深基坑内既有管线保护方案及施工技术探讨

彭 晨

（中铁第六勘察设计研究院集团有限公司，天津300308）

近年来我国城市道路下方大尺寸管线、综合管廊等建（构）筑物建设规模发展迅速，与此同时，地铁也在快速建设中。由于周边环境限制，地铁深基坑范围内很多大尺寸管线无法迁改，增加了工程风险，主要包括：

1）对电力管廊运营安全的影响，电力管廊处于运营期间，对结构变形、防火、裂缝、防冻等要求较高；

2）对基坑围护结构连续性影响，由于电力管廊尺寸较大，基坑一侧至少无法施工2～3根围护桩，基坑围护结构及止水帷幕无法闭合。

胡平[1]提出了综合管廊下穿电力方沟原位悬吊保护施工技术，用双拼H型钢纵梁+钢筋吊杆+双拼工字钢横梁组合悬吊方案；徐泽等[2]提出了深基坑下穿管涵悬吊保护结构，采用混凝土支撑+钢筋吊杆+双拼槽钢横梁组合悬吊方案；张文奇[3]提出了110 kV高压电缆管沟支托保护方案，采用混凝土支撑+型钢混凝土横梁支托保护，管沟下方基坑采用坑外注浆加固+坑内逆作工字钢喷射混凝土挡墙支护；龚念安[4]提出了城市地下管线处理方法及悬吊保护方案，对自重较大、刚性管线采用贝雷梁+螺杆托架悬吊保护体系；詹欣波[5]提出了大截面管廊横穿基坑原位悬吊保护技术，采用了贝雷梁+钢筋吊杆+双拼H型钢横梁悬吊方案；高杰[6]提出了大直径管线横穿地铁基坑支护措施，采用军用梁悬吊，下方基坑采用管线外侧局部双排桩加强+管线下方型钢网喷射混凝土+土钉支护；张海峰[7]提出了地铁车站主体结构顶部电力管廊悬吊保护施工技术，采用贝雷梁悬吊保护，管廊下方基坑采用局部双排桩+钢格栅喷射混凝土支护，钢格栅和两端围护桩采用植筋连接；黄国荣等[8]提出了结合电力管廊保护的地铁车站通道围护结构施工，采用混凝土悬吊梁+钢筋吊杆+工字钢横梁悬吊保护，管廊下方基坑采用人工挖孔桩+内支撑支护；韩建坤等[9]提出了低净空横穿双线并行不等深明挖基坑的地下高压电缆保护及基坑施工综合技术，采用上部横向型钢+对拉螺栓+下部横向型钢悬吊管线，管线下方基坑采用逆作工字钢喷射混凝土挡墙支护；张恒忠[10]提出了轨道交通基坑工程地下大直径管线的原位保护控制，采用4榀型钢纵梁+上下型钢横梁+钢丝绳悬吊。

乌鲁木齐地铁1号线南门站2号风亭明挖基坑上方35 kV电力管廊横穿基坑上方约24.7 m；因管廊已运营，无法迁改，需悬吊保护，管廊下方围护结构无法施工，导致基坑围护结构及止水帷幕不闭合，本文依托南门站2号风亭明挖基坑，探讨横穿基坑管廊悬吊保护及管廊下方基坑围护结构及止水帷幕处理方案。

1 工程概况

南门站2号风亭基坑长×宽×深约31.0 m×24.7 m×13.9 m，明挖法施工。围护结构采用桩+内支撑，主要为ϕ1.0 m@1.3 m钻孔桩，桩间设ϕ0.8 m@1.3 m旋喷桩止水，桩顶设1.0 m×0.8 m冠梁；内支撑为3道ϕ609 mm，t=16 mm钢管支撑。

基坑上方为35 kV电力管廊，覆土厚度约1.7 m，外包尺寸（宽×高）为3.6 m×2.5 m，基坑东侧紧贴管廊竖井二衬，竖井深约10.6 m，位于基坑底上方。见图1。

图1 基坑与管廊位置关系

基坑深约13.9 m，地层自上而下分别为杂填土、角砾、强风化泥岩。杂填土层厚约4.9 m，角砾层厚约8.6 m，强风化泥岩层厚约0.4 m。基坑内地下水为潜水，深约9.1 m，变化幅度约1～2 m/a，主要接受大气降水、侧向径流、管沟渗漏、绿化灌溉补给，以蒸发、侧向径流、向下越流等方式排泄。地下水主要分布在角砾层中，角砾层渗透系数约20 m/d，基坑内含水角砾层厚约4.4 m。

