城市轨道交通电缆线路隧道施工技术研究与应用

赵根键

(中国能源建设集团安徽电力建设第一工程有限公司 安徽合肥 230088)

近年来，随着我国城市规模成倍扩大，基础设施落后问题显现，城市交通运输矛盾日益突出。城市轨道交通以其安全、准时、快速的优点，在拓宽城市空间、打造城市快速立体交通网络和改善城市交通环境方面发挥越来越大的作用。全国各大城市根据城市可持续发展和城市交通健康发展的需要，都在积极规划建设城市轨道交通项目，城市轨道交通输变电线路秉承地铁施工特点，尽可能少地占用地上空间，减轻对城市发展的影响，这就使得地下电缆隧道这样一种省空间，安全性能较好的电缆敷设方式被广泛使用，但不断地向地下更深处施工对电缆隧道施工开挖前支护提出更高的要求。

针对以上问题，该方案取得了显著的经济和社会效益，具有较好的推广应用价值[1-4]。

1 应用实例

轨道交通1号线35 kV电缆隧道共有2条，庐州大道主变电所至庐州大道地铁站，电缆隧道长度280 m。隧道自2015 年09 月28 日动工，2016 年5 月13 日送电成功；胜利路变电站至胜利路地铁站，电缆隧道长度530 m，项目自2014 年12 月12 日动工，2016 年7 月13日送电成功。隧道采用钢板桩和灌注桩相结合的支护方式，确保了结构安全、顺利地完成。施工质量受到业主单位的好评，取得了显著的社会效益和经济效益。

此外，该技术还在合肥轨道交通2 号线主变电所110 kV系统集成35 kV电缆隧道工程中得到应用。

2 技术特点

（1）采用围护结构钢板桩结合灌注桩施工一体化基坑支护技术，将围护桩用打桩机打（压）入地基，使其相互连接构成整体，降低施工成本，减少环境破坏，提高施工效率。（2）采用分散应力强支护，通过上下两道钢支撑，同时采用工字钢并加焊通长钢板及缀板和肋板使之联结成为一个受力整体，避免单支撑的应力集中，提高支护体系的安全稳定性。（3）运用CAD进行事先策划对钢板桩施工位置进行事先排版预留施工缝，施工前确定尺寸控制点和施工工序，并严格按照施工工序精细化管理，有效控制施工缝偏差。（4）基于工序完全衔接的主体结构依次施工，节能高效。（5）隧道主体结构采用分段法施工，有效节省工期。

3 工艺原理

该技术适用于施工空间受限，土层稳定性差的城市电缆隧道施工。采用钢板桩和灌注桩作为围护桩结构，钢板桩通过水平支撑及支护结构锚入土体所产生的抗倾覆力，平衡边坡侧压力，保证基坑边坡的稳定；在相邻建筑物或开挖深度较大的基坑打设灌注排桩，桩顶设钢筋混凝土冠梁，将单根灌注桩形成整体，冠梁之间按照一定间距设置水平钢支撑，利用钢筋混凝土灌注桩自身刚性及钢支撑对撑力，平衡坑壁侧压力，保证边坡稳定。支护结构施工完成后，隧道主体结构施工采用分段法，较大程度上提高了施工效率。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程

测量放线→围护桩（灌注桩、钢板桩）施工→第一层（第二层）钢支撑安装→基坑上（下）层土方开挖→底板结构施工→钢支撑拆除→施工缝处理→侧墙及顶板主体结构→侧墙土方回填→上道支撑拆除→顶板土回填。

4.2 操作要点

4.2.1 测量放线

（1）在整平的工作面上测放出控制桩。依据设计勘察提供的场地内控制坐标和标高位置，测放坐标、高程控制桩。（2）依照施工图要求，测放出基坑围护桩中心线、排水沟等位置。根据现场的3个基准控制桩，采用经纬仪、全站仪、水准仪等在现场周边测放出基坑围护桩的临时控制桩。（3）根据施工需要设置临时控制桩。

4.2.2 围护桩施工

综合工程地质及水文地质条件以及经济性等方面，结合开挖放坡困难等因素，基坑支护的型式采用以下两种方式。一是钢板桩支护：根据设计图纸，基坑开挖深度小于或等于6.0 m时，且周边无建筑物及距道路较远的施工面，采用拉森IV 型钢板桩+两道钢支撑支护，具体见图1。二是钻孔灌注桩支护：当基坑深度大于6.0 m时，或周边存在建筑物、或距离道路较近时，采用直径为0.6 m的钻孔灌注桩+两道钢支撑支护。根据基坑开挖深度，相应延长支护桩长度，保证桩体锚入基底深度不小于2.0 m，具体见图2。

