坑短邊先開挖，按2m 一個開挖段，分兩段開挖，對側(cè)同時開挖，開挖時耗盡量降低，一次成型，減小對周邊土體擾動。開挖完成一段，及時砌筑磚墻，磚墻采用240 磚墻，內(nèi)外搭接，由基底直至冠梁底，外表面與冠梁內(nèi)側(cè)面齊平。短邊完成后開挖砌筑長邊，按1.5m 為一個開挖段逐段順序開挖砌筑，兩長邊對角同時施工。砌筑完磚墻后及時抹面。通過冠梁預(yù)留孔在磚墻背后空洞處回填砂或注漿。圖4 為集水池開挖支護(hù)圈梁部位示意圖。圖5 為磚墻砌筑施工圖。

圖4 集水池開挖支護(hù)圈梁部位示意圖

圖5 磚墻砌筑施工圖

3.3.5 集水池結(jié)構(gòu)一次施工

磚模施工完成后，及時墊層澆筑，封閉基底，墊層達(dá)到一定強(qiáng)度后施作防水層。集水池主體側(cè)墻與底板鋼筋一并安裝成型，在內(nèi)部安裝預(yù)制內(nèi)模結(jié)構(gòu)，對撐加固。先澆筑底板混凝土，初凝前澆筑側(cè)墻混凝土，交接面進(jìn)行有效振搗。

4 施工效果分析

4.1 工期質(zhì)量效益

通過對粉細(xì)砂地層綜合管廊集水池開挖支護(hù)工藝的研究，總結(jié)了一整套新的集水池“坑中坑”開挖支護(hù)施工工藝。采用該工藝，單個集水池施工時間為5.5 天，減去與管廊底板同步施工時間，實際完成時間約為4.5 天，大大提高了施工工效，保證了工期節(jié)點(diǎn)。通過現(xiàn)場操作實施，證明了工藝的安全性、可靠性、可操作性，各集水池基坑開挖質(zhì)量較高，無一發(fā)生基坑坍塌現(xiàn)象，集水池抗?jié)B性能良好。

4.2 經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益

研究發(fā)現(xiàn)，新工藝施工一個集水池成本僅為11 萬元，對比之前施工同類型集水池成本，平均一個節(jié)省施工成本5 萬元左右，經(jīng)濟(jì)效益良好。該工藝有效降低了開挖工作面水位，提升了作業(yè)環(huán)境，確保了管廊基坑圍護(hù)樁的穩(wěn)定，降低了事故發(fā)生概率。工藝突出了綠色施工概念，推進(jìn)了城市市政施工的標(biāo)準(zhǔn)化、綠色發(fā)展，得到了顯著的社會效益。

5 結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測

5.1 集水池基坑變形監(jiān)測

在集水池兩側(cè)1m 范圍內(nèi)各選取兩個監(jiān)測點(diǎn)，布置鋼筋樁，集水池基坑開挖過程中實時監(jiān)測鋼筋樁位移情況。通過十幾個集水池成功開挖支護(hù)實踐，鋼筋樁未有明顯位移情況，最大位移積累未超過5cm。綜上說明：綜合管廊集水池開挖新工藝降水效果顯著，基坑開挖安全可靠。

5.2 大基坑鋼板樁位移監(jiān)測

在集水池兩側(cè)綜合管廊圍護(hù)鋼板樁上分別布設(shè)兩個位移監(jiān)測點(diǎn)，集水池施工過程中采用全站儀每隔兩小時監(jiān)測鋼板樁收斂變形量。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，鋼板樁未有特殊大變形情況發(fā)生，圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，另外地面建構(gòu)筑物監(jiān)測點(diǎn)未發(fā)生明顯沉降。

6 結(jié)論

通過實踐研究，成功探索出了一種綜合管廊集水池支護(hù)開挖新工藝，探索了集水池基坑周邊降排水工藝，降低開挖基面水位，減小涌水涌砂對基坑開挖的影響。創(chuàng)新了集水池基坑圍護(hù)措施，降低周邊坍塌風(fēng)險，保障集水池基坑開挖施工安全，提高基坑開挖效率，降低對綜合管廊大基坑的施工影響。

相對于明水設(shè)井抽排措施，真空抽水具有明顯的優(yōu)勢，不僅避免了降水井的留設(shè)對施工及后期結(jié)構(gòu)的影響，而且降水效果明顯，有效解決了開挖工作面積水的問題。集水池等“坑中坑”結(jié)構(gòu)施工時，應(yīng)盡量采取措施將底板與側(cè)墻結(jié)構(gòu)一次澆筑施工，減少施工縫，提高結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能。