淺談地鐵出入口管線懸吊保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

于佳佳

（合肥市軌道交通集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

地鐵施工往往在人流密集的區(qū)域，先期已開展并完成城市建設(shè)及管線規(guī)劃，在深基坑實(shí)施過程中，管線的制約因素成為地鐵施工最大的問題之一，且管線臨時遷改往往需要繞行出入口外側(cè)，增加土方開挖和道路破復(fù)工程量，給交通環(huán)境帶來不利影響。受管線遷改影響，深基坑樁基施工和開挖需管線遷改完成方可施工，增加施工時間和成本，同時由于大口徑管線覆蓋區(qū)域廣，對市民生活影響大，產(chǎn)權(quán)單位遷改難度高、準(zhǔn)備時間長，導(dǎo)致出入口施工工期不可控，因此通過原位懸吊技術(shù)可降低對周邊市民生活的影響，同時縮短施工周期，減少管線遷改工程量，降低工程造價，減少開挖和道路破復(fù)工程量，符合綠色交通建設(shè)理念。當(dāng)前，結(jié)合施工環(huán)境和工程條件，合理應(yīng)用管線懸吊施工技術(shù)，能夠妥善解決出入口施工過程中遇到的管線問題[1-2]。但管線懸吊增加了施工期間的風(fēng)險，且管線材質(zhì)、接頭形式、敷設(shè)方式、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境等各有不同，因此選擇合適的懸吊方式對于管線保護(hù)工作尤為重要?；诂F(xiàn)有各類管線原位保護(hù)方法，本文提出采用鋼套管+工字鋼懸吊方式對大口徑供水管線進(jìn)行原位保護(hù)，有效減少供水管線遷改時間，為出入口施工提供較好的先決條件，有效解決當(dāng)前大口徑供水管線給諸多出入口深基坑施工造成的不利影響，可為類似工程提供施工參考。

1 地鐵工程管線問題解決的現(xiàn)狀

在地鐵設(shè)計時，地鐵車站大部分設(shè)置在道路交叉口，各象限設(shè)置出入口和風(fēng)亭，既保證乘客乘坐便捷，又增加了路口的安全通道。地鐵周邊往往存在較多既有管線（供水管線、燃?xì)夤芫€、熱力管線、弱電管線、強(qiáng)電管線、雨水管線和污水管線等），在解決管線問題時，需要綜合考慮產(chǎn)權(quán)單位需求、周邊環(huán)境、地質(zhì)條件、交通導(dǎo)改等需求，管線處理方式主要分為：永久遷改、臨時遷改和原位保護(hù)。

1.1 管線永久遷改

管線永久遷改適用于不受場地及周邊環(huán)境限制，同時能滿足市政功能需求及產(chǎn)權(quán)單位功能需求，遷改后能一勞永逸地解決深基坑施工管線風(fēng)險，且不用回遷，減少回遷費(fèi)用。地鐵出入口跨度小，管線的永久遷改多是局部短距離永久遷改，受制于周邊環(huán)境，往往會改變管道路由，給后期管道維護(hù)造成不便，部分遷改后管道存在較大曲線或轉(zhuǎn)角，增加了管道流體阻力。

1.2 管線臨時遷改

在施工過程中，地鐵出入口跨度小，管線短距離遷改后，改變原有管道路由，使得原順直的管線變成曲線或存在轉(zhuǎn)角，不能滿足產(chǎn)權(quán)單位長久功能性需求。因此，出入口完成后，需恢復(fù)原管道，即地鐵出入口施工期間對管線進(jìn)行臨時遷改。臨時遷改能夠滿足產(chǎn)權(quán)單位長久功能性需求，但需要出入口完工后進(jìn)行重建恢復(fù)，因此成本高，施工周期長。優(yōu)點(diǎn)是既能減小深基坑施工風(fēng)險，又能滿足產(chǎn)權(quán)單位需求，不改變管線原有線型狀態(tài)。

1.3 管線原位懸吊保護(hù)

地鐵出入口施工過程中，管線原位懸吊保護(hù)技術(shù)應(yīng)用廣泛[3]，工藝種類多。管線懸吊保護(hù)是將管線明挖后，通過懸吊裝置或自身剛性懸吊于基坑兩端。該技術(shù)適用于環(huán)境復(fù)雜、口徑較小的管線，施工靈活，協(xié)調(diào)壓力小，但是往往增加了施工風(fēng)險。管線懸吊保護(hù)措施要根據(jù)管線用途、材料、尺寸、接頭形式等綜合研判懸吊方案。

