浅谈地铁出入口管线悬吊保护技术的应用

于佳佳

（合肥市轨道交通集团有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

地铁施工往往在人流密集的区域，先期已开展并完成城市建设及管线规划，在深基坑实施过程中，管线的制约因素成为地铁施工最大的问题之一，且管线临时迁改往往需要绕行出入口外侧，增加土方开挖和道路破复工程量，给交通环境带来不利影响。受管线迁改影响，深基坑桩基施工和开挖需管线迁改完成方可施工，增加施工时间和成本，同时由于大口径管线覆盖区域广，对市民生活影响大，产权单位迁改难度高、准备时间长，导致出入口施工工期不可控，因此通过原位悬吊技术可降低对周边市民生活的影响，同时缩短施工周期，减少管线迁改工程量，降低工程造价，减少开挖和道路破复工程量，符合绿色交通建设理念。当前，结合施工环境和工程条件，合理应用管线悬吊施工技术，能够妥善解决出入口施工过程中遇到的管线问题[1-2]。但管线悬吊增加了施工期间的风险，且管线材质、接头形式、敷设方式、地质条件及周边环境等各有不同，因此选择合适的悬吊方式对于管线保护工作尤为重要。基于现有各类管线原位保护方法，本文提出采用钢套管+工字钢悬吊方式对大口径供水管线进行原位保护，有效减少供水管线迁改时间，为出入口施工提供较好的先决条件，有效解决当前大口径供水管线给诸多出入口深基坑施工造成的不利影响，可为类似工程提供施工参考。

1 地铁工程管线问题解决的现状

在地铁设计时，地铁车站大部分设置在道路交叉口，各象限设置出入口和风亭，既保证乘客乘坐便捷，又增加了路口的安全通道。地铁周边往往存在较多既有管线（供水管线、燃气管线、热力管线、弱电管线、强电管线、雨水管线和污水管线等），在解决管线问题时，需要综合考虑产权单位需求、周边环境、地质条件、交通导改等需求，管线处理方式主要分为：永久迁改、临时迁改和原位保护。

1.1 管线永久迁改

管线永久迁改适用于不受场地及周边环境限制，同时能满足市政功能需求及产权单位功能需求，迁改后能一劳永逸地解决深基坑施工管线风险，且不用回迁，减少回迁费用。地铁出入口跨度小，管线的永久迁改多是局部短距离永久迁改，受制于周边环境，往往会改变管道路由，给后期管道维护造成不便，部分迁改后管道存在较大曲线或转角，增加了管道流体阻力。

1.2 管线临时迁改

在施工过程中，地铁出入口跨度小，管线短距离迁改后，改变原有管道路由，使得原顺直的管线变成曲线或存在转角，不能满足产权单位长久功能性需求。因此，出入口完成后，需恢复原管道，即地铁出入口施工期间对管线进行临时迁改。临时迁改能够满足产权单位长久功能性需求，但需要出入口完工后进行重建恢复，因此成本高，施工周期长。优点是既能减小深基坑施工风险，又能满足产权单位需求，不改变管线原有线型状态。

1.3 管线原位悬吊保护

地铁出入口施工过程中，管线原位悬吊保护技术应用广泛[3]，工艺种类多。管线悬吊保护是将管线明挖后，通过悬吊装置或自身刚性悬吊于基坑两端。该技术适用于环境复杂、口径较小的管线，施工灵活，协调压力小，但是往往增加了施工风险。管线悬吊保护措施要根据管线用途、材料、尺寸、接头形式等综合研判悬吊方案。

2 地铁工程管线原位悬吊保护施工技术的应用

地下管线错综复杂，种类繁多，在基坑工程实施前，需要对相关管线进行探测和识别，管线原位悬吊保护方案的制定需要根据管线种类、尺寸、管材、口径等，管线原位保护的方法一般有悬吊法、支撑法和桥架法等。

在地铁工程中，很多地铁出入口设置位于闹市区，原位悬吊法作为最常见的管线处理方法之一被广泛应用，在实际应用过程中衍生出各种不同的形式，如牛瑞[4]通过研究DN1800mm供水管线悬吊保护方案设计，提出了具体的安全保护措施，给相应地质和工况条件下的大直径供水管线悬吊提供借鉴，但缺少供水管线受外力扰动造成接头漏水的应急措施。彭晨[5]提出的管廊外侧纵梁+总量下方临时立柱+管廊底部型钢横梁组成的管廊原位保护悬吊技术，解决了管廊悬吊保护的问题，缺点是悬吊保护系统施工时间过长，且工序多，施工组织难度大。成都地铁3号线天回镇南站DN2400mm供水管道采用“临时立柱+环向托架支撑+可调节钢丝绳临时悬吊”的原位综合保护技术[6]，该方案采用盖挖施工方法，降低基坑开挖效率，采用临时立柱桩增加了投资，但是能够有效解决DN2400mm大口径供水管道的悬吊保护问题。朱家俊[7]提出采用“D30钢丝绳（6×7+1WS）将大管径污水管悬吊于混凝土支撑上”。姜伟[8]通过方案比选对地铁基坑上方DN1100mm污水管悬吊采用军用梁进行悬吊保护，解决了大口径管线悬吊受力问题，但是对于有压管线而言，接头部位一旦破裂，漏水问题无法解决。

