明挖综合管廊基坑设计与关键施工技术分析

2021-12-23周高生

石家庄铁路职业技术学院学报 2021年4期

周高生

（中铁十八局集团第二工程有限公司河北唐山064000）

综合管廊常用的施工方法主要有明挖法、盾构法、顶管法等，各种综合管廊施工方法各有优缺点和适用条件[1-3]。由于大部分综合管廊建设在城市，综合考虑成本、效率等因素，明挖法仍是应用最广泛的方法[4-7]。因此，研究明挖法建设综合管廊具有重要意义。

1 工程概况

1.1 综合管廊设计概况

谌家矶大道工程全长约4 705 m，其中解放大道至长江明珠段（K0+000~K2+800）为新建段，K2+100、K2+900与现状谌家矶大道相交，长江明珠至平安铺东路段（K2+900~K4+705）与现状谌家矶大道重合，重合段约1 805 m。本工程管廊为干线综合管廊，综合管廊工程起止点为K0+038~K4+400，综合管廊总长9 509.333 m。本次设计范围综合管廊(不含跨朱家河段管廊和综合排管)长8 844.05 m，共分为三段，分为A、B、C、D、E、F六种类型，其中A型管廊矩形顶管段暗挖长度62.5 m，C和D型管廊圆形顶管暗挖长约554.72 m，其余采用明挖法施工。

第一段为解放大道至游湖三路段道路两侧各布置双舱管廊，起止点桩号为K0+038~K0+910。综合管廊沿道路南北两侧设置，包括北侧的A型、南侧的B型、游湖三路综合管廊及相交道口缆线管廊，总长2 040.176 m。第二段为游湖三路至朱家河东路段道路两侧各布置圆形顶管综合管廊和缆线管廊段，因考虑到谌家矶片区现状防洪体系，朱家河现状堤防暂不能调整取消，两路跨朱家河的桥梁和综合管廊暂不具备建设条件，近期先确定跨河桥梁形式和综合管廊路由，预留单项工程造价，后期与朱家河改造工程同步深化设计，故跨朱家河段综合管廊不纳入本次设计范围。本次设计范围内C和D型顶管管廊长约554.72 m，主线缆线管廊长约847 m，本次设计总长约1 401.72 m。第三段为朱家河东路至平安铺东路道路两侧布置F型三舱、E型单舱综合管廊和综合排管。E型综合管廊总长2 025.16 m，综合排管全长1 414.4 m，排管包含20孔DN150MPP电力排管和21孔DN110MPP通信排管。

A、B型综合管廊总长2 040.176 m，基坑开挖深度2.1~12.7 m，基坑宽度2.8~20 m。E型综合管廊总长约2 025.16 m，基坑开挖深度为2.7～13 m，基坑宽度为2.8～12.8 m。主要的开挖支护形式有：桩长12～18 m的FSP-IV型拉森钢板桩加2道内支撑支护，第1、2道支撑采用D609×16钢管支撑，间距3.5 m，分别支撑在HM500×300、HM700×300型钢腰梁上。桩长9～18 m的FSP-IV型拉森钢板桩加1道内支撑支护，第1道支撑采用D273×7钢管支撑，间距3.5 m，支撑在双拼工25b型钢腰梁上。三轴水泥土搅拌桩直径0.85 m，纵、横向间距0.6 m，咬合0.25 m。

1.2 基坑周边环境条件

1.2.1邻近建（构）筑物与基坑位置关系

谌家矶大道沿线建筑物主要有沿解放大道的轨道交通1号线高架桥、幸福湾小区、横穿线路的轨道交通21号线幸福湾地铁站、在建小区、长江明珠小区、谌家矶街道办、长江新城管委会、湖北陆军高炮团、长江日报大楼、谌家矶小学等，其中除轨道交通1号线高架桥、幸福湾小区、湖北陆军高炮团，其他建构筑物均在拆迁范围内。经调查幸福湾小区、长江新城管委会、湖北陆军高炮团、长江明珠小区为框架结构、桩基础建筑，目前使用情况完好。工程施工前委托有资质的专业机构进行结构鉴定。

