轨道交通基坑工程地下大直径管线的原位保护控制

张恒忠

（上海地铁咨询监理科技有限公司，上海 200032）

0 引 言

近年来，随着国内轨道交通建设的快速发展，越来越多的工程进度常常因为管线迁改滞后造成较大的延误。如何在保证工期、节约投资的前提下，最大限度地推进管线迁改工作，一直困扰着参建各方(尤其是业主方)。对影响施工的地下管线通常有两种处理方法：临时迁改或永久迁改；原位保护。为了降低施工安全风险，在现场条件许可的情况下，对管线应采取永久迁改或临时迁改。但当管线不允许永久迁改或临时迁改工期太长、成本过高、不具备条件等情况下，就只能采取原位保护。笔者介绍的案例就属于处在永久迁改不可能、临时迁改不具备条件的情况，因此只能采取原位悬吊保护。

1 工程概况

该工程位于昆明市人民西路与昌源中路交叉口即地铁沙沟尾站，是昆明地铁 3号线试验段工程的中间站，沿人民西路呈东西向布置。车站全长 238.05 m；标准段宽 19.7 m，底板埋深 15.38 m～16.49 m。配线段长 226.2 m，配线段宽度为9.9 m 单层单跨框架结构，底板埋深 15.48 m～16.79 m。配线段(昌源中路下)存在一条埋深 5.6 m、内径 1.65 m的主污水管(材质为混凝土管)，与车站配线段基本处于正交，流向自北向南，汇水面积为5 km2，水流量较大，且无其他备用排出口。

由于该主污水管的产权单位不允许永久迁改，临时改迁方案经过 1年多的讨论研究仍没有最终确定(不具备条件)。临时迁改方案大致如下：根据主污水管埋深深、管径大、车站围护结构对应位置围护桩无法施工的情况，拟采用先由主污水管西侧的围护桩为主污水管迁改提供路由；然后北侧施作沉井，南侧放坡开挖至主污水管；开挖车站内土方，完成临时迁改污水管的连接。沉井尺寸为6.7 m (南北方向)×5.2 m (东西方向)，沉井深度为9 m。由于人民西路北侧管线众多，有东西方向的雨水管线、电信管线、输配水管及交通信号线，在人民西路和昌源中路西北角处施作沉井不具备条件。由于水流量较大，且无其他路由进行排放，因此拟考虑在既有围挡范围内配线段北侧无管线位置施作沉井。然而，沉井深度为9 m，配线段北侧为盾构区间，盾构区间覆土厚度约 9 m，沉井位置必然会对盾构产生影响。若将沉井位置再向北侧移动，在现有昌源中路上又无法满足现有交通条件，临时迁改方案受各种条件限制无法实施。所以只能采取原位悬吊保护方案。

2 水文地质情况

主污水管对应的位置里程约为YCK9+182 处，管径达到1650 mm，达到满流状态时将近58.6 t 重；上游污水源流量相当大，通过观察基坑南侧污水管工作井内水位，在不下雨正常流速时测得约 700 m3/h；在中雨 3 h左右的情况下，基坑南侧污水管工作内井水位距地面为1.4 m；在大雨 1.5 h左右的情况下，水位距地面只有 1.4 m。根据现场量测，基坑内主污水管顶面距地面为5.6 m，低于工作井内水位高度，受到水势差产生的压力作用，增加了污水管的受力。根据地质勘察报告，主污水管所在断面自上而下地质情况为：素填土、粉质黏土、泥炭质土、黏土等。其中污水管位于泥炭质土中。泥炭质土具有高含水性、高压缩性、低承载力等特性。在进入基坑开挖土体卸载阶段，泥炭质土出现压缩容易导致污水管变形。

3 主污水管悬吊保护方案及难点分析

3.1 悬吊保护方案

基坑开挖至污水管位置时，对污水管进行悬吊保护。首先污水管采用 2 cm 厚钢板(专业加工成两个半圆型)包封处理；然后采用 φ15.5 mm、6×19 型钢丝绳进行悬吊。主污水管上方安装工字钢梁，钢丝绳固定在工字钢梁上，从而构成一个悬吊体系。