2 地鐵工程管線原位懸吊保護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用

地下管線錯綜復(fù)雜，種類繁多，在基坑工程實(shí)施前，需要對相關(guān)管線進(jìn)行探測和識別，管線原位懸吊保護(hù)方案的制定需要根據(jù)管線種類、尺寸、管材、口徑等，管線原位保護(hù)的方法一般有懸吊法、支撐法和橋架法等。

在地鐵工程中，很多地鐵出入口設(shè)置位于鬧市區(qū)，原位懸吊法作為最常見的管線處理方法之一被廣泛應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用過程中衍生出各種不同的形式，如牛瑞[4]通過研究DN1800mm供水管線懸吊保護(hù)方案設(shè)計，提出了具體的安全保護(hù)措施，給相應(yīng)地質(zhì)和工況條件下的大直徑供水管線懸吊提供借鑒，但缺少供水管線受外力擾動造成接頭漏水的應(yīng)急措施。彭晨[5]提出的管廊外側(cè)縱梁+總量下方臨時立柱+管廊底部型鋼橫梁組成的管廊原位保護(hù)懸吊技術(shù)，解決了管廊懸吊保護(hù)的問題，缺點(diǎn)是懸吊保護(hù)系統(tǒng)施工時間過長，且工序多，施工組織難度大。成都地鐵3號線天回鎮(zhèn)南站DN2400mm供水管道采用“臨時立柱+環(huán)向托架支撐+可調(diào)節(jié)鋼絲繩臨時懸吊”的原位綜合保護(hù)技術(shù)[6]，該方案采用蓋挖施工方法，降低基坑開挖效率，采用臨時立柱樁增加了投資，但是能夠有效解決DN2400mm大口徑供水管道的懸吊保護(hù)問題。朱家俊[7]提出采用“D30鋼絲繩（6×7+1WS）將大管徑污水管懸吊于混凝土支撐上”。姜偉[8]通過方案比選對地鐵基坑上方DN1100mm污水管懸吊采用軍用梁進(jìn)行懸吊保護(hù)，解決了大口徑管線懸吊受力問題，但是對于有壓管線而言，接頭部位一旦破裂，漏水問題無法解決。

3 地鐵出入口管線采用“鋼套管+工字鋼”懸吊保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 工程概況

某地鐵車站附屬出入口為單層結(jié)構(gòu)，采用明挖施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ800@1100 mm和Φ800@1200 mm鉆孔灌注樁+鋼支撐體系，支撐采用Φ609 mm、t=16mm的鋼管。樁頂設(shè)置800 mm×800 mm（寬×高）的鋼筋混凝土冠梁。出入口的基坑深度為10.45～14.25 m，基坑寬度7.2 m，樁長7.9～17.2 m，豎向設(shè)置兩道鋼支撐。

地質(zhì)主要位于粉質(zhì)黏土填土層局部軟塑，含少量碎石、磚渣等雜物。地下水類型為上層滯水和承壓水，其中上層滯水主要賦存于表面人工填土中，受大氣降水補(bǔ)給，水量微弱；承壓水主要賦存于粉細(xì)砂、粉土、粉土夾砂層及粉質(zhì)黏土夾砂層中，含水量較大。

3.2 管線基本概況

出入口范圍內(nèi)由北向南方向有1根管徑DN800 mm供水鑄鐵管道，壁厚20 mm，管線接頭形式為承插式接頭，埋深約2.2 m，供水管橫穿出入口，出入口范圍內(nèi)含有兩個承插式接頭。由于出入口范圍內(nèi)涉及多道燃?xì)?、污水、雨水及電排，且周邊道路交通?fù)雜，實(shí)際遷改難度大，需對該供水管進(jìn)行懸吊保護(hù)。

3.3 管線保護(hù)方案選擇

原位懸吊保護(hù)方案大多采用貝雷梁作為懸吊支撐體系，貝雷梁懸吊保護(hù)優(yōu)點(diǎn)是施工便捷、施工工藝成熟。針對本工程，若直接采用貝雷梁懸吊供水管線存在如下缺點(diǎn)：

本工程出入口建在人流量密集的場所，周邊車流量較大，大口徑供水管懸吊保護(hù)，接頭位置易受周邊荷載擾動，從而造成接頭處出現(xiàn)滲漏，供水管接頭位置涌水后應(yīng)急處理困難，且搶修成本高，存在出入口深基坑坍塌的風(fēng)險。同時若出現(xiàn)供水管線破裂的情況，水會通過已開挖的出入口通道灌入已封頂?shù)能囌?，車站?nèi)已完成部分機(jī)電設(shè)備和裝飾裝修工作，對整個車站內(nèi)設(shè)備和裝修造成嚴(yán)重影響。

