低净空横穿双线并行不等深明挖基坑的地下高压电缆保护及基坑施工综合技术

韩建坤， 董小龙， 郭小龙

(中铁隧道集团二处有限公司， 河北 三河 065201)



低净空横穿双线并行不等深明挖基坑的地下高压电缆保护及基坑施工综合技术

韩建坤， 董小龙， 郭小龙

(中铁隧道集团二处有限公司， 河北 三河 065201)

为解决架空线和地下线等复杂环境条件下基坑施工的难题，以南昌市红谷隧道东岸双线并行明挖基坑为例，探讨低净空条件下采用反循环钻机进行钻孔咬合桩施工的方法。利用混凝土支撑作为悬吊梁悬吊保护横穿基坑的地下电缆，基坑内采用逆作法施作工字钢喷射混凝土支护。在基坑外斜向交叉打设高压旋喷桩加固110 kV电缆包封处一定深度的地层，在基坑内电缆底部竖向施工高压旋喷桩止水帷幕至岩面封堵地下水，并在基坑围护结构连接处施作应急降水井。根据施工结果可知： 1)采用高压旋喷桩可以有效避免基坑不同形式围护结构的连接处出现渗漏水现象； 2)在基坑围护结构未封闭处的下游设置止水帷幕可以起到有效的止水作用。

钻孔咬合桩； 高压旋喷桩； 电缆悬吊保护； 工字钢喷射混凝土支护； 坑外降水

0 引言

基坑内往往有重要的电缆和管线等障碍物，其隔断了围护结构的连续性，严重影响了基坑的施工。目前，在低净空条件下进行基坑施工的情况越来越多，为了应对复杂的施工条件，不同形式的基坑支护结构应运而生[1-3]。黄德华[4]提出了复杂环境条件下深基坑施工的保护措施，利用I45工字钢+槽钢+拉杆悬吊保护DN500自来水管，在自来水管范围内打设φ1 000 mm的高压旋喷桩，并内插H型钢闭合围护结构；张军[5]提出了沿管线方向架立双层万能杆件作为悬吊梁并设置吊索的方式进行电缆的悬吊保护；黄从刚[6]提出采用700 mm×300 mm 的H型钢作为纵向悬吊梁、管线顶部和底部采用I40工字型钢作为横向悬吊梁以及横向悬吊梁之间采用带螺纹的φ32钢拉杆连接的方式对2 000 mm×900 mm的混凝土包封电力排管进行保护；黄俊等[7]提出了大直径高压旋喷桩+双排钻孔灌注桩复合式基坑支护的结构形式，其可以较好地起到止水和挡土的作用，且能灵活避开障碍物；董天乐等[8]提出了采用全套管钻机施工钻孔咬合桩的技术，通过在桩间打设辅助高压旋喷桩，保证了基坑的施工安全；裴建[9]提出了采用超缓凝混凝土桩作为素桩的钻孔咬合桩施工技术；邓彪等[10]对采用反循环钻机进行塑性混凝土钻孔咬合桩防渗体施工的方法进行了研究。南昌红谷隧道东岸双线并行明挖E、F匝道基坑下有一束宽度为2.1 m、厚度为0.8 m、埋深为1 m的110 kV电缆线，地上有3根距地面9.8 m的架空电缆线。受地下电缆的影响，无法对电缆范围内的基坑围护结构进行施工，基坑支护体系不连续无法封闭地下水，基坑涌水、涌砂风险较大。依托南昌红谷隧道东岸并行E、F匝道基坑，探讨在低净空作业条件下利用反循环钻机成孔和以塑性混凝土作为素桩的钻孔咬合桩施工技术、基坑范围内的地下高压电缆悬吊保护技术、地下电缆范围内的基坑止水帷幕施工技术以及基坑逆作法工字钢+喷射混凝土支护技术。

