新建地铁车站电力方沟悬吊保护施工技术

韩江波

(北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100048)

1 工程概况

1)电力管沟与出入口位置关系及管沟内部情况。丰台科技园车站1号、2号出入口位于车站西侧，1号出入口基坑宽7．3 m，长34．52m;2号出入口基坑宽7．3m，长31．72m。南北向2 000mm×2 000mm的电力管沟横跨车站1号、2号出入口上方，电力管沟内底埋深6．02 m，为钢筋混凝土结构。出入口结构顶距电力管沟0．3 m，周围场地开阔。

电力方沟内部情况:东侧2路110 kV电缆，7条10 kV电缆，光缆2根;西侧1路110 kV电缆，2条10 kV电缆，井盖监控线1根，悬吊位置前后20 m无管线接头。

管线平面位置及走向图见图1，电力沟内部原状断面图见图2。

图1 管线平面位置及走向图

图2 电力沟内部原状断面图

2)工程地质水文情况。本段线路土层分布较为稳定，自上而下依次为人工填土、新近沉积土层、第四纪晚更新世冲洪积地层，其中人工填土普遍厚度0．5 m～2．0 m;新近沉积土层普遍分布，厚度一般为 5．0 m ～6．25 m。

勘察深度范围内测到一层稳定分布的地下水:水位标高为19．23 m ～19．86 m，低于结构 12 m，类型为潜水，上层无滞水，对施工无影响。

3)基坑周边风险源情况、安全等级及保护措施。1号、2号出入口基坑周边风险源为二级，变形控制保护等级一级，保护措施采用围护桩+钢支撑围护形式，一级基坑设计，严格控制基坑开挖引起的地层变形，变形控制标准管线变形不大于10 mm。

2 电力方沟悬吊工程总体施工安排

1)总体施工安排。

电力管沟保护方案分为两部分:a．对开挖影响范围电力方沟内部电缆进行13 m保护;b．对悬空的7 m电力沟进行悬吊保护。为进一步降低风险，整个工程安排在雨季之后施工。

2)施工控制重点、难点。

a．内部管线悬吊施工安全风险较大，施工时应避免影响电力管线安全。b．外部悬吊工程量大，影响因素多，应加强施工控制，确保万无一失。

3)工期安排。

电力管沟的悬吊实施定为:2010年10月19日～2011年1月24日。

3 施工实施方案

1)电力管沟内部电缆线悬吊保护方案。在隧道内焊接保护钢架13 m，将电缆移动至保护钢架上，在钢架顶部焊接8号钢板，拆除电缆支架28个。为确保电缆安全，在焊接时电缆外侧需覆盖防火槽盒。在移动电缆时，为确保移动电缆长度余量，每根电缆需移动50 m。拆除电缆防盗卡具8套×3路(共24套卡具)，拆除卡具时，需要使用防盗螺栓专用破除工具。a．总工序:按照施工要求准备材料→焊接钢架→焊接钢板→逐层移动电缆→拆除支架→焊接钢架中间连接橫撑→完成保护→恢复。b．具体工艺:在步道两侧通长敷设2根13m长的20号工字钢，在通长敷设的工字钢上面立着焊接1．6 m长的20号工字钢，总共28根。在立着焊接的20号工字钢顶部每间隔1 m横着焊接1根1．6 m长的20号工字钢，共14根，中间由20号工字钢焊接连为一体。在立着的工字钢侧面，在与支架平行的高度，横着焊接500 mm长的8号槽钢，共计7×14=98根。在钢架顶部敷设1．6 m宽×13 m长×8 mm厚的钢板并与工字钢焊接牢固。逐层移动电缆和光缆至横着焊接8号槽钢上。拆除28个支架，焊接600mm长20号工字钢橫撑，共14根(在焊接钢架时，电缆、光缆上面敷设防火槽盒)，具体情况见图3。

2)电力方沟外部的悬吊保护。针对本工程实施的基坑支护方案，将保护的管线均使用工字型钢梁悬吊或固定，经计算采用Ⅰ56b双工字钢梁、悬吊钢筋固定。双工字钢间距3 m共2道，悬吊钢筋共14排间距为50 cm，靠侧墙位置悬吊钢筋离侧墙距离为40 cm。基坑支护桩上的冠梁作为钢梁的支座，并嵌固在桩顶压顶梁上。a．总工序:工字钢安装→分段土方开挖至电力沟底→安装管沟底部钢板→安装槽钢托梁→安装螺纹钢→悬吊→恢复回填。b．具体施工方法:由于管线的标高均位于支护坡顶以下，施工时，使用工字钢梁及钢制支架悬吊管线。管线两端底部土体采用注浆加固。土方开挖至管线底标高时开始安装工字钢梁和进行管线悬吊。工字型钢梁与支护桩上冠梁连接做法:利用冠梁顶预留的钢板和钢筋，钢板、钢筋与工字钢梁焊接固定。选用HRB335Φ22螺纹钢14排均匀布置锚固在工字钢梁上。电力管沟的悬吊在管沟内部电缆悬吊完成后开始，悬吊时从一头向另一头悬吊，每挖出一段管线，及时施放吊筋及电力沟下部垫板钢板，安置槽钢托梁，并及时对槽钢进行抄平，确保每根槽钢在同一水平面上，防止混凝土护壁因受力不均发生开裂。完成后再向前开挖直至管线完全露出基坑为止。施工悬吊段如遇电力管沟接头，在接头位置两端各增加一个槽钢托梁。