2 管廊保护

2.1 保护方案比选

管廊原位悬吊保护系统由管廊外侧纵梁+纵梁下方临时立柱+管廊底部型钢横梁组成。结合已施工经验，纵梁结构常见纵梁有贝雷梁、钢筋混凝土纵梁。见表1。

表1 纵梁方案对比

考虑地区情况，贝雷梁需从外地租赁运输，综合成本较高，选择钢筋混凝土纵梁方案。

2.2 方案验算

管廊外侧纵梁下方设2对临时立柱，共3跨，总长23.0 m，截面尺寸0.8 m（宽）×1.2 m（高），采用ϕ600 mm，t=16 mm钢管柱；型钢横梁为H型钢350 mm×350 mm、间距0.5 m布置。

采用Midas Gts Nx软件进行分析计算，荷载主要为管廊自重、内部支架及线缆自重、管廊外侧方木自重等，其中模型自重（纵梁、临时立柱、型钢横梁等）由软件自动计算。

2.3 验算结果分析

管廊下方型钢横梁最大竖向位移约1.5 mm，当型钢横梁规格及间距、纵梁跨度调整时，型钢横梁竖向变形对应调整，在满足控制保护标准前提下，可优化相关参数，从而提高方案经济性及便利性。见图2。

图2 悬吊体系计算结果

2.4 管廊保护施工

放坡开挖至管廊底—施工临时立柱—施工钢筋混凝土纵梁—施工型钢横梁—基坑开挖，施工管廊下方逆作挡墙。

临时立柱施工完成后，根据地层条件隔2施1掏槽开挖管廊下方土体，施工型钢横梁并与管廊底部密贴，根据监测情况通过千斤顶等控制管廊沉降，将型钢插入钢筋混凝土纵梁钢筋笼内，最后浇筑钢筋混凝土纵梁，管廊外侧和纵梁之间用方木填实。施工前应核对管廊实际标高及坡度。

3 管廊下方基坑支护

3.1 支护方案比选

管线下方深基坑支护方案常见的有锚拉式、支撑式等。锚拉式是逐层逆作施工钢格栅+锚管/杆；支撑式是在管廊下方低净空条件下成桩。见表2。

表2 支护方案对比

考虑到地区机械施工水平及地下水情况，选择锚拉式（逆作挡墙）作为管廊下方基坑支护方式，逆作挡墙采用钢格栅+侧向注浆管，钢格栅钢筋植入围护桩内。

根据基坑深度，逆作挡墙上方采用0.3 m厚喷射混凝土，钢架间距0.75 m，主筋直径25 mm；逆作挡墙下方采用0.4 m厚喷射混凝土，钢架间距0.5 m，主筋直径32 mm。

3.2 验算结果分析

当基坑深度超过17.0 m或逆作挡墙净跨＞4.4 m时，逆作挡墙受力较大，该支护方案较难实施。基坑深度和逆作挡墙跨度关系

式中：M为弯矩设计值，kN·m；γ0为结构重要性系数；γG为永久荷载作用分项系数；ρ为基坑外侧土体密度，取103kg/m3；g为重力加速度，m/s2；λ为基坑外侧土体侧压力系数；H为基坑深度，m；L为逆作挡墙跨度，m；b为单位计算深度，取1 m。

根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》正截面承载力极限状态计算（支座处按简支考虑，截面不存在受压钢筋）

式中：fy为钢筋抗拉强度设计值；As为受拉区钢筋的截面面积；h0为截面有效高度；α1为系数；fc为混凝土轴心抗压强度设计值。

当参数变化时，令

则HL2=NK

不同厚度喷射混凝土和钢筋主筋近似关系见表3。

表3N取值

本工程HL2≤277.37，N=1 961.03，K=0.141 44；其中，H和L建议结合当地经验考虑，简化后的公式可极大提高方案研究效率，便于及时发现方案中存在的问题。

3.3 基坑支护施工

管廊悬吊保护—基坑外注浆止水—施工水位观测井及应急降水井—基坑逐层开挖并逐层施工逆作挡墙—结构施工、土方回填及临时设施拆除。

管廊悬吊体系及地下水处理体系施工完成后，结合基坑开挖、地下水及支护情况，根据进尺逐层开挖土体，将钢筋植入围护桩并与钢架连接，然后施工侧向注浆管，注浆参数应根据当地经验确定，然后重复上述循环至基坑底部。

4 结论与建议

大尺寸管线横穿基坑上方原位悬吊保护采用钢筋混凝土纵梁较贝雷梁而言，具有便于取材、保护效果较理想、适用性强等优点，但仍存在工期偏长、工序复杂等缺点。

针对大尺寸管线下方基坑支护采用逆作挡墙提出以下建议：

1）充分利用机械成桩优势，尽可能靠近管廊外侧施工钻孔桩并在管廊外侧采用钢护筒或挖孔桩护壁，降低钻孔桩施工期间对管廊的影响；

2）减小管廊下方型钢横梁、逆作挡墙跨度可以优化受力、节约造价；

3）管廊下方基坑施工主要风险在于地下水的影响，施工前应探明地下水情况及止水帷幕施作效果，当止水帷幕效果不理想时，应及时启用应急降水井。