1 工程概况

红谷隧道东岸双线并行E、F匝道基坑位于南昌市东湖区中山西路，基坑一侧为距匝道基坑23.6 m的33层建筑物，另外一侧为距匝道基坑106 m的抚河。E、F匝道基坑为基坑深度渐变的并行高低坑，采用明挖顺筑法施工，基坑宽度为19.6 m，纵向最大坡度为5.98%。E匝道基坑的长度为174 m，深度为1.6～6.7 m，围护结构采用φ850@600 mm的SMW工法桩；F匝道基坑的长度为255 m，深度为2～14.55 m，围护结构采用厚800 mm的地下连续墙。高低坑之间采用φ1 000@1 500 mm的钻孔灌注桩，桩顶打设1 000 mm×1 000 mm的混凝土冠梁，桩后打设φ800@500 mm的三重管高压旋喷桩。基坑第1层为 800 mm×800 mm的混凝土支撑，间距为7.0 m，中部设临时中立柱；第2层及以下采用φ609@3 500 mm的钢支撑。

E匝道DK0+190～+230段(F匝道DK0+230～+270段)基坑上方存在3根距地面9.8 m的10 kV架空电缆线，地下存在2.1 m×0.8 m的采用混凝土包封的6根110 kV电缆线，其横跨E、F匝道基坑，并与基坑轴线斜交58°，对应的E匝道基坑深度为4.4 m，F匝道基坑深度为9.4 m。E、F匝道基坑围护结构的平面图和横断面图如图1所示。

2 工程地质水文条件

根据水文地质条件可知，E、F匝道基坑范围内揭露的土质类型主要为素填土、杂填土、细砂、粗砂、砾砂、强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩。素填土厚13.61 m，细砂、粗砂和砾砂厚9.7 m。地下水主要为上层滞水和潜水，渗透系数较大，主要接受抚河地表水体的侧向补给，基坑所处区域水位年变化幅度为3～13 m，汛期地下水标高为17.5 m，位于基坑底以上8.3 m，施工安全风险较大。F匝道基坑地质纵断面图如图2所示。

(a) 平面图

(b) 横断面图

Fig. 1 Plan and cross-section of retaining structure of ramp E and F (m)

地下110 kV的电缆横穿双线并行、不等深的基坑，基坑围护结构不能形成有效连续的止水帷幕和支护体系，且基坑位于高水位富水砂质地层，施工风险较大。

3 基坑围护结构的选型及施工

3.1 围护结构的选型

由JGJ 46—2005《建筑工程施工现场临时用电安全技术规范》[11]可知，起重机与架空线的水平安全距离应为2 m，竖向安全距离应为3 m。普通成槽机高度为14 m，SMW工法桩钻机高度为24 m，不具备施工条件。该项目地表以下6～8 m均为杂填土，且受抚河的影响，低净空成槽机挖槽过程中塌槽风险大，机械设备进场周期长，施工成本高。钻孔咬合桩克服了传统桩在基坑围护结构中防水性能差的缺点，在地质和环境复杂的工程中有较好的适用性。因此，将架空电缆安全范围内的地下连续墙和SMW工法桩调整为φ1 000 mm的钻孔咬合桩。

图2 F匝道基坑地质纵断面图(单位： m)

在地下110 kV电缆附近采用高压旋喷桩止水帷幕封闭地下水，基坑内采用逆作法施作工字钢喷射混凝土支护。经调研可知，高压旋喷钻机的斜向施工深度不应超过15 m，否则，高压旋喷桩开叉将无法形成有效止水帷幕封闭地下水，深基坑施工安全风险巨大。因此，必须在基坑内施作竖向高压旋喷桩止水帷幕。E、F匝道基坑围护结构变更后的平面图如图3所示。

