有限空间半逆作法施工中的综合管线原地保护技术

胡志桥 钟志锋

1. 广州建筑股份有限公司 广州 510030；2. 广州市第一建筑工程有限公司 广州 510060

1 工程概况

广州宏城广场综合改造工程二期基坑支护总面积约为2 195 m2，基坑呈狭长形，南北宽约30 m，东西长约95 m。围护桩冠梁距红线距离为1.60 m，基坑开挖深度为17.20 m。基坑北侧为BRT人形隧道，南面为一期主体结构，东西向均为天河路人行道。

在基坑红线范围内地面下管槽底标高为-2.97 m的位置有6条110 kV、32条10 kV高压电缆及通信光纤，均为周边大型商用建筑主要输送的综合管线，在施工过程必须进行原地保护，综合管线原地保护长度约为84 m，在施工全过程中，管线均为使用状态。施工可用场地不足容纳1台大型施工机具，施工过程中的出土、材料加工场等施工所需条件均不能满足。

考虑到缩短工期及绿色施工，基坑支护（永久结构）采用半逆作法施工，支护结构即为永久结构。综合管线原地保护采用“立柱+组合型钢梁”的悬挂式保护吊架，使用工字钢搭设悬挂架骨架，采用槽钢、工字钢、厚木板等构造形成保护吊架整体。在有限空间内，基坑两翼采用半逆作法先完成首层结构施工。利用首层结构梁及承重墙搭设多功能钢平台，以增加基坑安全储备、设置永久综合管沟及扩充临时施工空间（图1）。

图1 二期基坑及管线三维模型示意

2 综合管线原地保护施工

综合管线原地保护采用“立柱+组合型钢梁”的悬挂式保护吊架，其主要形式为采用40b#工字钢作为主梁的悬吊系统，沿管线走向将其悬吊保护，悬吊系统利用基坑支护内支撑立柱安装45b#双工字钢钢柱。钢柱横向架设2根50b#工字钢作为横梁，在型钢骨架上设置槽钢、木板等构造，最终完成综合管线原地保护（图2）[1-4]。

2.1 悬挂式吊架设计及验算

图2 悬挂式吊架构造剖面

根据管线沟勘察报告，管线沟底在开挖土面下500～800 mm。半逆作法柱顶标高为-3.50 m（相对绝对高程11.88 m），钢柱顶标高为-1.14 m（相对绝对高程11.88 m），即钢柱预埋在柱内2 500 mm，伸出柱2 360 mm。

人工挖孔桩从开挖土面进行，根据勘察报告，原有地坪线标高为-1.27 m（相对绝对高程11.88 m），则钢柱顶露出开挖面约0.13 m（根据开挖土面高程略有差别，需对每个桩口进行标高复测）。

用MIDAS建模计算综合管线悬挂式保护吊架受力，并确定用材。经验算，吊架最大位移及最大应力均为上悬挂工字钢，最大位移为20 mm，最大应力为98 N/mm2，材料满足性能要求（图3～图5）。

图3 综合管线吊架应力云图

图4 最大应力云图

图5 主梁节点深化验算

钢柱设计长度为4 860～8 830 mm，其中钢柱95%长度均在人工挖孔桩开挖面下（以勘察报告为依据）。由于吊架为临时构造，钢柱定位误差控制要求较永久结构低。因此钢柱垂直度控制可利用钢柱自重，在距桩顶130 mm处开洞，洞孔位于两工字钢腹板中间位置，开洞直径为40 mm，在钢柱安装时，内插钢筋架立，利用钢柱自重保持竖直（图6）。

2.2 悬挂式吊架施工

2.2.1 双工字钢短柱施工

1）在半逆作法柱浇筑混凝土后，在柱顶压入双工字钢柱，钢柱使用2根45b#工字钢，在两工字钢翼缘接缝处焊接成整体。

2）混凝土浇筑完成且初凝前，用汽车吊将钢柱压入桩顶内，孔口用钢筋做定位（图7）。

图6 钢柱开洞定位示意

图7 钢柱安装施工

2.2.2 桁架吊架施工

1）在钢柱顶端焊接1块尺寸为500 mm×500 mm×30 mm的钢垫板支座。钢垫板与钢柱在主梁方向左右设置2道100 mm×100 mm加劲肋，主梁并排搁置在垫板上并焊接固定，在梁端腹板、翼板均加上加强板。

