深基坑中电力管沟原位保护技术

李雪洋

（1.中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600；2.苏州众通规划设计有限公司，江苏 苏州 215000）

1 引言

随着城市化进程的加快，城市拥堵问题越来越严重，越来越多的城市开始建设地铁。在地铁建设过程中，基坑敞口式开挖不可避免地会遇到地下管线。一般情况下将管线临时迁改，等待地铁结构建设完成后，再将管线恢复原状。若在重要管线不允许永久迁改或临时迁改工期太长、成本过高、不具备施工条件的情况下，只能采取管线原位保护的方法。由于管线种类、材质、埋深、尺寸均不相同，原位保护方案的选择因管线而异。

本文结合苏州市轨道交通S1 线花桥停车场出入场线明挖基坑与110 kV 高压管沟，研究深基坑中电力管沟原位保护技术。

2 工程概况

花桥停车场出入场线区间位于苏州市昆山市花桥镇，其中位于沿沪大道的地下结构采用明挖法施工。基坑A 开挖深度12.0～16.8 m，开挖宽度11.4～14.6 m。除工作井外，基坑围护结构采用φ850 mm@600 mmSMW 工法桩。横跨基坑有一条110 kV 高压管沟，埋置深度约1.5 m，走向与基坑垂直。

其中，电力检修井为单层混凝土框架结构，壁厚0.25 m，电力井外部尺寸为：长9.5 m×宽2.7 m×高2.05 m。电力井处基坑宽度为13.0 m，电力井位于基坑内。电力检修井以外高压线采用4 排×6 孔拖拉排管地下埋设。电力检修井横断面如图1所示。

图1 电力检修井横断面图（单位：mm）

原设计方案为：基坑A 施工期间，将110 kV 高压线临时迁改至基坑外侧绕行→施工基坑A 围护结构、开挖土方、主体结构、覆土回填→高压线恢复至现状（基坑A 结构顶部）→施工B 基坑。但在实际迁改过程中，高压线迁改周期过长制约项目建设总工期，且迁改费用巨大。经研究决定采用原位保护方案。

3 原位保护方案

保护方案包括：电力检修井保护、基坑安全保护。

基坑安全又分为：基坑支护结构安全、基坑竖向开挖面安全。

3.1 电力检修井保护

电力井保护方案的选择主要依据电力井结构与基坑支护结构的相对标高，分为悬吊保护方案和托底保护方案。

由于本项目电力井埋深较浅，通过下压基坑支护结构冠梁标高可使电力井底部位于冠梁顶标高以上，故采用托底保护方案。

3.1.1 托底保护方案概述

整个托底保护体系由钻孔灌注桩、混凝土支撑、I25a 工字钢托底梁组成。电力检修井坐落于I25a 工字钢托底梁上，工字钢间距0.8 m，两端与混凝土支撑钢筋焊接牢固。电力井混凝土结构自重通过工字钢托底梁传递至混凝土支撑，混凝土支撑将荷载传递至冠梁、钻孔灌注桩，再由钻孔灌注桩将荷载传递至地基。

3.1.2 电力井变形控制指标

根据电力管线产权单位要求，电力井竖向沉降变形控制值≤10 mm。

3.2 基坑安全方案

3.2.1 基坑围护方案概述

电力井范围内基坑支护结构采用直径1.2 m 的钻孔灌注桩，根据配筋不同共分A、B 两种不同类型[1]。A/B 钻孔桩间距为1.4 m，A/A 钻孔桩间距为3.428 m/3.007 m。桩顶冠梁、混凝土支撑均采取加强设计。

3.2.2 基坑围护结构验算

采用FRWS9.0 软件对基坑开挖、回筑阶段进行模拟，分别计算A/A、A/B 围护结构情况下，基坑变形、围护结构内力，计算结果见表1。

表1 不同间距钻孔桩基坑变形及内力

经计算，钻孔桩配筋、基坑整体稳定性、坑底隆起稳定性、地表沉降均满足JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》的要求。

3.3 基坑竖向开挖面安全

3.3.1 基坑竖向开挖面方案概述

混凝土钻孔桩范围内基坑外侧采用直径3.0 m/2.4 m MJS桩封闭基坑外侧地下水。A/A 钻孔桩最大间距为3.428 m，此范围内受电力排线制约，地面无法施作基坑围护结构，仅做MJS 桩止水。需对竖向开挖面内做加强设计。钻孔桩及MJS桩平面示意图如图2 所示。

图2 钻孔桩及MJS 桩平面示意图

A 型钻孔桩在基坑竖向深度范围内采用钢护筒施工：（1）钻孔桩成孔时确保电力线安全；（2）开挖面内型钢钢架与钢护筒焊接，方便施工。基坑竖向开挖面内：随基坑开挖，临基坑一侧竖向每0.5 m 设一道I28a 型钢钢架，水平钢架与钢护筒焊接牢固。钢架内侧设φ14 mm 间距200 mm 钢筋做加强网面，并喷射早强混凝土。

