橫跨地鐵深基坑的超大直徑排水管懸吊保護(hù)技術(shù)

張伯夷

（中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都611130）

1 工程概況

成都軌道交通18 號(hào)線火車(chē)南站車(chē)站結(jié)構(gòu)形式為地下二層島式站臺(tái)車(chē)站，車(chē)站總長(zhǎng)約565m，有效站臺(tái)長(zhǎng)186m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22.6m。本站基坑深度約17～21m，車(chē)站有效站臺(tái)中心里程為YDK10+133.000。根據(jù)管線綜合圖及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在車(chē)站里程YDK10+328.06 處存在一根中水管，中水管為DN1800mm（內(nèi)徑，壁厚160mm）無(wú)縫鋼管，外包混凝土方管（C20 混凝土），邊長(zhǎng)約2.13m（見(jiàn)圖1），呈東西走向，需在基坑開(kāi)挖前對(duì)其進(jìn)行懸吊保護(hù)，懸保的長(zhǎng)度約為21m，管頂高程492.715m。

圖1 中水管懸吊保護(hù)剖面示意圖

2 主要施工技術(shù)

2.1 懸吊梁設(shè)計(jì)

超大直徑的中水管懸吊保護(hù)所用的貝雷梁采用3 組3 排單層加強(qiáng)型貝雷梁作為主梁，貝雷梁兩端固定于該處基坑冠梁上（貝雷梁與冠梁接觸面鋪設(shè)鋼板），分段掏槽懸吊，采用20 組6×37 型 φ24mm 鋼絲繩拉桿，間距為1m，一側(cè)設(shè)有緊繩器，與鋼絲繩鋼絲破斷拉力總和324kN 匹配。為了使鋼絲繩與中水管包封受力均勻，在兩下邊角設(shè)置有U 形鋼板，采用竹夾片進(jìn)行填塞或墊橡膠。貝雷架下弦桿上橫向鋪設(shè)20A 工字鋼，用于吊設(shè)鋼絲繩，工字鋼上設(shè)圓形鋼墊板固定槽，后加橡膠層。

2.2 懸吊梁受力分析

懸吊梁荷載=梁自重+管線重量（中水管重量=管中水重+管線自重），管中水量按滿管流考慮。

基坑寬度l（即梁跨度），懸吊梁按均布荷載的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，僅計(jì)算主梁受力狀況。管線自重為M1，管中水重量為M2。貝雷梁自重為M，安全系數(shù)為?。則懸吊梁所受荷載為q=?（M1+M1+M）g，最大彎矩Mmax=ql2/8,應(yīng)力 σ=M/W，撓度計(jì)算：f允=L/400。

通過(guò)采用有限元軟件MIDAS/CIVIL 進(jìn)行建模分析，假設(shè)中水鋼管荷載全部傳至九榀貝雷梁，采用有限元軟件MIDAS/CIVIL 進(jìn)行建模分析；九榀貝雷梁采用連接桿連接。計(jì)算模型包含：節(jié)點(diǎn)963 個(gè)，梁?jiǎn)卧?944 個(gè)。

2.2.1 基本假定與邊界條件

計(jì)算基于以下基本假定：（1）所有材料均在彈性范圍，不考慮材料塑性性能；（2）結(jié)構(gòu)在荷載作用下為彈性小變形；（3）計(jì)算分析重點(diǎn)為九榀貝雷梁承載力分析；（4）不考慮非結(jié)構(gòu)材料對(duì)結(jié)構(gòu)抗力的貢獻(xiàn)；（5）兩端通過(guò)施工措施，約束良好；（6）計(jì)算的可靠性建立在設(shè)計(jì)、施工均遵守相關(guān)規(guī)范、技術(shù)規(guī)程的基礎(chǔ)上。

邊界條件如下：（1）按照簡(jiǎn)支梁模型，貝雷梁梁一端三向約束和另一端三向豎向約束；（2）九榀貝雷梁頂部節(jié)點(diǎn)自由。

2.2.2 有限元模型

九榀貝雷梁片與片之間采用連接桿連接，采用鋼絞線對(duì)中水管進(jìn)行懸吊保護(hù)，鋼絞線放置在貝雷梁橫斷連接桿上?？v向設(shè)置7 片貝雷梁，總長(zhǎng)約21m，橫向設(shè)置剪刀撐和水平撐，每道剪刀撐和水平撐縱向間距小于6m。

