近距離下穿大型市政管線地鐵通道設計技術(shù)

李文武

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031)

常規(guī)地鐵車站施工時，對橫跨基坑的市政管線一般采取的方案是：先將管線臨時遷改到基坑外邊，待基坑主體結(jié)構(gòu)完成后，再將管線回遷至原位。大型市政管線的遷改費用一般比較高，如本文中的φ2 400 mm給水鋼管每1 m的遷改費用約3萬元，6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵每1 m的遷改費用約3.5萬元。并且遷改時會引起其他管線的連帶遷改，影響范圍較大。對于有壓主供水管，新舊管線接駁時需要停水一段時間，對社會影響較大。

1 工程概況

僑城北站是深圳地鐵2號線東延線工程的起點站，車站沿僑香路設置，大致呈東西走向。車站南側(cè)有多家公司和住宅區(qū)。僑香路為大致呈東西走向的干道，道路寬度約100 m，規(guī)劃為雙向6車道，道路主車道與輔道之間設有12～20 m寬的綠化帶，道路中間為規(guī)劃13 m的BRT專用車道。

車站為地下兩層10 m島式站臺車站。車站總長204.0 m，標準段寬18.9 m，有效站臺中心里程處覆土厚度約3.0 m，基坑埋深約16.1～18.1 m。本站西端設置盾構(gòu)始發(fā)井，接盾構(gòu)法區(qū)間，東端接礦山法區(qū)間。車站共設2組8個風亭、4個出入口通道。車站詳勘階段巖土工程勘察設計參數(shù)建議值詳見表1。

表1 詳勘階段巖土工程勘察設計參數(shù)建議值

車站站址范圍內(nèi)僑香路下地下市政管線密集，代表性的有管底埋深為4.53 m 的6 900 mm×1 500 mm雨水混凝土箱涵，管頂埋深為2.45 m的φ2 400 mm的給水鋼管(壁厚t=16 mm，壓力0.6 MPa，為深圳市主供水管)。

為避開6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵和φ2 400 mm的給水鋼管，車站的站位選擇在起控制作用的兩根大型管線之間，導致車站4個附屬結(jié)構(gòu)與這兩根管線正交，其中3號通道下穿6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵，凈距僅0.485 m；2號通道下穿φ2 400的給水鋼管，凈距僅0.397 m。

2 僑城北站3號通道下穿6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵

如圖1、圖2所示僑城北站3號通道暗挖段覆土約5 m，暗挖下穿通過雨水箱涵，凈距僅0.485 m。該暗挖段長24.2 m，所處地層為〈1-1〉、〈5-1〉、〈5-2-4〉、〈8-3〉地層中，結(jié)構(gòu)采用復合式襯砌。因通道大部分位于粗砂層〈5-2-4〉，開挖前采用φ108 mm大管棚和φ42 mm超前小導管注漿超前支護，洞內(nèi)采取全斷面深孔預注漿加固和止水。初期支護采用網(wǎng)噴混凝土、型鋼鋼架、系統(tǒng)錨管，各主要支護參數(shù)如下。

圖1 3號通道與箱涵平面位置關(guān)系

圖2 3號通道與箱涵剖面位置關(guān)系

(1)型鋼鋼架：全環(huán)設置，縱向間距為0.5 m，鋼架由I 22a、I 16等型鋼組成。

(2)鋼筋網(wǎng)：φ8鋼筋，網(wǎng)格尺寸150 mm×150 mm，全環(huán)設置。鋼筋網(wǎng)應與錨管聯(lián)接牢固，噴混凝土保護層厚度不小于20 mm。其中拱部和邊墻設雙層鋼筋網(wǎng)。

(3)超前注漿小導管：φ42 mm熱軋無縫鋼花管(壁厚2.5 mm)，環(huán)向間距0.3 m，縱向間距2.0 m，L=3.5 m。設置范圍如圖3、圖4所示，外插角10°～15°。

(4)超前大管棚：φ108 mm熱軋鋼管(壁厚6 mm)，每根長24.6 m，暗挖隧道全范圍內(nèi)設置。

隧道施工每循環(huán)開挖進尺以0.6～0.8 m為宜。開挖后，掌子面應立即噴5 cm厚C25早強混凝土封閉，及時進行施工初期支護，以保證土體的穩(wěn)定。

圖3 3號通道斷面支護參數(shù)

圖4 3號通道施工工序

3 僑城北站2號通道下穿φ2 400 mm給水鋼管

3.1 施工原則和施工方案

圖5 2號通道與φ2 400 mm給水管平面位置關(guān)系

圖6 2號通道與φ2 400 mm給水管剖面位置關(guān)系

如圖5、圖6所示，僑城北站2號通道下穿φ2 400 mm的給水鋼管，凈距僅0.397 m。設計采取明挖懸吊的措施，對基坑分段，具體施工步驟如下。

先施工B區(qū)的圍護結(jié)構(gòu)，形成封閉基坑后對B區(qū)開挖。同時在A區(qū)施作止水φ600 mm的雙重管旋噴樁，并在旋噴樁的樁頂位置施作混凝土梁作為支撐，支撐兩頭錨固在兩側(cè)的地下連續(xù)墻上,在φ2 400 mm給水管的上方逆做鋼筋混凝土的擋土板，隨挖隨做將給水管上方土體卸載。擋土板鋼筋與兩側(cè)的地下連續(xù)墻預留鋼筋焊接。

