軌道交通基坑工程地下大直徑管線(xiàn)的原位保護(hù)控制

張恒忠

（上海地鐵咨詢(xún)監(jiān)理科技有限公司，上海 200032）

0 引 言

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的工程進(jìn)度常常因?yàn)楣芫€(xiàn)遷改滯后造成較大的延誤。如何在保證工期、節(jié)約投資的前提下，最大限度地推進(jìn)管線(xiàn)遷改工作，一直困擾著參建各方(尤其是業(yè)主方)。對(duì)影響施工的地下管線(xiàn)通常有兩種處理方法：臨時(shí)遷改或永久遷改；原位保護(hù)。為了降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)條件許可的情況下，對(duì)管線(xiàn)應(yīng)采取永久遷改或臨時(shí)遷改。但當(dāng)管線(xiàn)不允許永久遷改或臨時(shí)遷改工期太長(zhǎng)、成本過(guò)高、不具備條件等情況下，就只能采取原位保護(hù)。筆者介紹的案例就屬于處在永久遷改不可能、臨時(shí)遷改不具備條件的情況，因此只能采取原位懸吊保護(hù)。

1 工程概況

該工程位于昆明市人民西路與昌源中路交叉口即地鐵沙溝尾站，是昆明地鐵 3號(hào)線(xiàn)試驗(yàn)段工程的中間站，沿人民西路呈東西向布置。車(chē)站全長(zhǎng) 238.05 m；標(biāo)準(zhǔn)段寬 19.7 m，底板埋深 15.38 m～16.49 m。配線(xiàn)段長(zhǎng) 226.2 m，配線(xiàn)段寬度為9.9 m 單層單跨框架結(jié)構(gòu)，底板埋深 15.48 m～16.79 m。配線(xiàn)段(昌源中路下)存在一條埋深 5.6 m、內(nèi)徑 1.65 m的主污水管(材質(zhì)為混凝土管)，與車(chē)站配線(xiàn)段基本處于正交，流向自北向南，匯水面積為5 km2，水流量較大，且無(wú)其他備用排出口。

由于該主污水管的產(chǎn)權(quán)單位不允許永久遷改，臨時(shí)改遷方案經(jīng)過(guò) 1年多的討論研究仍沒(méi)有最終確定(不具備條件)。臨時(shí)遷改方案大致如下：根據(jù)主污水管埋深深、管徑大、車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)位置圍護(hù)樁無(wú)法施工的情況，擬采用先由主污水管西側(cè)的圍護(hù)樁為主污水管遷改提供路由；然后北側(cè)施作沉井，南側(cè)放坡開(kāi)挖至主污水管；開(kāi)挖車(chē)站內(nèi)土方，完成臨時(shí)遷改污水管的連接。沉井尺寸為6.7 m (南北方向)×5.2 m (東西方向)，沉井深度為9 m。由于人民西路北側(cè)管線(xiàn)眾多，有東西方向的雨水管線(xiàn)、電信管線(xiàn)、輸配水管及交通信號(hào)線(xiàn)，在人民西路和昌源中路西北角處施作沉井不具備條件。由于水流量較大，且無(wú)其他路由進(jìn)行排放，因此擬考慮在既有圍擋范圍內(nèi)配線(xiàn)段北側(cè)無(wú)管線(xiàn)位置施作沉井。然而，沉井深度為9 m，配線(xiàn)段北側(cè)為盾構(gòu)區(qū)間，盾構(gòu)區(qū)間覆土厚度約 9 m，沉井位置必然會(huì)對(duì)盾構(gòu)產(chǎn)生影響。若將沉井位置再向北側(cè)移動(dòng)，在現(xiàn)有昌源中路上又無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)有交通條件，臨時(shí)遷改方案受各種條件限制無(wú)法實(shí)施。所以只能采取原位懸吊保護(hù)方案。

