探究地鐵“便捷法”雙排大直徑高壓熱力管線懸吊技術(shù)

王守德

上海城建市政工程（集團(tuán)）有限公司 河南 鄭州 450000

引言

基于本車站位于老城區(qū)，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻施工期間，熱力管道已進(jìn)行臨時(shí)切斷，在車站冠梁支撐完成后，在新路由位置恢復(fù)管道，因工期7天內(nèi)完成懸吊要求，在結(jié)構(gòu)施工期間進(jìn)行懸吊保護(hù)。為保證車站順利施工，解決便捷管線懸吊施工技術(shù)問(wèn)題，項(xiàng)目采用“便捷法”懸吊大直徑高壓管線技術(shù)來(lái)解決此難題[1]。

1 工程基本情況

城東路站是鄭州市軌道交通3號(hào)線一期工程的第十二個(gè)車站主體結(jié)構(gòu)外包長(zhǎng)度為167.0m。城東路站為地下三層島式站臺(tái)車站，車站主體結(jié)構(gòu)長(zhǎng)約167m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.5m，站臺(tái)寬13m，車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約23.54m。車站覆土埋深3m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查，在車站中兩根熱力管線橫穿基坑上方，為鄭州市市區(qū)主干熱力管，管道外徑為900mm的鐵質(zhì)管道，2根，壓力16兆帕，流速3m/s，其中管道內(nèi)徑720mm，保溫層180mm，管道壁厚8mm。管頂埋深1.7m，距離頂板結(jié)構(gòu)360mm。影響城東路站圍護(hù)結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)施工?？缁?2.5m，需要懸吊保護(hù)長(zhǎng)度22.5m。

2 管線懸吊施工情況調(diào)查

周圍地面自上而下依次由人工填土層、砂質(zhì)粉土填土、第四系全新統(tǒng)沖洪積層構(gòu)成，地下水埋深8.1m。

現(xiàn)有橫跨基坑的兩根管線埋深在1.7m，位于冠梁下方，侵入冠梁0.3m，熱力管道鐵質(zhì)，強(qiáng)度高，壓力高，韌性好。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，此類管線采用傳統(tǒng)軍用梁方法與冠梁標(biāo)高沖突，且工期緊任務(wù)重，需施工兩端承臺(tái)無(wú)法成功實(shí)現(xiàn)，通過(guò)實(shí)際情況分析，若采用混凝土撐懸吊，無(wú)支撐空間和施工工期。

為確保管線懸吊施工，選擇橫梁為工字鋼懸吊施工，支撐梁間托架支撐保護(hù)技術(shù)，在本車站運(yùn)用解決此類問(wèn)題。

3 懸吊方案設(shè)計(jì)

本站共有2根熱力主管線橫跨車站，管道南北向跨車站懸吊保護(hù)，項(xiàng)目決定對(duì)熱力管線采取原管線就地車站支撐梁間托架支撐保護(hù)的辦法。熱力管兩側(cè)懸吊支墩為支撐梁上，且梁下有格構(gòu)柱，需新增東西方向5條鋼縱梁。固定支撐梁上，南北向熱力管道上方為I45a雙拼工鋼放置在東西方向工字鋼梁上[2]。

4 “便捷法”雙排大直徑高壓管線懸吊技術(shù)

4.1 管線懸吊技術(shù)

南北向需懸吊保護(hù)熱力管線，懸吊縱梁采用I 45a雙拼工鋼，單根長(zhǎng)度9m（支撐間距）間距4.5m，管道上方橫梁采用45a工字鋼，橫跨基坑上部，使用直徑18mm鋼絲繩每隔1m懸吊一處[3]。

4.2 施工技術(shù)措施

4.2.1 施工前，開(kāi)挖探溝探明熱力管道在施工場(chǎng)地的具體位置，深度?，F(xiàn)行進(jìn)行截?cái)嗵幚?，因工期較緊張，施工地連墻完成，熱力管道鋪設(shè)完成，施工冠梁支撐。

4.2.2 對(duì)冠梁施工期間，對(duì)管線進(jìn)行包裹3mm橡膠層保護(hù)，保護(hù)空間為管道直徑+5cm，防止冠梁擋墻阻礙熱力管線熱脹冷縮，對(duì)管道造成破壞。

4.2.3 懸吊前首先要清除管下放積土，使用磚砌立柱做支撐點(diǎn)，管線上方覆土清理采用人工開(kāi)挖方式進(jìn)行，禁止使用機(jī)械開(kāi)挖。

4.2.4 縱梁采用雙拼45a工字鋼雙拼連接采用10*10鋼板2m間距，連接方式焊接。

4.2.5 兩側(cè)支墩采用鋼板+槽鋼連接，鋼板使用M12膨脹螺栓固定在支撐梁上。

4.2.6 現(xiàn)場(chǎng)焊接焊縫必須飽滿，施工完成安排專人檢查焊接質(zhì)量。

4.2.7 管道、橫梁和懸吊鋼絲繩之間必須使用1cm橡膠布作為緩沖，嚴(yán)禁直接懸吊。

4.2.8 為確保施工期間中壓熱力管變形不超過(guò)規(guī)定允許值，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)合產(chǎn)權(quán)單位及相關(guān)規(guī)范要求布置，一般在懸吊熱力管線托架上每隔3m設(shè)一個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。

