基坑開挖工程中既有管線原位保護施工技術(shù)研究

徐澤，陳朝陽，趙鵬程，焦灝，卜旭東

（1.中鐵四局集團第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215131；（2.合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

1 引言

近年來隨著城市人口的急劇增加，高層建筑及地下交通大量興建，使得基坑開挖工程日益增多?；邮┕み^程中，勢必會對周邊既有建筑及地下管線安全性產(chǎn)生影響，一旦各類管線發(fā)生事故，會產(chǎn)生一系列不利影響，例如，燃?xì)夤芫€發(fā)生泄露，有毒氣體大量揮發(fā)對人體造成傷害的同時，也嚴(yán)重污染周圍環(huán)境，甚至有可能發(fā)生爆炸危險；地下水管道破裂將會導(dǎo)致污水泄漏，污染居民用水，造成環(huán)境大面積污染；通訊管線破壞，將會造成區(qū)域信號大規(guī)模中斷，為居然生活帶來巨大不利影響?；娱_挖對地下管線的影響主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是基坑開挖導(dǎo)致的土體沉降從而地下管線也隨之產(chǎn)生沉降，甚至變形；二是某些管線由于年久失修，當(dāng)其隨基坑開挖而產(chǎn)生變形時，極易造成管線損壞，進而對城市居民生活產(chǎn)生影響。

針對基坑開挖支護施工技術(shù)及城市地下管線保護施工技術(shù)，國內(nèi)外學(xué)者作了大量相關(guān)研究。朱正國等通過對基坑深層土體位移、邊坡樁頂沉降和水位變化進行持續(xù)監(jiān)測，分析其變化規(guī)律。張寧寧等以天津市第一中心醫(yī)院新址擴建項目施工總承包工程為例，闡述了超大深基坑土方開挖采用分區(qū)、分塊、分層的施工方法和關(guān)鍵工序，總結(jié)出一套科學(xué)合理、安全高效的土方開挖施工技術(shù)。應(yīng)慧清重點介紹了復(fù)合土釘墻、雙排樁、型鋼水泥土攪拌墻等新型支護結(jié)構(gòu)以及幾種施工新設(shè)備、新工藝。文一鳴等以成都地鐵4號線為工程背景，詳細(xì)制定了管線探查、懸吊保護的處理全過程及重點注意事項。王威等通過三維有限元分析，研究了3種保護措施下管線水平、豎向位移的變化，討論了3種加固方式對管線位移的控制效果，比較了3種加固方式的優(yōu)缺點。姚燕明等根據(jù)殘余應(yīng)力法的原理，利用分層回彈總和法，計算基坑開挖引起下臥隧道及管線變形，并利用此方法計算分析了兩個寧波軌道交通建設(shè)過程中遇到的工程實例，對類似工程有一定的參考價值。

本文以蘇州春申湖路隧道基坑開挖工程為依托，闡述了基坑開挖過程中其支護結(jié)構(gòu)及圍護結(jié)構(gòu)的施工方法和關(guān)鍵工序，總結(jié)了基坑施工中其上方供水管線原位保護施工方法，總結(jié)出一套安全、合理、高效的管線原位保護基坑開挖施工技術(shù)。

2 工程概況

2.1 工程項目介紹

永方路節(jié)點隧道沿春申湖路東西走向，主線采用兩孔一管廊形式，行車孔凈寬13.1m，中間管廊凈寬1.8m，中隔墻厚度0.5m。該節(jié)點結(jié)合交通、其他管線遷改設(shè)計方案，將給水管所在的永方路與春申湖路交叉口作為一個獨立基坑施工，基坑設(shè)計長度約38m，基坑寬度30.8 m，開挖深度約12.5 m。隧道基坑下穿蘇州水務(wù)集團 DN1800（渾）和DN1400（清）自來水水管，水管呈南北走向，與隧道中心線夾角為80.6。管道材質(zhì)均為鋼管。根據(jù)物探成果，永方路節(jié)點處DN1800水管頂標(biāo)高2.21m～2.31m，DN1400水管頂標(biāo)高 2.02m～2.16m。

圖1 永芳路節(jié)點基坑工程示意圖

2.2 工程地質(zhì)條件

擬建工程位于蘇州市相城區(qū)，場地屬長江三角洲太湖流域沖湖積平原區(qū)，地貌形態(tài)單一，地形總體較平坦。根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)數(shù)據(jù)，該節(jié)點隧道基坑涉及土層而下分別為①2雜填土、①3素填土、③1粘土、③2粉質(zhì)粘土、④1粉質(zhì)粘土、④2粉土、⑤粉質(zhì)粘土、⑥1粘土。對本工程有影響的地下水主要為潛水、微承壓水。潛水主要賦存于淺部填土層中，富水性差；主要受大氣降水入滲及地表水的側(cè)向補給，以地面蒸發(fā)為主要排泄方式。微承壓水主要賦存④2a粉土夾粉質(zhì)粘土、④2粉土、⑤2a粉土夾粉質(zhì)粘土層中，富水性從上往下漸好，主要補給來源為地表水的垂直入滲及地下水的側(cè)向徑流，以人工抽吸及地下水側(cè)向徑流為主要排泄方式。

3 管線原位保護施工技術(shù)

