大截面管廊横穿基坑原位悬吊保护技术

詹欣波

（中交四航局珠海工程有限公司，广东 珠海 519085）

1 工程概况

横琴口岸车站位于珠海市横琴岛经济开发区，前接横琴隧道金横区间，后接横琴隧道横长区间；珠海横琴站车站1号、3号、4号出入口部分位置下穿既有市政管廊结构。管廊为钢筋混凝土结构，地下埋深1.2～1.8m，断面尺寸10m×4m（长×宽）；车站1号、3号、4号横穿市政管廊处，采用暗挖工艺，在暗挖段施工前拟对管廊进行加固和悬吊处理，保证结构安全。管廊悬吊保护技术施工难度大，安全风险高。市政管廊横穿出入口平面布置图如图1所示，悬吊保护市政管廊横剖面图如图2所示。

图1 市政管廊横穿出入口平面布置图（单位：mm）

2 施工方案

根据现场实际情况，为确保综合管廊的完整性，施工中选择的是悬吊法，兼具“撑”与“吊”两方面内容。其中，“撑”指的是设置支撑结构，以确保格构柱具有足够稳定性；“吊”则选择的是H型钢，以此为基础采取的是双拼悬吊的方式。

现场设置双拼H型钢，该结构将与精轧螺纹钢共同发挥作用，实现对综合管廊自重荷载的传递，使其能够到达悬吊梁上，并进一步经过格构柱、钻孔桩的路径实现传递，最终将荷载有效传递至地基处。设置悬吊梁，可发挥出支撑的作用，顶标高均为+2.55m。

图2 悬吊保护市政管廊横剖面图

3 计算验证

3.1 模型的建立

本次分析中选择的是ABAQUS软件，将其作为有限元分析工具，通过建模的方式模拟实际施工情况。模型创建工作中，H型钢采取的是间距为1m的布设方式。该项目所用型钢材料均为Q235钢材，正常状态下弹性模量E=206GPa，泊松比μ=0.3，容许应力为140MPa。施作共同沟，此部分施工选择的是C25混凝土，基本参数为E=34.5GPa，μ=0.2。关于此结构容许应力的设置，以混凝土不发生开裂为基本前提，容许拉应力及压应力两项指标分别设置为0.5MPa、7.6MPa。设置精轧螺纹钢，具体选择的是PSB785，根据材料特性，其具备的屈服强度为785MPa。不同阶段钢材的特性存在差异，屈服前主要以弹性变形为主，针对此特点，此阶段选择的是弹性模拟的方式。搭接面管廊恒荷载的构成可分三部分，除该结构的自重荷载以外，还包含了电缆支架和管线（两部分均设置在共同沟内）的自重荷载。跨通道的地下综合管廊长度约9m，自重荷载为112.23t，通道设置9道支撑，每道支撑承受的重量为12.47t，不考虑活荷载的影响。

依据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）所给出的计算公式，恒载、活载二者对应分项系数分别为1.2、1.4[1]。结合上述参数可以求得：通风口断面荷载组合值Q1=196.40kN；标准断面荷载组合值：Q2=170.28kN。

引入结构化网格技术，在其支持下完成网格划分；在此基础上，创建三维实体单元，从而构成线性减缩积分单元。此方式的特点在于求解位移时可有效排除其他因素的干扰，从而确保求解精度[2]；且在弯曲分析工作中，可以避免剪切自锁的问题。为满足快速且精确求解的要求，重点处理共同沟通风口处的网格，该处相较于双拼H型钢而言相对较大，并且精轧螺纹钢网格最小。

3.2 强度及变形验算结果

（1）管廊悬吊系统整体验算。从强度的角度来看，可以确定悬吊系统应力极值的发生区域，具体对应的是精轧螺纹钢，该值为79.5MPa，相较于该处的屈服强度785MPa而言明显偏小，因此符合要求；从变形的角度来看，共同沟处存在较明显的变形现象，该处的最大值为3.19mm，远小于设计值的20mm，因此也满足要求。

