市政地下通道跨越既有管道的基坑设计

刘宇晨

（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东 广州 510060）

0 引言

随着经济和社会的迅猛发展，在城市道路设计中除了要对城市主次干路不同方向上的纵向车流进行详细分析和合理渠化外，还需重点考虑行人过街带来的横向交通问题。为充分体现“以人为本”的设计理念，通常建设人行天桥或人行地下通道解决这一问题。

与人行天桥相比，人行地下通道能保留城市原有风格风貌，保持道路的清爽整洁，因而越来越成为城区人行横向通道的首选。但由于城市道路横断面布置管线众多，尤其是埋深较大的雨水、污水等管道的存在，给地下通道的设计和施工带来一定的技术难度。本文将结合实际工程，对市政地下通道跨越既有管道的基坑设计进行初步探讨。

1 市政地下通道与既有管道的相对关系

市政地下通道横穿城市道路时，通常在结构高度范围内连续布置在地面以下，与道路纵向地下管道存在空间上的交叉。这种交叉关系通常分为以下几种：

（1）管道位于地下通道顶板以上。当管道埋深较浅，位于地下通道顶板以上时，常采用的处理方法是临时迁改或就地保护，待地下通道结构施工完成后复位即可。

（2）管道与地下通道结构冲突。当管道与通道结构顶底板冲突，并不侵入内部净空时，若管线迁改有难度，可考虑包裹在顶底板结构中。当管道与通道结构侧墙冲突时，由于管线不能侵入通道净空空间，必须改迁管线。

（3）管道位于地下通道底板以下。当管道埋深较大，位于地下通道底板以下时，管道迁移通常难度较大，经济代价也较高，一般采用就地保护。管道的存在对地下通道基坑支护和止水均有较大影响，因此管道影响范围内基坑设计时需采用特殊措施。

相比较而言，（1）、（2）两种情况处理难度较小，本文将重点讨论管道位于地下通道地板以下时的地下通道基坑设计，此时地下通道结构以跨越方式与管道立体交叉。

2 市政地下通道跨越既有管道的基坑设计

地下通道跨越既有管道时，通道基坑和管道由于空间上的相互交叉，两者之间将互相影响。因此要根据地质情况、周边环境、基坑和既有管道的特点等因素，进行有针对性的设计。

2.1 基坑对管道的影响及对策

地下通道跨越既有管道时，基坑开挖过程中容易伤及管道，基坑开挖取土卸载会导致管道随地基土向上回弹或因抗浮能力不足而脱空，基坑开挖时降水又有可能导致管线随周围土体共同沉降，发生超限位移。另外，通道建成后也有可能对既有管道结构带来附加荷载。

地下管线允许变形值与管材、接头形式、管径和管节长度等有关，应满足相关专业设计施工规范的要求。因基坑开挖引起管线相关变形超过规范允许值时，应采取有效措施防止管线有害变形发生。

防止管道回弹通常采用降水、改良土体和顶部施加压力等方法。降水法会对周围环境造成一定影响，通常需配合截水帷幕采用坑内降水。改良土体法通过注浆等方法对管道周围土体进行加固，同时降低其渗透系数，通过增加土体自重和强度限制土体回弹。采用此法时，应注意控制注浆压力，以防注浆压力过大造成管道移位。顶部施加压力法是最直接、最容易控制的方法，通常采用分区抽条开挖、分块浇筑压载的方式，防止一次开挖卸载过大导致管道出现难以控制的回弹变形。

2.2 管道对基坑的影响及对策

由于管道及两侧安全范围限制，基坑围护结构和止水帷幕的连续性受到影响，给基坑设计和施工带来一定的难度，甚至导致基坑事故发生。

不同的管材、管径和斜交角度，对基坑的影响和处理方式不同。管径较小且斜交角度较小时，管道对通道基坑影响范围较小；管径较大或斜交角度较大时，管道对通道基坑影响范围较大。

对于基坑围护结构，当管道对通道基坑影响范围较小时，影响范围内的支护结构可考虑断开，或减小嵌固深度。支护结构断开时，局部采用挂网喷射混凝土或挡土板挡土。嵌固深度减小标准通常以支护结构底与管顶净距不小于50 cm间距为限，或以管线权属单位的要求为准，同时支护结构应采用对土体影响小的施工工艺。这两种情况均会加大断开处两侧支护结构的局部侧向土压力和变形，应适当加强支撑。

当管道对通道基坑影响范围较大时，两侧支护结构强度和刚度难以抵抗影响范围内的土压力，需独立设置支护体系。常用的方法是局部采用土钉墙或水泥搅拌桩重力式挡墙，其参数根据计算确定。

