管線保護對地鐵車站設(shè)計的影響

程萬里

摘要：通過設(shè)置樁間擋板和站內(nèi)盾構(gòu)平移滿足電力管線保護需求，基于樁間擋板和兩側(cè)樁體共同承擔(dān)缺失樁體范圍內(nèi)的主動土壓力，完成地鐵基坑樁間擋板設(shè)計，提出車站盾構(gòu)平移始發(fā)的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，為類似工程設(shè)計提供參考。

Abstract： The power pipeline protection needs are met by setting up baffles of soldier pile wall and in-station shield translation， and the design of the baffles in subway foundation pits is completed based on the active earth pressure within the missing piles of the baffles and the sides of the piles. The key points of structural design of shield translation in station are proposed to provide reference for similar engineering design.

關(guān)鍵詞：管線保護;地鐵設(shè)計;盾構(gòu)平移;樁間擋板

Key words： pipeline protection;metro design;shield translation;baffle of soldier pile wall

中圖分類號：TU473 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0213-02

0 ?引言

地鐵車站多采用排樁+內(nèi)支撐明挖法施工，施工主體基坑前完成基坑影響范圍內(nèi)的管線遷改，并對基坑范圍內(nèi)的地下管線完成廢除處理。地下電力管線往往因供電范圍大而難以遷改或協(xié)調(diào)難度大而緩遷改。采用溝槽埋設(shè)的電力管埋深小，一般采用懸吊保護;采用非開挖頂管埋設(shè)的電力管埋深大，與地鐵主體結(jié)構(gòu)沖突，多在施工主體結(jié)構(gòu)前完成遷改。不遷改及緩遷的電力管線須對其進行懸吊保護，影響其所處范圍的排樁施工，若橫跨盾構(gòu)井則無法正常吊裝盾構(gòu)機。

1 ?工程概況

1.1 車站概況

南寧地鐵4號線某在建車站，車站長204.2m。車站為13m島式站臺車站，采用地下兩層雙柱三跨箱型框架結(jié)構(gòu)，明挖法施工，主體圍護結(jié)構(gòu)為排樁+內(nèi)支撐支護體系。主體基坑深16.3～18.0m、標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬21.7m、盾構(gòu)擴大端寬25.8m、頂板覆土2.3～3.4m;車站大里程端為盾構(gòu)接收端，經(jīng)地面小轉(zhuǎn)場至車站小里程端始發(fā)。

車站水文地質(zhì)為：①2素填土，1m厚;⑥1-1黏土、粉質(zhì)黏土，13.5m厚;⑥4-2含礫石黏性土，4m厚;⑧G-2硅質(zhì)巖（強風(fēng)化），巖面起伏較大;⑨H-3灰?guī)r多在基坑底以下;不良地質(zhì)為巖溶。地下水位埋深約12m，為上層滯水;通過基坑外設(shè)置降水井+基坑內(nèi)明排滿足施工要求。

圍護結(jié)構(gòu)采用Φ1000@1300鉆孔灌注樁，樁頂設(shè)置冠梁兼做抗浮壓頂梁。車站主體基坑盾構(gòu)井段采用兩道混凝土撐+一道鋼支撐，標(biāo)準(zhǔn)段采用一道混凝土撐+兩道鋼支撐;首道為700×900砼支撐（中間設(shè)置臨時立柱），間距9m;鋼支撐采用間距3m的Φ609（t=16mm）鋼支撐。

1.2 高壓電力管線概況

該車站位于區(qū)域總變壓器臨近的十字路口，施工期間經(jīng)人工挖孔探測，橫穿車站主體基坑高壓電力管線總計17條，其中110kV高壓線5條，10kV高壓線12條;高壓線所處影響圍護樁施工共計16根。

橫跨車站小里程端右線的110kV高壓管線侵入右線盾構(gòu)吊裝孔范圍但未侵入車站主體結(jié)構(gòu)，施工期間采用原位懸吊保護。右線盾構(gòu)機須在左線吊裝孔吊放至底板，再經(jīng)站內(nèi)平移至右線始發(fā)（見圖1）。

其余高壓管線侵入車站頂板范圍，須繞出車站范圍遷改，電力管線因協(xié)調(diào)難度大而緩遷改。車站未受管線影響的鉆孔樁已按照原設(shè)計圖紙完成，為了保證后續(xù)施工正常開展，在保證基坑支護及電力管線安全的前提下，受高壓線影響的16根鉆孔樁采用樁間擋板進行支護。

2 ?樁間擋板設(shè)計

2.1 標(biāo)準(zhǔn)要求[1]

①采用混凝土灌注樁時，排樁的中心距不宜大于樁直徑的2.0倍。

②排樁的樁間土應(yīng)采取防護措施。鋼筋網(wǎng)（掛網(wǎng)噴混）宜采用樁間土內(nèi)打入直徑不小于 12mm 的鋼筋釘固定，鋼筋釘打入樁間土中的長度不宜小于排樁凈間距的 1.5 倍且不應(yīng)小于500mm。

③條文說明：特殊情況下，排樁間距的確定還要考慮樁間土的穩(wěn)定性要求。根據(jù)工程經(jīng)驗，對大樁徑或粘性土，排樁的凈間距在900mm以內(nèi)，對小樁徑或砂土，排樁的凈間距在600mm以內(nèi)較常見。

2.2 樁間土相關(guān)研究及應(yīng)用

①基坑內(nèi)土體開挖形成臨空面，樁間土體抗剪強度不足，發(fā)生變形和位移。開挖卸載是樁間臨空土體滑塌失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素。豎向荷載的增加是誘發(fā)樁間臨空土體滑塌失穩(wěn)的另一重要因素[2]。