（2）管廊悬吊精轧螺纹钢验算。从强度角度来看，共同沟精轧螺纹钢最大应力为79.5MPa，该值明显低于屈服强度，即785MPa，因此与设计要求相符；从变形角度来看，主要考虑的是精轧螺纹钢底部，该处产生的最大变形量仅为3mm，该值明显低于设计值20mm，因此也与设计要求相符。

（3）上部型钢的模型。从强度角度来看，型钢最大应力为19.2MPa，该值明显低于容许应力140MPa，因此与设计要求相符；从变形角度来看，此时型钢产生的最大变形量仅为1.13mm，该值明显低于设计值20mm，因此也与设计要求相符。

（4）管廊下部双拼H型钢扁担梁验算。从强度角度来看，共同沟最大应力为0.65MPa，该值明显低于容许应力7.6MPa，因此与设计要求相符；从变形角度来看，此时变形沟产生的最大变形量仅为3.06mm，该值明显低于设计值20mm，因此也与设计要求相符。

4 施工流程及沉降监测

4.1 施工流程

（1）钻孔灌注桩及格构柱施工。主要分布区域为通道悬吊梁处，具体使用的是φ800mm钻孔灌注桩，将此结构在回旋转机的辅助下设置在指定区域；安装格构柱，此结构的规格为460mm×460mm。

（2）混凝土悬吊梁施工。首先完成降水作业，确保无误后方可开挖管廊两侧土体，开挖持续推进，到达梁底标高处即可停止，并于该处施工2根悬吊梁。

（3）开挖悬吊保护。共同沟下侧土体开挖作业结束后再设置钢梁，具体采取的是双拼H型钢梁的方式，此部分所用型号与H型钢相同。选择符合质量要求的双拼H型钢，将其转移到安装区域，调整位置偏差，确保无误后通过焊接的方式将其与格构柱稳定连接，并使用型钢支撑。在上述基础上，开挖管廊上下土体，该部分通过分段的方式完成，实现对管廊的有效保护，依据实际情况调整各段长度，但要控制在50～100cm[3]。每结束一段开挖后，均要锚固双拼H型钢，此处所用材料为精轧螺纹钢。部分双拼H型钢的设置区域较特殊，即位于悬吊梁上，要求其穿过精轧螺纹钢的部分应得到加固处理，即在该处焊接10mm厚的钢板，在其作用下有效约束精轧螺纹钢，以免其出现水平移动现象。

4.2 沉降监测

施工中，加强对共同沟的监测，共使用18个测点，彼此间距均为2m，依次设置在共同沟上方。以实际情况为准，部分区域可适当加密测点。此后，及时获取各点的结果，即最大沉降值，以此为依据分析总体变化规律。

土体可发挥出承受管廊荷载的作用，但伴随开挖的持续推进，该部分土体总量逐步减少，由此引发管廊沉降变形现象，此时悬吊保护系统发挥作用，能够有效承担荷载。若位于管廊下方的土体已经完全被开挖干净，此时荷载承受状态完全发生转变，即悬吊保护系统将单独承受荷载，此条件下管廊沉降量处于相对稳定的状态，与设计方案中所提出的原位保护要求相符。

5 悬吊方案的综合分析

（1）实现对管廊变形情况的监测，及时掌握管廊真实状态，若出现异常则及时处理。

（2）施工中所用的悬吊横梁具备刚度大的特点，能够有效避免结构变形现象。

（3）管廊下方至通道顶板区域内产生的土方具备可挖除的条件，若选择的是暗挖法施工作业，则要对该部分土方注浆，从而增强其稳定性，但该处土体厚度不足，因此实际效果不太理想。

（4）施工中涉及的工序较少，可提高施工效率。

（5）悬吊横梁具有多重用途，可作为支撑梁使用，无需大范围的喷射混凝土施工，施工成本降低。

（6）挖孔桩工艺成熟，施工安全。

（7）为通道顶板的防水层施工创造了良好条件。

6 结束语

文章围绕管廊原位保护问题展开探讨，得出如下结论：基于ABAQUS软件建模，对管廊悬吊系统、H型钢横梁等相关结构展开验算，从强度和变形两个角度切入，结果表明与设计要求相符。原位悬吊保护技术的应用效果较好，可确保大截面管廊的稳定性，满足施工要求，且操作便捷，总体来说可行性较高。