某地鐵深基坑施工中管線保護(hù)措施研究

劉允才 宋 夢(mèng)

1 工程概況

本工程為鄭州市軌道交通1號(hào)線建設(shè)路站，車站位于十字路交叉路口，沿建設(shè)路呈東西向、靠路北布設(shè)，與遠(yuǎn)期規(guī)劃的5號(hào)線換乘。車站總長(zhǎng)271 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為21.5 m，呈東西走向，頂板覆土厚度約為3.25 m，底板埋深約16.795 m，基坑深度約16.945 m。本站共設(shè)四個(gè)出入口通道、三個(gè)風(fēng)道，其中Ⅲ號(hào)通道按預(yù)留考慮，主體結(jié)構(gòu)在十字路交叉口處(鋼便橋)采用蓋挖順筑法施工，其余均采用明挖順筑法施工。

車站所在的路口地下管線眾多，其中9條通過車站主體上方，最大的一條φ1200 mm的中水管線埋深5.5 m，施工前期調(diào)查該中水管道無改遷位置。結(jié)合工程情況，施工中對(duì)此采用向上遷改懸吊處理。

2 中水管線方案的設(shè)計(jì)

2.1 中水管線設(shè)計(jì)思路

根據(jù)對(duì)中水管線的調(diào)查了解，中水管道主要為保證金水河的景觀用水。根據(jù)此處施工的特殊性，時(shí)間緊迫性，各種施工交叉復(fù)雜性、難度大的特點(diǎn)，針對(duì)該中水管線影響主體結(jié)構(gòu)施工，無法直接懸吊，做出如下方案:該中水管線采取二次遷改的方案，即在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，將中水管線在圍護(hù)樁外截?cái)?，在原位向上遷改至已施工完畢的冠梁上方。該處地面高程為110.05 m，冠梁頂高程為108.4 m，冠梁截面尺寸為1300 m×1000 m，主體頂板頂面高程106.8 m，遷改后采用懸吊保護(hù)方案保護(hù)，然后等頂板施工完畢后，將中水恢復(fù)至頂板上方的預(yù)留管槽中。因遷改需要，應(yīng)在基坑外側(cè)沿管線方向各開挖1個(gè)基坑，基坑幾何尺寸為寬7 m×長(zhǎng)10 m，深度開挖約7 m。因?qū)儆谏罨樱仨氝M(jìn)行安全防護(hù)。并且受鄭州市軌道交通公司委托，該中水管線改遷懸吊工作全部由站點(diǎn)施工單位負(fù)責(zé)實(shí)施。

2.2 施工技術(shù)措施

1)由于φ1200 mm中水管自重較大，普通的工字鋼等構(gòu)件懸吊無法滿足要求，且軍用梁不好租賃。懸吊選用貝雷片作為承重構(gòu)件，以中水管線為中心密排4排貝雷片，底部采用Ⅰ22b工字鋼作為承托構(gòu)件，間隔1.5 m鋪設(shè)。

2)將跨基坑處的中水管線替換成無縫鋼管，在施工完成的溝槽中鋪設(shè)好d=1200 mm的鋼管后，從基坑外側(cè)距冠梁邊2.5 m處，首先截?cái)嘀兴芫€，然后安裝45°彎管向上改道，再安裝45°彎管與溝槽內(nèi)的鋼管相連接，確保無誤后開始供水，如圖1所示。

圖2 第二次改遷中水管線走向示意圖

3)第一次中水管線改遷完成后，開始進(jìn)行基坑挖土并施工主體結(jié)構(gòu)，待主體結(jié)構(gòu)完工后再把中水管道二次遷改至頂板上方的預(yù)留管槽中，開始回填土方，恢復(fù)路面通車，如圖2所示。

3 中水管懸吊設(shè)計(jì)驗(yàn)算

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

1)貝雷片單榀長(zhǎng)3 m，中水管懸吊長(zhǎng)度為21.5 m，貝雷片跨度采用24 m。

2)Ⅰ22b工字鋼單根長(zhǎng)2.2 m，間隔1.5 m鋪設(shè)。

3.2 荷載組合

計(jì)算荷載主要有貝雷片自重、Ⅰ22b工字鋼自重、懸吊中水管及其管內(nèi)水的重量。在分析管道對(duì)貝雷片的懸吊荷載時(shí)，為安全起見，忽略兩端土體對(duì)管道的約束作用，懸吊荷載按管道的完全自重考慮。具體荷載計(jì)算如下:

