大型給排水管道懸吊保護施工及變形監(jiān)測技術

孔軍豪 中鐵七局集團有限公司

在城市地下工程明挖施工中，常見管道懸吊保護，對橫穿基坑的小直徑管道懸吊保護施工技術的運用比較廣泛和成熟，但大型管道的懸吊保護相對較少，其主要原因是大型給排水管道懸吊保護的相對變形難以控制，且管道沉降要求比較嚴格。

本文結合大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析大型給排水管道懸吊保護設計施工的合理性，總結基坑開挖過程中周圍土體、圍護結構的變化規(guī)律對給排水管道的影響并試圖分析原因，對類似工程的設計和施工具有重要意義。

1.工程概況

武漢市江南中心綠道武九線綜合管廊C段（鐵機路-園林路），主要結合武九鐵路搬遷、高壓入地改造和綜合綠道建設干線綜合管廊，總長約2080m；該段全部為明挖施工，明挖基坑與余家頭水廠給排水管道相交，在CK0+855～CK0+886段余家頭水廠三根管道橫穿綜合管廊，埋深2.6～3.7m，三根砼套管直徑分別為：1450mm（電力管道）、2440mm（壓力輸水管）、2440mm（壓力輸水管），三根砼套管均為2.5m每節(jié)承插式頂管。在CK0+975處余家頭水廠直徑1000mm的排水管道（鑄鐵材質）相交，埋深3m。

基坑開挖和管廊施工必須對余家頭水廠管道進行保護，保證水廠管道不產(chǎn)生過大沉降而引起管道破裂，需對余家頭水廠管道進行懸吊保護。

2.管道懸吊保護施工技術

2.1 管道懸吊保護方案

CK0+855～CK0+886段大型給排水管道采用貝雷梁桁架作為主梁和工字鋼上橫梁、吊桿、鋼絲繩等組合形式對余家頭水廠管道進行懸吊保護：（1）貝雷梁桁架采用（2排+4排+7排+3排）×每排5片加強型貝雷梁，共計80片貝雷梁，單片截面尺寸為3.0m×1.7m；（2）貝雷梁桁架上部采用雙拼32a工字鋼作為上橫梁；（3）1#、2#、3#管道懸吊采用直徑28mm鋼絲繩、雙拼12#槽鋼和M36吊桿組合懸吊、雙拼12#槽鋼和M20吊桿組合懸吊。

CK0+975段大型給排水管道采用貝雷梁桁架作為主梁和工字鋼上橫梁、吊桿、鋼絲繩等組合形式對余家頭水廠管道進行懸吊保護：（1）貝雷梁桁架采用（2排+2排）×每排5片加強型貝雷梁，共計20片貝雷梁，單片截面尺寸為3.0m×1.7m；（2）貝雷梁桁架上部采用雙拼18b槽鋼作為上橫梁，管道懸吊部分材料采用雙拼12#槽鋼作為次梁；（3）管道懸吊連系結構采用M20吊桿。

2.2 管道懸吊保護施工工藝流程

基坑外側土體加固（MJS樁基加固）→冠梁砼支撐施工→第一層土方開挖至管道中部→貝雷梁安裝→連系貝雷梁的支撐架安裝→工字鋼上橫梁安裝→管底掏土下穿吊帶、安裝槽鋼次梁及吊桿→擰緊吊桿→布置監(jiān)測點→第二層土方開挖→監(jiān)測沉降（符合要求即開始下道工序，否則啟動應急措施）。