由于工程涉及的DN800鑄鐵管供水管線在出入口基坑范圍內(nèi)存在兩個承插式接頭，為控制接頭位置變形，同時防止接頭位置破裂，降低安全風(fēng)險，并滿足道路寬度需求，結(jié)合供水產(chǎn)權(quán)單位需求，針對本工程涉及的DN800供水管，提出采用鋼套管+工字鋼懸吊保護(hù)方案，其優(yōu)點(diǎn)是施工便捷，較遷改費(fèi)用低，同時可以有效限制供水管線接頭等薄弱位置位移，提高管線整體剛度，減小管線受自重影響的變形。若受外界條件影響，管線承插口接頭位置出現(xiàn)涌水，外套鋼管可以有效封閉水流，起到應(yīng)急作用，保護(hù)基坑安全。其缺點(diǎn)是對焊接工藝要求高，需根據(jù)管線口徑和長度定制管材。

3.4 管線懸吊保護(hù)施工方案

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，采用9 m長DN1000 mm鋼套管全封閉包裹懸吊保護(hù)的方式保護(hù)DN800 mm供水管，利用基坑支護(hù)體系作為懸吊保護(hù)系統(tǒng)的承重基礎(chǔ)，在管線區(qū)域冠梁局部下沉，外套鋼管置于基坑兩側(cè)冠梁之上，冠梁作為外套鋼管的基礎(chǔ)，輔助以工字鋼+槽鋼固定方式在基坑兩側(cè)冠梁上進(jìn)行懸吊。采用DN1000 mm鋼套管進(jìn)行懸吊保護(hù)，增加剛度的同時限制供水鋼管承插口位置的位移，有效保護(hù)接頭。對DN1000 mm鋼套管采用工字鋼+槽鋼抱箍固定方式在基坑兩側(cè)冠梁上進(jìn)行懸吊，減小鋼套管位移，避免基坑開挖階段因物體打擊致使管線破損。

3.4.1 施工要點(diǎn)

（1）當(dāng)下部鋼套管片穿過現(xiàn)狀管道后，需在管片兩邊對稱設(shè)置4處吊耳，在吊起焊接完成后，將溝槽下部及兩邊及時回填密實(shí)，確保套管不發(fā)生沉降。

（2）開挖中間段管身前，需確保兩端接頭套管穩(wěn)定無松動方可開挖。

（3）在全段焊接完成后，需分段開挖、分段懸吊保護(hù)，不得全段挖空后保護(hù)。

（4）受管線影響大的樁間距采用植筋掛網(wǎng)，施作鎖腳錨桿。

冠梁施工完成后，基坑開挖時，管線下方基坑開挖至0.5 m，將冠梁下方兩樁之間土體局部挖出，在兩根圍護(hù)樁間采用C22@300 mm的鋼筋植筋（植筋長度不小于400 mm），豎向采用C18@150 mm，雙層設(shè)置，橫向采用A8@450 mm拉鉤梅花布置。植筋掛網(wǎng)后噴射300 mm厚C25混凝土，見圖1。再開挖0.5 m，架鋼筋網(wǎng)噴混凝土后，施作直徑42 mm、t=3.5 mm、L=3 m的鎖腳錨桿。鎖腳錨桿用1：1水泥漿液填充注漿，注漿壓力為1～2 MPa，見圖2。

圖1 倒掛井壁鎖腳錨桿平面示意圖Fig.1 Schematic plan of inverted shaft wall anchor bolt

圖2 倒掛井壁鎖腳錨桿剖面示意圖Fig.2 Cross section diagram of inverted shaft wall anchor bolt

3.4.2 施工流程

將9 m外套鋼管平均分為3段3 m長鋼管，分三次開挖、安裝和焊接，以防止供水管在安裝過程中接頭位置出現(xiàn)破裂。

第一次開挖基坑左側(cè)3 m供水管接頭下土方，將DN800 mm供水管底部范圍內(nèi)土方掏空（每次掏空長度不大于3 m），DN1000 mm鋼管沿直徑兩側(cè)母線均勻切開，鋼管內(nèi)每隔1 000～2 000 mm布置限位鋼板墊進(jìn)行定位，見圖3，保證供水管居中。在供水管接頭兩側(cè)200 mm布置小塊鋼板定位，見圖1，接頭處布置一圈4～6小塊橡膠墊與鋼管密貼，起到限位作用。土方開挖后及時將DN1000 mm外套鋼管安裝到位，并焊接牢固。第一次開挖、安裝、焊接工作完成后，對DN1000 mm鋼套管下方進(jìn)行回填，待回填密實(shí)后進(jìn)行第二次開挖。

