市政下穿通道穿越原水管基坑支护技术黄伟忠

市政下穿通道穿越原水管基坑支护技术黄伟忠

黄伟忠

身份证号码：44522119771019****

摘要：本文也将以市政地下通道拓建工程为例，对于市政下穿通道穿越原水管基坑支护及施工技术进行了分析和论述。

关键词：市政下穿通道；3000原水管；施工技术；基坑监测

近年来，随着城市化进程的不断加快，城市的市政地下通道基坑支护工程也在不断的发展过程中，对于市政地下通道基坑支护工程的质量应该引起我们足够的重视。在地下通道支护工程施工的过程中，一般都涉及到对于原水管的保护和新水管的敷设过程中，由于其中存在着很多的质量安全影响因素，为此我们除了要制定全面的施工、技术措施，做好全过程的施工保护和监测工作以外，还应该根据工程的实际情况，制定切实有效的相关应急预案，以此来更好的保障工程的顺利进行。

1．工程概况

XX市政地下通道是井字形通道的重要组成部分，全长约7.8km，本工程为拓建工程，桩号范围为K2+680～K4+100，全长1420m，该通道附属结构沿线西～东方向依次设置道理出口匝道、消防泵房、进口匝道、雨水泵房、进口匝道、雨废水合建泵房。在路口桩号K2+850，地下存在一条3000m南北走向的原水管，与通道平面以112°相交。原水管直径3m，材质为钢顶管，接头为F型插口外侧钢板焊接，埋深较浅管顶标高-6.50m。

本工程最大的特点在于在通水中的大口径原水管上方进行大面积的深基坑工程施工活动。该区段通道宽约31.8m，底标高-3.80m，原地面标高+3.90，挖深约7.70m。结构底标高与原水管净距约2.7m，基坑开挖过程中必须对原水管进行保护，且保护要求极高。因此，施工期间需要对3000原水管加强监测，并作为本次环境保护的重点。

图1原水管位置剖面示意图

2.支护方案设计

该项目设计根据工程的具体情况，以基坑安全、经济、快速为原则，进行设计。

2.1方案选择

该区段通道基坑开挖深度为7.7m，原水管两侧采用Φ850SMW工法桩内插500×300×11×15型钢的围护形式，其中搅拌桩深17m，型钢长16.5m。

原水管位置（两侧各加1m）围护桩无法按正常插入比施工，该处搅拌桩底部作到-6.0标高处，即原水管顶上50cm，此范围型钢满插，底标高-5.5。

2.2基坑挖土工况与施工顺序

按照施工方案，合理安排机械设备。本工程拟配备2台50T吨履带吊挖掘机，2至4台1m3挖机，并配置4～6台.4m3/0.125m3小挖机进行坑内挖土配合，钢支撑采用1台50t履带吊安装。开工前，对所有将进入现场的施工设备做一次检修，保证开工期间的机械正常运转。

各阶段挖土前均做到思想统一、交底清楚、目标明确，严格遵循“阶梯式”开挖施工顺序，“从上到下，分层分皮，留土护坡，阶梯流水开挖，垫层及时浇捣”的总原则。

本区段基坑开挖严格按照“时空效应”的理论，分段分层施工，分阶段形成垫层，并严格监控原水管位移情况。

开挖按一定长度（不大于12m）分段施工，每段开挖应分层（根据支撑位置划分）分小段（6m长），随挖随撑。第一层钢支撑在全面开挖至支撑位置后开槽埋设，第二层及其以下各层均分小段开挖和支撑，每小段（约6m长）土方于16小时内开挖完。

根据诱导缝的位置和保护原水管的需要情况，在基坑施工中，将主体结构划分成若干个施工段进行施工。挖土时，根据“明挖顺作法”施工工艺和施工段的划分情况，设两个作业面由东、西封堵墙向中部推进作业。

根据我们的施工经验，挖土顺序的合理，挖土标高的控制，钢支撑的及时安装和施加预应力是确保基坑围护稳定的关键。同时也可以有效地控制周边建筑物和管线的沉降和变形，以保护3000原水管。挖土施工流向图如下：

图2挖土分块示意图

2.3稳定性分析

基坑对原水管的影响分析采用连续介质有限元，按平面应变问题进行分析。计算范围取基坑开挖深度4倍的范围，模型底部和侧边界设置完全约束。土体采用理想弹塑性模型，土体的本构模型采用Drucker-Prager屈服准则，围护结构视为弹性体。基坑底面以下土体采用回弹模量，其余范围内土体采用压缩模量，利用面荷载模拟坑底土体的卸载，原水管按照等刚度模拟单元进行计算。

图3平面应变计算模型

图4基坑开挖土体竖向位移

开挖至坑底时，基坑内原水管最大隆起5.0mm，基坑外原水管最大沉降2.8mm，满足原水管保护要求。

3.施工技术

3.1原水管保护措施

1）施工前，请专业单位对原水管保护区域进行详细物探，确定管位精确走向及地质条件，以指导保护措施的实施。

2）保护区内SMW工法围护桩均匀慢速施工，下沉速度小于1m/3min，型钢插入时严格控制底标高及速度，避免原水管产生局部应力集中。

3）旋喷加固施工时，监测同步进行，根据监测数据及时调整加固流向、土体置换率、施工速率等工艺参数。

4）为减少原水管穿越段工法桩由于插入深度不够而产生较大变形，拟将通道第三道支撑围檩在保护范围内由型钢围檩改为钢筋砼围檩，加强围护整体刚度。同时考虑不影响14号线区间盾构穿越的型钢不予拔除。

