深基坑內既有管線保護方案及施工技術探討

彭 晨

（中鐵第六勘察設計研究院集團有限公司，天津300308）

近年來我國城市道路下方大尺寸管線、綜合管廊等建（構）筑物建設規(guī)模發(fā)展迅速，與此同時，地鐵也在快速建設中。由于周邊環(huán)境限制，地鐵深基坑范圍內很多大尺寸管線無法遷改，增加了工程風險，主要包括：

1）對電力管廊運營安全的影響，電力管廊處于運營期間，對結構變形、防火、裂縫、防凍等要求較高；

2）對基坑圍護結構連續(xù)性影響，由于電力管廊尺寸較大，基坑一側至少無法施工2～3根圍護樁，基坑圍護結構及止水帷幕無法閉合。

胡平[1]提出了綜合管廊下穿電力方溝原位懸吊保護施工技術，用雙拼H型鋼縱梁+鋼筋吊桿+雙拼工字鋼橫梁組合懸吊方案；徐澤等[2]提出了深基坑下穿管涵懸吊保護結構，采用混凝土支撐+鋼筋吊桿+雙拼槽鋼橫梁組合懸吊方案；張文奇[3]提出了110 kV高壓電纜管溝支托保護方案，采用混凝土支撐+型鋼混凝土橫梁支托保護，管溝下方基坑采用坑外注漿加固+坑內逆作工字鋼噴射混凝土擋墻支護；龔念安[4]提出了城市地下管線處理方法及懸吊保護方案，對自重較大、剛性管線采用貝雷梁+螺桿托架懸吊保護體系；詹欣波[5]提出了大截面管廊橫穿基坑原位懸吊保護技術，采用了貝雷梁+鋼筋吊桿+雙拼H型鋼橫梁懸吊方案；高杰[6]提出了大直徑管線橫穿地鐵基坑支護措施，采用軍用梁懸吊，下方基坑采用管線外側局部雙排樁加強+管線下方型鋼網噴射混凝土+土釘支護；張海峰[7]提出了地鐵車站主體結構頂部電力管廊懸吊保護施工技術，采用貝雷梁懸吊保護，管廊下方基坑采用局部雙排樁+鋼格柵噴射混凝土支護，鋼格柵和兩端圍護樁采用植筋連接；黃國榮等[8]提出了結合電力管廊保護的地鐵車站通道圍護結構施工，采用混凝土懸吊梁+鋼筋吊桿+工字鋼橫梁懸吊保護，管廊下方基坑采用人工挖孔樁+內支撐支護；韓建坤等[9]提出了低凈空橫穿雙線并行不等深明挖基坑的地下高壓電纜保護及基坑施工綜合技術，采用上部橫向型鋼+對拉螺栓+下部橫向型鋼懸吊管線，管線下方基坑采用逆作工字鋼噴射混凝土擋墻支護；張恒忠[10]提出了軌道交通基坑工程地下大直徑管線的原位保護控制，采用4榀型鋼縱梁+上下型鋼橫梁+鋼絲繩懸吊。

烏魯木齊地鐵1號線南門站2號風亭明挖基坑上方35 kV電力管廊橫穿基坑上方約24.7 m；因管廊已運營，無法遷改，需懸吊保護，管廊下方圍護結構無法施工，導致基坑圍護結構及止水帷幕不閉合，本文依托南門站2號風亭明挖基坑，探討橫穿基坑管廊懸吊保護及管廊下方基坑圍護結構及止水帷幕處理方案。

1 工程概況

南門站2號風亭基坑長×寬×深約31.0 m×24.7 m×13.9 m，明挖法施工。圍護結構采用樁+內支撐，主要為?1.0 m@1.3 m鉆孔樁，樁間設?0.8 m@1.3 m旋噴樁止水，樁頂設1.0 m×0.8 m冠梁；內支撐為3道?609 mm，t=16 mm鋼管支撐。

基坑上方為35 kV電力管廊，覆土厚度約1.7 m，外包尺寸（寬×高）為3.6 m×2.5 m，基坑東側緊貼管廊豎井二襯，豎井深約10.6 m，位于基坑底上方。見圖1。

圖1 基坑與管廊位置關系

基坑深約13.9 m，地層自上而下分別為雜填土、角礫、強風化泥巖。雜填土層厚約4.9 m，角礫層厚約8.6 m，強風化泥巖層厚約0.4 m。基坑內地下水為潛水，深約9.1 m，變化幅度約1～2 m/a，主要接受大氣降水、側向徑流、管溝滲漏、綠化灌溉補給，以蒸發(fā)、側向徑流、向下越流等方式排泄。地下水主要分布在角礫層中，角礫層滲透系數約20 m/d，基坑內含水角礫層厚約4.4 m。

2 管廊保護

2.1 保護方案比選

管廊原位懸吊保護系統(tǒng)由管廊外側縱梁+縱梁下方臨時立柱+管廊底部型鋼橫梁組成。結合已施工經驗，縱梁結構常見縱梁有貝雷梁、鋼筋混凝土縱梁。見表1。

表1 縱梁方案對比

考慮地區(qū)情況，貝雷梁需從外地租賃運輸，綜合成本較高，選擇鋼筋混凝土縱梁方案。

2.2 方案驗算

管廊外側縱梁下方設2對臨時立柱，共3跨，總長23.0 m，截面尺寸0.8 m（寬）×1.2 m（高），采用?600 mm，t=16 mm鋼管柱；型鋼橫梁為H型鋼350 mm×350 mm、間距0.5 m布置。

