綜合管廊下穿電力方溝原位懸吊保護(hù)施工技術(shù)

胡 平

（北京京投交通發(fā)展有限公司，北京 102606）

地下綜合管廊是指在城市地下用于集中敷設(shè)電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃?xì)獾仁姓芫€的公共隧道。隨著城市規(guī)模的快速擴(kuò)張，城市地下綜合管廊工程也得到了快速發(fā)展，其規(guī)劃設(shè)計(jì)不可避免地與鐵路、地鐵、道路、橋梁及各類管道工程存在交叉。作為城市重要的生命線，如何避免地下綜合管廊建設(shè)施工對(duì)鄰近或相交既有工程的影響，已成為日益關(guān)注的社會(huì)問題[1-2]。

文章以北京新機(jī)場(chǎng)高速公路地下綜合管廊下穿既有110kV電力方溝為例，介紹了電力方溝原位懸吊保護(hù)施工關(guān)鍵技術(shù)，既保證了電力方溝的正常運(yùn)營(yíng)，同時(shí)也在施工工期、成本上取得了良好效益，可為同類工程提供參考。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

北京新機(jī)場(chǎng)高速公路地下綜合管廊（南五環(huán)—新機(jī)場(chǎng)）工程一期項(xiàng)目位于北京市南部，是北京市城市綜合管廊規(guī)劃網(wǎng)的重要組成部分，規(guī)劃定位為干線型綜合管廊。它是連接北京市區(qū)與北京新機(jī)場(chǎng)的重要市政通道，主要為北京新機(jī)場(chǎng)及北京南部地區(qū)提供能源供給保障，主干管廊設(shè)計(jì)全長(zhǎng)約27.881km。

綜合管廊斷面設(shè)置為三艙，電力艙寬度為2.6m，水信艙寬度為3.9m，燃?xì)馀搶挾葹?.0m，采用矩形斷面尺寸,寬9.7m、高3.9m；明挖法施工；基坑的支護(hù)形式為土釘墻。

電力方溝尺寸為2.5m×2.6m，內(nèi)部?jī)艨粘叽鐬?.0m×2.1m，混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度為C35 P6防水混凝土，上部覆土厚度約3m。電力方溝斷面圖如圖2所示。

1.2 工程地質(zhì)情況

圖1 綜合管廊與電力方溝平面位置關(guān)系

圖2 電力方溝斷面圖

（1）地質(zhì)情況。該工程擬建場(chǎng)地特殊性巖土主要為人工填土及泥炭質(zhì)黏土。人工填土主要為耕土①1、粉土素填土①2層及雜填土①3層，厚度為0.2～2.7m；泥炭質(zhì)黏土呈透鏡體分布，主要為泥炭質(zhì)黏土②4層，灰褐色，濕～很濕，可塑，含云母、氧化鐵、有機(jī)質(zhì)。

（2）水文情況。該場(chǎng)地35m范圍地下水主要為上層滯水、潛水和承壓水。其中，上層滯水主要受大氣降水、綠地灌溉和自來水、雨水、污水等地下管線的垂直滲漏補(bǔ)給；潛水以大氣降水、地表徑流及地下徑流為主要補(bǔ)給方式，以側(cè)向徑流、蒸發(fā)及人工開采為主要排泄方式；承壓水以地下徑流為主要補(bǔ)給方式，以側(cè)向徑流及人工開采為主要排泄方式。

2 保護(hù)方案介紹

2.1 保護(hù)方案比選

針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)研究提出綜合管廊穿越運(yùn)營(yíng)110kV電力方溝施工工法主要有暗挖下穿、明挖改移、明挖懸吊三種工法。這三種工法的對(duì)比分析如表1所示。

總而言之，寫作離不開實(shí)踐，教師若想提高學(xué)生的綜合寫作能力，一定不能操之過急，這是漫長(zhǎng)的過程。在平時(shí)的教學(xué)中，教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生用心感受生活，細(xì)致觀察生活中發(fā)生的小事情，從而有所感悟。學(xué)生也應(yīng)當(dāng)注重與周邊人相處時(shí)心靈的觸動(dòng)，同時(shí)教師也應(yīng)時(shí)常給予學(xué)生自信，激發(fā)學(xué)生對(duì)作文寫作的積極性，最后從根本上提升學(xué)生的綜合成績(jī)與閱讀水平。

