城市地下綜合管廊深基坑開挖支護(hù)方案優(yōu)化研究

衛(wèi)濱洲

中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司 湖北武漢 430071

1 城市地下綜合管廊概述

地下綜合管廊結(jié)構(gòu)：已管廊本體。城市地下綜合管廊本質(zhì)上就是一個(gè)地下的鋼筋混凝土構(gòu)筑物，采用現(xiàn)場澆筑或者預(yù)制施工兩種方式建設(shè)而成，其主要作用是承載城市發(fā)展和居民日常所需的各種管線。而管線。城市地下綜合管廊當(dāng)中不僅包括城市居民日常所需的電力、燃?xì)?、給排水等綜合管道，而且還包括了通信、網(wǎng)絡(luò)等城市未來發(fā)展過程中可能所需的各種管線。③監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)主要是對地下綜合管廊中的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，采集地下綜合管廊的溫度、濕度、煤氣濃度等環(huán)境參數(shù)信息，反饋給相關(guān)管理人員，為判斷管廊是否存在安全隱患提供依據(jù)。④通風(fēng)系統(tǒng)。在進(jìn)行城市地下綜合管廊管道鋪設(shè)時(shí)，為了確保相關(guān)施工人員的生命安全，提高管道的使用壽命，大多采用機(jī)械通風(fēng)措施來確保管廊內(nèi)的空氣流動(dòng)。⑤排水系統(tǒng)。城市地下綜合管廊位于城市的地下，環(huán)境相對復(fù)雜，可能會(huì)受到雨水、地下水等影響，出現(xiàn)滲水問題，為了避免地下綜合管廊內(nèi)產(chǎn)生積水，導(dǎo)致各類管線出現(xiàn)故障，應(yīng)建立完善的排水系統(tǒng)。

2 工程概況

某城市地下綜合管廊采用明挖的方法組織施工，管廊底部標(biāo)高為-18m。設(shè)計(jì)采用?100cm 鉆孔灌注樁施作基坑的維護(hù)結(jié)構(gòu)，鉆孔灌注樁的樁長為26．7m，樁間距離120cm，樁身設(shè)計(jì)為C30鋼筋混凝土。樁間采用鋼支撐作為橫撐，鋼支撐為壁厚16mm、直徑609mm 的鋼管?；拥拈_挖自上而下共分為5 道工序，待鉆孔灌注樁施工完成后再進(jìn)行基坑開挖，每次開挖至設(shè)計(jì)高程后即布設(shè)橫支撐，待橫撐布設(shè)完畢后再開挖下一層?；涌偣膊荚O(shè)5 道橫支撐，上面三道橫撐采用單根鋼管；下面兩道橫撐設(shè)置并排兩根鋼管。帶基坑開挖至坑底標(biāo)高后，再施作厚度50cm 的鋼筋混凝土地板作為底部橫撐，然后自下往上施工管廊，待管廊結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再沿基坑縱向逐層拆除鋼支撐，并在管廊兩側(cè)回填砂性土，直至地表。待橫撐安裝完成后，采用液壓千斤頂對橫撐施加預(yù)軸力，預(yù)軸力在鋼支撐的兩側(cè)同步對稱施加。

3 基坑支護(hù)方案的有限元分析

本項(xiàng)目的基坑開挖寬度為12m，開挖深度18．5m，支護(hù)樁樁長26．9m；研究采用有限元軟件構(gòu)建基坑支護(hù)模型，為減少邊界效應(yīng)，模型長度和深度分別取開挖寬度、樁長的5 倍。巖土體的本構(gòu)模型采用摩爾庫侖模型；鉆孔灌注樁采用實(shí)體單元，鋼支撐則采用梁單元。模型左右兩側(cè)在水平方向進(jìn)行位移約束，在底面的水平和豎向均約束其位移。

3.1 原施工方案分析

原方案從上到下設(shè)計(jì)了5 道橫向鋼支撐，鋼支撐在打設(shè)時(shí)均預(yù)先施加了軸力。數(shù)值分析的結(jié)果表明鋼支撐的最大軸力出現(xiàn)在開挖4、鋼支撐3 上，最大軸力值153．06kN，而支護(hù)樁樁身的最大側(cè)向變形為1．398cm，出現(xiàn)第一層開挖時(shí)，不同工序時(shí)的軸力和位移均滿足規(guī)范的要求。第一道鋼支撐僅在工序開挖2 時(shí)出現(xiàn)短暫受壓，在其余工序中均處于受拉狀態(tài)[1]，見表1。

3.2 優(yōu)化方案分析

由于第五道支撐受力的時(shí)間很短，承受的橫向壓力不大，且占據(jù)管廊施工空間對管廊施工造成較大影響，因此在優(yōu)化方案中考慮取消第五道橫支撐，其他支撐均保持不變，在拆除工序中將第3、4 兩道橫支撐同時(shí)拆除，一次整體澆注完管廊的主體結(jié)構(gòu)。

3.3 數(shù)值結(jié)果分析

兩個(gè)施工方案的橫支撐最大軸力均出現(xiàn)在第3 道橫撐，原方案最大軸力為153．06kN，優(yōu)化方案的最大軸力為151．33kN，均小于設(shè)計(jì)值的要求。在兩個(gè)方案中，第一道鋼支撐均只在第一步開挖后受壓，之后均承受拉力。而優(yōu)化方案減少了第五道橫撐，因此導(dǎo)致第四道橫撐承受的壓力顯著增大，由83．32kN 增大為117．43kN，受力增大32．41%；而第二道橫撐在拆除過程中承受的壓力則顯著降低，由原方案的85．97kN 減少為24．09kN。支護(hù)樁樁身的最大位移均產(chǎn)生在開挖步驟1 中，分別為1．398cm 和1．383cm，均滿足規(guī)范要求[2-3]。

4 結(jié)語

表1 原施工方案計(jì)算結(jié)果

總之，大部分城市地下綜合管廊的埋深較淺，因此常采用明挖施工。在基坑開挖支護(hù)過程中，如何合理選擇支護(hù)措施、確定施工工序、確保土體變形可控以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，對于管廊的施工質(zhì)量和安全均具有十分重要的影響。