3.3.2 基坑竖向开挖面验算

基坑竖向开挖面验算分为水平作用面正应力验算、竖向作用面墙体应力验算、MJS 桩边坡稳定性验算、工字钢钢架强度验算4 个部分。

MJS 桩为旋喷桩的一种类型，与搅拌桩同属于土体改良工艺。本工程中MJS 桩强度验算主要步骤为：

1）水平作用面正应力验算：

首先，进行MJS 水泥土抗剪强度验算：式中，τ1为作用于钻孔桩与水泥土之间的错动剪应力设计值，N/mm2；γ0为支护结构重要性系数，此处取1.0；V1k为作用于钻孔桩与水泥土之间单位深度范围内的错动剪力标准值，N/mm；del为MJS 桩体的有效厚度，此处取1 200 mm；qk为作用于MJS 桩计算截面处的侧压力强度标准值，N/mm2，此处取侧土压力138 kN/m2、超载侧向压力11.2 kN/m2之和；L1为相邻钻孔桩翼缘之间的净距，mm，此处取3 428 mm；τ 为水泥土抗剪强度设计值，N/mm2；τck为水泥土抗剪强度标准值，N/mm2，可取MJS 桩28 d 龄期无侧限抗压强度的1/3。MJS 桩28 d 龄期无侧限抗压强度根据设计要求，取值1 500 kPa。

经计算，MJS 水泥土抗剪强度设计值τ1=266.3 kPa ≤τ=312.5 kPa，MJS 水泥土抗剪强度满足要求。

2）MJS 桩水泥土抗拉强度验算：

式中，σ1为MJS 桩水泥土抗拉强度标准值，kPa；Mi为MJS 桩水泥土验算结垢面的弯矩设计值，根据FRWS9.0 软件计算结果，取值724 kN·m/m；B为验算截面处MJS 桩水泥土的宽度，取3.0 m；γcs为水泥土墙的重度，取22 kN/m2；Z为验算截面至水泥土墙顶的垂直距离，取14.2 m；σ 为MJS 桩水泥土抗拉强度设计值，kPa；fcs为水泥土开挖龄期时的轴心抗压强度设计值，取1 500 kPa。

经计算，MJS 桩水泥土最大拉应力333 kPa＞225 kPa（拉应力超限），不满足要求。

3）MJS 桩边坡稳定性验算

按岩土边坡模型考虑的边坡稳定性验算最不利滑动面位置，滑动安全系数=1.161＞1.0，边坡稳定性满足要求。

4）I28a 工字钢钢架强度验算

正常状况下，钢架仅承受桩间未加固土体侧土压力；

经计算，I28a 工字钢正应力σ1=12 MPa＜f=215 MPa（f为工字钢容许弯曲应力），剪应力τ1=7.5 MPa≤fv=125 MPa（fv为工字钢容许剪应力）；

在极限状态下，正应力σ2=192.9 MPa＜f=215 MPa，剪应力τ2=87 MPa≤fv=125 MPa。工字钢强度均满足要求。

结论：MJS 桩除拉应力外，其余指标均满足规范要求。正应力（拉应力）计算时弯矩设计值考虑了1.25 安全系数。水泥土抗拉强度根据实验数据一般为0.1～0.25 倍的无侧限抗压强度，规范取较保守的系数0.15。故计算结果不满足要求。水泥土抗拉强度与无侧限抗压强度成正比，系数受土层性能及现场施工质量影响，不易确定。

3.4 现场施工

3.4.1 MJS 桩、钻孔桩施工

电力管沟保护共施工8 根直径1.2 m 的钻孔灌注桩。其中，临近电力线4 根钻孔桩为A 型桩，采用局部钢套筒护壁，其余4 根为B 型桩采用回旋钻机施工。钻孔桩外侧紧贴电力排管采用钻机预成孔，施工MJS 桩，桩径2.4 m/3.0 m。

3.4.2 电力井托底梁施工

基坑钻孔桩、MJS 桩施工完成，强度达到设计要求经检测合格后→绑扎桩顶冠梁钢筋→平整基坑内部土方至电力井底部标高→电力井底部人工掏槽→插入电力井底部I25a 工字钢→绑扎两侧混凝土支撑钢筋→浇筑支撑、冠梁混凝土。

3.4.3 竖向开挖面支护施工

随基坑开挖，A/A 桩间竖向开挖面施作工字钢钢架、加强钢筋网片、喷射早强混凝土。基坑开挖至坑底时，基坑出现少量渗漏水。经分析，可能的原因如下：

1）基坑最深处侧土压力最大，MJS 桩承受最大侧土压力的情况下，抗拉强度不足导致竖向MJS 桩断裂，基坑外侧地下水从裂缝流入基坑内。

2）MJS 桩在坑底粉砂地层中成桩效果差，直径小于设计值，导致不能咬合止水。止水后，内部结构浇筑完成，直至覆土回填，基坑变形指标正常。

4 结语

1）方案设计前应详尽搜集现场管线资料，必要时进行实地探挖重新测量，确保资料准确。电力管沟因埋深、尺寸、材质等不同，保护方案不能一概而论。应结合工期、造价、施工便利性、对周边环境的影响等方面综合比选方案，确定最优方案。

2）本方案采用钢套筒钻孔桩+型钢托底梁+竖向开挖面型钢加强支护的方案。电力井沉降效果符合产权单位要求。基坑变形控制符合设计要求，施工便利、可操作性行强，方案整体可行。