城市地下综合管廊深基坑开挖支护方案优化研究

卫滨洲

中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司 湖北武汉 430071

1 城市地下综合管廊概述

地下综合管廊结构：已管廊本体。城市地下综合管廊本质上就是一个地下的钢筋混凝土构筑物，采用现场浇筑或者预制施工两种方式建设而成，其主要作用是承载城市发展和居民日常所需的各种管线。而管线。城市地下综合管廊当中不仅包括城市居民日常所需的电力、燃气、给排水等综合管道，而且还包括了通信、网络等城市未来发展过程中可能所需的各种管线。③监控系统。监控系统主要是对地下综合管廊中的环境进行监控，采集地下综合管廊的温度、湿度、煤气浓度等环境参数信息，反馈给相关管理人员，为判断管廊是否存在安全隐患提供依据。④通风系统。在进行城市地下综合管廊管道铺设时，为了确保相关施工人员的生命安全，提高管道的使用寿命，大多采用机械通风措施来确保管廊内的空气流动。⑤排水系统。城市地下综合管廊位于城市的地下，环境相对复杂，可能会受到雨水、地下水等影响，出现渗水问题，为了避免地下综合管廊内产生积水，导致各类管线出现故障，应建立完善的排水系统。

2 工程概况

某城市地下综合管廊采用明挖的方法组织施工，管廊底部标高为-18m。设计采用Ø100cm 钻孔灌注桩施作基坑的维护结构，钻孔灌注桩的桩长为26．7m，桩间距离120cm，桩身设计为C30钢筋混凝土。桩间采用钢支撑作为横撑，钢支撑为壁厚16mm、直径609mm 的钢管。基坑的开挖自上而下共分为5 道工序，待钻孔灌注桩施工完成后再进行基坑开挖，每次开挖至设计高程后即布设横支撑，待横撑布设完毕后再开挖下一层。基坑总共布设5 道横支撑，上面三道横撑采用单根钢管；下面两道横撑设置并排两根钢管。带基坑开挖至坑底标高后，再施作厚度50cm 的钢筋混凝土地板作为底部横撑，然后自下往上施工管廊，待管廊结构混凝土达到设计强度后再沿基坑纵向逐层拆除钢支撑，并在管廊两侧回填砂性土，直至地表。待横撑安装完成后，采用液压千斤顶对横撑施加预轴力，预轴力在钢支撑的两侧同步对称施加。

3 基坑支护方案的有限元分析

本项目的基坑开挖宽度为12m，开挖深度18．5m，支护桩桩长26．9m；研究采用有限元软件构建基坑支护模型，为减少边界效应，模型长度和深度分别取开挖宽度、桩长的5 倍。岩土体的本构模型采用摩尔库仑模型；钻孔灌注桩采用实体单元，钢支撑则采用梁单元。模型左右两侧在水平方向进行位移约束，在底面的水平和竖向均约束其位移。

3.1 原施工方案分析

原方案从上到下设计了5 道横向钢支撑，钢支撑在打设时均预先施加了轴力。数值分析的结果表明钢支撑的最大轴力出现在开挖4、钢支撑3 上，最大轴力值153．06kN，而支护桩桩身的最大侧向变形为1．398cm，出现第一层开挖时，不同工序时的轴力和位移均满足规范的要求。第一道钢支撑仅在工序开挖2 时出现短暂受压，在其余工序中均处于受拉状态[1]，见表1。

3.2 优化方案分析

由于第五道支撑受力的时间很短，承受的横向压力不大，且占据管廊施工空间对管廊施工造成较大影响，因此在优化方案中考虑取消第五道横支撑，其他支撑均保持不变，在拆除工序中将第3、4 两道横支撑同时拆除，一次整体浇注完管廊的主体结构。

3.3 数值结果分析

两个施工方案的横支撑最大轴力均出现在第3 道横撑，原方案最大轴力为153．06kN，优化方案的最大轴力为151．33kN，均小于设计值的要求。在两个方案中，第一道钢支撑均只在第一步开挖后受压，之后均承受拉力。而优化方案减少了第五道横撑，因此导致第四道横撑承受的压力显著增大，由83．32kN 增大为117．43kN，受力增大32．41%；而第二道横撑在拆除过程中承受的压力则显著降低，由原方案的85．97kN 减少为24．09kN。支护桩桩身的最大位移均产生在开挖步骤1 中，分别为1．398cm 和1．383cm，均满足规范要求[2-3]。

4 结语

表1 原施工方案计算结果

总之，大部分城市地下综合管廊的埋深较浅，因此常采用明挖施工。在基坑开挖支护过程中，如何合理选择支护措施、确定施工工序、确保土体变形可控以及支护结构的安全，对于管廊的施工质量和安全均具有十分重要的影响。