砂石地層綜合管廊施工輸水管線保護技術(shù)研究

蘇萍萍

（中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司，四川成都 610500）

近年來，國家大力發(fā)展城市建設(shè)，綜合管廊是集通信、電力、燃氣、給排水以及供熱等各類工程管線于一體的城市地下隧道空間。地下管線錯綜復(fù)雜，保證輸水管線的安全是綜合管廊施工過程中的重點[1-6]。韋云滿[7]以融城大道綜合管廊工程為例，研究深基坑施工技術(shù)，確定合理的施工方案。王恒玉[8]以某綜合管廊項目為例，分析BIM技術(shù)在綜合管廊施工過程中的應(yīng)用點，研究BIM在設(shè)計變更與進度管理等方面的技術(shù)，為管廊項目管理提供經(jīng)驗。楊明等[9]以沈陽地鐵工程為例，對盾構(gòu)施工過程中穿越輸水管線的變形控制技術(shù)進行研究，提出相應(yīng)的管線沉降控制方案，有效地控制盾構(gòu)掘進過程中土體沉降對輸水管線的影響。包德高[10]以大伙房輸水工程為例，對其水庫輸水管線穿越沙河造成的影響進行監(jiān)測，對檢測結(jié)果進行分析，提出相應(yīng)的防護措施。鄭輝等[11]以南水北調(diào)工程為例，運用ABAQUS軟件對開采煤炭過程中輸水管線的線性特征進行分析，確定了管線易損區(qū)域。針對綜合管廊施工過程對輸水管線的影響研究較少。因此，本文以沙西線（西華大道）改造工程二標段項目為例，對輸水管線與綜合管廊基坑所在位置進行剖析，研究輸水管線概況對整個輸水管線懸吊方案，驗算懸吊過程中系統(tǒng)的強度、管線及貝雷梁的強度。

1 工程概況

1.1 總體概況

沙西線（西華大道）改造工程施工二標段項目位于金牛區(qū)西華大道，起點里程K4+162.5，終點里程K5+658.503，全長1 496 m。綜合管廊位于道路中心線以西約7 m，里程起點樁號為N15+60，終點樁號為N30+60，全長1 500 m，為砂礫石底層。

沙西線改造工程如圖1所示。

圖1 沙西線改造工程

1.2 輸水管線概況

自來水管橫穿綜合管廊基坑平面如圖2所示。

圖2 自來水管橫穿綜合管廊基坑平面

DN2400自來水管道材質(zhì)為壁厚16 mm鋼管，鋼管采用自動螺旋縫埋弧焊接。輸水管線位于道路中心線以東約35 m，K5+200處開始向西偏移，K5+400～K5+425處橫穿綜合管廊基坑，跨越長度為24 m，管道頂覆土深度約為2.4～2.6 m。自來水管跨綜合管廊結(jié)構(gòu)基坑，基坑施工期間，采用懸吊保護措施。

2 主要施工工藝

2.1 懸吊保護部分設(shè)計

圍護樁與立柱樁參數(shù)相同，直徑1 m，標準段圍護樁間距2 m，嵌固深度3 m，對自來水管線兩側(cè)10 m范圍內(nèi)的圍護樁進行加密處理，直至間距為1.5 m；基坑跨度較大，設(shè)置1排兩根立柱樁。擋土墻厚度0.2 m，高出地面0.5 m，冠梁截面尺寸1.2 m×1 m，縱向主筋采用直徑25 mm的三級螺紋鋼，布置14根，腰筋采用8根直徑22 mm的三級螺紋鋼，箍筋采用直徑12 mm與14 mm的螺紋鋼，混凝土強度為C30。

冠梁截面尺寸如圖3所示。

圖3 冠梁截面尺寸（單位：mm）

輸水管線穿越基坑跨度較大，在跨度中點設(shè)置1排兩根立柱樁，在樁頂設(shè)計一道混凝土托梁，用于撐托自來水管及貝雷梁，貝雷梁采用321型鋼桁架。托梁截面尺寸為1.2 m×0.7 m，主筋采用36根直徑28 mm三級螺紋鋼，腰筋為10根直徑22 mm三級螺紋鋼，箍筋采用直徑12 mm光圓鋼筋，采用六肢箍。托梁混凝土強度為C35。

托梁截面尺寸如圖4所示。

圖4 托梁截面尺寸（單位：mm）

自來水管道按照3 m間距布置掛繩，掛繩采用D31鋼絲繩，掛繩掛接于貝雷梁桁架單元上下弦桿、豎桿及斜撐節(jié)點處，掛繩從貝雷梁上部穿過使貝雷梁上下弦桿發(fā)揮作用，每根掛繩設(shè)置1個手拉葫蘆，用于鋼絲繩預(yù)緊及消除貝雷梁撓度誤差。

2.2 具體施工流程

懸吊施工前，對輸水管線現(xiàn)場進行放樣，確定管線的位置和深度，進行圍護樁和立柱樁的施工，為保證輸水管線在施工過程中不受機械等的影響，在管道雙側(cè)進行人工挖孔埋樁，深度超過管道底部50 cm時，采用旋挖鉆進行成孔工作。