采用Midas Gts Nx軟件進行分析計算，荷載主要為管廊自重、內部支架及線纜自重、管廊外側方木自重等，其中模型自重（縱梁、臨時立柱、型鋼橫梁等）由軟件自動計算。

2.3 驗算結果分析

管廊下方型鋼橫梁最大豎向位移約1.5 mm，當型鋼橫梁規(guī)格及間距、縱梁跨度調整時，型鋼橫梁豎向變形對應調整，在滿足控制保護標準前提下，可優(yōu)化相關參數，從而提高方案經濟性及便利性。見圖2。

圖2 懸吊體系計算結果

2.4 管廊保護施工

放坡開挖至管廊底—施工臨時立柱—施工鋼筋混凝土縱梁—施工型鋼橫梁—基坑開挖，施工管廊下方逆作擋墻。

臨時立柱施工完成后，根據地層條件隔2施1掏槽開挖管廊下方土體，施工型鋼橫梁并與管廊底部密貼，根據監(jiān)測情況通過千斤頂等控制管廊沉降，將型鋼插入鋼筋混凝土縱梁鋼筋籠內，最后澆筑鋼筋混凝土縱梁，管廊外側和縱梁之間用方木填實。施工前應核對管廊實際標高及坡度。

3 管廊下方基坑支護

3.1 支護方案比選

管線下方深基坑支護方案常見的有錨拉式、支撐式等。錨拉式是逐層逆作施工鋼格柵+錨管/桿；支撐式是在管廊下方低凈空條件下成樁。見表2。

表2 支護方案對比

考慮到地區(qū)機械施工水平及地下水情況，選擇錨拉式（逆作擋墻）作為管廊下方基坑支護方式，逆作擋墻采用鋼格柵+側向注漿管，鋼格柵鋼筋植入圍護樁內。

根據基坑深度，逆作擋墻上方采用0.3 m厚噴射混凝土，鋼架間距0.75 m，主筋直徑25 mm；逆作擋墻下方采用0.4 m厚噴射混凝土，鋼架間距0.5 m，主筋直徑32 mm。

3.2 驗算結果分析

當基坑深度超過17.0 m或逆作擋墻凈跨＞4.4 m時，逆作擋墻受力較大，該支護方案較難實施?；由疃群湍孀鲹鯄缍汝P系

式中：M為彎矩設計值，kN·m；γ0為結構重要性系數；γG為永久荷載作用分項系數；ρ為基坑外側土體密度，取103kg/m3；g為重力加速度，m/s2；λ為基坑外側土體側壓力系數；H為基坑深度，m；L為逆作擋墻跨度，m；b為單位計算深度，取1 m。

根據GB 50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》正截面承載力極限狀態(tài)計算（支座處按簡支考慮，截面不存在受壓鋼筋）

式中：fy為鋼筋抗拉強度設計值；As為受拉區(qū)鋼筋的截面面積；h0為截面有效高度；α1為系數；fc為混凝土軸心抗壓強度設計值。

當參數變化時，令

則HL2=NK

不同厚度噴射混凝土和鋼筋主筋近似關系見表3。

表3N取值

本工程HL2≤277.37，N=1 961.03，K=0.141 44；其中，H和L建議結合當地經驗考慮，簡化后的公式可極大提高方案研究效率，便于及時發(fā)現方案中存在的問題。

3.3 基坑支護施工

管廊懸吊保護—基坑外注漿止水—施工水位觀測井及應急降水井—基坑逐層開挖并逐層施工逆作擋墻—結構施工、土方回填及臨時設施拆除。

管廊懸吊體系及地下水處理體系施工完成后，結合基坑開挖、地下水及支護情況，根據進尺逐層開挖土體，將鋼筋植入圍護樁并與鋼架連接，然后施工側向注漿管，注漿參數應根據當地經驗確定，然后重復上述循環(huán)至基坑底部。

4 結論與建議

大尺寸管線橫穿基坑上方原位懸吊保護采用鋼筋混凝土縱梁較貝雷梁而言，具有便于取材、保護效果較理想、適用性強等優(yōu)點，但仍存在工期偏長、工序復雜等缺點。

針對大尺寸管線下方基坑支護采用逆作擋墻提出以下建議：

1）充分利用機械成樁優(yōu)勢，盡可能靠近管廊外側施工鉆孔樁并在管廊外側采用鋼護筒或挖孔樁護壁，降低鉆孔樁施工期間對管廊的影響；

2）減小管廊下方型鋼橫梁、逆作擋墻跨度可以優(yōu)化受力、節(jié)約造價；

3）管廊下方基坑施工主要風險在于地下水的影響，施工前應探明地下水情況及止水帷幕施作效果，當止水帷幕效果不理想時，應及時啟用應急降水井。