近距离下穿大型市政管线地铁通道设计技术

李文武

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)

常规地铁车站施工时，对横跨基坑的市政管线一般采取的方案是：先将管线临时迁改到基坑外边，待基坑主体结构完成后，再将管线回迁至原位。大型市政管线的迁改费用一般比较高，如本文中的φ2 400 mm给水钢管每1 m的迁改费用约3万元，6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵每1 m的迁改费用约3.5万元。并且迁改时会引起其他管线的连带迁改，影响范围较大。对于有压主供水管，新旧管线接驳时需要停水一段时间，对社会影响较大。

1 工程概况

侨城北站是深圳地铁2号线东延线工程的起点站，车站沿侨香路设置，大致呈东西走向。车站南侧有多家公司和住宅区。侨香路为大致呈东西走向的干道，道路宽度约100 m，规划为双向6车道，道路主车道与辅道之间设有12～20 m宽的绿化带，道路中间为规划13 m的BRT专用车道。

车站为地下两层10 m岛式站台车站。车站总长204.0 m，标准段宽18.9 m，有效站台中心里程处覆土厚度约3.0 m，基坑埋深约16.1～18.1 m。本站西端设置盾构始发井，接盾构法区间，东端接矿山法区间。车站共设2组8个风亭、4个出入口通道。车站详勘阶段岩土工程勘察设计参数建议值详见表1。

表1 详勘阶段岩土工程勘察设计参数建议值

车站站址范围内侨香路下地下市政管线密集，代表性的有管底埋深为4.53 m 的6 900 mm×1 500 mm雨水混凝土箱涵，管顶埋深为2.45 m的φ2 400 mm的给水钢管(壁厚t=16 mm，压力0.6 MPa，为深圳市主供水管)。

为避开6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵和φ2 400 mm的给水钢管，车站的站位选择在起控制作用的两根大型管线之间，导致车站4个附属结构与这两根管线正交，其中3号通道下穿6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵，净距仅0.485 m；2号通道下穿φ2 400的给水钢管，净距仅0.397 m。

2 侨城北站3号通道下穿6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵

如图1、图2所示侨城北站3号通道暗挖段覆土约5 m，暗挖下穿通过雨水箱涵，净距仅0.485 m。该暗挖段长24.2 m，所处地层为〈1-1〉、〈5-1〉、〈5-2-4〉、〈8-3〉地层中，结构采用复合式衬砌。因通道大部分位于粗砂层〈5-2-4〉，开挖前采用φ108 mm大管棚和φ42 mm超前小导管注浆超前支护，洞内采取全断面深孔预注浆加固和止水。初期支护采用网喷混凝土、型钢钢架、系统锚管，各主要支护参数如下。

图1 3号通道与箱涵平面位置关系

图2 3号通道与箱涵剖面位置关系

(1)型钢钢架：全环设置，纵向间距为0.5 m，钢架由I 22a、I 16等型钢组成。

(2)钢筋网：φ8钢筋，网格尺寸150 mm×150 mm，全环设置。钢筋网应与锚管联接牢固，喷混凝土保护层厚度不小于20 mm。其中拱部和边墙设双层钢筋网。

(3)超前注浆小导管：φ42 mm热轧无缝钢花管(壁厚2.5 mm)，环向间距0.3 m，纵向间距2.0 m，L=3.5 m。设置范围如图3、图4所示，外插角10°～15°。

(4)超前大管棚：φ108 mm热轧钢管(壁厚6 mm)，每根长24.6 m，暗挖隧道全范围内设置。

隧道施工每循环开挖进尺以0.6～0.8 m为宜。开挖后，掌子面应立即喷5 cm厚C25早强混凝土封闭，及时进行施工初期支护，以保证土体的稳定。

图3 3号通道断面支护参数

图4 3号通道施工工序

3 侨城北站2号通道下穿φ2 400 mm给水钢管

3.1 施工原则和施工方案

图5 2号通道与φ2 400 mm给水管平面位置关系

图6 2号通道与φ2 400 mm给水管剖面位置关系

如图5、图6所示，侨城北站2号通道下穿φ2 400 mm的给水钢管，净距仅0.397 m。设计采取明挖悬吊的措施，对基坑分段，具体施工步骤如下。

先施工B区的围护结构，形成封闭基坑后对B区开挖。同时在A区施作止水φ600 mm的双重管旋喷桩，并在旋喷桩的桩顶位置施作混凝土梁作为支撑，支撑两头锚固在两侧的地下连续墙上,在φ2 400 mm给水管的上方逆做钢筋混凝土的挡土板，随挖随做将给水管上方土体卸载。挡土板钢筋与两侧的地下连续墙预留钢筋焊接。