4.2.9 在懸吊管線兩側(cè)設(shè)置圍護(hù)欄桿并懸掛嚴(yán)禁翻越、禁止通行警示牌以及黃色安全標(biāo)志牌，在混凝土梁兩側(cè)安裝LED警示燈，防止施工時(shí)機(jī)械碰撞。

4.2.10 車站結(jié)構(gòu)施工完畢后，在對(duì)該管道進(jìn)行原位原狀恢復(fù)。

4.3 受力驗(yàn)算

鋼材彈性模量E=2.06×105 N/mm2；普通Q235鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：

抗拉抗壓和抗彎f=215 N/mm2，抗剪.ft=125 N/mm2；普通Q235鋼材撓度變形允許值[w]=L/400；I 45a工字鋼密度：94.5 kg/m。

支架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

材料自重計(jì)算

熱力管道直徑720mm，壁厚10mm鋼管自重175.097kg/m，兩根空管重1.96t，管跨度1m，每延米水重0.4t，總重10.96t，即F1=10.95kN。

I 45a工鋼80.4kg/m，工鋼單根長(zhǎng)22.5m。

F= F1+ F2+ F3=90.6 kN

45a#工字鋼計(jì)算過(guò)程

荷載： 鋼管荷載q1=1.75N/mm

鋼管內(nèi)滿載水時(shí)荷載q2=4N/mm

荷載組合（考慮到壓力的沖擊力，按照1.4倍系數(shù)則）：

Q= q1+1.4 q2=1.75+1.4×4=7.35N/mm。

鋼絲繩按照每2m均布布置，受力為集中荷載，集中荷載力

P=7.36×2000=14700N/m。

M=Pl/4=147000×1400/4=5.2×106N.mm。

查型鋼鋼絲繩表知工字鋼截面性質(zhì)：I=2170×104cm4，W= 1430000mm3。

強(qiáng)度σ=M/W=5.2×106/1430000=3.6MPa＜f=210 MPa。

變形ω=Pl3/48EI=4500×14003/48×5.2×106×2170×104=0.0148mm=1/675＜2/400=5mm，滿足要求。

結(jié)論：采用鋼絲繩受力滿足要求[4]。

5 管線保護(hù)組織管理措施

成立管線保護(hù)領(lǐng)導(dǎo)小組，組長(zhǎng)由項(xiàng)目經(jīng)理?yè)?dān)任，確保施工期間各種管線的安全；

貫徹鄭州市有關(guān)管線保護(hù)條例、辦法和制度，指派專人負(fù)責(zé)管線保護(hù)工作，落實(shí)層層管線交底制度，雙監(jiān)護(hù)辦法，現(xiàn)場(chǎng)懸掛“管線保護(hù)十不準(zhǔn)”等管線保護(hù)警示牌，加強(qiáng)施工作業(yè)人員的教育，提高管線保護(hù)意識(shí)，制定一系列有針對(duì)性的切實(shí)可行的保護(hù)措施，確保施工區(qū)域內(nèi)管線安全無(wú)恙，施工正常進(jìn)行；

加強(qiáng)和產(chǎn)權(quán)單位溝通配合工作；

現(xiàn)場(chǎng)交底明確管線的位置埋深與地鐵基坑的關(guān)系，安排人員在現(xiàn)場(chǎng)配合管道產(chǎn)權(quán)單位開(kāi)挖探坑、查明信息管道準(zhǔn)確位置；

與施工勞務(wù)分包單位簽訂《施工安全協(xié)議》，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)定期進(jìn)行巡視、檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)有違反信息管道安全的行為權(quán)屬單位有權(quán)制止，直到停止施工工作；

設(shè)專人看管，值班人要有高度的責(zé)任心和自覺(jué)性，要樹(shù)立安全意識(shí)，確保管道及其附屬設(shè)施的安全。

6 施工監(jiān)測(cè)

由于管線自身變形、懸吊支托裝置變形、頂板上基坑回填土、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形等原因，引起管線沉降超過(guò)允許值，將進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整前請(qǐng)專家分析確定，嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)私自調(diào)整管道高程；

懸吊期間調(diào)整采用懸吊螺栓直接進(jìn)行調(diào)整；

管線調(diào)整時(shí)請(qǐng)熱力公司監(jiān)護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督。

預(yù)警值結(jié)合熱力管線保護(hù)規(guī)范要求結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)定，監(jiān)測(cè)各工序施工期間每天沉降數(shù)據(jù)、沉降速率及累計(jì)沉降數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每天報(bào)熱力公司、監(jiān)理、第三方監(jiān)測(cè)單位、建設(shè)單位等，并將日數(shù)據(jù)、累計(jì)數(shù)據(jù)以及沉降速率與設(shè)計(jì)允許變形值進(jìn)行比較，以便指導(dǎo)施工及時(shí)加固。

7 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)實(shí)施方案管線的變形符合產(chǎn)權(quán)單位和相關(guān)規(guī)范要求，保證了車站的正常施工，通過(guò)該設(shè)計(jì)方案和相應(yīng)的施工措施成功實(shí)施，證明了“便捷法”懸吊大直徑高壓管線的穩(wěn)定；同時(shí)，鑒于管線的懸吊的便捷性、簡(jiǎn)易性效果，可隨時(shí)懸吊大直徑高壓管線作業(yè)，有效應(yīng)對(duì)施工中管線懸吊困難的風(fēng)險(xiǎn)；最后，“便捷法”雙排大直徑高壓管線懸吊技術(shù)，在地鐵施工中適用范圍廣。為今后城市軌道交通施工大直徑高壓及其他類型的管線懸吊保護(hù)提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。