表1 穿越電力方溝工法比較

根據(jù)表1對(duì)比分析情況，綜合施工風(fēng)險(xiǎn)、工期、造價(jià)等因素，采用明挖下穿電力方溝原位懸吊保護(hù)工法較為合適，可快速完成穿越施工。

2.2 懸吊保護(hù)方案概述

針對(duì)電力方溝運(yùn)營(yíng)安全要求，綜合管廊基坑在施工期間，對(duì)電力方溝擬采用明挖懸吊法進(jìn)行保護(hù)，懸吊保護(hù)方案關(guān)鍵在于懸吊體系。

整個(gè)懸吊體系由雙拼H型鋼、雙拼I28b工字鋼、Φ25mm精軋螺紋鋼筋、鉆孔灌注樁組成。懸吊體系采用雙拼H型鋼和雙拼I28b工字鋼組合懸吊。懸吊保護(hù)體系如圖3所示。電力方溝自重荷載通過雙拼I28b工字鋼鋼及精軋螺紋鋼筋傳遞給雙拼H型鋼懸吊梁，雙拼H型鋼懸吊梁將電力方溝荷載傳遞給鉆孔灌注樁，再由鉆孔灌注樁將荷載傳遞給地基。

2.3 變形控制指標(biāo)

由于穿越電力方溝為運(yùn)營(yíng)管線，產(chǎn)權(quán)單位提出電力方溝沉降變形控制指標(biāo)：懸吊體系豎直沉降控制值為短跨容許最大撓度為10mm，長(zhǎng)跨容許最大撓度為21mm；監(jiān)測(cè)頻率為2次/d，基本穩(wěn)定后1次/周。

3 懸吊體系力學(xué)驗(yàn)算

3.1 主要材料參數(shù)

查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第4版表3.4-3、表21.2-1、表21.2-5得到懸吊體系主要材料力學(xué)和物理特性參數(shù)如表2所示[3]。

3.2 建立力學(xué)模型

（1）荷載計(jì)算。電力方溝高×寬=2.6m×2.5m，結(jié)構(gòu)壁厚0.25m，懸吊保護(hù)長(zhǎng)度為26.5m。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017），電力方溝內(nèi)電纜自重計(jì)2.5kN/m，電力方溝鋼筋混凝土自重取24kN/m3[4-5]。計(jì)算得出：①電力方溝混凝土自重=（2.5×2.6-2.1×2）×2.4×3=16.56kN/m；②內(nèi)部管線自重=2.5kN/m；③活荷載以不上人為準(zhǔn)，取0.5kN/m；④電力方溝荷載組合值q1=1.3×（①+②）+1.5×③=1.3×19.06+1.5×0.5=25.528kN/m；⑤雙拼I28b工字鋼自重q2=47.9×2kg/m=0.958kN/m；⑥雙拼H型鋼自重q3=133×2kg/m=2.66kN/m。

（2）計(jì)算模型簡(jiǎn)圖。根據(jù)懸吊保護(hù)體系進(jìn)行力學(xué)模型簡(jiǎn)化，得出受力構(gòu)件雙拼I28b工字鋼、Φ25mm精軋螺紋鋼、雙拼H型鋼力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)化模型，如圖4所示[6]。

3.3 受力驗(yàn)算

圖3 電力方溝原位保護(hù)

表2 懸吊體系主要材料物理和力學(xué)特性參數(shù)

（1）上部雙拼H型鋼驗(yàn)算。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算得出最大彎矩、最大剪力和最大擾度[6]：①抗彎σmax=77N/mm2＜235N/mm2；②抗剪τmax=28N/mm2＜125N/mm2；③撓度ω1=9mm＜l/500=26mm。滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，最大撓度變化也滿足電力方溝沉降變形要求。