A型管廊顶管段横穿轨道交通21号线幸福湾地铁站。B型管廊距离南侧幸福湾小区砼1裙房最近水平距离约8.1 m，距离阳逻线幸福湾地铁车站最近水平距离约30.0 m。游湖三路管廊YK0+060~YK0+145.609段距离东侧沪汉蓉高铁桥桩42~48 m。F型管廊距离南侧长江明珠小区最近水平距离约14.6 m。

1.2.2周边道路与基坑的位置关系

谌家矶大道朱家河以西段为现状20 m宽孙家岗路，西起解放大道，东至沪汉蓉铁路前长约800 m。谌家矶大道朱家河以东段在长江明珠小区与谌家矶大道交叉，以东至止点段，与既有谌家矶大道重合。施工期间可利用江北快速路、朱家河路、兴盛路、谌家矶路、平安铺东路等现有市政道路进入施工场地。江北快速路为城市主干道，材料运输便利。朱家河路、兴盛路、谌家矶路、平安铺东路作为运输的重要通道。

1.2.3地下管线与基坑的位置关系

游湖一路处现有地下横穿的10 kV电缆线2条、110 kV电缆线1条，K0+000~K0+920区段内沿现状道路下敷设有2排电信、1排电力、1排雨水管、1排污水管、1条纵向10 kV电缆线，需迁改。谌家矶大道（朱家河桥-朱家河路）段现状道路路面下埋设有4排电信、2排给水、1排电力共计7排管线，沿道路路北、路南绿化带共设有2排架空电力线，需迁改。谌家矶大道（朱家河路-平安铺立交）段现状道路路面下埋设有4排电信、2排给水、1排燃气、1排排水箱涵、1排雨水共计9排管线，沿道路路中、路北、路南绿化带共设有3排架空电力线，需迁改。以上所有管线均改迁到施工红线外侧。

1.2.4土方消纳场地

土方消纳场选定武汉市新洲区仓埠街四分场，该弃土场土地性质为基坑回填、土地复垦，占地270亩，年消纳方量为20万m3，实际总消纳方量为80万m3，运距约35 km。

2 基坑设计

2.1 基坑安全等级要求

基坑安全等级见表1。

表1 基坑等级

2.2 基坑支护结构形式

谌家矶大道工程A、B、E、F综合管廊、排管及接户井明挖基坑采用的支护结构形式：Φ850@600型钢水泥土搅拌墙（SMW工法桩）、拉森钢板桩和放坡开挖。

FSP-Ⅳ拉森钢板桩支护特征横断面示意图形式如图1；放坡开挖横断面示意图形式如图2：其中SMW工法桩桩长12~24 m，采用HN700×300×13×24型钢。

图1 FSP-Ⅳ拉森钢板桩支护特征横断面示意图(单位：mm)

图2 放坡开挖横断面示意图（单位：mm）

2.2.1坑内土体加固

F型管廊K2+075~K3+170、K3+555~K3+655段管廊基底软土较厚，采用650@450双轴搅拌桩加固，游湖三路管廊YK0+060~YK0+145.609段、游湖三路综合管廊交叉口（二）基坑底采用850@600三轴搅拌桩坑底加固，纵横向间距0.6 m，咬合0.25m，加固深度为坑底以下3 m。

2.2.2基坑封堵墙设置

E、F型综合管廊在K2+010、K2+580、K3+600各设一道封堵墙，对既有谌家矶大道、浦兴路、兴盛路保通；F管廊在K4+380处若不具备道路疏解条件则设一道封堵墙；E、F型综合管廊在K1+900、K2+400各设一道封堵墙分隔污染地块；K0+260处110 KV电力线迁改若影响A、B管廊结构施工，于K0+240处各设一道封堵墙；若厂房拆迁影响E、F管廊结构施工则于K1+680处各设一道封堵墙。

