横跨深大基坑的大直径雨水管线悬吊保护设计

蔡东明 陈 兵

(北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京 100082)

随着城市的快速发展，在城市中心修建地下道路不可避免地与复杂的地下市政管线交叉甚至冲突。采用明挖法修建的地下道路，在基坑开挖前有条件迁改的已经完成迁改，但有些管线由于条件限制不能按时迁改，同时还必须保证正常使用。在基坑施工过程中如何做好过街管线的保护是此类工程面临的共同问题。横跨基坑的市政管线主要有电信、电力、燃气、上水、中水、雨水、热力七大类。当管线管径较小、重量较轻、管材延展性较好、基坑宽度较小时，管线的保护相对容易；但当管线管径及重量大、对变形要求严格、基坑宽度较大时，管线保护相对难度较大，需要经过专门设计来保证施工过程中管线的安全及其正常使用。

1 工程概况

广渠路东延(怡乐西路—东六环路)道路工程，线位起于怡乐西路，沿现况通朝大街、运河西大街、运河东大街方向向东与东六环路相交，处于城市副中心中部。道路规划为城市主干路按地面、地下两套系统设置。地面道路为景观大道，地下道路全线下穿，长约6.57km，设计行车速度为80km/h，为双向六条车道，外侧车道为大容量公交专用道。工程平面位置见图1。

Z1K17+690.2～ Z1K17+736.6段围护结构采用地下连续墙+内支撑型式。基坑宽30.3m，深18.4m，地下连续墙嵌固深度17.6m，墙厚0.8m。在Z1K17+717.62处，存在1根φ1600(t=16mm)的雨水管线，管道为钢管，南北向布置，与基坑轴线正交，管底高程15.516～15.540m，埋深3.84m。雨水管线横跨基坑平面见图2，雨水管线横跨基坑横断面见图3。

图1 工程位置示意图

图2 管线横跨基坑平面布置

2 悬吊保护方案

工程采用明挖法施工，基坑跨度大，管线与基坑正交，管径较大且在基坑施工期间需正常使用。雨水管较重，需要采取悬吊保护措施以保证雨水管结构安全和正常使用。工程上对此类管径较大的雨水管线的保护方法通常采用贝雷梁悬吊方式进行保护。

设计雨水管线采用321型三排单层加强型贝雷梁进行悬吊保护，贝雷梁固定在基坑两侧冠梁上，冠梁施工时预留预埋钢板。贝雷梁底部设置双拼I25工字钢横担，间距1.5m，管线底部设置双拼I16工字钢横担，间距1.5m，上下侧横担通过φ25精轧螺纹钢进行连接，精轧螺纹钢上下两端均采用M25的高强螺栓进行固定。螺母可上下调整高度，以便对雨水管线悬吊保护时调整高度。雨水管跨基坑悬吊保护横断面见图4。

图4 雨水管跨基坑悬吊保护横断面 (尺寸单位：cm)

3 悬吊材料验算

跨基坑雨水管悬吊保护桁架，上部采用双拼I25工字钢间距1.5m布置，跨度为3m；下部采用双拼I16工字钢间距1.5m布置，跨度为2m。

3.1 雨水管自重

钢管线重：G1=1/4×3.14×(1.622-1.582)×1×7850=789(kg/m)

1/3满水线重：G2=1/3×1000×3.14×1.582=2613(kg/m)

过水管线总重：G=G1+G2=789+2613=3402(kg/m)

3.2 双拼I25工字钢挠度计算(@1.5m)

DN1600雨水管对工字钢集中荷载(考虑1.2的荷载系数)：

双拼I25工字钢受力简图见图5。

图5 I25工字钢受力简图

I25工字钢挠度验算简图见图6。

图6 I25工字钢挠度验算简图

容许挠度值：[y]=l/400=3m/400=7.5mm

最大挠度值：y=5ql4/(384EI)=0.8(mm)<[y]，满足要求。

3.3 双拼I16工字钢荷载计算(@1.5m)

DN1600雨水管对工字钢集中荷载(考虑1.2的荷载系数)：

I16工字钢受力简图见图7。

图7 I16工字钢受力简图

I16工字钢挠度验算简图见图8。

图8 I16工字钢挠度验算简图

容许挠度值：[y]=l/400=2m/400=5(mm)

最大挠度值：y=5ql4/(384EI)=1.1mm<[y]，满足要求。

3.4 贝雷梁挠度计算

贝雷梁挠度计算考虑两部分，一部分是贝雷梁自身重量造成的挠度，另一部分是雨水管重量造成的挠度，最终的挠度是两者之和。

弹性挠度计算：将雨水管的均布载荷加到贝雷梁上，即每根贝雷所受均布载荷为

q=贝雷重量×9.8+雨水管每延米重量/2×9.8

=90×2×9.8+3402/2×9.8=18.434(kN)

挠度计算公式为

式中q=18.434kN，EI=3.416×106kN/m2，则

非弹性挠度计算：由于贝雷梁采用销接，销与孔之间存在设计间隙，桁架受载后两者间的相对位移会引起结构的非弹性挠度，根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》，挠度计算公式为

f=0.05(n2-1)(cm)

式中n为拼接节数，本工程中n取11，则

f=0.05(n2-1)=0.05×(102-1)=4.95(cm)

通过计算可知，贝雷梁的挠度主要由本身的非弹性挠度构成，强度满足要求，施工中注意采取措施减少非弹性挠度。

4 地连墙穿孔处处理方法

跨基坑雨水管道两侧地连墙还未施工，为减少后期破拆地连墙难度及避免不规则破拆对地连墙造成损害，在地连墙施工时预埋钢套管，钢套管外径为1800mm，厚度为12mm，材质为Q235B。

钢筋笼加工时，在钢套管位置处，主筋需断开，断开主筋均向内90°弯折，并与钢套管焊接，焊接长度满足单面焊10d。钢筋笼两侧在钢套管处设井字加强筋，加强筋为φ25，双层布置，L=350cm，间距200mm；箍筋采用φ16，间距200mm。钢筋笼下放前钢套筒内部需采用50mm厚聚苯乙烯泡沫板填充密实，具体做法见图9、图10。

图9 地连墙钢套筒位置加筋(单位：cm)

图10 A-A剖面图及N2箍筋大样(单位：cm)

5 雨水管监测措施

a.监测项目：ⓐ雨水管沉降；ⓑ雨水管破损情况。

b.监测点的布置。在悬吊的雨水管承托工字钢中间位置设置一个沉降观测点，贴反光条。

c.监测频率。设置专职安全员，在悬吊结构施工时及土方回填前，进行巡视，巡视频率为2次/d；悬吊完成后，对雨水管沉降每天观测一次。

d.监测仪器。电子水准仪、钢尺、全站仪等，量测精度为±0.4mm。

e.沉降观测点控制标准。沉降速率不大于2mm/d。

f.施工期间加强对悬吊雨水管变形的监测工作，并将监测结果及时分析并汇报给相关负责人。一旦雨水管变形增大，应及时分析原因，采取有效措施进行处理。一般采用的方法为：ⓐ增加悬吊点的数量；ⓑ增加斜支撑。

6 结 语

雨水管线横跨基坑悬吊保护是采用明挖法修建地下道路时，基坑在施工过程中保证过街管线的安全与正常使用的主要措施。在实际工程中，必须制定具体、可行的悬吊保护方案，并且施工中要加强监测，以确保管线安全。