图3 E、F匝道基坑围护结构变更后的平面图

Fig. 3 Plan of retaining structure of ramp E and F after adjustment

3.2 钻孔咬合桩施工

3.2.1 场地平整

将10 kV架空线两侧5 m范围内施工场地的标高降低3.0 m，使反循环钻机顶部与电缆有一定的安全距离，确保钻孔咬合桩的施工安全。

3.2.2 钻孔咬合桩成孔

钻孔咬合桩直径为1 000 mm，桩间距为1 500 mm，咬合宽度为250 mm，入岩深度为2.0 m。咬合桩分为1序桩和2序桩，1序桩采用28 d强度小于4.0 MPa的塑性混凝土； 2序桩采用钢筋混凝土桩，钢筋笼底部满足嵌固深度。为保证未封闭基坑的施工安全，在钻孔咬合桩与地下连续墙和SMW工法桩的连接处设置高压旋喷桩和应急降水井。

采用反循环钻机跳桩法进行钻孔咬合桩成孔，即先施工1序桩(A型塑性混凝土桩)，待1序桩初凝(7～9 h)后再施工2序桩(B型钢筋混凝土桩)。每9根桩为一个循环，施工顺序为A1—A3—A5—A2—A4—B1—B2—B3—B4，如图4所示。成孔过程中采用泥浆护壁确保桩孔范围内地层的稳定，利用反循环钻机顶部的滑轮起吊系统和吊斗浇筑水下混凝土。

图4 钻孔咬合桩施工顺序(单位: mm)

3.2.3 钢筋笼的加工及吊装

采用反循环钻机对钢筋笼进行分节吊装，主筋采用钢筋接驳器进行连接，接驳器一端的钢筋撤丝长度与接驳器长度相同，另一端为接驳器长度的一半，并按设计长度连接为一整根钢筋。钢筋笼整体加工成型并在吊装前，将接驳器旋至螺纹长度的一半，把整个钢筋笼分解为不同长度的短节。钢筋笼在孔位上方安装就位后，将连接器由整长的一端旋出，与上节钢筋完成连接[12]。

钢筋笼总长为15 m，分节长度为7.5 m。为避免钢筋笼与架空线的吊装作业触碰，采用挖机配合反循环钻机进行钢筋笼的吊装与下放。

3.2.4 咬合桩混凝土浇筑

采用反循环钻机顶部滑轮吊钩吊装导管和导管舱进行混凝土浇筑，每次拆除2节导管，每节导管长度为2.5 m。

4 地下110 kV电缆悬吊保护施工

4.1 冠梁及混凝土支撑施工

地下110 kV电缆包封底部的标高为23.67 m，顶部的标高为24.47 m，现地面标高为25.0 m，冠梁截面尺寸为1 000 mm×1 000 mm，冠梁顶面标高与原地面标高相同。为保证冠梁的整体性，调整电缆范围内混凝土冠梁顶面标高高出地面500 mm，在冠梁混凝土浇筑前110 kV电缆包封两侧埋设竖向拉结钢筋，便于拉结电缆底部的工字钢。

4.2 地下110 kV电缆悬吊保护施工

利用300 mm×200 mm的H型钢和间距为1.0 m的对拉螺栓组成的钢结构受力体系悬吊保护110 kV的电缆。上部型钢安装在混凝土支撑的顶部，下部型钢安装在电缆包封的底部。上部和下部型钢均采用φ32 mm的对拉丝杆进行连接,并在混凝土包封与H型钢之间铺设厚8 mm的绝缘橡胶垫块。上部型钢的长度=支撑间距+支撑宽度，下部型钢的长度=混凝土包封的宽度+2×0.5 m，纵向和横向设置φ22 mm的之字形钢筋把型钢连接为一个整体。110 kV电缆悬吊保护施工的平面图、横断面图以及现场照片如图5所示。