3 地铁出入口管线采用“钢套管+工字钢”悬吊保护技术的应用

3.1 工程概况

某地铁车站附属出入口为单层结构，采用明挖施工，围护结构采用Φ800@1100 mm和Φ800@1200 mm钻孔灌注桩+钢支撑体系，支撑采用Φ609 mm、t=16mm的钢管。桩顶设置800 mm×800 mm（宽×高）的钢筋混凝土冠梁。出入口的基坑深度为10.45～14.25 m，基坑宽度7.2 m，桩长7.9～17.2 m，竖向设置两道钢支撑。

地质主要位于粉质黏土填土层局部软塑，含少量碎石、砖渣等杂物。地下水类型为上层滞水和承压水，其中上层滞水主要赋存于表面人工填土中，受大气降水补给，水量微弱；承压水主要赋存于粉细砂、粉土、粉土夹砂层及粉质黏土夹砂层中，含水量较大。

3.2 管线基本概况

出入口范围内由北向南方向有1根管径DN800 mm供水铸铁管道，壁厚20 mm，管线接头形式为承插式接头，埋深约2.2 m，供水管横穿出入口，出入口范围内含有两个承插式接头。由于出入口范围内涉及多道燃气、污水、雨水及电排，且周边道路交通复杂，实际迁改难度大，需对该供水管进行悬吊保护。

3.3 管线保护方案选择

原位悬吊保护方案大多采用贝雷梁作为悬吊支撑体系，贝雷梁悬吊保护优点是施工便捷、施工工艺成熟。针对本工程，若直接采用贝雷梁悬吊供水管线存在如下缺点：

本工程出入口建在人流量密集的场所，周边车流量较大，大口径供水管悬吊保护，接头位置易受周边荷载扰动，从而造成接头处出现渗漏，供水管接头位置涌水后应急处理困难，且抢修成本高，存在出入口深基坑坍塌的风险。同时若出现供水管线破裂的情况，水会通过已开挖的出入口通道灌入已封顶的车站，车站内已完成部分机电设备和装饰装修工作，对整个车站内设备和装修造成严重影响。

由于工程涉及的DN800铸铁管供水管线在出入口基坑范围内存在两个承插式接头，为控制接头位置变形，同时防止接头位置破裂，降低安全风险，并满足道路宽度需求，结合供水产权单位需求，针对本工程涉及的DN800供水管，提出采用钢套管+工字钢悬吊保护方案，其优点是施工便捷，较迁改费用低，同时可以有效限制供水管线接头等薄弱位置位移，提高管线整体刚度，减小管线受自重影响的变形。若受外界条件影响，管线承插口接头位置出现涌水，外套钢管可以有效封闭水流，起到应急作用，保护基坑安全。其缺点是对焊接工艺要求高，需根据管线口径和长度定制管材。

3.4 管线悬吊保护施工方案

根据现场实际情况，采用9 m长DN1000 mm钢套管全封闭包裹悬吊保护的方式保护DN800 mm供水管，利用基坑支护体系作为悬吊保护系统的承重基础，在管线区域冠梁局部下沉，外套钢管置于基坑两侧冠梁之上，冠梁作为外套钢管的基础，辅助以工字钢+槽钢固定方式在基坑两侧冠梁上进行悬吊。采用DN1000 mm钢套管进行悬吊保护，增加刚度的同时限制供水钢管承插口位置的位移，有效保护接头。对DN1000 mm钢套管采用工字钢+槽钢抱箍固定方式在基坑两侧冠梁上进行悬吊，减小钢套管位移，避免基坑开挖阶段因物体打击致使管线破损。

3.4.1 施工要点

（1）当下部钢套管片穿过现状管道后，需在管片两边对称设置4处吊耳，在吊起焊接完成后，将沟槽下部及两边及时回填密实，确保套管不发生沉降。

（2）开挖中间段管身前，需确保两端接头套管稳定无松动方可开挖。

（3）在全段焊接完成后，需分段开挖、分段悬吊保护，不得全段挖空后保护。

（4）受管线影响大的桩间距采用植筋挂网，施作锁脚锚杆。

冠梁施工完成后，基坑开挖时，管线下方基坑开挖至0.5 m，将冠梁下方两桩之间土体局部挖出，在两根围护桩间采用C22@300 mm的钢筋植筋（植筋长度不小于400 mm），竖向采用C18@150 mm，双层设置，横向采用A8@450 mm拉钩梅花布置。植筋挂网后喷射300 mm厚C25混凝土，见图1。再开挖0.5 m，架钢筋网喷混凝土后，施作直径42 mm、t=3.5 mm、L=3 m的锁脚锚杆。锁脚锚杆用1：1水泥浆液填充注浆，注浆压力为1～2 MPa，见图2。

