杨家奇
(中铁一局集团有限公司广州分公司,广东 广州 510000)
在市政工程施工中,特别是在老城区段施工时,施工区域地下一般均布满既有管线。由于管线权属单位较多,受制于迁改路由及割接要求,市政管线往往临时迁改难度大、耗时周期长。如果对于所有管线都等待临时迁改后再进行施工,工期与进度往往无法保证。本文主要研究了适用于不同管线的悬吊保护方法,确保可以在保证安全的前提下进行保护性施工,加快工程进度。
都市路地下人行通道位于人民大道与都司路交叉口处,主通道为普通钢筋混凝土箱型结构,箱内净空尺寸宽*高为5.0×3.5m,顶底板及侧墙有厚0.5m 及0.6m,埋深约6~12m,地面覆土最小处约1m。K3+692.829 处设计有一条连廊,长度31.25m。地道净宽6m,净高4.6m,距原地面埋深约10.5m。连廊顶部与下拉槽路面高差3.51m。
施工区域内有φ1200mm、φ300mm 及φ500mm 自来水管、φ300mm 及φ400mm 燃气管、10KV 及110KV 电力线、各类综合通信线等。
管线保护方案应根据既有管线的种类、管径、材质、与结构/开挖面的位置关系及需要悬吊的距离等综合考虑。
对于φ1000mm 以上的干线自来水管、雨水管,及与主体结构位置冲突的管线,从安全方面考虑应考虑临时迁改,不应悬吊保护;对于φ1000mm 以下的支自来水管、雨水管、燃气管及电力管等,可根据现场实际条件,在确保安全的前提下,进行悬吊保护。
悬吊保护应根据不同的管线、管径、材质、与结构/开挖面的位置关系及需要悬吊的距离,总体上分为:
(1) 对于悬吊距离超过30m,悬吊对象为柔性结构的,如电力线、综通线等,可采用钢丝绳悬吊的方式。
(2) 对于对于悬吊距离小于30m,悬吊对象为刚性结构的,如自来水管、燃气管等,可采用工字钢及贝雷梁悬吊的方式。
(1) 工字钢及贝雷梁悬吊受力分析
对于工字钢及贝雷梁悬吊的方式,可将受力体系简化为受均布荷载或集中荷载的简支梁体系,管线重量按最不利荷载考虑,工字钢及贝雷梁受力分析可采用容许应力法。
即分别计算受力工况下的最大弯矩、最大剪力及最大变形,并与悬吊材料的容许值进行对比,若计算值小于容许值,则悬吊结构为安全的。
对于受均布荷载的简支梁计算公式为:
式中:q为悬吊材料所受被悬吊物的均匀载荷;l为悬吊体系跨径;E为悬吊材料的弹性模量;I为惯性矩。
(2) 钢丝绳悬吊受力分析
钢丝绳悬吊一般采用钢丝绳进行受力悬吊,钢丝绳两端锚在塔柱或基础上。此类悬吊方法适用于悬吊跨度大,被悬吊物具有一定柔性的结构,如电力线等。
此受力体系可简体化悬索受力体系进行计算,先计算通过路径及经验垂跨比计算垂度f,再计算钢丝绳所受水平拉力及对两侧塔柱及基础的竖向压力,进而计算出钢丝绳所受最大张力,并检验钢丝绳的强度与应力,求出安全系数,判断悬吊方案是否可行。
对于简单受力的受力体系,可直接通过公式计算。对于复杂受力状态下的最大弯矩M、最大剪力Q及最大变形f可采用启明星软件或Midas Civil 进行计算。
对于启明星软件,通过“结构计算”中的“连续梁计算”功能,输入悬吊材料的弹性模量E、惯性矩I支点位置及受力等,即可快速计算出受力工况下的最大弯矩M、最大剪力Q及最大变形f,并生成相应的弯矩图、剪力图及变形图等。
图1 结构、荷载简图
也可以采用Midas Civil 等有限元软件进行建模,直接选择软件内的材料库进行设计,无须输入材料的特性值,通过查看内力图及位移图等,获得计算结果。
最后,根据计算结果对比结构或材料的容许值,得出结论,以上述贝雷梁计算为例,根据启明星计算结果:
根据以上结论,可知符合要求。最后根据实际情况对基础等进行检算。确保悬吊方案的整体可行性。
管线悬吊保护一定要通过调取档案馆管线图、权属单位交底、开挖探沟等方式确定管线的实际位置及埋深、材质及管线的外观质量等,再制定相应的悬吊保护方案。悬吊保护方案应报相应的权属单位确认,建立工作联系。
悬吊保护支点设置应根据现场土质确定,一般不小于2m,确保安全。同时支点的设置(特殊是中间支点) 应充分考虑主体结构的位置,便于开挖时机械作业及主体结构施工。
检算时为确保安全,管线荷载值及安全系统应取偏保守值。
管线现场悬吊时对于刚性管线,应特别注意原管道接缝处连接,采用柔性吊带与悬吊系统连接。对于电力线等,应做好绝缘处理。
现场管线悬吊系统的连接应牢靠,经检查与预压后方可用于正式悬吊管线。
悬吊范围2m 内的土方应使用小型机械配合人工进行开挖,禁止采用机械直接开挖。吊装作业时应安排专人负责管线悬吊系统,防止吊物碰撞管线悬吊系统。
管线悬吊保护安装完成后,应在其支点(包括支点附近边坡)、1/4 跨及跨中设置监测点并定期进行监测,确保其稳定。
在都市路地下人行通道及K3+692.829 连廊施工过程中,按照上述原则对管线进行分类处理,对于10KV、110KV 电力线、部分燃气、自来水及综通管线进行了悬吊处理及保护施工,在确保安全的前提下,有效节约了管线迁改时间,保证了原定的工期目标。