3.1 基坑圍護結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

永方路節(jié)點地下連續(xù)墻墻厚600mm，墻深25m，其中標(biāo)準(zhǔn)幅6幅，異型幅4幅。地下連續(xù)墻鋼筋籠主筋及分布筋采用HRB400級鋼筋，地下連續(xù)墻槽段間采用圓形鎖口管柔性接頭連接。對管道附近無法實施地下連續(xù)墻的范圍，采用MJS工法重力式擋墻加固，加固范圍自基坑邊至基坑外8.5m。在地下連續(xù)墻成槽前，先施工導(dǎo)墻。導(dǎo)墻質(zhì)量的好壞直接影響地下連續(xù)墻的軸線和標(biāo)高，并起到對成槽設(shè)備進行導(dǎo)向，以及作為提升鎖口管的反力座的作用，是存儲泥漿、穩(wěn)定液位，維護上部土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止土體坍落的重要措施。MJS工法樁施工成樁過程中鉆桿的旋轉(zhuǎn)和提升時，噴漿必須連續(xù)不中斷，如果因特殊原因?qū)е聡姖{中斷，在恢復(fù)噴漿時將鉆桿下方50cm以避免出現(xiàn)斷樁。漿液配比必須嚴(yán)格控制，安排專人負(fù)責(zé)抽查漿液質(zhì)量，對不合格的漿液作為廢漿處理。詳細(xì)做好施工過程中的記錄，各項技術(shù)參數(shù)和工程以外情況的記錄。

3.2 內(nèi)支撐體系施工

隧道主體圍護結(jié)構(gòu)鋼支撐均采用φ609mm×16mm鋼管支撐。DN1800、DN1400水管周邊采用MJS工法加固的范圍內(nèi)無鋼支撐。

圖2 地連墻施工

圖3 鋼圍檁安裝

鋼支撐安裝要求：

①鋼支撐的安裝在基坑豎向平面內(nèi)嚴(yán)格遵守分層開挖，自上而下、先撐后挖的原則，支撐安裝與土方開挖密切配合。在基坑暴露后，現(xiàn)場測量基坑的凈間距，先在地面進行預(yù)拼接以檢查支撐的平直度，其兩端中心連線的偏差度控制在不大于20mm，經(jīng)檢查合格的支撐按部位進行編號以免錯用；

②支撐架設(shè)前根據(jù)基坑寬度提前拼裝，并經(jīng)檢查合格，無焊傷、開裂等質(zhì)量缺陷，拼裝完成的鋼支撐軸線偏差和撓曲變形在允許范圍之內(nèi)。鋼支撐預(yù)應(yīng)力分二次施加，第一次按設(shè)計值的50%或70%預(yù)加，通過檢查栓緊螺帽，無異常后(一般為應(yīng)力施加過5分鐘后)再施加第二次應(yīng)力至設(shè)計值的100%。

3.3 水管懸吊保護體系施工

沿水管縱向設(shè)計共設(shè)置3道800mm×800mm混凝土支撐，混凝土支撐下設(shè)置4排共12根格構(gòu)柱，格構(gòu)柱縱向間距6.0m，以保證混凝土支撐梁的剛度，減少支撐變形。水管管底采用[32a槽鋼作鋼橫梁，縱向間距2.0m。鋼橫梁與混凝土支撐通過Φ25精軋螺紋鋼連接，形成懸吊受力體系。鋼橫梁上方設(shè)置半圓保護鋼殼對水管進行包裹，保護鋼殼與水管間鋪設(shè)1.0cm厚橡膠墊作為減震、抗滑措施。保護鋼殼與鋼橫梁間設(shè)置限位木楔，限制水管橫向位移。

圖4 懸吊保護體系示意圖

3.4 總體施工順序

①整平場地，沿管線走向人工開挖溝槽至管線中心標(biāo)高，使管線暴露，開挖過程中及開挖后注意對管線的保護；

②施工圍護結(jié)構(gòu)，待達(dá)到設(shè)計強度后，掏槽開挖至第一道支撐底，施工頂圈梁及第一道混凝土支撐體系，并預(yù)埋吊桿孔；

③待支撐混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，依次跳倉掏槽開挖基坑土體至管底以下0.5m，并架設(shè)吊桿體系（相鄰兩根吊桿實施時間不得搭接）；

④待吊桿體系完成后掏槽開挖加固體，架設(shè)第一道鋼圍檁，鋼圍檁與兩側(cè)地下連續(xù)墻內(nèi)預(yù)埋件焊接；

圖5 永方路節(jié)點基坑施工總體工序圖

⑤依次向下開挖并架設(shè)鋼圍檁，直至設(shè)計基坑底，澆筑墊層、底板；

⑥待混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，繼續(xù)向上回筑墻體、頂板；

⑦待混凝土達(dá)到設(shè)計強度、設(shè)置防水層及保護層后，在隧道頂板上澆筑給水管管枕；

⑧待混凝土達(dá)到設(shè)計強度后，分段拆除吊桿、各構(gòu)柱；

⑨回遷管線、回填土體至設(shè)計標(biāo)高。

4 總結(jié)

針對基坑開挖施工中城市既有管線原位保護的問題，本文依托項目實際，提出了在供水管線附近無法施工地下連續(xù)墻的范圍，采用MJS工法重力式擋墻加固土體作為基坑的圍護結(jié)構(gòu)。在懸吊體系中采用了雙向剛?cè)嵝韵尬还に?，水管原位保護裝置在保證整體支撐剛度的同時，在管節(jié)處使用柔性接觸，允許水管與保護裝置之間有一定的彈性空間。水管受力均衡，有效保護了管節(jié)，規(guī)避了應(yīng)力集中的風(fēng)險。最后對基坑圍護結(jié)構(gòu)、內(nèi)支撐體系、管線懸吊保護結(jié)構(gòu)的總體施工工序作了總結(jié)，對類似工程的施工具有一定的指導(dǎo)作用。