对于止水帷幕，通常考虑采用袖阀管注浆、高压旋喷桩在基坑外施作止水帷幕，或在影响范围内采用封底止水，具体采用何种方案，应根据地质条件、管道与坑底距离、场地周边情况、施工工期和工程造价等因素进行综合比较确定。

3 工程案例

3.1 工程概况

某地下通道穿越城市快速路，采用现浇钢筋混凝土结构，主通道长68.21 m，顶底板厚度0.5 m，侧墙厚0.5 m，净高3.5 m，净宽4.0 m。两端人行梯道出口段净高3.5 m，净宽2.5 m，顶底板厚50 cm，侧墙厚50 cm。采用整体板式基础。其地质情况自上而下描述见表1。

主通道基坑宽度为6.4 m（按结构外侧两边各增加0.7 m考虑），深度约6 m；根据地质情况，坑底为渗透系数很大的粗、砾砂层。采用拉森Ⅳ型钢板桩+ø426 mm钢管横撑进行支护，钢板桩长12 m。基坑安全等级为二级。

主通道分别跨越一根D3000污水管和一根D1400雨水管，主通道基坑平面及其与雨水污水管关系如图1所示。

3.2 地下通道跨越D3000污水管处基坑设计

该污水管与地下通道主通道斜交角度为76.7°，平面上重叠宽度为3.1 m，管顶距离坑底约2.5 m。根据污水管运营部门管线保护要求，支护桩与污水管应保证不小于1 m的净间距。这将导致重叠5.1 m长度范围内无法采用钢板桩支护。根据前述原则，在钢板桩不连续范围和两侧各搭接约1.8 m段选用水泥搅拌桩重力式挡墙作为围护结构，挡墙长8.55 m，宽4.35 m。

基坑底位于透水性极强的粗、砾砂层，考虑到污水管管径达3 m，袖阀管注浆渗透半径仅约0.8 m，无法在管底形成连续的止水帷幕，因此采用搅拌桩封底做止水帷幕。

表1 某工程地质自上而下情况

图1 地下通道基坑平面图（单位：m）

该位置基坑横断面和纵断面示意如图2所示。

图2 跨越D3000污水管基坑设计图（单位：m）

重力式挡墙采用弹性支点法进行稳定性和承载力验算如下。

3.2.1 重力式挡墙滑移稳定性验算

满足规范要求。

3.2.2 重力式挡墙倾覆稳定性验算

满足规范要求。

3.2.3 重力式挡墙正截面应力验算

最大截面弯矩设计值Mi=1.25γ0Mk=1.25×1.0×536.1=670.1（kN·m），最大截面剪力标准值Vi=233.4 kN。水泥土抗压强度取值fcs=2 MPa。

压应力验算满足规范要求。

拉应力验算满足规范。

剪应力验算满足规范。

3.3 地下通道跨越D1400污水管处基坑设计

该污水管与地下通道主通道正交，平面上重叠宽度为1.4 m，管顶距离坑底约0.5 m。根据污水管运营部门管线保护要求，支护桩与污水管应保证不小于0.5 m的净间距。

根据前述原则，由于该污水管对通道基坑影响范围较小，影响范围内采用不落底的短钢板桩，桩底至管顶上方50 cm处，起挡土和止水作用。为避免对污水管造成较大影响，短钢板桩采用静压法施工。为保证基坑安全，采用以下加强措施：

（1）将污水管两侧两根相邻的钢管横撑规格从ø428×12 mm钢管调整为 ø428×16 mm。

（2）在污水管保护范围两侧局部采用4排×5列搅拌桩加固坑内土体，以协助标准长度钢板桩抵抗污水管范围内外侧土压力。

（3）距离第一道撑3.5 m处设一道同规格加强腰梁，并与两侧标准长度钢板桩牢靠焊接，每侧焊接数量不小于3片，以保证有足够的标准长度板桩共同承担短钢板桩外侧土压力。

由于透水层为粗、砾砂层，注浆渗透性好，扩散半径大，同时污水管管径较小，每侧采用2排×2列斜向袖阀管在基坑外注浆，孔距1.0 m，与两侧水泥搅拌桩形成闭合的止水帷幕。注浆位置为污水管顶面0.5 m至管底以下粗、砾砂层，并进入不透水层不小于0.5 m。局部袖阀管注浆盲区，在开挖过程中采用钢花管补注水泥水玻璃双液浆（见图 3）。

图3 跨越D1400污水管基坑设计图（单位：m）

4 结语

随着城市建设的发展，越来越多的地下通道、车行隧道等地下交通工程基坑设计中会遇到跨越既有管道或其他构筑物的情况，如何因地制宜采用合理可靠的基坑支护形式，是值得探讨的问题。本文根据跨越不同的管道直径和管道埋深，采用两种不同的支护方式和止水帷幕形式，取得了良好的效果，可为同类条件下的基坑设计提供参考。