圖3 鋼套管加工圖Fig.3 Processing drawing of steel casing

第二次開挖基坑右側(cè)3 m供水管接頭下土方，將DN800 mm供水管底部范圍內(nèi)土方掏空（每次掏空長度不大于3 m），DN1000 mm鋼管沿直徑兩側(cè)母線均勻切開，鋼管內(nèi)每隔1 000～2 000 mm布置限位鋼板墊進(jìn)行定位，保證供水管居中。在供水管接頭兩側(cè)200 mm布置小塊鋼板定位，見圖1，接頭處布置一圈4～6小塊橡膠墊與鋼管密貼，起到限位作用。土方開挖后及時將DN1000 mm外套鋼管安裝到位，并焊接牢固。第二次開挖、安裝、焊接工作完成后，對DN1000 mm鋼套管下方進(jìn)行回填，待回填密實(shí)后進(jìn)行第三次開挖。

第三次開挖基坑中部3 m供水管接頭下土方，開挖完成后安裝、焊接DN1000 mm鋼套管，兩端頭鋼板焊接封閉，與鑄鐵鋼管連接處采用雙面膠封堵縫隙，焊縫長度、寬度質(zhì)量滿足規(guī)范要求。回填密實(shí)。

懸吊系統(tǒng)采用2根工28工字鋼做支撐梁，支撐梁上每2 m采用C10槽鋼加工的閉口環(huán)對供水管進(jìn)行包裹懸吊，C10槽鋼每個接觸截面雙面滿焊，同時將槽鋼與工字鋼進(jìn)行焊接，保證焊接牢固，見圖4。

圖4 管線保護(hù)成品圖Fig.4 Finished product drawing of pipeline protection

3.4.3 管線監(jiān)測

為保障基坑開挖期間供水管線安全，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)及時指導(dǎo)基坑開挖工作，對供水管線及懸吊系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)測，監(jiān)測項(xiàng)目主要有施工期間的管線沉降監(jiān)測。采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺按二級水準(zhǔn)進(jìn)行測量，在供水管鋼套管、工字鋼支撐梁上埋設(shè)變形監(jiān)測點(diǎn)，進(jìn)行水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)。首次觀測時，適當(dāng)增加測回數(shù)，一般取3次的數(shù)據(jù)作為測點(diǎn)的初始讀數(shù)。

施工過程中，對工字鋼及管線進(jìn)行加強(qiáng)監(jiān)測，做到開挖與監(jiān)測同步，每天比對監(jiān)測數(shù)據(jù)，保障供水管線安全，結(jié)合現(xiàn)場深基坑開挖監(jiān)測布點(diǎn)情況，在供水管線周邊增加地表監(jiān)測點(diǎn)。

供水管監(jiān)測點(diǎn)布置情況：沿工字鋼支撐梁方向布置三個監(jiān)測點(diǎn)，分別位于兩端和中部，沿供水管長度方向布設(shè)三個監(jiān)測點(diǎn)，分別位于兩端和中部[6]。

基坑開挖期間重點(diǎn)對工字鋼支撐梁、供水管外套鋼管、兩端冠梁及周邊地表變形情況進(jìn)行監(jiān)測，按照設(shè)計及規(guī)范規(guī)定的監(jiān)測頻率進(jìn)行監(jiān)測工作，并每日進(jìn)行監(jiān)測對比分析，形成監(jiān)測日報。

管線監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)見表1：

表1 管線監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)表Tab.1 Pipeline monitoring and control standards

4 結(jié)語

在地鐵主體和附屬工程中管線保護(hù)工作尤為重要，本文通過對管線保護(hù)方式的介紹，提出了采用鋼套管+工字鋼懸吊方式對大口徑供水管線進(jìn)行保護(hù)，不僅有效保障管線安全，且降低了供水管線遷改工程量和遷改費(fèi)用，為附屬出入口施工提供前置條件，通過實(shí)際案例證明該方法安全有效，能夠降低供水管線接頭破裂風(fēng)險，保證深基坑開挖安全。

建議大口徑管線懸吊保護(hù)時，要提前充分考慮地質(zhì)條件，并結(jié)合實(shí)際樁間距做好倒掛墻與土體加固工作，避免因樁間距過大、地質(zhì)條件差、支護(hù)不及時，開挖階段造成管線下方巖土體失穩(wěn)。