圍護樁及立柱樁布置如圖5所示。

圖5 圍護樁及立柱樁布置

圍護樁及立柱樁施工完成后，進行冠梁施工。施工前進行表層土體的開挖，應(yīng)保證輸水管線以及其他地下管線的安全，待樁基的承載力滿足要求后進行冠梁施工，施工過程中應(yīng)保證冠梁的承載力。搭設(shè)貝雷梁時，對場地進行初步平整，在貝雷梁拼裝節(jié)點處放置方木，尺寸為10 cm×10 cm，間距與貝雷梁的各節(jié)點相同，每個節(jié)點處并排放置兩根方木，調(diào)整方木高度，保證方木基本處于一個平面，便于拼裝。拼裝誤差滿足規(guī)范要求后將貝雷梁吊至冠梁指定位置進行安裝，貝雷梁中心線與管道管壁對齊。DN2400輸水管與基坑交界處，對管道周圍的土方注漿進行加固，防止端頭處土層坍塌。托梁施工根據(jù)輸水管道頂部實際標高鑿除立柱樁樁頭，采用人工掏挖破除，確保托梁高度為1.2 m，人工掏挖深度1.3 m，考慮10 cm墊層。掏挖溝槽時，為確保管道底部不會塌陷，及時噴錨溝槽側(cè)壁，保證側(cè)壁及輸水管道底部土體穩(wěn)定。為增加管道與托梁的受力面積，在管道底部兩側(cè)托梁內(nèi)部架設(shè)輔助筋，在兩側(cè)埋設(shè)格構(gòu)柱，結(jié)合I50C工字鋼共同承托貝雷梁。確定托梁的混凝土強度符合標準時，在輸水管線上進行懸吊掛繩操作，穿越管道底部時先進行人工掏挖工作，掏出鋼絲繩的空間，連接繩索與貝雷梁，掛繩間距3 m一道，懸吊完成后繼續(xù)進行土方開挖，輸水管道底部土地應(yīng)緩慢挖除，開挖時應(yīng)注意管道及貝雷梁的變形程度。

受輸水管道影響，管道底部5～6 m深度無法進行圍護樁施工，為保證基坑安全，在管底采用逆作法施作擋墻，擋噴射C20混凝土，厚度為0.4 m。墻外側(cè)掛鋼筋網(wǎng)，采用φ10 mm圓鋼，間距15 cm×15 cm，加強橫筋φ16 mm，豎向間距1.0 m，工字鋼間增加間距1.0 m的φ48 mm鋼管錨桿，桿長5 m。綜合管廊結(jié)構(gòu)達到設(shè)計強度進行恢復(fù)施工，恢復(fù)施工包括恢復(fù)支墩施工、托梁割除、立柱割除、貝雷梁及掛繩拆除、頂板預(yù)留口封堵、土方回填。

管線懸吊如圖6所示。

圖6 管線懸吊

3 懸吊可靠性驗算

3.1 系統(tǒng)強度驗算

托梁托舉DN2400自來水管為雙跨連續(xù)梁模型，基坑寬度24 m、自來水管跨度12 m。項目自來水管管內(nèi)水壓0.4 MPa。管道受到自重線荷載72.7 kN/m、截面慣性矩4 297 521 cm4、截面抵抗矩53 538 cm3、彈性模量2×105MPa，計算彎矩M：

式中：q——自重線荷載（kN/m）：l——水管跨度（m）。

計算得M=1 121.7 kN·m。將給水管及管內(nèi)水視作一個系統(tǒng)，計算系統(tǒng)應(yīng)力σ：

式中：M——管道彎矩（kN·m）；W——管道截面慣性矩（cm4）。

計算得σ=21 MPa＜[σ]=215 MPa，滿足施工要求。

3.2 鋼絲繩可靠性驗算

荷載效應(yīng)組合由永久荷載效應(yīng)控制，總荷載為1 748.2 kN，設(shè)置9根鋼絲繩懸吊，每根鋼絲繩懸吊的荷載F1為194.2 kN，采用D31 mm鋼絲繩，破斷拉力[F]為491 kN，鋼絲繩可靠性滿足施工要求。

3.3 貝雷梁可靠性驗算

貝雷梁懸吊DN2400管道為兩跨連續(xù)梁模型，基坑寬度24 m，貝雷梁跨度12 m。每榀貝雷梁承受線荷載q/2=82/2=41 kN/m，截面慣性矩I=1 732 303.2 cm4，截面抵抗矩W=23 097.4cm3。計算彎矩：

式中：q——貝雷梁上線荷載（kN/m）；L——貝雷梁跨度（m）。計算得M=738 kN·m，查手冊得單層三排加強型貝雷梁最大容許彎矩為4 809 kN·m，貝雷梁抗彎強度滿足要求。

4 結(jié)語

文章采用鋼格構(gòu)柱與I50C工字鋼共同承托貝雷梁、灌注樁與托梁，懸吊法可以實現(xiàn)對輸水管線的懸吊保護，為類似工程提供借鑒。懸吊過程中，系統(tǒng)應(yīng)力σ=21 MPa＜[σ]=215 MPa，滿足施工要求。每根鋼絲繩的懸吊荷載為F1=194.2kN＜[F]=491 kN，可靠性滿足施工要求；貝雷梁彎矩M=738 kN·m＜[M]=4 809 kN·m，抗彎強度滿足施工要求。