2.2.3 計(jì)算模型

通過(guò)計(jì)算模型設(shè)置中水荷載于最外側(cè)貝雷梁片上，貝雷梁受力為34.35kN/m，兩側(cè)固接處反力最大為125.7kN（見(jiàn)圖2），最大位移為47mm，撓度控制為1/450，最大拉應(yīng)力為208MPa，最大壓應(yīng)力為198MPa，小于16M 鋼材應(yīng)力允許值。

從九榀貝雷梁計(jì)算模型結(jié)果可以看出，中水鋼管在借助九榀貝雷梁懸吊作用下，貝雷梁可以滿足懸吊荷載作用要求，結(jié)構(gòu)安全。

圖2 最不利荷載組合作用反力圖

2.3 掏挖管線頂部及兩側(cè)覆土

在進(jìn)行懸吊保護(hù)前，清除管線上方覆土，采用機(jī)械、人工相結(jié)合的方式進(jìn)行。管線上方既有路面采用機(jī)械破除開(kāi)挖，為防止管線在開(kāi)挖過(guò)程中遭到擾動(dòng)、破壞，機(jī)械破除路面后采用人工進(jìn)行開(kāi)挖。首先從端頭人工開(kāi)挖找出管線，然后沿管線方向進(jìn)行開(kāi)挖，人工開(kāi)挖至露出管線頂面即可，管線兩側(cè)覆土采用機(jī)械掏挖，掏挖至管線底部高程以下即可。

2.4 架設(shè)貝雷梁

超大直徑中水管懸吊從一端向另一端跳槽進(jìn)行，首先從一端距基坑側(cè)墻150mm 處開(kāi)始1m 一段分段掏槽，掏一段懸吊一段，并通過(guò)鋼絲繩上面的緊線器調(diào)節(jié)松緊度，保證管線底部高程不變。分段依次進(jìn)行下道吊繩的安裝，所有吊繩安裝完成后進(jìn)行復(fù)檢，查看鋼絲繩是否有松動(dòng)的，如果有個(gè)別松動(dòng)需重新進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)保證所有吊繩松緊度一致，管線懸吊高程順延原中水管內(nèi)包鋼管底部高程。貝雷梁固定前需進(jìn)行定位，貝雷梁必須與管線垂直對(duì)中，即線中心在同一垂線上且要保證懸吊后基本不改變管線高程和位置。

2.5 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

基坑模型是結(jié)合懸吊梁模型計(jì)算相關(guān)荷載對(duì)基坑受力進(jìn)行復(fù)核。模型采用理正深基坑軟件進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在中水管處設(shè)置了樁間距為3.75m 圍護(hù)樁，東側(cè)其余樁間距為2m（A3型樁），西側(cè)其余樁間距為1.5m（A1型樁），圍護(hù)樁持力層均為中風(fēng)化泥巖。樁頂設(shè)置了1.6m×1.2m 冠梁，支護(hù)形式為0.7m×1.2m 混凝土內(nèi)支撐，第2 道和第3 道支撐設(shè)置有雙拼45C 工字腰梁和609 鋼管支撐，預(yù)加200kN 水平力。由于現(xiàn)狀基坑一側(cè)已經(jīng)施工處理封頂狀態(tài)，另一側(cè)為開(kāi)挖坡道，計(jì)算時(shí)可按一側(cè)封堵和另一側(cè)邊坡考慮。

2.5.1 基本假定與邊界條件

1）本計(jì)算基于以下基本假定：（1）不考慮中水管自身承擔(dān)縱向荷載；（2）九榀貝雷梁整體受力；（3）9 榀貝雷梁支座設(shè)置在維護(hù)樁中軸線上；（4）不考慮其他懸吊管線影響；（5）本分析的可靠性建立在設(shè)計(jì)、施工均遵守相關(guān)規(guī)范、技術(shù)規(guī)程的基礎(chǔ)上。

2）邊界條件如下：（1）維護(hù)樁進(jìn)入中風(fēng)化泥巖3.5m，嵌巖狀態(tài)；（2）基坑上冠梁貫通連接，一側(cè)端堵和另一側(cè)邊坡。