2.3 施工控制要點

（1）管道懸吊保護結構設計及計算過程中應考慮管道達到最大排水量作為結構設計的最不利工況下（最大荷載）。（2）基坑外側（管道下方）土體采用大直徑的MJS樁基進行加固時，應控制好加固范圍、噴漿壓力，保證成樁質量的同時避免噴漿壓力過大對既有管道造成影響。（3）土體開挖前應根據(jù)監(jiān)測方案做好監(jiān)測點的預埋級按照，并及時測量各監(jiān)測點的原始數(shù)據(jù)；施工過程中按照監(jiān)測頻率的要求進行監(jiān)測點坐標及標高數(shù)據(jù)的采集和分析，及時指導施工及預警。（4）土體開挖至管道底部以上50cm后停止開挖，采用人工掏槽的方法，開挖出吊帶位置，并及時穿好吊帶并進行懸掛。（5）管道懸吊保護階段，下穿鋼絲繩等構件時，應保證先中部，后兩側的施工順序，并且跳隔下穿，以減小對管道土體大面積擾動，導致管道沉降超限，管道下部土體開挖前，可對懸吊結構預先收緊甚至管道反拱，以減小基坑開挖后管道沉降，保證管道安全可控。（6）管道懸吊采用的應選用伸長率小、承載力滿足要求的吊帶，并通過拉伸試驗確定管道的伸長率，根據(jù)需要設置預抬量來保證管道標高。（7）施工過程中通過不斷調節(jié)吊帶頂部高度，確保管道的變形在允許范圍之內。（8）加強對基坑周邊、管道及基坑支護結構的巡視巡查，并對監(jiān)測點位進行保護。

3.管道變形監(jiān)測

在地下管廊施工期間，結合余家頭水廠給排水管道的現(xiàn)場安全巡查結果進行綜合分析，判定余家頭水廠給排水管道結構狀態(tài)及對使用的安全影響，對變形過大和緊急情況及時預警。實施科學動態(tài)監(jiān)測，掌握給排水管道動態(tài)變化，保證余家頭水廠給排水管道安全穩(wěn)定。

（1）監(jiān)測項目：①管道豎向沉降位移（變形）；②基坑冠梁豎向沉降；③影響區(qū)域內地面、道路沉降值監(jiān)測。

（2）監(jiān)測點布設：監(jiān)測點位布置的范圍為影響范圍內建（構）筑物上布置測點，余家頭給排水管道每根管道上布置5個沉降監(jiān)測點，共計布置20個；另外基坑及周邊建構物進行布置相應點位。

（3）監(jiān)測頻率：基坑變形觀測應從基坑圍護結構施工開始，基坑開挖期間宜根據(jù)基坑開挖深度每天觀測1次，位移速率或位移量大時應每天2～3次。基坑開挖間隙或開挖結束后，且變形趨于穩(wěn)定時，可7d觀測1次。具體如表1所示。

施工過程中全程對管道變形進行監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)與變形的允許值進行比較，來指導施工、確保管道安全。

表1 變形監(jiān)測及預警值表

余家頭給排水管道的監(jiān)測結果表明：在第一階段時（管道頂部土方開始至管道中部過程中），管道趨于穩(wěn)定狀態(tài)，由于擾動略微沉降；在第二階段（管道懸吊保護階段），由于懸吊保護需要下穿鋼絲繩等進行懸吊保護，對管道下部土體擾動較大，之后由于懸吊保護結構收緊鋼絲繩等技術措施，所以在該階段管道有明顯上下浮動，但該階段管道位移均在安全可控范圍內；在第三階段（管道中部土方開挖至基坑底），管道中部土體開挖至管道底部過程管道沉降速率較大，管道下部土體開挖至基坑底過程管道沉降逐漸變緩慢。

各監(jiān)測點的基坑周圍路面沉降、管道沉降、支護結構頂部豎向位移和水平位移、地下水位變化量及變化速率均在控制值之內，均處于安全可控狀態(tài)。對結果數(shù)據(jù)分析對比得出：①CK0+855～886段和CK0+975附近冠梁最大沉降為-5.98mm＜控制值20mm；②水平位移最大值為10.95mm＜控制值30mm；③周圍地面最大沉降為-5.556mm＜控制值20mm。

4.結束語

地下管線采用原位懸吊保護，能有效的減少工程項目遷改工作量，降低因管線遷改對施工工期造成影響。在武漢市江南中心綠道武九線綜合管廊施工過程中采用懸吊法對既有的4條大直徑管道進行保護，通過對懸吊結構的合理設計，有效的保證了管道變形在允許值之內；通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理分析和管道動態(tài)變化趨勢預判，極大程度地保障了余家頭水廠管道原位保護的安全和深基坑支護的安全，保證了武漢市青山區(qū)、武昌區(qū)和洪山區(qū)供水不受影響，可為今后類似工程提供了良好的借鑒經(jīng)驗。