2）根据管线的走向，在50b#工字钢主梁上搁置40b#工字钢次梁，次梁沿管线走向平衡设置，14#工字钢横铺在2条工字钢次梁上，在正下方的管线底部穿过1条14#工字钢，通过钢绞线连接两工字钢形成悬挂系统悬吊管线，吊高为2.40 m，工字钢纵向间距2.50～4.00 m（图8）[5-7]。

图8 吊架立面示意

3 有限空间多功能钢平台施工

二期基坑边即为围墙，场地极其狭窄，无法满足正常土方开挖及材料堆场等所需的场地。因此，考虑把基坑东西两侧首层结构板先行施工，以提供机械操作空间。但由于标高问题，结构首层低于室外地坪，且因其主要为埋设综合管线用，故结构形状呈凹形。

基坑狭长，在两翼边角位是支护结构的不利位置，且该位置有综合管线沟出入口，支护结构在管线沟位置不连续，削弱了该角位的荷载传递。且支护桩有长约2 m为悬臂结构，导致其结构形式既无法满足机械行走的平整要求，也无法起到传递荷载的板撑作用。因此一个具有内撑、施工作业空间及管线沟保护的多功能钢平台能有效解决上述施工难点及不利因素。

3.1 多功能钢平台设计

通过用MIDAS软件分析，经设计同意后，在两翼结构板的上方，用钢梁、钢板搭建一个钢平台（图9）。钢平台的作用主要体现在以下3个方面：

1）解决土方阶段车辆、施工机具的操作空间和主体结构施工阶段材料堆场的需求问题；

2）解决支护桩悬臂结构形式的内撑传力问题，避免了重复设置内支撑；

3）搭设在永久管线沟上，可充当临时的管线盖板，解决了管线保护问题。

图9 多功能钢平台平面范围示意

3.2 多功能钢平台构造

1）采用63b#工字钢作为主梁及斜撑，工字钢间距为1.20～2.50 m，长度9.40～17.30 m，覆盖在永久管线沟上。

2）次梁36a#槽钢@550 mm横铺在工字钢主梁上，槽钢纵向间距1.50～3.50 m（图10）。

3）槽钢上密铺厚30 mm钢板。

3.3 多功能钢平台施工工艺

1）首层楼板上部设有永久管线沟侧壁承重墙且楼板不平整，针对钢平台设置的需要，利用结构梁、冠梁及承重墙支承钢平台，对结构进行局部修改并经结构设计复核。

2）土方开挖到首层梁底标高后，施工东侧、西侧两翼首层结构，施工过程中按照钢平台主梁布置放线并做好凹槽预留及配筋调整，确保凹槽预留正确及结构安全。钢平台钢梁与承重墙相交位置，承重墙内增加暗柱，按结构设计要求布置钢筋。

3）将综合管线安放在永久管线沟内，并加盖柔性材料予以保护。

4）使用汽车吊安装63b#工字钢主梁，工字钢主梁与承重墙交界位置，在工字钢下两翼板开洞并使用长80 mm的M8膨胀螺栓固定，工字钢上缘翼板与腹板使用厚10 mm钢肋板增加稳定性，钢梁安装后在凹槽内浇筑C30素混凝土（图11）。

图10 钢平台主梁及次梁布置

图11 钢梁与凹槽节点大样

5）在63b#工字钢主梁上按0.55 m间距铺设36a#槽钢，槽钢与工字钢间使用50 mm×5 mm角钢焊接固定。

6）在槽钢上满铺厚30 mm冷轧钢板，钢板之间焊接固定。

4 结语

当下的城市地下空间建设一般在城市繁华地段，施工场地受限、地下构筑物复杂等施工障碍仍未有成套的解决方案，给城市地下空间施工造成很大影响。

本文所阐述的工艺技术有效地满足了有限空间综合管线原地保护和基坑开挖的要求，减少了施工投入，加快了施工进度，实现了绿色施工的目标，取得了良好的社会效益和经济效益[8-10]。