图3 电力管沟内部电缆保护断面图

3)电力管沟悬吊保护的解除。在1号、2号出入口结构及外包防水施工完毕后，需对电力管沟进行恢复，并回填基坑。具体措施如下:a．结构外包防水施工完毕后，在出入口顶板管线位置砌砖基支托电力管线，并在电力管沟周壁施作SBS防水。b．砖基强度满足要求后，拆除污水管线悬吊型钢，并在管壁外包草席。c．最后进行基坑回填。基坑回填严格按照设计规范要求对管线上方回填土进行人工夯实，并在回填期间禁止在管线上方行车。

4 悬吊结构受力验算

4．1 荷载计算

电力方沟长×宽=2．5 m×2．5 m，沟底距冠梁顶5．391 m，壁厚为0．25 m，悬空总长度7．3 m。两道Ⅰ56b工字梁间距3 m，跨度7．3 m。槽钢间距0．5 m，跨度3 m。因方沟内管线情况不明，将管线自重设为2．5 kN/m。取0．5 m为计算单元，如图4所示。

图4 荷载计算示意图

图5 双拼16b普通槽钢受力分析图

钢筋混凝土自重取:24 kN/m3，则:

恒载:电力方沟:(2．52-22)×0．5 ×25/2．5=11．25 kN/m。

管线自重:2．5 kN/m。

垫块钢板:7．85×10×0．5/103=0．04 kN/m。

活载:方沟不上人，取0．5 kN/m。

总:q1=1．2 ×13．79+1．4 ×0．5=17．25 kN/m。

16b 槽钢自重:q2=39．49 kg/m=0．395 kN/m。

4．2 受力分析

图6 Φ22螺纹钢受力分析图

图7 双拼Ⅰ 56b普通工字钢受力分析图

1)双拼16b普通槽钢(见图5)。

查《钢结构设计手册第二版》表3．2-4［1］，双拼16b槽钢材料特性:

剪力:Vmax=17．75 kN，弯矩:Mmax=17．45 kN·m。

a．抗弯:

b．抗挠:

c．抗剪:

其中，V为计算截面沿腹板平面作用的剪力设计值，V=Vmax=17．75 kN;S为中和轴以上毛截面对中和轴的面积矩，S=1．3×105mm3;I为毛截面惯性矩，I=1 869×104mm4;tw为腹板厚度，tw=8．5 mm;fv为钢材的抗剪强度设计值，fv=125 N/mm2。

2)Φ22螺纹钢(见图6)。

自重:2．98 kg/m，长5．391+0．6=6 m。

其中，f为螺纹钢抗拉强度，取335 N/mm2;A为螺纹钢截面面积，取380 mm2;纵向拉伸变形:Δl=Nl/EA=17．93×6×106/2．06×105×380=1．37 mm。

3)双拼Ⅰ56b普通工字钢(见图7)。

查《钢结构设计手册第二版》表3．1-3，知单根Ⅰ56b材料特征，则双拼:

工字钢自重:g3=230．12 kg/m=2．3 kN/m。

剪力:Vmax=133．91 kN。

弯矩:Mmax=253．72 kN·m。

a．抗 弯:σ =Mmax/W=253．72 × 106/4 893 × 103=51．85 N/mm2＜［f］=215 N/mm2。

b．抗挠:ω =0．003 9 m=3．9 mm。

c．抗剪:τ=VS/(Itw)=133．91×103×1．25×106/(67 518×104×14．5)=17．10 N/mm2＜［fv］=125 N/mm2。

5 监测实施方案

1)监测项目和频率。根据设计要求结合实际情况，管线监测项目为:管线沉降、日常巡视2个项目。在电力方沟两端及中间布设沉降观测点，共计3个，管线监测频率见表1。

表1 管线监测频率

2)测设的方法及相关技术指标。数据监测:最大变形值为10 mm，预警值为7 mm，报警值为8 mm。

日常巡视:肉眼观察变化情况，包括1号、2号出入口周边地质情况、边坡支护及围护结构是否出现开裂、边坡渗漏水、管线是否出现裂缝、悬吊设备工作状况等。同当天沉降监测数据结合来判断结构是否变形。

6 结语

1)地铁车站1号、2号出入口管线悬吊保护方案制定到施工完成，第三方监测单位及施工单位监测管线最大沉降量为1．9 mm，同时施工过程中相关产权从未出现预警，上述情况说明电力方沟悬吊方案是成功的。2)因地制宜，选择合理的施工方案，是规避工程施工风险、降低工程成本最有效的措施，采取电力悬吊保护方案比对电力管沟整个改移对当地居民生活影响小，且成本远远低于电力管沟改移。

［1］罗邦富，魏明钟，沈祖炎．钢结构设计手册［M］．第2版．北京:冶金工业出版社，2005．

［2］张海峰．地铁车站主体结构顶部电力管廊悬吊保护施工技术［J］．现代城市轨道交通，2011(S1):40-41．