閱讀 10237 次 某地鐵站深基坑開挖過程中的管線懸吊保護技術
摘要:管線保護與改遷一直是地鐵站施工過程中的重點與難點。本文依據西安地鐵某車站的工程實例,對其施工中遇到的管線問題進行了總結,主要為施工中絕大部分管線都可以通過永久和臨時遷移解決,而僅有一條雨水管橫穿車站基坑,需對其進行特別保護,經分析確立采用懸吊保護管線的方案,對懸吊梁進行了設計和計算,同時介紹了管線保護過程中的施工工藝和監測控制方法,該方案經檢驗在實際施工中取得了良好的效果。...
1.工程概況
某車站基坑總長為185 m,基坑寬 18.5~24.3m,基坑開挖深度平均16.06m,車站主體標準寬度18.5m,基坑安全等級一級,頂板覆土厚度約3~3.4m。基坑采用明挖順作法施工,圍護結構采用鉆孔灌注樁,基坑內設鋼支撐。
該車站地下管線較多,均需要臨時改移或永久改移。本工程范圍內管線種類相對較多,主要都和沿車站方向一致,在施工過程中,絕大部分管線都得到了永久和臨時遷移, 為施工創造了良好條件,僅有一條雨水管橫穿基坑, 雨水管為管徑1200的鋼管,跨度為18.5m, 需要在施工過程中對其進行有效保護,這也是本工程管線保護的重點和難點。
2.管線保護方案
根據現場中管線與開挖基坑的相對位置,在基坑開挖前對橫穿基坑的雨水管進行懸吊保護,借助雨水管穿越位置圍護結構為支撐點,雨水管搭設在兩側設計樁頂冠梁
上,與冠梁接觸處用填料填充,中間部位采用型鋼梁承重懸吊雨水管(見圖1,圖2),專業設計計算后,用H型鋼梁對雨水管進行懸吊保護。保證雨水管安全使用和車站正常施工。
3.管線懸吊設計
3.1設計說明
1)基坑雨水管(鋼管,管徑Φ1200),跨度為18.5m,走向由東到西縱坡2‰,東側管內底設計標高383.463,西側管內底設計標高383.426m。
2)雨水管搭設在冠梁頂,兩側冠梁頂設計標高均為382.088m,雨水管與冠梁接觸部位由管道改遷單位明確填料要求進行填充。
3)由于跨度較大為了保證基坑開挖和主體結構施工,計劃采用型鋼梁加吊環懸吊保證雨水管的穩定。
3.2設計計算
穿越基坑雨水管為鋼管,直徑φ1200mm,壁厚14mm,橫穿基坑,跨度18.5m,走向由東到西縱坡2‰。雨水管(含雨水)荷載Q=20.01kN/m,中間按四點支撐設計, 致使雨水管成為五跨結構如圖3所示,進行受力分析如圖4、圖5所示。

下面將用此支反力對支護梁進行設計。
3.2.1支護梁計算
1)支護梁結構
支護梁由兩根焊接H1000×300×12×12組成,材料為Q235,跨度19.6m,其間采用型鋼和鋼板連接。總量約為9000kg,折合每根總量4500kg,折合成梁上均布荷載為2.25kN/m。支護吊帶采用下翼緣懸掛式。
2)支護梁受力圖
按單根梁計算,均布荷載為單根鏈自重,B、C、D、E點集中荷載為單根梁受力。簡化模型如圖6所示:

3)剛度計算
根據受彎構件的容許撓度值,此梁按主梁和桁架梁考慮,容許撓度值為l/400 。
自重荷載產生的跨中最大撓度f1:集中荷載P2=P3=P4=P5=37.02KN產生的撓度(根據結構力學圖乘法求得)f2=30.94mm
跨中最大撓度:所以設計滿足剛度要求。
4)強度計算

