明挖电缆隧道钢板桩支护技术的工程应用

潘 磊 王 勇 郭 锐 谭文韬

（苏州电力设计研究院有限公司， 江苏 苏州 215011）

0 引言

电缆具有占用空间小、可靠性高、超高压及大容量等优点，目前已成我国主要的电力传输媒介，尤其是城市及新乡村，为满足精细化规划、美观化容貌及土地资源节约化需求，电缆传输已成为必然选择。传统的直埋、排管、沟道、电缆沟等敷设方式已不堪负荷，而可敷设大量电缆、实现超高压及大容量且维护简便的电缆隧道成为送电线路工程采用的重要形式[1-2]。

考虑到城市用地紧张、周边环境复杂，在适当支护条件下的明挖施工工艺由于工艺成熟、造价较低而得到普遍采用，其中，采用拉森钢板桩支护更成为主流[3-5]。本文结合具体工程，具体论述了钢板桩支护设计方案与施工要点，相关做法与经验可为同类型工程提供参考。

1 工程概况

本工程明挖隧道采用钢筋混凝土现浇结构，横断面为单仓矩形。2回220kV电缆隧道净尺寸为2.0m(宽)×2.2m(高)，壁厚300mm；4回220kV电缆隧道净尺寸为2.5m(宽)×2.2m(高)，壁厚300mm；4回220kV+6回110kV电缆隧道净尺寸为2.8m(宽)×2.9m(高)，壁厚300mm。隧道设计埋深范围跨越粉质黏土层与粉土层，下卧淤泥质粉质黏土层。

2 钢板桩支护设计方案

本工程基坑安全等级为二级，支护结构采用U型钢板桩（PU400×125×13）+钢支撑体系，桩长10m，采用静压打桩法。钢板桩围檩采用双拼HM400×300×10×16型钢，内撑采用D609×16钢管，间距6m，钢板桩及支撑结构采用Q235B钢材。

采用理正深基坑支护结构设计软件，对本工程钢板桩支护结构进行系列工况下的应力及稳定性验算。对于钢板桩截面强度，分析得最不利工况下的截面组合应力值为73.21MPa，小于钢板桩材料抗拉强度设计值215MPa；对于抗倾覆稳定性验算，采用围绕桩底转动模式的验算，最小抗倾覆安全系数为6.5，大于1.2，满足《建筑基坑支护技术规程》的要求；对于抗隆起稳定性验算，支护结构底部抗隆起稳定安全系数为2.7，大于1.6，满足《建筑基坑支护技术规程》的要求；对于突涌稳定性验算，突涌稳定安全系数计算值0.9，小于《建筑基坑支护技术规程》要求的1.1，因此，为保证基坑施工安全，减小下卧淤泥层的不利影响，基坑底部采用三重管高压旋喷桩D600@450加固，加固深度为坑底下3m，水泥土无侧限抗压强度不小于0.8MPa。加固区水泥掺量不小于30%，水灰比1.0，处理后渗透系数不大于1×10-7cm/s。

3 钢板桩支护施工要点

3.1 施工顺序

本工程施工顺序总体遵循从上至下的基本原则，其主要施工流程依此为：现场准备及场地平整→定位放线→定位桩施工→导向围檩安装→施打钢板桩→拆除导向围檩→围檩及支撑施工→土方开挖至坑底→旋喷桩坑底土加固施工→隧道主体结构施工→钢板桩拔除。

3.2 施工要点

3.2.1 钢板桩进场检验

钢板桩进场后应查验出厂合格证，对钢板桩进行外观检验，注意钢板桩是否有表观缺陷，如锈蚀、卷曲、割孔或断面缺损等，同时，应尺量钢板桩的长度、厚度、宽度等几何尺寸，另外，由于钢板桩相互之间主要太多通过锁扣连接，应重点检查锁扣的状态，应及时清除锁口内的填充杂物，保证钢板桩相互之间紧密连接，实现挡土、截水功能。

