管線懸吊保護在市政工程施工的應(yīng)用研究

楊家奇

（中鐵一局集團有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510000）

1 概述

在市政工程施工中，特別是在老城區(qū)段施工時，施工區(qū)域地下一般均布滿既有管線。由于管線權(quán)屬單位較多，受制于遷改路由及割接要求，市政管線往往臨時遷改難度大、耗時周期長。如果對于所有管線都等待臨時遷改后再進行施工，工期與進度往往無法保證。本文主要研究了適用于不同管線的懸吊保護方法，確保可以在保證安全的前提下進行保護性施工，加快工程進度。

2 工程概況

都市路地下人行通道位于人民大道與都司路交叉口處，主通道為普通鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，箱內(nèi)凈空尺寸寬*高為5.0×3.5m，頂?shù)装寮皞?cè)墻有厚0.5m 及0.6m，埋深約6~12m，地面覆土最小處約1m。K3+692.829 處設(shè)計有一條連廊，長度31.25m。地道凈寬6m，凈高4.6m，距原地面埋深約10.5m。連廊頂部與下拉槽路面高差3.51m。

施工區(qū)域內(nèi)有φ1200mm、φ300mm 及φ500mm 自來水管、φ300mm 及φ400mm 燃氣管、10KV 及110KV 電力線、各類綜合通信線等。

3 管線保護方案

管線保護方案應(yīng)根據(jù)既有管線的種類、管徑、材質(zhì)、與結(jié)構(gòu)/開挖面的位置關(guān)系及需要懸吊的距離等綜合考慮。

對于φ1000mm 以上的干線自來水管、雨水管，及與主體結(jié)構(gòu)位置沖突的管線，從安全方面考慮應(yīng)考慮臨時遷改，不應(yīng)懸吊保護；對于φ1000mm 以下的支自來水管、雨水管、燃氣管及電力管等，可根據(jù)現(xiàn)場實際條件，在確保安全的前提下，進行懸吊保護。

懸吊保護應(yīng)根據(jù)不同的管線、管徑、材質(zhì)、與結(jié)構(gòu)/開挖面的位置關(guān)系及需要懸吊的距離，總體上分為：

（1） 對于懸吊距離超過30m，懸吊對象為柔性結(jié)構(gòu)的，如電力線、綜通線等，可采用鋼絲繩懸吊的方式。

（2） 對于對于懸吊距離小于30m，懸吊對象為剛性結(jié)構(gòu)的，如自來水管、燃氣管等，可采用工字鋼及貝雷梁懸吊的方式。

4 方案設(shè)計及檢算

4.1 受力分析

（1） 工字鋼及貝雷梁懸吊受力分析

對于工字鋼及貝雷梁懸吊的方式，可將受力體系簡化為受均布荷載或集中荷載的簡支梁體系，管線重量按最不利荷載考慮，工字鋼及貝雷梁受力分析可采用容許應(yīng)力法。

即分別計算受力工況下的最大彎矩、最大剪力及最大變形，并與懸吊材料的容許值進行對比，若計算值小于容許值，則懸吊結(jié)構(gòu)為安全的。

對于受均布荷載的簡支梁計算公式為：

式中：q為懸吊材料所受被懸吊物的均勻載荷；l為懸吊體系跨徑；E為懸吊材料的彈性模量；I為慣性矩。

（2） 鋼絲繩懸吊受力分析

鋼絲繩懸吊一般采用鋼絲繩進行受力懸吊，鋼絲繩兩端錨在塔柱或基礎(chǔ)上。此類懸吊方法適用于懸吊跨度大，被懸吊物具有一定柔性的結(jié)構(gòu)，如電力線等。

此受力體系可簡體化懸索受力體系進行計算，先計算通過路徑及經(jīng)驗垂跨比計算垂度f，再計算鋼絲繩所受水平拉力及對兩側(cè)塔柱及基礎(chǔ)的豎向壓力，進而計算出鋼絲繩所受最大張力，并檢驗鋼絲繩的強度與應(yīng)力，求出安全系數(shù)，判斷懸吊方案是否可行。

4.2 計算過程

對于簡單受力的受力體系，可直接通過公式計算。對于復雜受力狀態(tài)下的最大彎矩M、最大剪力Q及最大變形f可采用啟明星軟件或Midas Civil 進行計算。

對于啟明星軟件，通過“結(jié)構(gòu)計算”中的“連續(xù)梁計算”功能，輸入懸吊材料的彈性模量E、慣性矩I支點位置及受力等，即可快速計算出受力工況下的最大彎矩M、最大剪力Q及最大變形f，并生成相應(yīng)的彎矩圖、剪力圖及變形圖等。

圖1 結(jié)構(gòu)、荷載簡圖

也可以采用Midas Civil 等有限元軟件進行建模，直接選擇軟件內(nèi)的材料庫進行設(shè)計，無須輸入材料的特性值，通過查看內(nèi)力圖及位移圖等，獲得計算結(jié)果。

最后，根據(jù)計算結(jié)果對比結(jié)構(gòu)或材料的容許值，得出結(jié)論，以上述貝雷梁計算為例，根據(jù)啟明星計算結(jié)果：

根據(jù)以上結(jié)論，可知符合要求。最后根據(jù)實際情況對基礎(chǔ)等進行檢算。確保懸吊方案的整體可行性。

5 施工要點

5.1 方案制定

管線懸吊保護一定要通過調(diào)取檔案館管線圖、權(quán)屬單位交底、開挖探溝等方式確定管線的實際位置及埋深、材質(zhì)及管線的外觀質(zhì)量等，再制定相應(yīng)的懸吊保護方案。懸吊保護方案應(yīng)報相應(yīng)的權(quán)屬單位確認，建立工作聯(lián)系。

懸吊保護支點設(shè)置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)確定，一般不小于2m，確保安全。同時支點的設(shè)置（特殊是中間支點） 應(yīng)充分考慮主體結(jié)構(gòu)的位置，便于開挖時機械作業(yè)及主體結(jié)構(gòu)施工。

檢算時為確保安全，管線荷載值及安全系統(tǒng)應(yīng)取偏保守值。

5.2 現(xiàn)場施工

管線現(xiàn)場懸吊時對于剛性管線，應(yīng)特別注意原管道接縫處連接，采用柔性吊帶與懸吊系統(tǒng)連接。對于電力線等，應(yīng)做好絕緣處理。

現(xiàn)場管線懸吊系統(tǒng)的連接應(yīng)牢靠，經(jīng)檢查與預壓后方可用于正式懸吊管線。

懸吊范圍2m 內(nèi)的土方應(yīng)使用小型機械配合人工進行開挖，禁止采用機械直接開挖。吊裝作業(yè)時應(yīng)安排專人負責管線懸吊系統(tǒng)，防止吊物碰撞管線懸吊系統(tǒng)。

5.3 監(jiān)測

管線懸吊保護安裝完成后，應(yīng)在其支點（包括支點附近邊坡）、1/4 跨及跨中設(shè)置監(jiān)測點并定期進行監(jiān)測，確保其穩(wěn)定。

6 結(jié)語

在都市路地下人行通道及K3+692.829 連廊施工過程中，按照上述原則對管線進行分類處理，對于10KV、110KV 電力線、部分燃氣、自來水及綜通管線進行了懸吊處理及保護施工，在確保安全的前提下，有效節(jié)約了管線遷改時間，保證了原定的工期目標。