（2）下部雙拼I28b工字鋼驗(yàn)算。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算得出最大彎矩、最大剪力和工字鋼截面需求：①抗彎σmaxx=67.3N/mm2＜235N/mm2；②抗剪τmax=21N/mm2＜125N/mm2；③撓度ω2=3.73mm＜l/500=9mm；④工字鋼截面需求W=396cm3＜534cm3。滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

（3）精軋螺紋鋼驗(yàn)算。F=34.07kN＜[N]=f·A=785×490.87=385.33kN。其中，F(xiàn)為螺紋鋼截面處所受拉力；[N]為螺紋鋼截面處拉力設(shè)計(jì)值；f為螺紋鋼抗拉強(qiáng)度，取785N/mm2[7]；A為螺紋鋼截面面積，取490.87mm2?？v向拉伸變形l=Fl÷EA=34.07×5×106÷（2.06×105×490.87）=1.68mm＜l×7%=5×7%=350mm。滿足規(guī)范要求。

圖4 懸吊保護(hù)力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)化模型

（4）電力方溝沉降變形。根據(jù)懸吊體系擾度計(jì)算結(jié)果，以長(zhǎng)跨最不利最大撓度累計(jì)計(jì)算：s=ω1+ω2+Δl=9+3.73+1.68=14.41mm＜21mm。滿足電力方溝沉降變形控制要求。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 施工流程

電力方溝現(xiàn)況探查→鉆孔灌注施工→分層土方開挖至電力方溝底板→樁頂雙拼H型鋼安裝→安裝溝底雙拼I28b工字鋼拖梁→安裝螺紋鋼→電力方溝原位懸吊→溝底土方清運(yùn)→電力方溝變形監(jiān)測(cè)→恢復(fù)回填→拆除懸吊體系。

4.2 鉆孔灌注樁施工

在電力方溝兩側(cè)分別布置4根長(zhǎng)17m直徑為1m的C35混凝土鉆孔灌注樁，共計(jì)8根。灌注樁嵌入管廊基底以下8m，樁頂預(yù)埋800mm×800mm×20mm鋼板與雙拼H型鋼進(jìn)行焊接連接；采用回旋鉆機(jī)跳打鉆孔施工順序。

4.3 土方開挖

（1）在土方開挖前，人工開挖探坑，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)置探坑位置及數(shù)量，探明電力方兩側(cè)墻邊線。在電力方溝兩側(cè)結(jié)構(gòu)邊線向外1m范圍采用機(jī)械開挖，1m范圍內(nèi)采用人工開挖，以保護(hù)電力方溝防水保護(hù)層。人工開挖部分開挖至電力方溝墊層標(biāo)高停止開挖，并且嚴(yán)禁超挖，機(jī)械開挖至墊層下1.5m，并由人工開挖完成面向下1∶1放坡，如圖5所示。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙布設(shè)吊桿及I28b工字鋼托梁位置，在相應(yīng)位置人工開挖0.8m寬垂直于電力方溝的導(dǎo)洞，用以架設(shè)I28b工字鋼。

（3）待所有完成托梁和懸吊體系安裝完成后，再向下開挖電力方溝底面下1.5m位置，為防止管廊施工過程中，電力方溝墊層脫落，產(chǎn)生不安全因素，需將電力方溝底部墊層全部剔除，剔除過程注意對(duì)電力方溝防水層的保護(hù)。待全部剔除電力方溝墊層后方可繼續(xù)向下開挖至管廊基坑底標(biāo)高。

圖5 電力方溝側(cè)土方開挖

4.4 懸吊保護(hù)

（1）在施工完成后的鉆孔灌注樁上架設(shè)雙拼H型鋼（600mm×300mm×12mm），雙拼H型鋼在存放場(chǎng)地上拼接成6m長(zhǎng)，相鄰雙拼H型鋼間用630mm×350mm×20mm綴板進(jìn)行連接，間距1750mm，人工配合25t吊車進(jìn)行架設(shè)。架設(shè)時(shí)必須保證安放位置準(zhǔn)確，架設(shè)完畢后將雙拼工字鋼與鉆孔灌注樁頂預(yù)埋800mm×800mm×20mm鋼板進(jìn)行焊接連接，在鉆孔灌注樁對(duì)稱位置設(shè)置橫隔板，以保持截面形狀、增強(qiáng)橫向剛度，確保雙拼H型鋼整體穩(wěn)定。