图1 倒挂井壁锁脚锚杆平面示意图Fig.1 Schematic plan of inverted shaft wall anchor bolt

图2 倒挂井壁锁脚锚杆剖面示意图Fig.2 Cross section diagram of inverted shaft wall anchor bolt

3.4.2 施工流程

将9 m外套钢管平均分为3段3 m长钢管，分三次开挖、安装和焊接，以防止供水管在安装过程中接头位置出现破裂。

第一次开挖基坑左侧3 m供水管接头下土方，将DN800 mm供水管底部范围内土方掏空（每次掏空长度不大于3 m），DN1000 mm钢管沿直径两侧母线均匀切开，钢管内每隔1 000～2 000 mm布置限位钢板垫进行定位，见图3，保证供水管居中。在供水管接头两侧200 mm布置小块钢板定位，见图1，接头处布置一圈4～6小块橡胶垫与钢管密贴，起到限位作用。土方开挖后及时将DN1000 mm外套钢管安装到位，并焊接牢固。第一次开挖、安装、焊接工作完成后，对DN1000 mm钢套管下方进行回填，待回填密实后进行第二次开挖。

图3 钢套管加工图Fig.3 Processing drawing of steel casing

第二次开挖基坑右侧3 m供水管接头下土方，将DN800 mm供水管底部范围内土方掏空（每次掏空长度不大于3 m），DN1000 mm钢管沿直径两侧母线均匀切开，钢管内每隔1 000～2 000 mm布置限位钢板垫进行定位，保证供水管居中。在供水管接头两侧200 mm布置小块钢板定位，见图1，接头处布置一圈4～6小块橡胶垫与钢管密贴，起到限位作用。土方开挖后及时将DN1000 mm外套钢管安装到位，并焊接牢固。第二次开挖、安装、焊接工作完成后，对DN1000 mm钢套管下方进行回填，待回填密实后进行第三次开挖。

第三次开挖基坑中部3 m供水管接头下土方，开挖完成后安装、焊接DN1000 mm钢套管，两端头钢板焊接封闭，与铸铁钢管连接处采用双面胶封堵缝隙，焊缝长度、宽度质量满足规范要求。回填密实。

悬吊系统采用2根工28工字钢做支撑梁，支撑梁上每2 m采用C10槽钢加工的闭口环对供水管进行包裹悬吊，C10槽钢每个接触截面双面满焊，同时将槽钢与工字钢进行焊接，保证焊接牢固，见图4。

图4 管线保护成品图Fig.4 Finished product drawing of pipeline protection

3.4.3 管线监测

为保障基坑开挖期间供水管线安全，通过监测数据及时指导基坑开挖工作，对供水管线及悬吊系统实施监测，监测项目主要有施工期间的管线沉降监测。采用精密水准仪和铟钢尺按二级水准进行测量，在供水管钢套管、工字钢支撑梁上埋设变形监测点，进行水准网布设。首次观测时，适当增加测回数，一般取3次的数据作为测点的初始读数。

施工过程中，对工字钢及管线进行加强监测，做到开挖与监测同步，每天比对监测数据，保障供水管线安全，结合现场深基坑开挖监测布点情况，在供水管线周边增加地表监测点。

供水管监测点布置情况：沿工字钢支撑梁方向布置三个监测点，分别位于两端和中部，沿供水管长度方向布设三个监测点，分别位于两端和中部[6]。

基坑开挖期间重点对工字钢支撑梁、供水管外套钢管、两端冠梁及周边地表变形情况进行监测，按照设计及规范规定的监测频率进行监测工作，并每日进行监测对比分析，形成监测日报。

管线监测控制标准见表1：

表1 管线监测控制标准表Tab.1 Pipeline monitoring and control standards

4 结语

在地铁主体和附属工程中管线保护工作尤为重要，本文通过对管线保护方式的介绍，提出了采用钢套管+工字钢悬吊方式对大口径供水管线进行保护，不仅有效保障管线安全，且降低了供水管线迁改工程量和迁改费用，为附属出入口施工提供前置条件，通过实际案例证明该方法安全有效，能够降低供水管线接头破裂风险，保证深基坑开挖安全。

建议大口径管线悬吊保护时，要提前充分考虑地质条件，并结合实际桩间距做好倒挂墙与土体加固工作，避免因桩间距过大、地质条件差、支护不及时，开挖阶段造成管线下方岩土体失稳。