然后對φ2 400 mm的給水管進行型鋼懸吊保護。同時由B區(qū)向車站方向打大管棚并注漿，大管棚從B區(qū)的地下連續(xù)墻外水平打到車站主體連續(xù)墻內(nèi)。從B區(qū)破除連續(xù)墻墻向A區(qū)進行臺階型地逐級開挖，并且分段逆做鋼筋混凝土擋土板至基坑底位置，并將給水管下方擋土板的鋼筋與兩端的圍護樁進行連接。開挖過程中，應對A區(qū)側(cè)壁打設系統(tǒng)錨管并注漿進行土體止水加固(圖7、圖8)。

圖7 2號通道下穿φ2 400 mm給水管支護參數(shù)

圖8 φ2 400 mm給水管懸吊剖面

3.2 設計驗算

(1)輸入條件：管徑φ2 400 mm，壁厚16 mm(考慮銹蝕取14 mm計算)，壓力0.6 MPa。

(2)懸吊保護φ2 400 mm給水管凈跨7.1 m，考慮周邊土體可能松弛計算跨度偏保守取8 m。

根據(jù)抗彎強度計算M/(γW)≤f,懸吊型鋼(2根I 45c型工字鋼，加焊16 mm厚鋼板)：W=5 742 cm3；

(3)計算M

首先計算均布荷載q，包含鋼管自重q1，水自重q2。

鋼管自重q1=π×2.4×0.016×78.5=9.47 kN/m，水自重q2=π×1.22×9.8=44.33 kN·m

則：q=(q1+q2)=9.47+44.33=53.8 kN/m；M=1.1×1.35×q×82/8=639.2 kN·m

(4)型鋼承載力

型鋼：M/(γW)=639.2×106/(1.05×5 742 000)=106 N/mm2<215 N/mm2，滿足承載力要求。

(5)撓度驗算

撓度=5ql4/(384×E×I)=5×53.8×8 0004/[384×2.06×105×2×(35 280+30 313)×104]=10.6 mm，滿足規(guī)范要求。

從以上計算來看：若周邊土體加固措施得當，管徑φ2 400 mm給水管可滿足撓度要求，懸吊方案是安全的?？紤]到φ2 400 mm給水鋼管作為城市主供水管的重要性，本設計采用φ25鋼絲繩(間距0.5m)作為抱箍，避免了φ2 400 mm給水鋼管的應力集中，使水管荷載均布傳遞到2根I 45c工字鋼上。工字鋼通過混凝土支撐梁將荷載傳遞到兩側(cè)連續(xù)墻上。

4 施工及監(jiān)測

地下管線豎向位移指標類型主要包括地下管線的豎向沉降、差異沉降(傾斜率)和變化速率。地下管線變形控制指標受管線工作壓力、材質(zhì)、接頭型式、鋪設年代等因素影響[4]。雨水箱涵和給水鋼管均為剛性管線，主要根據(jù)其豎向位移進行判斷。

為確保φ2 400 mm給水管和6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵的安全，在施工中加強了監(jiān)測，重點監(jiān)測地表沉降及管線沉降。根據(jù)現(xiàn)行國家標準《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50497-2009)規(guī)定，管線監(jiān)測報警值詳見表2。

表2 建筑基坑工程周邊環(huán)境監(jiān)測報警值

從現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵豎向最大沉降值為11 mm，滿足規(guī)范要求；φ2 400 mm給水鋼管豎向最大沉降值為9 mm，滿足規(guī)范要求。整個施工過程中未發(fā)現(xiàn)接頭有滲漏水現(xiàn)象。圖9、圖10為施工現(xiàn)場照片。

5 結(jié)束語

僑城北站出入口通道的結(jié)構(gòu)型式多樣，下穿地下管線密集，施工時序復雜。通過對下穿兩根大型市政管線的設計分析及施工驗證，可得出以下結(jié)論。

(1)施工前應認真調(diào)查有關(guān)管線的位置及埋深，確保管棚施工中不影響地下管線等建筑物的安全。

(2)注漿時注漿壓力不能太大，以免漿液壓力影響鄰近地下管線拱起。應在適當位置檢驗注漿效果，并據(jù)檢驗結(jié)果，調(diào)整注漿壓力等有關(guān)參數(shù)。

(3)從監(jiān)測結(jié)果反饋來看，在近距離、淺覆土和地質(zhì)條件較差(通道基本位于〈5-2-4〉粗砂層)采用全斷面注漿并采用超前大管棚和超前小導管并配以CRD工法是成功的，有效的控制了雨水箱涵的沉降。

(4)從監(jiān)測結(jié)果反饋來看，超前大管棚和系統(tǒng)錨管對φ2 400 mm給水鋼管的加固有效的控制了周邊土體的沉降。

圖9 3號通道開挖施工照片

圖10 2號通道懸吊φ2 400 mm給水管施工照片

采用φ25 mm鋼絲繩并調(diào)節(jié)張拉力，加強監(jiān)測等信息化施工技術(shù)，對于φ2 400 mm給水鋼管的懸吊保護方案是成功的。

(5)遷改φ2 400 mm給水鋼管(跨兩個通道)長度300 m，需要費用900萬元且需工期6個月；遷改6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵(跨兩個通道)長度300m，需要費用1 050萬元且需工期6個月。本站的通道下穿管線處理設計方案經(jīng)濟效益、工期效益和社會效益比較顯著。

[1] GB 50497-2009建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]

[2] 吳鋒波，金淮，楊紅通，等.城市軌道交通工程周邊地下管線監(jiān)測控制指標[J].施工技術(shù)，2012，41(24)：72-75