（2）每開挖一段通過精軋螺紋鋼錨固上部雙拼H型鋼和下部雙拼I28b工字鋼，施放懸吊Φ25mm精軋螺紋鋼時(shí)，先安置雙拼I28b工字鋼及50mm厚鋪底木板，雙拼I28b工字鋼托梁采用278mm×200mm×16mm綴板焊接加固。精軋螺紋鋼與雙拼H型鋼、雙拼I28b工字鋼通過螺紋套筒及16mm鋼墊塊連接，鋼墊塊開Φ27mm孔，鋼墊塊與雙拼H型鋼、I28b工字鋼托架間滿焊，焊縫厚度不小于8mm。螺紋套筒緊固時(shí)先將下部螺旋錨固，完成后再在上部螺旋錨固。

（3）精軋螺紋鋼張拉預(yù)應(yīng)力，張拉力值使用張拉力和電力方溝位移雙控，張拉力控制在74kN，且同一截面上的精軋螺紋鋼在張拉預(yù)應(yīng)力時(shí)一起進(jìn)行張拉，保證張拉力達(dá)到設(shè)計(jì)值，且精軋螺紋鋼受力均勻，防止電力方溝因受力不均發(fā)生開裂或破壞混凝土結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象發(fā)生。

（4）對(duì)電力方溝懸吊保護(hù)期間周圍施工時(shí)采用人工配合小型挖掘機(jī)械作業(yè)，避免大型機(jī)械施工對(duì)電力方溝結(jié)構(gòu)及外側(cè)防水造成破壞?，F(xiàn)場(chǎng)安裝及實(shí)體懸吊保護(hù)如圖6所示。

（5）在施工期間及時(shí)與電力方溝產(chǎn)權(quán)單位聯(lián)系，加強(qiáng)保護(hù)，并按產(chǎn)權(quán)單位要求做好施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

4.5 恢復(fù)回填

電力方溝位置的回填，在與管廊結(jié)構(gòu)交叉南北向兩側(cè)長(zhǎng)度6m的肥槽采用C15素混凝土回填；電力方溝與管廊頂板間采用C15素混凝土回填，東西向長(zhǎng)度為19m，南北向?qū)挾葹?m，高度為0.8m。C15素混凝土回填施工，采用泵送的方式澆筑C15素混凝土，采用全面分層法澆筑混凝土，即沿長(zhǎng)邊方向進(jìn)行澆筑，保證混凝土回填高差不大于30cm，同時(shí)在管廊結(jié)構(gòu)頂與電力方溝底之間預(yù)留20cm澆筑微膨脹混凝土，保證電力方溝與管廊結(jié)構(gòu)頂板之間縫隙回填密實(shí)，防止不均勻沉降導(dǎo)致電力方溝出現(xiàn)開裂等質(zhì)量問題。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)施工圖

待混凝土回填完成，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，邀請(qǐng)產(chǎn)權(quán)單位對(duì)基礎(chǔ)承載力進(jìn)行檢測(cè)，合格后進(jìn)行后續(xù)基坑回填施工；在電力方溝兩側(cè)回填時(shí)需采取對(duì)稱回填，回填土高差不超過30cm，分層碾壓密實(shí)，回填施工過程中要防止電力方溝防水保護(hù)層的破壞。

5 變形監(jiān)測(cè)

依據(jù)設(shè)計(jì)文件、《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB 50497—2009）規(guī)范和產(chǎn)權(quán)單位對(duì)電力方溝保護(hù)等相關(guān)要求，在施工過程中對(duì)懸吊保護(hù)電力方溝變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋指導(dǎo)施工[8]。電力方溝監(jiān)測(cè)點(diǎn)采取在雙拼H型鋼梁上做標(biāo)識(shí)，標(biāo)識(shí)點(diǎn)以不受破壞、不受施工影響、牢固、便于觀測(cè)的原則布設(shè)，布設(shè)12個(gè)點(diǎn)，每邊6個(gè)，即第一跨跨中1個(gè)點(diǎn)，中間跨4個(gè)點(diǎn)，最后一跨1個(gè)點(diǎn)，如圖7所示。