2.5.2 計(jì)算模型

各圍護(hù)樁受力情況如圖3 所示，根據(jù)主動(dòng)土壓力進(jìn)行導(dǎo)入，同時(shí)，加入了9 榀貝雷梁作用于冠梁上荷載。

圖3 基坑計(jì)算模型水平受力圖

從基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型結(jié)果可以看出，懸吊中水鋼管的九榀貝雷梁的荷載全部作用在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以滿足懸吊荷載作用要求，施工時(shí)結(jié)構(gòu)安全。

3 質(zhì)量控制措施

3.1 施工監(jiān)測(cè)

為了確保施工期間周?chē)h(huán)境及結(jié)構(gòu)自身的施工安全，在施工過(guò)程中需進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的設(shè)置、日常量測(cè)工作和數(shù)據(jù)處理、信息反饋工作，進(jìn)行信息化施工，確保工程施工的安全。通過(guò)監(jiān)控量測(cè)達(dá)到以下目的：

1）將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)值相比較，判斷前一步施工工藝和支護(hù)參數(shù)是否符合預(yù)期要求，以確定和調(diào)整下一步施工，確保施工安全；

2）將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)、信息及時(shí)反饋，已修改和完善設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)達(dá)到優(yōu)質(zhì)安全、經(jīng)濟(jì)合理；

3）將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)與理論預(yù)測(cè)值比較，用反分析法進(jìn)行分析計(jì)算，使設(shè)計(jì)更符合實(shí)際，便用以指導(dǎo)今后的工程建設(shè)；

4）監(jiān)視圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形情況，驗(yàn)證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效果，保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、地表建筑和地下管線的安全；

5）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及控制值如表1 所示。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值及預(yù)警值表

3.2 管線懸吊保護(hù)期間的質(zhì)量控制措施

管線懸吊保護(hù)期間的質(zhì)量控制措施包括：（1）所有進(jìn)場(chǎng)材料均在現(xiàn)場(chǎng)按指定地點(diǎn)存放，由現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一管理，保證使用的原材質(zhì)量，如懸吊所用的鋼絲繩、貝雷架存放時(shí)需注意防潮，避免生銹；（2）在管線懸吊后，需對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)，以防止基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)因受力過(guò)大而產(chǎn)生傾斜、失穩(wěn)，從而危及基坑安全；（3）管線懸吊保護(hù)過(guò)程中，需定期對(duì)鋼絲繩松緊度進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)松動(dòng)，需及時(shí)調(diào)整，以保證被懸吊保護(hù)的管線各部位受力均勻。

4 安全保證措施

安全保證措施包括以下幾方面：

1）成立現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急響應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)安排、落實(shí)管理、檢查施工作業(yè)期間管線的保護(hù)。加強(qiáng)組織，有針對(duì)性地進(jìn)行安全教育，提高廣大職工的緊急情況處理能力和警覺(jué)性，并在施工時(shí)加強(qiáng)與相鄰工點(diǎn)的聯(lián)系，互相配合，確保安全施工。

2）工地預(yù)備足夠的防洪物資及設(shè)備，如草袋、篷布、大功率抽水機(jī)械等，并嚴(yán)禁挪用防洪物資和設(shè)備。在大量水浸泡基坑引起土體膨脹，從而造成支撐軸力突變、基坑垮塌等問(wèn)題時(shí)，人員必須撤離，機(jī)械、設(shè)備均需從基坑內(nèi)轉(zhuǎn)移到地面，以免被淹，在盾構(gòu)隧道洞口處，組織人員堆砌沙袋并安放抽排水泵對(duì)積水進(jìn)行有效抽排，防止水流倒灌至盾構(gòu)隧洞。

3）配備一定的自發(fā)電能力，以確保突然停電情況下的排水需要。

4）定期檢查排水管網(wǎng)及抽水設(shè)備的可靠性，提高快速反應(yīng)能力。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橫跨地鐵深基坑的管線懸吊保護(hù)是一項(xiàng)科學(xué)而系統(tǒng)的工作，施工前需對(duì)管線進(jìn)行針對(duì)性的方案編制，并對(duì)受保護(hù)的管線及基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，以確?；娱_(kāi)挖過(guò)程中的施工安全。本文結(jié)合成都軌道交通18 號(hào)線土建1標(biāo)橫跨地鐵深基坑的超大直徑排水管懸吊保護(hù)的施工實(shí)例，針對(duì)施工過(guò)程中的管線、深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力分析及材料選型進(jìn)行深入的研究分析，提出了相應(yīng)的安全質(zhì)量控制措施，具有一定的借鑒與參考價(jià)值。