②隨著樁間凈距的增大，支護體系安全系數(shù)逐漸降低，應(yīng)根據(jù)工程安全性要求選用最經(jīng)濟合理的樁間距。開挖過程中，拱效應(yīng)呈現(xiàn)出在深度方向（從地表到開挖面高度）先增強后減弱的趨勢。拱效應(yīng)最顯著的區(qū)域，破壞時位移也是最大的。這一區(qū)域的拱的作用已經(jīng)充分發(fā)揮，拱的作用將發(fā)揮到極致，難以承受更大的壓力，發(fā)生滑移坍塌[3]。

③樁間采用混凝土擋板加固，基坑外側(cè)采用旋噴樁進行土體加固[4]。該加固方式同樣受地下管線的阻礙未能充分利用基坑內(nèi)操作空間對樁間擋板背后土體進行精確定點加固。

2.3 擋板設(shè)計

①未實施的支護樁采用樁間擋板+背后鋼花管注漿錨固進行支護。隨基坑開挖及時打設(shè)3.0m鋼花管、植筋于兩側(cè)支護樁，布置雙層雙向鋼筋，采用早強混凝土澆筑300mm厚樁間擋板;擋板支點最大間距3.9m，樁凈間距2.9m（見圖2）。

②擋板兩側(cè)基坑圍護樁采用原設(shè)計圖紙施做，未能夠提前加強處理，考慮其背后1.3m寬土體的主動土壓力。通過加密、微調(diào)鋼支撐，將鋼支撐通過鋼圍檁支頂在兩側(cè)支護樁上，提高理正深基坑計算模型中的支錨剛度參數(shù);經(jīng)復(fù)核計算模型，兩側(cè)支護樁可承擔(dān)基坑外側(cè)1.7m寬土體的主動土壓力。

③兩側(cè)樁體同擋板共同承擔(dān)兩根缺失樁體范圍的主動土壓力，通過加強支撐兩側(cè)樁體分擔(dān)了0.8m寬土體壓力;剩余2.1m范圍的主動土壓力通過擋板梅花形打設(shè)的Φ42鋼花管注漿錨固承擔(dān)。擋板底部通過豎向甩筋開溝回填C20混凝土進行嵌固加強。

④采用樁間擋板的基坑外側(cè)嚴禁地面堆載及施工機械停留，減小該范圍的地面超載并加強施工監(jiān)測。

3 ?盾構(gòu)平移結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過提前梳理上一盾構(gòu)區(qū)間工籌，右線先行盾構(gòu)始發(fā)掘進，到達該車站大里程端，正常接收、吊出;盾構(gòu)機地面小轉(zhuǎn)場至車站小里程端左線盾構(gòu)井，采用大型履帶吊放至底板托架，盾構(gòu)平移至右線，盾構(gòu)后配套過站至車站右線始發(fā)端。

①右線頂板、中板預(yù)留吊裝孔，方便反力支架及工具材料吊裝。盾構(gòu)井段底板縱梁全下翻，滿足盾構(gòu)托架平移要求。

②頂板、中板、底板縱梁受力驗算不考慮盾構(gòu)井段中間立柱的作用。

③為滿足盾構(gòu)6.75m平移高度要求，中板縱梁尺寸由900×1000壓縮至900×800，通過加強中縱梁鋼筋滿足受力要求。

④盾構(gòu)井段中間立柱在盾構(gòu)平移結(jié)束后方可澆筑，且應(yīng)在封閉中板、頂板及頂板土回填前完成澆筑。

4 ?結(jié)論建議

地鐵基坑周邊地下管線保護涉及到車站、兩端盾構(gòu)區(qū)間工籌安排，對其保護處理影響原主體基坑、主體結(jié)構(gòu)的常規(guī)設(shè)計，須提前籌劃，通過合理的受力轉(zhuǎn)換、結(jié)構(gòu)驗算滿足工程需要的同時降低工程實施風(fēng)險;

建議設(shè)計提前進行現(xiàn)場對接、核驗：

①該站的地下電力管線根據(jù)管線資料采用人工挖孔原樁位現(xiàn)場探測，樁孔內(nèi)揭示管線則判定該樁位不可實施，緊鄰實施的樁孔距離管線偏遠，造成管線樁間距過大，對樁間擋板不利。在保證探測安全的前提下進行人工挖槽探測，根據(jù)管線位置調(diào)整樁位，減小樁間距。

②施工方盡早向設(shè)計提供未能實施的樁孔位，通過設(shè)計驗算加強管線兩側(cè)可實施的樁體強度，必要時增大樁徑、增加樁長，分擔(dān)較多的樁間擋板橫向力。

③盾構(gòu)平移涉及到車站兩端區(qū)間的總體工籌，應(yīng)根據(jù)車站盾構(gòu)平移情況調(diào)整。根據(jù)盾構(gòu)平移凈高要求壓低下翻的中板縱梁并加強配筋。

④樁間擋板及兩側(cè)樁體共同承擔(dān)基坑外測土體主動土壓力。根據(jù)基坑支護技術(shù)規(guī)程，由兩側(cè)樁體承擔(dān)主要受力，樁間擋板采取鋼花管注漿錨固的方式的分擔(dān)次要主動土壓力，確保地鐵基坑安全。

參考文獻：

[1]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程JGJ20-2012[S].中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布，2012：36-159.

[2]王洪木，陳金鋒.排樁支護體系的三維土拱效應(yīng)及樁間距研究[J].地下空間與工程學(xué)報，2017，13（4）：1033-1039.

[3]杜江濤.圍護結(jié)構(gòu)無法封閉時基坑工程處理措施[J].施工技術(shù)，2017，46（20）：103-105.

[4]王明珉.支護樁樁間臨空土體破壞機理與穩(wěn)定性分析方法[D].重慶：重慶大學(xué)，2015：26.