2 水文地質(zhì)情況

主污水管對(duì)應(yīng)的位置里程約為YCK9+182 處，管徑達(dá)到1650 mm，達(dá)到滿(mǎn)流狀態(tài)時(shí)將近58.6 t 重；上游污水源流量相當(dāng)大，通過(guò)觀(guān)察基坑南側(cè)污水管工作井內(nèi)水位，在不下雨正常流速時(shí)測(cè)得約 700 m3/h；在中雨 3 h左右的情況下，基坑南側(cè)污水管工作內(nèi)井水位距地面為1.4 m；在大雨 1.5 h左右的情況下，水位距地面只有 1.4 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)，基坑內(nèi)主污水管頂面距地面為5.6 m，低于工作井內(nèi)水位高度，受到水勢(shì)差產(chǎn)生的壓力作用，增加了污水管的受力。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，主污水管所在斷面自上而下地質(zhì)情況為：素填土、粉質(zhì)黏土、泥炭質(zhì)土、黏土等。其中污水管位于泥炭質(zhì)土中。泥炭質(zhì)土具有高含水性、高壓縮性、低承載力等特性。在進(jìn)入基坑開(kāi)挖土體卸載階段，泥炭質(zhì)土出現(xiàn)壓縮容易導(dǎo)致污水管變形。

3 主污水管懸吊保護(hù)方案及難點(diǎn)分析

3.1 懸吊保護(hù)方案

基坑開(kāi)挖至污水管位置時(shí)，對(duì)污水管進(jìn)行懸吊保護(hù)。首先污水管采用 2 cm 厚鋼板(專(zhuān)業(yè)加工成兩個(gè)半圓型)包封處理；然后采用 φ15.5 mm、6×19 型鋼絲繩進(jìn)行懸吊。主污水管上方安裝工字鋼梁，鋼絲繩固定在工字鋼梁上，從而構(gòu)成一個(gè)懸吊體系。

3.2 難點(diǎn)分析

(1)正值昆明雨季，水流量大，匯水面積 5 km2，而且無(wú)其他備用排出口，常達(dá)到滿(mǎn)流狀態(tài)，重量近58.6 t。

(2)懸吊跨度大，約 10 m。

(3)該污水管為混凝土材質(zhì)，每節(jié) 2 m，變形控制要求高；日變形量小于2 mm，累計(jì)變形小于10 mm。

(4)管線(xiàn)埋設(shè) 5.6 m，與車(chē)站配線(xiàn)段基本處于正交；在基坑開(kāi)挖、結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，嚴(yán)禁任何物體、施工機(jī)械與該管撞擊。

(5)基坑開(kāi)挖深度約 16 m，基坑變形控制要求高；日變形量小于2 mm，累計(jì)變形小于21 mm。

4 監(jiān)理控制要點(diǎn)及措施

4.1 管理控制要點(diǎn)及措施

(1)管線(xiàn)調(diào)查。現(xiàn)場(chǎng)勘察與該管線(xiàn)竣工圖紙仔細(xì)核對(duì)，確保準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

(2)施工前設(shè)計(jì)單位要對(duì)管線(xiàn)懸吊保護(hù)體系的受力進(jìn)行核算，并組織專(zhuān)家評(píng)審基坑施工方案和管線(xiàn)懸吊保護(hù)方案。

(3)監(jiān)理及主要管理人員參加施工單位各工序、各工種安全技術(shù)的交底工作，施工過(guò)程中 24 h 進(jìn)行旁站監(jiān)理。

(4)監(jiān)理嚴(yán)格按照專(zhuān)項(xiàng)方案，對(duì)每道工序進(jìn)行過(guò)程控制及驗(yàn)收。

(5)監(jiān)理要求施工單位在施工前，上報(bào)應(yīng)對(duì)管線(xiàn)被機(jī)械設(shè)備破壞或變形開(kāi)裂的應(yīng)急預(yù)案并參與演練，檢查應(yīng)急物資的落實(shí)到位。

4.2 技術(shù)控制要點(diǎn)(見(jiàn)圖1)

圖1 污水管懸吊工作示意圖

(1)在主污水管兩側(cè)冠梁上橫跨基坑架設(shè) I56b 工字鋼作為主梁，主梁在主污水管兩側(cè)各并排安裝兩榀。在主梁上部，垂直于主梁方向安裝I45a 工字鋼橫梁(共 11 道)；橫梁上直接懸掛鋼絲繩(11×2 根，規(guī)格 15.5 mm、6×19 型鋼絲繩)，橫梁與主梁之間采用焊接連接并安裝加固鋼板，主梁與冠梁接觸部位采用膨脹螺栓固定，防止因受力產(chǎn)生過(guò)大移動(dòng)。