圖7 電力方溝懸吊保護(hù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

目前，管廊結(jié)構(gòu)下穿電力方溝已施工完成，懸吊保護(hù)體系已拆除。根據(jù)懸吊保護(hù)期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到累計(jì)最大沉降值及其變化規(guī)律，如圖8所示。

圖8 電力方溝累計(jì)沉降變形趨勢(shì)

從圖8可以看出：（1）施工初期，電力方溝兩側(cè)土方逐漸被挖開，電力方溝的沉降變形逐漸增大，懸吊保護(hù)體系開始承擔(dān)逐步電力方溝的部分荷載；（2）當(dāng)電力方溝下部接觸土體逐漸開挖至完成后，懸吊保護(hù)體系逐漸承擔(dān)了電力方溝的全部荷載，電力方溝保護(hù)體系中長(zhǎng)跨4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（JCB03、JCB04、JCN03、JCN04）累計(jì)沉降量最大值達(dá)到13.8mm；（3）電力方溝下方土體繼續(xù)開挖和管廊結(jié)構(gòu)施工，此時(shí)電力方溝沉降變形也逐漸趨于穩(wěn)定，最終沉降變形最大的長(zhǎng)跨累計(jì)沉降量穩(wěn)定在14.5mm左右，累計(jì)最大沉降值滿足電力方溝的懸吊保護(hù)變形要求[9-10]。

綜上所述，管廊下穿電力方溝施工期間，電力方溝懸吊保護(hù)體系變形最大的長(zhǎng)跨跨中累計(jì)最大沉降值為14.5mm，在產(chǎn)權(quán)單位要求的控制指標(biāo)范圍內(nèi)。施工過程中未發(fā)生監(jiān)測(cè)及巡視預(yù)警情況，施工安全風(fēng)險(xiǎn)得到了有效控制。

6 結(jié)束語

（1）綜合管廊穿越相交電力方溝施工，經(jīng)過前期充分的技術(shù)論證和現(xiàn)場(chǎng)勘察，對(duì)比分析暗挖下穿、明挖改移和明挖懸吊三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，因地制宜地選定明挖懸吊方案。該方案風(fēng)險(xiǎn)較低、施工快速、經(jīng)濟(jì)更合理，有效地規(guī)避了電力遷移、改線對(duì)周邊環(huán)境造成的不利影響，在滿足電力方溝正常運(yùn)營(yíng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)周邊環(huán)境影響的最小化。

（2）通過建立電力方溝懸吊保護(hù)體系力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)化模型對(duì)電力方溝懸吊體系中上部雙拼H型鋼橫梁、下部雙拼I28b型鋼扁擔(dān)梁、懸吊Φ25mm精軋螺紋鋼進(jìn)行強(qiáng)度和變形驗(yàn)算，經(jīng)驗(yàn)算，其符合材料強(qiáng)度和變形指標(biāo)。

（3）工程實(shí)踐表明：綜合管廊下穿電力方溝原位懸吊保護(hù)施工工藝包含鉆孔灌注樁、雙拼H型鋼和雙拼I28b工字鋼、開挖懸吊保護(hù)三個(gè)工序，每個(gè)工序均為常規(guī)工藝，可操作性強(qiáng)、施工難度低，保證了工程安全風(fēng)險(xiǎn)可控，工程達(dá)到了預(yù)期目的。

（4）依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，懸吊保護(hù)施工期間，電力方溝累計(jì)最大沉降量基本滿足電力方溝變形控制要求，與力學(xué)驗(yàn)算結(jié)果相互驗(yàn)證，具有較高的安全性和可靠性，且施工工藝易于操作，工程實(shí)踐意義突出。