3.2 难点分析

(1)正值昆明雨季，水流量大，汇水面积 5 km2，而且无其他备用排出口，常达到满流状态，重量近58.6 t。

(2)悬吊跨度大，约 10 m。

(3)该污水管为混凝土材质，每节 2 m，变形控制要求高；日变形量小于2 mm，累计变形小于10 mm。

(4)管线埋设 5.6 m，与车站配线段基本处于正交；在基坑开挖、结构施工过程中，严禁任何物体、施工机械与该管撞击。

(5)基坑开挖深度约 16 m，基坑变形控制要求高；日变形量小于2 mm，累计变形小于21 mm。

4 监理控制要点及措施

4.1 管理控制要点及措施

(1)管线调查。现场勘察与该管线竣工图纸仔细核对，确保准确掌握现场实际情况。

(2)施工前设计单位要对管线悬吊保护体系的受力进行核算，并组织专家评审基坑施工方案和管线悬吊保护方案。

(3)监理及主要管理人员参加施工单位各工序、各工种安全技术的交底工作，施工过程中 24 h 进行旁站监理。

(4)监理严格按照专项方案，对每道工序进行过程控制及验收。

(5)监理要求施工单位在施工前，上报应对管线被机械设备破坏或变形开裂的应急预案并参与演练，检查应急物资的落实到位。

4.2 技术控制要点(见图1)

图1 污水管悬吊工作示意图

(1)在主污水管两侧冠梁上横跨基坑架设 I56b 工字钢作为主梁，主梁在主污水管两侧各并排安装两榀。在主梁上部，垂直于主梁方向安装I45a 工字钢横梁(共 11 道)；横梁上直接悬挂钢丝绳(11×2 根，规格 15.5 mm、6×19 型钢丝绳)，横梁与主梁之间采用焊接连接并安装加固钢板，主梁与冠梁接触部位采用膨胀螺栓固定，防止因受力产生过大移动。

(2)污水管接口处包封控制。污水管接口处是受力最薄弱环节，也是最容易出现漏水的地方。因此在包封的过程中先对混凝土管接口处进行包封处理，以最大限度地减小混凝土管口位置的沉降，降低出现漏水的概率。在混凝土管口的位置人工下挖出宽 1 m、深 30 cm的沟槽，满足成型钢板(半圆型)安装的要求；开挖完成以后立即采用人工配合吊机的方式安装钢板(半圆型)。混凝土污水管下半部分被钢板(半圆型)包封安装完成以后，钢板下方先填充密实，防止混凝土管接口位置产生沉降；然后再安装上半部分钢板(上下部分钢板之间的接缝处加工成 45° 坡口)；安装完成以后立即采用气焊进行焊接(由人工继续向下开挖，预留出 80 cm的作业空间后，对相邻钢板接口位置进行焊接，相邻纵缝之间焊缝错开 50 cm)。此过程为一循环。混凝土接口位置的每一循环包封完成以后，立即对此段进行悬吊。每段钢板(1 m)设置一道双股钢丝绳进行悬吊；各道钢丝绳长度一致，悬吊点设置于每块钢板中心位置。钢丝绳从工字钢横梁上表面经过，钢丝绳接头用钢丝绳卡扣和吊蓝螺栓连接，确保钢丝绳接头牢固。在所有钢丝绳悬吊工作完成后，再利用吊篮螺栓对所有钢丝绳重新进行微调，保证各道钢丝绳受力充分、均匀。

混凝土管接口位置施作完成以后，立即按照上述同样方法，对混凝土管中间部分进行包封、悬吊处理(见图2)。

图2 对污水管进行包封、悬吊现场工作图

(3)污水管端头位置保护。污水管在基坑内侧两端头位置较为特殊，因此在污水管端头位置必须将钢板包封深入围护结构内侧；包封后浇筑 C35 混凝土，浇筑宽度与冠梁侧面齐平。确保污水管端头位置安全、牢固。

(4)灌浆。包封、悬吊完成以后，在钢板与混凝土管之间的空隙，通过外包钢管预留灌浆孔灌入 1∶1 水泥浆，将空隙填充密实，使混凝土管与钢管形成一个整体，从而整体受力。

(5)施工期间对主污水管进行变形监测。开挖土体暴露管线，直接在外包钢板上刻画十字线并喷红漆作为测量标志。共布置 3个直接监测点，监测频率 4 次/d，全程跟踪监测变形情况。

5 效果分析

该管线悬吊保护的安全风险较大。业主、监理、施工单位都高度重视，各项措施都落实到位，主污水管两侧及以下土体顺利开挖，开挖过程中钢支撑也能及时进行架设。历时31 d，完成该段主体结构施工(约 40 m)，并在顶板上完成 1/2主污水管混凝土包封。在该段主体结构施工过程中：基坑变形最大累计 20 mm，污水管累计变形 4.5 mm；基坑及该主污水管变形均处在安全可控状态。同时，节约了工期，为盾构后配套过站提前提供条件。该成功案例为昆明地铁工程施工在大管径地下管线处理方案方面积累了经验。希望能为其他城市类似地铁工程施工在处理大管径地下管线问题上起到参考作用。