(a) 平面图

(b) 横断面详图

(c) 横断面大样图

(d) 现场照片

图5 110 kV电缆悬吊保护施工的平面图、横断面图以及现场照片

Fig. 5 Suspension protection of 110 kV cable

5 基坑止水帷幕及支护施工

5.1 电缆范围内基坑外的高压旋喷桩施工

高压旋喷桩适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土和杂填土等地层的加固和止水。对于粒径较小的砂砾层和卵石层,可以通过在水泥浆液中掺入一定比例的外加剂缩短水泥的凝结时间以及调整喷射的提升速度等措施获得较好的成桩效果,起到止水加固的作用[13]。由于水文地质条件复杂且需避让管线，施工过程中需局部调整旋喷桩的施工角度和喷浆压力，所以易造成旋喷桩存在薄弱部位。对于薄弱部位采用小导管注入速凝无收缩止水浆液的措施进行加强处理[14]。高压旋喷桩分2期进行施工，1期为在地面进行斜向施工以封闭地表水和上层滞水，2期为在电缆包封底部进行竖向施工并施工至岩面以下0.5 m。

采用改装后的钻机在110 kV电缆包封两侧分别打设4排φ800@350 mm的旋喷桩加固地层，采用强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥，水泥掺量为30%，水泥浆液的水灰质量比为1.0～1.5，28 d无侧限抗压强度qu≥0.8 MPa，渗透系数k≤1.0×10-7cm/s，旋喷压力宜控制在15～20 MPa。基坑一侧第1排和第2排旋喷桩的角度为6°，桩底标高为10.0 m，共计28根，平均长度为15.2 m；第3排和第4排旋喷桩角度为20°，桩底标高为11.97～23.30 m，共计28根。第3排和第4排旋喷桩的孔位分别与第1排和第2排重合。高压旋喷桩施工平面图和剖面图如图6所示。

为避免高压旋喷桩和钻孔咬合桩之间的缝隙渗漏水，在基坑外电缆两侧各设1口应急降水井，基坑开挖时根据渗漏水情况和基坑监测情况决定是否启动应急降水井。

5.2 电缆范围内的基坑支护施工

采用工字钢喷射混凝土进行110 kV电缆范围内的基坑支护。针对高压旋喷桩加固盲区，提前利用基坑内的临空面进行超前注浆加固，注浆管采用φ42 mm钢管，长度为3.0 m，水平间距为0.3 m，竖向间距为0.5 m，呈梅花形布置，浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力为0.3～0.5 MPa。注浆完成后方可开挖桩间土体并施作工字钢喷射混凝土支护。为了在110 kV电缆底部施作高压旋喷桩止水帷幕，将包封底5 m范围内的工字钢设在钻孔咬合桩外侧，5 m以下的工字钢喷射混凝土支护与钻孔咬合桩桩间网喷支护表面平齐。

凿除工字钢两端钢筋混凝土桩的钢筋，并通过L型钢筋焊接牢固，在竖向上通过冠梁预埋钢筋将基坑工字钢支护、钻孔咬合桩和冠梁连接为一个整体。沿工字钢横向焊接φ22 mm的通长竖向钢筋，按梅花形布置，间距为500 mm，钢筋之间采用双面搭接焊，焊接长度不小于5倍的钢筋直径，钢筋内外侧安装φ8@200 mm×200 mm的钢筋网片并喷射厚400 mm的C25早强混凝土。每层工字钢下方设置4根注浆锚管，注入1∶1的水泥-水玻璃双液浆,注浆压力为0.3～0.5 MPa，注浆扩散半径为0.5 m。锚杆及工字钢支护的纵断面图和剖面图如图7所示。

(a) 平面图

(b) 第1排和第2排旋喷桩剖面图 (c) 第3排和第4排旋喷桩剖面图

Fig. 6 Plan and profile of construction of high-pressure jet grouting pile (mm)