然后对φ2 400 mm的给水管进行型钢悬吊保护。同时由B区向车站方向打大管棚并注浆，大管棚从B区的地下连续墙外水平打到车站主体连续墙内。从B区破除连续墙墙向A区进行台阶型地逐级开挖，并且分段逆做钢筋混凝土挡土板至基坑底位置，并将给水管下方挡土板的钢筋与两端的围护桩进行连接。开挖过程中，应对A区侧壁打设系统锚管并注浆进行土体止水加固(图7、图8)。

图7 2号通道下穿φ2 400 mm给水管支护参数

图8 φ2 400 mm给水管悬吊剖面

3.2 设计验算

(1)输入条件：管径φ2 400 mm，壁厚16 mm(考虑锈蚀取14 mm计算)，压力0.6 MPa。

(2)悬吊保护φ2 400 mm给水管净跨7.1 m，考虑周边土体可能松弛计算跨度偏保守取8 m。

根据抗弯强度计算M/(γW)≤f,悬吊型钢(2根I 45c型工字钢，加焊16 mm厚钢板)：W=5 742 cm3；

(3)计算M

首先计算均布荷载q，包含钢管自重q1，水自重q2。

钢管自重q1=π×2.4×0.016×78.5=9.47 kN/m，水自重q2=π×1.22×9.8=44.33 kN·m

则：q=(q1+q2)=9.47+44.33=53.8 kN/m；M=1.1×1.35×q×82/8=639.2 kN·m

(4)型钢承载力

型钢：M/(γW)=639.2×106/(1.05×5 742 000)=106 N/mm2<215 N/mm2，满足承载力要求。

(5)挠度验算

挠度=5ql4/(384×E×I)=5×53.8×8 0004/[384×2.06×105×2×(35 280+30 313)×104]=10.6 mm，满足规范要求。

从以上计算来看：若周边土体加固措施得当，管径φ2 400 mm给水管可满足挠度要求，悬吊方案是安全的。考虑到φ2 400 mm给水钢管作为城市主供水管的重要性，本设计采用φ25钢丝绳(间距0.5m)作为抱箍，避免了φ2 400 mm给水钢管的应力集中，使水管荷载均布传递到2根I 45c工字钢上。工字钢通过混凝土支撑梁将荷载传递到两侧连续墙上。

4 施工及监测

地下管线竖向位移指标类型主要包括地下管线的竖向沉降、差异沉降(倾斜率)和变化速率。地下管线变形控制指标受管线工作压力、材质、接头型式、铺设年代等因素影响[4]。雨水箱涵和给水钢管均为刚性管线，主要根据其竖向位移进行判断。

为确保φ2 400 mm给水管和6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵的安全，在施工中加强了监测，重点监测地表沉降及管线沉降。根据现行国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》(GB 50497-2009)规定，管线监测报警值详见表2。

表2 建筑基坑工程周边环境监测报警值

从现场监测数据表明，6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵竖向最大沉降值为11 mm，满足规范要求；φ2 400 mm给水钢管竖向最大沉降值为9 mm，满足规范要求。整个施工过程中未发现接头有渗漏水现象。图9、图10为施工现场照片。

5 结束语

侨城北站出入口通道的结构型式多样，下穿地下管线密集，施工时序复杂。通过对下穿两根大型市政管线的设计分析及施工验证，可得出以下结论。

(1)施工前应认真调查有关管线的位置及埋深，确保管棚施工中不影响地下管线等建筑物的安全。

(2)注浆时注浆压力不能太大，以免浆液压力影响邻近地下管线拱起。应在适当位置检验注浆效果，并据检验结果，调整注浆压力等有关参数。

(3)从监测结果反馈来看，在近距离、浅覆土和地质条件较差(通道基本位于〈5-2-4〉粗砂层)采用全断面注浆并采用超前大管棚和超前小导管并配以CRD工法是成功的，有效的控制了雨水箱涵的沉降。

(4)从监测结果反馈来看，超前大管棚和系统锚管对φ2 400 mm给水钢管的加固有效的控制了周边土体的沉降。

图9 3号通道开挖施工照片

图10 2号通道悬吊φ2 400 mm给水管施工照片

采用φ25 mm钢丝绳并调节张拉力，加强监测等信息化施工技术，对于φ2 400 mm给水钢管的悬吊保护方案是成功的。

(5)迁改φ2 400 mm给水钢管(跨两个通道)长度300 m，需要费用900万元且需工期6个月；迁改6 900 mm×1 500 mm雨水箱涵(跨两个通道)长度300m，需要费用1 050万元且需工期6个月。本站的通道下穿管线处理设计方案经济效益、工期效益和社会效益比较显著。

[1] GB 50497-2009建筑基坑工程监测技术规范[S]

[2] 吴锋波，金淮，杨红通，等.城市轨道交通工程周边地下管线监测控制指标[J].施工技术，2012，41(24)：72-75