大型给排水管道悬吊保护施工及变形监测技术

孔军豪 中铁七局集团有限公司

在城市地下工程明挖施工中，常见管道悬吊保护，对横穿基坑的小直径管道悬吊保护施工技术的运用比较广泛和成熟，但大型管道的悬吊保护相对较少，其主要原因是大型给排水管道悬吊保护的相对变形难以控制，且管道沉降要求比较严格。

本文结合大量监测数据，系统分析大型给排水管道悬吊保护设计施工的合理性，总结基坑开挖过程中周围土体、围护结构的变化规律对给排水管道的影响并试图分析原因，对类似工程的设计和施工具有重要意义。

1.工程概况

武汉市江南中心绿道武九线综合管廊C段（铁机路-园林路），主要结合武九铁路搬迁、高压入地改造和综合绿道建设干线综合管廊，总长约2080m；该段全部为明挖施工，明挖基坑与余家头水厂给排水管道相交，在CK0+855～CK0+886段余家头水厂三根管道横穿综合管廊，埋深2.6～3.7m，三根砼套管直径分别为：1450mm（电力管道）、2440mm（压力输水管）、2440mm（压力输水管），三根砼套管均为2.5m每节承插式顶管。在CK0+975处余家头水厂直径1000mm的排水管道（铸铁材质）相交，埋深3m。

基坑开挖和管廊施工必须对余家头水厂管道进行保护，保证水厂管道不产生过大沉降而引起管道破裂，需对余家头水厂管道进行悬吊保护。

2.管道悬吊保护施工技术

2.1 管道悬吊保护方案

CK0+855～CK0+886段大型给排水管道采用贝雷梁桁架作为主梁和工字钢上横梁、吊杆、钢丝绳等组合形式对余家头水厂管道进行悬吊保护：（1）贝雷梁桁架采用（2排+4排+7排+3排）×每排5片加强型贝雷梁，共计80片贝雷梁，单片截面尺寸为3.0m×1.7m；（2）贝雷梁桁架上部采用双拼32a工字钢作为上横梁；（3）1#、2#、3#管道悬吊采用直径28mm钢丝绳、双拼12#槽钢和M36吊杆组合悬吊、双拼12#槽钢和M20吊杆组合悬吊。

CK0+975段大型给排水管道采用贝雷梁桁架作为主梁和工字钢上横梁、吊杆、钢丝绳等组合形式对余家头水厂管道进行悬吊保护：（1）贝雷梁桁架采用（2排+2排）×每排5片加强型贝雷梁，共计20片贝雷梁，单片截面尺寸为3.0m×1.7m；（2）贝雷梁桁架上部采用双拼18b槽钢作为上横梁，管道悬吊部分材料采用双拼12#槽钢作为次梁；（3）管道悬吊连系结构采用M20吊杆。

2.2 管道悬吊保护施工工艺流程

基坑外侧土体加固（MJS桩基加固）→冠梁砼支撑施工→第一层土方开挖至管道中部→贝雷梁安装→连系贝雷梁的支撑架安装→工字钢上横梁安装→管底掏土下穿吊带、安装槽钢次梁及吊杆→拧紧吊杆→布置监测点→第二层土方开挖→监测沉降（符合要求即开始下道工序，否则启动应急措施）。

2.3 施工控制要点

（1）管道悬吊保护结构设计及计算过程中应考虑管道达到最大排水量作为结构设计的最不利工况下（最大荷载）。（2）基坑外侧（管道下方）土体采用大直径的MJS桩基进行加固时，应控制好加固范围、喷浆压力，保证成桩质量的同时避免喷浆压力过大对既有管道造成影响。（3）土体开挖前应根据监测方案做好监测点的预埋级按照，并及时测量各监测点的原始数据；施工过程中按照监测频率的要求进行监测点坐标及标高数据的采集和分析，及时指导施工及预警。（4）土体开挖至管道底部以上50cm后停止开挖，采用人工掏槽的方法，开挖出吊带位置，并及时穿好吊带并进行悬挂。（5）管道悬吊保护阶段，下穿钢丝绳等构件时，应保证先中部，后两侧的施工顺序，并且跳隔下穿，以减小对管道土体大面积扰动，导致管道沉降超限，管道下部土体开挖前，可对悬吊结构预先收紧甚至管道反拱，以减小基坑开挖后管道沉降，保证管道安全可控。（6）管道悬吊采用的应选用伸长率小、承载力满足要求的吊带，并通过拉伸试验确定管道的伸长率，根据需要设置预抬量来保证管道标高。（7）施工过程中通过不断调节吊带顶部高度，确保管道的变形在允许范围之内。（8）加强对基坑周边、管道及基坑支护结构的巡视巡查，并对监测点位进行保护。

3.管道变形监测

在地下管廊施工期间，结合余家头水厂给排水管道的现场安全巡查结果进行综合分析，判定余家头水厂给排水管道结构状态及对使用的安全影响，对变形过大和紧急情况及时预警。实施科学动态监测，掌握给排水管道动态变化，保证余家头水厂给排水管道安全稳定。

（1）监测项目：①管道竖向沉降位移（变形）；②基坑冠梁竖向沉降；③影响区域内地面、道路沉降值监测。

（2）监测点布设：监测点位布置的范围为影响范围内建（构）筑物上布置测点，余家头给排水管道每根管道上布置5个沉降监测点，共计布置20个；另外基坑及周边建构物进行布置相应点位。

（3）监测频率：基坑变形观测应从基坑围护结构施工开始，基坑开挖期间宜根据基坑开挖深度每天观测1次，位移速率或位移量大时应每天2～3次。基坑开挖间隙或开挖结束后，且变形趋于稳定时，可7d观测1次。具体如表1所示。

施工过程中全程对管道变形进行监测，并将监测数据与变形的允许值进行比较，来指导施工、确保管道安全。

表1 变形监测及预警值表

余家头给排水管道的监测结果表明：在第一阶段时（管道顶部土方开始至管道中部过程中），管道趋于稳定状态，由于扰动略微沉降；在第二阶段（管道悬吊保护阶段），由于悬吊保护需要下穿钢丝绳等进行悬吊保护，对管道下部土体扰动较大，之后由于悬吊保护结构收紧钢丝绳等技术措施，所以在该阶段管道有明显上下浮动，但该阶段管道位移均在安全可控范围内；在第三阶段（管道中部土方开挖至基坑底），管道中部土体开挖至管道底部过程管道沉降速率较大，管道下部土体开挖至基坑底过程管道沉降逐渐变缓慢。

各监测点的基坑周围路面沉降、管道沉降、支护结构顶部竖向位移和水平位移、地下水位变化量及变化速率均在控制值之内，均处于安全可控状态。对结果数据分析对比得出：①CK0+855～886段和CK0+975附近冠梁最大沉降为-5.98mm＜控制值20mm；②水平位移最大值为10.95mm＜控制值30mm；③周围地面最大沉降为-5.556mm＜控制值20mm。

4.结束语

地下管线采用原位悬吊保护，能有效的减少工程项目迁改工作量，降低因管线迁改对施工工期造成影响。在武汉市江南中心绿道武九线综合管廊施工过程中采用悬吊法对既有的4条大直径管道进行保护，通过对悬吊结构的合理设计，有效的保证了管道变形在允许值之内；通过监测数据的整理分析和管道动态变化趋势预判，极大程度地保障了余家头水厂管道原位保护的安全和深基坑支护的安全，保证了武汉市青山区、武昌区和洪山区供水不受影响，可为今后类似工程提供了良好的借鉴经验。