钢板桩施打及拔除过程中，锁扣部位的间隙较小，摩擦力较大，因此，为减锁扣内的摩擦力及防止锁扣变形、扭曲，可在锁扣内进行黄油涂抹处理。

3.2.2 钢板桩运输及存放

钢板桩运输应符合以下规定：（1）应按照沉桩顺序和施工现场的装运图进行钢板桩运输；（2）应根据运输工具、运输条件和运输距离，采取相应的系绑、加撑等固定措施；（3）使用拖车运输时，车身长度应满足钢板桩支撑点的间距要求，必要时应使用托架支撑。

钢板桩吊装应符合以下规定：（1）应使用钢板桩专用吊具，成捆起吊的钢板桩应采用钢索捆扎；（2）钢板桩水平吊运时，吊点应按照设计要求确定，设计无要求时，宜采用4点起吊；（3）吊装时，应注意保护锁口免受损伤，起吊焊接接长的钢板桩时应使翼缘朝上吊装；（4）在吊装过程中，人员不应停留在已吊起的钢板桩下方；（5）不应起吊连挂有其他物体的钢板桩；（6）吊升过程应平稳，应避免振动和摆动，钢板桩应加设溜绳；（7）因故停止作业时，应采取安全可靠的防护措施，保护钢板桩与吊车安全，严禁钢板桩长时间悬挂空中；(8)在露天作业时，遇有6级及以上大风、大雾、雨雪等不良天气，应停止作业。

钢板桩堆放应符合以下规定：（1）堆放场地应平整、坚实、排水通畅，便于吊装和运输；（2）堆放场地地基承载力应满足堆垛荷载要求，在岸坡顶部堆放时还应满足岸坡稳定性要求；（3）钢板桩堆放的顺序、位置和方向等应考虑后续施工作业要求，应按型号、规格、长度分区，并设置标示牌；（4）钢板桩应分层堆放，每层一般不超过5根，各层之间按3～4m左右间距设置垫木，上、下层垫木确保在同一垂直线上；（5）钢板桩堆垛总高度不宜超过2m，相邻钢板桩堆垛之间的净距宜大于300mm；（6）钢板桩的两侧应采用木塞卡实，保证端头不发生影响插打的变形，端面应有防止生锈的措施。

3.2.3 首根定位桩施工

钢板桩之间通过锁扣连接，后打的桩的位置及垂直度将直接由先打的桩决定，为保证钢板桩整体的位置及垂直度，需严格施工定位桩，工程中一般选择节点桩作为定位桩，施工时设置导架，在导架上焊接20mm钢板进行轴线方向限位。

3.2.4 钢板桩插打

钢板桩沉桩应架设导向架，并应符合下列规定：（1）导向架与钢板桩轴线平行设置，导桩和导梁可采用H型钢，应具有足够的强度和刚度，截面高度一般为250mm～350mm；（2）宜采用双侧式导向架；当土层松软、桩较短时，可采用单侧式导向架；（3）施工过程中随时关注并及时调整导桩、导梁的平面位置及垂直状态，采用经纬仪、水平仪等设备加强观测；（4）为方便插入钢板桩，导梁顶标高一般比钢板桩设计标高低，标高差值宜以300mm～500mm控制；（5）为便于钢板桩插入并实现顺利插打，导梁与钢板桩之间宜有一定宽度间隙，间隙宽度一般控制在10mm～30mm。

钢板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以便使打设后的板桩墙有足够的刚度和良好的防水作用，且板桩墙面平直，以满足基坑内主体结构施工的要求。宜沿板桩墙轴线方向对称向两侧推进施工，形成整体桩墙，然后在一侧连续沉桩；也可从板桩墙的一角开始，逐块打设，直到工程结束。

施工过程中保持钢板桩的垂直度是关键，因此，应设置专门的桩身垂直度观测装置，实现对桩身垂直度的实时观测与反馈，采样频率一般控制在钢板桩每入土1m测量一次，对于不同土质的土层频率可依据情况适当调整。当垂直度偏差较大（一般超过2%）时，应及时采取措施进行纠偏，切忌强行拉齐，建议将偏斜的钢板桩拔出、调正后重新插打。