(2)污水管接口處包封控制。污水管接口處是受力最薄弱環(huán)節(jié)，也是最容易出現(xiàn)漏水的地方。因此在包封的過(guò)程中先對(duì)混凝土管接口處進(jìn)行包封處理，以最大限度地減小混凝土管口位置的沉降，降低出現(xiàn)漏水的概率。在混凝土管口的位置人工下挖出寬 1 m、深 30 cm的溝槽，滿(mǎn)足成型鋼板(半圓型)安裝的要求；開(kāi)挖完成以后立即采用人工配合吊機(jī)的方式安裝鋼板(半圓型)?；炷廖鬯芟掳氩糠直讳摪?半圓型)包封安裝完成以后，鋼板下方先填充密實(shí)，防止混凝土管接口位置產(chǎn)生沉降；然后再安裝上半部分鋼板(上下部分鋼板之間的接縫處加工成 45° 坡口)；安裝完成以后立即采用氣焊進(jìn)行焊接(由人工繼續(xù)向下開(kāi)挖，預(yù)留出 80 cm的作業(yè)空間后，對(duì)相鄰鋼板接口位置進(jìn)行焊接，相鄰縱縫之間焊縫錯(cuò)開(kāi) 50 cm)。此過(guò)程為一循環(huán)?；炷两涌谖恢玫拿恳谎h(huán)包封完成以后，立即對(duì)此段進(jìn)行懸吊。每段鋼板(1 m)設(shè)置一道雙股鋼絲繩進(jìn)行懸吊；各道鋼絲繩長(zhǎng)度一致，懸吊點(diǎn)設(shè)置于每塊鋼板中心位置。鋼絲繩從工字鋼橫梁上表面經(jīng)過(guò)，鋼絲繩接頭用鋼絲繩卡扣和吊藍(lán)螺栓連接，確保鋼絲繩接頭牢固。在所有鋼絲繩懸吊工作完成后，再利用吊籃螺栓對(duì)所有鋼絲繩重新進(jìn)行微調(diào)，保證各道鋼絲繩受力充分、均勻。

混凝土管接口位置施作完成以后，立即按照上述同樣方法，對(duì)混凝土管中間部分進(jìn)行包封、懸吊處理(見(jiàn)圖2)。

圖2 對(duì)污水管進(jìn)行包封、懸吊現(xiàn)場(chǎng)工作圖

(3)污水管端頭位置保護(hù)。污水管在基坑內(nèi)側(cè)兩端頭位置較為特殊，因此在污水管端頭位置必須將鋼板包封深入圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)；包封后澆筑 C35 混凝土，澆筑寬度與冠梁側(cè)面齊平。確保污水管端頭位置安全、牢固。

(4)灌漿。包封、懸吊完成以后，在鋼板與混凝土管之間的空隙，通過(guò)外包鋼管預(yù)留灌漿孔灌入 1∶1 水泥漿，將空隙填充密實(shí)，使混凝土管與鋼管形成一個(gè)整體，從而整體受力。

(5)施工期間對(duì)主污水管進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。開(kāi)挖土體暴露管線(xiàn)，直接在外包鋼板上刻畫(huà)十字線(xiàn)并噴紅漆作為測(cè)量標(biāo)志。共布置 3個(gè)直接監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)頻率 4 次/d，全程跟蹤監(jiān)測(cè)變形情況。

5 效果分析

該管線(xiàn)懸吊保護(hù)的安全風(fēng)險(xiǎn)較大。業(yè)主、監(jiān)理、施工單位都高度重視，各項(xiàng)措施都落實(shí)到位，主污水管兩側(cè)及以下土體順利開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中鋼支撐也能及時(shí)進(jìn)行架設(shè)。歷時(shí)31 d，完成該段主體結(jié)構(gòu)施工(約 40 m)，并在頂板上完成 1/2主污水管混凝土包封。在該段主體結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中：基坑變形最大累計(jì) 20 mm，污水管累計(jì)變形 4.5 mm；基坑及該主污水管變形均處在安全可控狀態(tài)。同時(shí)，節(jié)約了工期，為盾構(gòu)后配套過(guò)站提前提供條件。該成功案例為昆明地鐵工程施工在大管徑地下管線(xiàn)處理方案方面積累了經(jīng)驗(yàn)。希望能為其他城市類(lèi)似地鐵工程施工在處理大管徑地下管線(xiàn)問(wèn)題上起到參考作用。