3.2.2吊環計算

3.2.3其他構件計算
1)絲繩
T=148080N,按n=4選擇鋼絲繩SP≥Smax×n=37020×4=148080N,選用鋼絲繩6W(19)-20-1700-Ⅱ-光(P=278000N)
2)鋼絲繩卡
選用繩卡20-KTH。
3)船用鎖具開式螺旋扣
選用螺旋扣D14,其起重量140000N。故在跨中加一道豎向支撐即可滿足穩定性要求。
4.懸吊施工方案
主要工作流程:雨水管底部一根及兩側各一根圍護樁施工、土方開挖挖至樁頂、樁頂鑿除、冠梁施工、挖雨水管溝、雨水管安裝、型鋼梁施工、與改排設計起終點接通。
4.1圍護樁施工
雨水管穿越基坑兩端頭兩側圍護樁嚴格按圍護結構施工方案中圍護樁施工工藝進行施工,樁頂標高為管底下冠梁底標高。
4.2管溝土方開挖
按設計雨水管穿越位置,進行溝槽土方開挖,同時將圍護樁樁頂部位覆土一并開挖,由于深度大,在開挖時,考慮兩邊進行放坡(放坡系數1:0.33)。溝底寬度為雨水管直徑(1.2m)加兩邊作業面(0.8m),對于樁部位要將所施工的三根樁全部開挖,開挖深度至冠梁底,并在四周留出作業面。
機械開挖到設計標高后,人工對溝底進行平整,按管道放坡要求,修整出從東向西放2‰坡,不得出現大面凹凸不平。
4.3管底冠梁施工
嚴格按圍護結構施工方案中冠梁施工工藝進行施工,兩側樁頂冠梁在澆注混凝土之前調整好原鋼筋籠位置,保證準確無誤。
4.4吊裝雨水管
由產權單位負責安裝、接通雨水管,并負責具體的施工工藝。保證雨水管質量,同時保證雨水管施工時,不影響正常使用。
4.5兩側圍護樁施工
采用框架柱施工工藝進行施工。①冠梁上部樁鋼筋調直、調正,清理干凈灰渣。②裝保護層塊(70mm),支設模板,校正垂直度和幾何尺寸,并進行加固。③注混凝土至上部冠梁底。④充上部冠梁與下部冠梁之間填料。
4.6上部冠梁施工及安裝H型鋼
采用和底部冠梁同樣的施工工藝。①裝H型鋼(1000mm高),并與樁頂鋼筋焊接牢固,H型鋼長度方向要伸出冠梁外0.8m,并在安裝H型鋼之前,將安裝吊環位置確定,安裝好吊環筋。②設冠梁底模板,調正位置、尺寸、標高等。③作綁扎冠梁鋼筋,并同時在兩頭預留出鋼筋,主筋數量在雨水管兩側各3根鉆孔樁冠梁上下各增加3Φ20,沿H型鋼縱向各向冠梁外側綁扎伸出1m鋼筋,鋼筋類型、規格同冠梁。④設冠梁兩側模板,并調直,冠梁縱向端頭用鋼絲網封堵。⑤注混凝土,用振搗器嚴格按冠梁施工方案振搗密實。⑥時對混凝土進行覆蓋和澆水養護。
4.7安裝吊環
將基坑段H型鋼平分為五段,即安裝吊環4根。①吊環部位,雨水管外側襯一圈10mm橡膠板。②橡膠板外側安裝支護鋼圈,并與雨水管固定牢固。③H型鋼處吊環筋與支護鋼圈用鋼絲繩加船用鎖具開式螺旋扣連接,做到垂直,位置準確,牢固。④正各鎖具位置、尺寸等,檢查各構配件是否在安裝過程中有損壞等,然后對各吊環進行加力,同時考慮雨水管中部起拱,起拱高度為3/1000。⑤意雨水管、鎖具、H型鋼的變形情況。
為保證雨水管在基坑開挖和主體結構施工過程中穩定和安全,根據具體情況在懸吊雨水管部位增加管線變形、圍護結構變形、周邊地表沉降變形等監測項目。
測點布設:在雨水管和懸吊型鋼梁中部各布設1個位移、沉降監測點;在懸吊型鋼支撐點兩側冠梁處各布設1個位移、沉降監測點;在支撐點冠梁兩側離冠梁外邊1m處布設1個沉降監測點。
監測:在基坑開挖和主體結構施工過程中每天觀測1次,如數據發生突變時,每天觀測2~3次;發生較大變形時停止施工,立即啟動應急預案,保證施工安全和雨水管正常使用。
根據基坑監測結果,懸吊處理后經3個多月的檢驗,基坑開挖至16.06m后,該管線的最大沉降量僅為17mm,完全滿足安全要求,管線得到了良好的保護,達到了預期的目的。
6.結 語
由于在本工程中采用了科學的保護管線方案,以及正確合理的施工措施,使得橫穿基坑的雨水管線得到了保護,達到了保護管線的目的,解決了困擾工程的這一難題。此工程實例希望能為類似工程提供借鑒。
參考文獻
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(本文來源:陜西省土木建筑學會 文徑網絡:文徑 尹維維 編輯 劉真 審核)
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