由于土的固结效应，钢板桩插打时应尽量持续，不宜停顿。插打过程中发现打桩力提高、入土量陡增等异常情况时，应即刻停止打桩，并分析原因，采取必要的措施后，方可回复插打。

3.2.5 钢板桩合拢

钢板桩合拢质量决定了围堰结构的整体性与密闭性，直接影响结构安全与截水效果，因此，是钢板桩插打过程的关键收尾环节。而由于闭合桩插打时，其两侧锁扣均需与相接的钢板桩锁扣嵌套，其对位要求严格且阻力明显增大，从而直接增大了插打难度。

闭合桩宜选择相对容易沉桩的部位，一般设置在围堰短边，并距离角桩大约4～5个桩位。为实现顺利合拢，钢板桩施工图放样时应尽可能地精确计算出钢板的数量，施工时严格按图施工，以最终保证合拢时已施打的钢板桩之间的空隙正好是闭合桩的空间且两侧钢板桩的锁扣平行。由于现场环境复杂而无法完全控制导致两侧锁扣不平行，可采用倒链对拉或千斤顶顶压进行调整，也可采取异型钢板桩合拢的施工工艺。

3.2.6 倾斜桩处理

由于钢板桩无法严格平直打入，两侧锁扣部位的摩擦力也不尽相同，位置及垂直度的累积差异可能导致钢板桩向前倾斜。为尽量减小这一影响，可在施打钢板桩时提前向后倾斜，斜度控制在1%～5%，但这易导致钢板桩趴倒，建议采用手工葫芦向后拉紧钢板桩予以配合。一旦钢板桩向前倾斜，应制作上小下大的纠偏桩进行插打纠偏后方可正常后续施工。

3.2.7 扭转桩处理

扭转桩处理可采取以下措施：（1）沿打桩行进方向用卡板锁住板桩的前锁口；（2）当钢板桩墙产生扭转或蛇形弯曲时，应在钢板桩和导梁之间设置足够的卡板；（3）在钢板桩与围橡之间的两边空隙内，设滑轮支架，制止板桩下沉中的转动；（4）在两块板桩锁口连接的两侧，采用垫铁或木样塞实。

3.2.8 沉桩注意事项

应加强对沉桩施工现场的障碍物清理，若有需要应进一步加强探测，否则影响顺利打桩，严重地甚至导致沉桩失败。导桩、导架是沉桩的基础及前提，必须要有足够的强度和刚度，施工时必须确保质量。

沉桩时，在钢板桩入土的瞬间必须保证钢板桩垂直，如发现钢板桩发生较大的倾斜和扇形变形时应及时调整，否则沉下去后较难调直，只能拔出重打。

如发生沉桩困难，切忌继续强行沉桩，应停止沉桩并通过观察桩身位置、垂直度、锁扣状态等综合分析原因，并确定处理措施后方可继续沉桩。另外，沉桩过重锁扣相互摩擦生热，温度上升可能会破坏锁扣，尤其是沉桩困难时更甚，可在施工过程中注意锁扣部位温度变化，及时浇水降温。

钢板桩合拢时的闭合桩施工，必须尽量调整两侧钢板桩的垂直度，保证其在同一轴线上，它们之间的尺寸应尽量接近钢板桩的宽度，以利于闭合桩的沉桩。

钢板桩沉桩过程中，相邻沉好的钢板桩可能会发生溜桩，必须在相邻桩上焊接加长钢筋，以防溜桩，如发生立即停止沉桩。

4 结束语

基坑支护对于明挖电缆隧道施工是确保施工质量与安全的重要环节，拉森钢板桩支护技术具有结构可靠、防水性能优良、施工简单快速、造价低等综合优势，成为明挖电缆隧道施工常用的支护形式之一。通过本文工程实例，详细论述了采用该支护技术的方案设计与施工要点，可为同类型工程提供直接参考。