5）由于坑底进行了满堂加固，对保护区域内不进行降水施工。

6）分层、分块开挖，最后一层土分4小块开挖，采取边坡留土的方式，减少基底暴露时间，并及时分小块施工垫层、底板，以减小一次卸载量以及卸载时间。

7）在开挖施工前钻孔在水管顶上布置直接监测点，委托专业监测、监护单位在施工期间做好原水管的位移及变形检测工作。监测的主要内容是原水管的隆起与变形进行监测。

8）通道底板、墙板及顶板施工浇筑砼时必须均匀布料，完成该区域施工后在墙板上布置沉降观测点，以便监测通道沉降情况。

3.2支撑系统第一道结合顶圈梁采用900×1000的混凝土支撑；第二、三道为Φ609钢管撑。通道基底5m采用旋喷桩满堂加固，加固体距离管线左右各0.5m，上部1m。坑底设置抗拔桩，以减小坑底土体开挖回弹对原水管的影响，确保安全。

3.3降水

本区段基坑采用真空疏干井进行降水，为防止3000原水管上浮，原水管报保护区段不设置降水井。对于原水管周边的降水井进行严格监控，控制水位。

基坑内的疏干井应在基坑开挖前20天进行抽水，做到能及时降低连续墙基坑内的地下水位。抽水需要每天24小时派人现场值班，并做好抽水记录，记录内容包括降水井涌水量Q和水头降S，并在现场绘制流量Q、观测孔（点）水位降、各监测点的观测资料、理论计算资料和施工进程（开挖深度）与时间的相关曲线，以掌握动态，指导降水运行达到最优。降水结束提泵后应及时将井注浆封闭，补好盖板。

4.基坑监测

基坑挖土施工最会引起基坑侧向形变及垂直上浮，特别是在挖土卸载时将导致原水管的上浮，因此必须严格控制挖土的顺序及时间。

基坑降水工程中，严密监测3000原水管位移及地下水位，一旦地下水位过低，造成原水管上下位移较大时，适当减慢降水速度，保持一定的水位，以保证3000原水管安全。

图5原水管保护加固纵横剖面图

4.1监测内容

基坑开挖期间需要对现有管线（基坑开挖深度2倍影响范围内）加强监测，一旦出现报警，立刻通知权属单位，以最快的速度做出加固措施。

对于3000原水管，考虑到距离基坑底仅2.7m，在基坑施工前就对基坑底与管道间进行加固措施，同时加强监测，一旦发现报警，立刻通知权属单位，并按要求进行加固；并对原水管进行跟踪监测，一旦出现报警，立刻通知权属单位，并按要求进行加固。

1）沉降与位移的监测

沉降测量采用精密水准仪，通过联测稳定的高程基准点，建立固定的水准线路，计算各监测点的高程。

水平位移测量采用视准线法，通过建立稳定的基准线，量测监测点相对于基准线的位移量，或采用全站仪测量。

2）测斜

为确保施工安全，在端头井、标准段、封堵墙等关键部位按照地铁基坑施工规范合理布设；端头井不少于3个测斜孔，标准段每个开挖段确保1组（对称2孔）监测孔；其它附属设施基坑开挖根据坑周环境情况具体设置，以满足周边环境和施工需要为原则。

3）支撑轴力的测试

轴力计一般设置在支撑端部的活络头侧，X型外壳钢托架与活络头贴角全部围焊，防止轴力计偏移支撑中心，维持支撑的稳定性，并保持其中心线与钢支撑中心线的方向一致性。混凝土支撑轴力的测试采用钢筋应力计，在支撑钢筋笼制作结束后立模前将钢筋应力计焊接在钢筋笼纵筋上；布设位置为支撑的中部按照上下左右对称每组设置4只传感器。

4）地下水位的观测

承压水位观测孔与标准段及两端头井处各设置一组，每组包括基坑两侧、基坑内共三个承压水位观测孔。

坑外水位孔主要对基坑开挖后，围护结构的止水状态进行监控，以防止围护渗漏水引起坑外大量水土向坑内流失，从而导致基坑部分破坏或周围地下管线破坏。

5）周边建筑物沉降及倾斜监测

在建筑物外墙边角、立柱等变形敏敢部位布设监测点，一般间距为8～15m，如远离基坑30m以外，测点间距适当放大。沉降点用冲击钻打洞固定在建筑物上。对高度>20m的建筑物除采用沉降测量外，还应对建筑物的倾斜变化进行监测。

6）地下管线监测

管线监测点具体的布设需通过召开管线协调会，征求有关管线主管单位意见后确定。测量方法与墙顶沉降、位移的测量方法相同。

4.2监测要求

监测工作自始至终要与施工的进度相结合，监测频率应满足施工工况及环境保护的要求，具体可根据需要及时调整加密。

5.结束语

本次工程的施工过程中，除了要严格遵守既定的施工方案和施工技术措施进行施工以外，还应该注意每一道施工工序的注意点和变更点，加强对于施工全过程的监测和质量控制。在这个过程中，各个施工部门还应该加强沟通和合作，对于利益的冲突点，应该加强协调，只有各个部门通力合作才可以将工程顺利推进，更好的保证工程的施工进度、施工质量。