5.3 电缆下部基坑内的高压旋喷桩施工

电缆范围内基坑土方开挖及工字钢喷射混凝土支护施作至包封底5 m处，在桩间110 kV电缆底部竖向施作2排φ800@200 mm的三重管旋喷桩加固止水。桩顶标高为18.6 m，桩底标高为2.0 m，采用强度等级不低于42.5 MPa的普通硅酸盐水泥，水泥掺量为30%，水泥浆液的水灰质量比为1.0～1.5，28 d无侧限抗压强度qu≥0.8 MPa，渗透系数k≤1.0×10-7cm/s，旋喷压力宜控制在15～20 MPa。高压旋喷桩施工完成后，采取纵向分段和竖向分层的方式开挖基坑土方并进行基坑支护，然后按规范的操作要求进行基坑支撑体系的施工，开挖至基坑底部后及时进行封底垫层混凝土的施工。电缆底部基坑内高压旋喷桩的施工平面图和纵断面图如图8所示。

(a) 纵断面图

(b) 1-1剖面图

Fig. 7 Cross-section and profile of anchor bolt and I-shaped steel support (mm)

5.4 施工效果

基坑范围内电缆悬吊保护是针对无法迁改管线的一种有效保护措施，基坑施工阶段管线及包封的沉降约为2.5 mm。在基坑施工过程中，咬合桩体之间无分叉，杂填土、淤泥质粉质黏土和细砂地层成桩效果较好，基坑侧壁未出现渗漏水现象。

(a) 平面图

(b) 纵断面图

Fig. 8 Plan and cross-section of construction of high-pressure jet grouting pile in foundation pit (m)

6 结论与建议

针对基坑施工范围内存在低净空架空电缆和地下电缆等复杂施工条件，利用反循环钻机施作以塑性混凝土桩为素桩的钻孔咬合桩。与采用低净空成槽机及吊装设备施工地下连续墙围护结构的施工方案相比，具有施工速度快和施工成本低的优点。采用基坑内竖向以及辅助斜向施作高压旋喷桩止水帷幕的方法，并在基坑外设置应急降水井，有效解决了地下电缆缺口处基坑止水的难题。在8.3 m水头的作用下，基坑侧壁未出现渗漏水现象，只有在基坑围护结构接茬处局部出现了湿渍。基坑内采用逆作法施作工字钢喷射混凝土支护以及采用悬吊技术保护电缆的措施，在既有地下电缆无法迁改的条件下，保证了基坑的正常施工。同时，提出以下建议：

1)基坑不同形式围护结构的连接处是基坑渗漏水的薄弱部位，可采用高压旋喷桩和降水井有效避免基坑渗漏水引发的涌水、涌砂等安全事故。

2)针对基坑围护结构无法全面封闭地下水且存在一定纵坡的基坑工程，可以在基坑围护结构未封闭处的下游横向设置止水帷幕，以实现基坑内的分区降水。

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Protection of High Voltage Cable Crossing Double-line Deep Open-cut Foundation Pits with Different Depths and Comprehensive Construction Technologies for Foundation Pits

HAN Jiankun, DONG Xiaolong, GUO Xiaolong
(ErchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Sanhe065201,Hebei,China)

The bored secant pile constructed by backcycling drilling machine under low clearance is discussed by taking the open-cut foundation pits on double lines of Honggu Immersed Tunnel in Nanchang for example. The underground cable crossing the foundation pits is protected by concrete support; and the I-shaped steel and shotcrete support is constructed by top-down method. The ground around 110 kV cable is consolidated by high-pressure jet grouting pile out of foundation pit; and the water curtain is constructed by vertical high-pressure jet grouting pile under cable in foundation pit to stop the water and the emergency dewatering well at connecting point between retaining walls is constructed. Finally, the foundation pits have been successfully and safely constructed under complex conditions.

bored secant pile; high-pressure jet grouting pile; cable suspension protection; I-shaped steel and shotcrete support; dewatering of foundation pit

2017-02-13;

2017-07-05

韩建坤(1971—)，男，河北乐亭人，1995年毕业于长沙铁道学院，铁道工程专业，本科，高级工程师，主要从事隧道与地下工程施工技术与管理工作。E-mail： 3105268176@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.07.009

U 455

B

1672-741X(2017)07-0838-07