3 关键施工技术

3.1 土方开挖施工技术措施

如图3，分段长度宜为3.0~8.0 m，分层厚度宜为1.0~2.0 m，软土地层宜取较小值。根据基坑深度自上而下每3 m设置一级平台，斜面按1:3放坡，实际根据开挖土质情况适当调整。各级边坡、各工况边坡及纵向总边坡需满足稳定性要求，如果有必要可采取临时护坡或加固措施。坑顶外不小于3 m范围内及时硬化，完善坑内外排水系统。人工挖除时，坑底每平方挖设1个浅坑，采用水准仪测设为基底高程，并在坑内布设少量白石灰。

图3 土方纵向开挖示意图

基坑开挖前在开挖线处搭设防护栏杆，采用竹跳板封闭设置挡脚板，防止滚石跌落伤人。防护栏杆搭设完成后，采用密目网进行封闭。并挂好警示、指示标志。

不良地质开挖的技术措施。淤泥和淤泥质土等软土层中每级高度不大于1 m，其余不大于2 m，平台高度不得大于2 m，平台宽度不得小于3 m，软土层中每级放坡坡率不得陡于1：4。开挖软土层时，要铺设挖机行走的钢垫板，以防挖机沉陷。

基坑开挖见底后，及时施工底板。如果遇到不良地层，应按设计要求处理。对施工中的各种数据进行实时监控分析，保证深基坑施工顺利进行。

3.2 基坑支护施工

3.2.1基坑支护施工工艺流程

总体施工流程：施工准备（征地拆迁）→围护结构施工→地基加固施工→冠梁支撑施工→土方开挖施工→围檩支撑施工→管廊主体施工→土方回填。对不良地质条件按设计要求进行处理，满足打桩机平稳行走的要求。根据确定的施工顺序，按施工平面布置图安排钢板桩、配套机具等放置位置。

3.2.2钢筋混凝土冠梁、支撑施工

支撑设计底标高以下10 cm，经整平、夯实处理后，根据测放的冠梁、支撑位置浇筑混凝土垫层，厚度10 cm，垫层边每侧比冠梁、支撑边宽10 cm，以方便支立模板，并在基坑中间垫层下方埋设Φ300的PVC过水管。凿除支护桩顶以上水泥土，采用SMW工法桩型钢油毡隔离，钢筋混凝土冠梁及支撑钢筋安装绑扎，模板支立。

第二、三道支撑为钢筋混凝土的支撑。具体施工步骤如下：①基坑开挖到第二、三道围檩底以下10cm时，在围檩位置处人工用空压机凿出支护桩钢筋或工法桩型钢。②清理混凝土后在围檩及内支撑底浇筑10cm的C20素砼垫层。③待垫层混凝土达到一定强度，在上面铺设一层油毡布隔离膜，与砼围檩、内支撑进行隔离，以便后期支撑下土方开挖后迅速拆除垫层。④在垫层上放样支撑中心线，按规范要求绑扎围檩及支撑钢筋，特别要加强围檩钢筋与支护桩及型钢连接钢筋的焊接质量控制，严格按图纸要求施工。⑤支立模板、浇筑砼及养护。⑥抗浮锚杆施工。

3.3 基坑截排水施工

本工程影响范围土层多为黏土和粉质粘土，基坑内地下水主要是上层滞水，采取集水明排的方式能够满足施工工艺要求。具体基坑排水方案如下：

支护结构施工完成后，基坑开挖前，在基坑中间沿纵向开挖一条100×100 cm的排水沟，将井内积水抽排到地面排水沟。在基坑开挖过程中，在每个工作平台顶面做成1%的顺坡，坡向排水沟，在基坑中间沿纵向开挖一条100×100 cm的排水沟。开挖到基坑底时在基坑两侧离支护桩60 cm处沿纵向设置30×30 cm排水沟，每施工段设80×80×50 cm的集水井，通过高扬程的污水泵随时将积水抽排到地面排水沟。沿排水沟每隔50 m设置一个直径80×80×80 cm的沉淀池，沉淀池内的泥渣要定期清理。