貝雷片自重:W1=3.82 kN/m;Ⅰ22b工字鋼重量36.524 kg/m，把其簡(jiǎn)化為均布荷載:W2=0.536 kN;中水管φ1200 mm，壁厚12 mm，自重W3=3.562 kN/m;1 m長(zhǎng)管道內(nèi)的水重:W4=11.304 kN/m。

3.3 貝雷片受力驗(yàn)算

貝雷片選取標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件組裝，計(jì)算中按簡(jiǎn)支桁架結(jié)構(gòu)考慮，貝雷片與中水管道布置如圖3所示，貝雷片、工字鋼、管道及其內(nèi)的水重均為均布荷載，如圖4所示。

圖3 貝雷片與中水管道布置圖

圖4 貝雷片受力示意圖

3.3.1 實(shí)際彎矩計(jì)算

M=ql2/8=1383.984 kN/m。

3.3.2 實(shí)際剪力計(jì)算

Q=ql/2=230.664 kN/m。

3.3.3 最大允許彎矩、剪力、撓度

[M]=3152.8 kN/m＞M=1383.984 kN/m。

[Q]=980.8 kN/m＞Q=230.664 kN/m。

[ω]=l/400=60 mm＞ω=5ql4/384EI=11.3 mm。

貝雷片滿足結(jié)構(gòu)受力要求。

3.4 工字鋼受力驗(yàn)算

每根工字鋼受到的水和管道自重:W5=(3.562+11.304)×1.5=22.299 kN。

工字鋼自重:W6=36.524×10×10－3=0.365 kN/m。

簡(jiǎn)化為均布荷載，跨距2.2 m。

W=22.299/2.2+0.365=10.501 kN/m。

3.4.1 抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

Mmax=kMq2l2。

其中，kM為彎矩系數(shù)，查表可得;q2為作用在工字鋼上的線均布荷載，q2=W×0.1b(工字鋼寬)=1.0501;l2為工字鋼支點(diǎn)計(jì)算跨度，取2.2 m。得Mmax=0.578 kN/m。工字鋼截面強(qiáng)度σ=Mmax/W。其中W為Ⅰ22b工字鋼截面抵抗力矩，查表得325 cm3，σ=1.778 N/mm2＜[f]=215 N/mm2。Ⅰ22b工字鋼滿足抗彎強(qiáng)度要求。

3.4.2 抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

最大剪力:Vmax=kVq2l2。其中，kV為彎矩系數(shù)，查表可得;q2為作用在工字鋼上的線均布荷載，q2=0.0501;l2為工字鋼支點(diǎn)計(jì)算跨度，取2.2 m。得Vmax=1.876 kN。工字鋼截面強(qiáng)度τ=Vmax×SX/(IX+tw)。查表Ⅰ22b工字鋼截面參數(shù)，半截面面積矩SX=189.8 cm3，截面慣性矩IX=3570 cm4，腹板厚tw=123 mm。τ=Vmax×SX/(IX+tw)=0.081 N/mm2＜[fV]=125 N/mm2。Ⅰ22b工字鋼滿足剪力強(qiáng)度要求。

3.4.3 撓度變形驗(yàn)算

ω=KWq2l4/100EIX，查表KW=0.521+0.12。即 ω=0.021 mm＜[ω]=l/400=5.5 mm。Ⅰ22b工字鋼滿足撓度變形要求。

結(jié)論:采用Ⅰ22b工字鋼做底橫梁受力滿足要求。

4 保護(hù)措施

1)在懸吊段兩端適當(dāng)設(shè)置閘閥，使中水管道發(fā)生意外時(shí)能及時(shí)關(guān)閉。2)工字鋼與貝雷片采用螺栓固定連接。3)管道懸吊后，加強(qiáng)保護(hù)，避免機(jī)具對(duì)管道的碰撞。4)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，管道和基坑的變形狀況。5)做好管線應(yīng)急救援預(yù)案，成立管線破壞應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組。

5 結(jié)語

根據(jù)設(shè)計(jì)方案和相應(yīng)的施工措施，對(duì)中水管道進(jìn)行了遷改懸吊，經(jīng)過監(jiān)測(cè)分析，管道的撓度變形符合產(chǎn)權(quán)單位和相關(guān)規(guī)范要求，保證了基坑開挖順利施工和中水管道的安全運(yùn)營(yíng)，對(duì)今后地鐵施工類似管線的施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

[1]江正榮，朱國(guó)梁.簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)[M].第3版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]龍馭球，包世華.結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].北京:高等教育出版社，2000.

[3]GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].