图1 钢板桩支护

图2 灌注桩支护

（1）钢板桩施工。

①检验与矫正钢板桩。对进场的钢板桩进行外观检查和材质检验。钢板桩外观检查包括：表面缺陷、长度、宽度、高度、厚度、端头矩形比、平直度和锁口形状等内容，对不符合形状要求的钢板桩进行矫正，以减小打桩难度和桩位偏差。钢板桩矫正包括表面缺陷修补，端部平面矫正，桩体挠曲与扭曲矫正，桩体局部变形矫正和锁口变形矫正等。

②打设钢板桩。采用自行振动式钢板桩专用机械插打，对于土质较硬区域，采取先引孔后打钢板桩的办法。打设桩前，测量定位放线，桩按线插入就位。打桩时，开始打设的第一、二块钢板桩的打入位置和方向要控制精度，每打入1 m 测量一次。打设的允许误差为：桩顶标高偏差±100 mm，钢板桩轴线偏差±100 mm，钢板桩垂直度偏差为1%；及时监测上述偏差是否在允许范围内，超出时及时纠正。

（2）钻孔灌注桩施工。

钻机就位后，采用跳桩施工，在混凝土浇筑后3天内，禁止在3倍桩径范围内开钻。在钻孔过程中监控中心位置偏差、钻孔深度、转杆垂直度及油压变化（对应于岩石强度）等，遇到地下障碍物或塌孔、地下水等状况时，停止钻孔并及时提升钻杆，检查处理后，方可继续作业。钻孔完成、清孔结束后，及时放入钢筋笼、浇筑混凝土。清孔方式采用平底双开门式清孔钻头进行清孔。

4.2.3 钢支撑安装

按照图纸要求，根据土方开挖深度，及时采用ф609×16/12钢管钢支撑完成2道架设。

钢板桩：纵向分段开挖基坑，当开挖深度至第一道钢支撑的设计标高下0.5 m 处时，安装第一道钢支撑；当开挖基坑深度至第二道钢支撑的设计标高下0.5 m处时，安装第二道钢支撑，具体见图3。

图3 钢板桩两道支撑

第一道钢支撑架设直接安放在第一道腰梁梁上，第二道钢支撑架设安放在钢围檩上。

钢围檩采用20 mmQ235钢板与普通双拼工45b型钢焊接，工字钢采用加焊通长钢板及缀板和肋板，使之联接成为一个受力整体。钢围檩用固定在围护桩上的角钢支架做支撑；钢围檩、钢支撑架设用人工配合起吊设备进行安放；钢支撑架设预加轴力采用液压千斤顶；支撑采用基坑外拼装，起吊设备起吊整根安装。

灌注桩：待灌注桩及冠梁混凝土强度达到设计强度的100%后，纵向分段开挖基坑至冠梁底标高下0.5 m处时，安装第一道钢支撑。纵向分段开挖基坑至第二道钢支撑设计标高下0.5 m处时，安装第二道钢支撑，具体见图4。

图4 灌注桩两道支撑

第一道钢支撑直接支撑在冠梁上，第二道钢支撑在钢围檩位置。

4.2.4 土方开挖（1）基坑监测。

根据设计图纸和规范要求，土方开挖前对基坑支护体系变形、周边建（构）筑物、重要管线的变形观测和基坑顶部沉降、位移、地下水位等项目合理布置监测点，实时监测了解基坑的稳定状况。

第一，地表沉降观测监测。在基坑外已硬化的地面埋设地表沉降点。用冲击钻或螺旋钻机在地面钻孔直径为100～200 mm，深度到破穿硬化混凝土为止。然后打入长1 000～1 500 mm，直径16 mm螺纹圆头钢筋，四周用标准砂填实。在远离施工影响范围以外位置布置3 个以上稳固高程基准点，地表沉降以上述稳固高程基准点作为起算点，组成水准网进行联测。

第二，钢支撑轴力监测。钢支撑架设时把安装架垂直焊接在支撑固定端上，焊接时保证安装架的中心与支撑的中心在一条直线上，然后把轴力计平稳安放在安装架内。采用轴力计来测试支撑的轴向压力。

第三，水位监测。基坑外水位孔布设时，利用钻机钻到设计要求深度后，在孔内埋入滤水塑料套管，管径50 mm。采用水位计直接读取水面到管口的深度，用管口的高程减去水面深度确定水位高程，从而对地下水位实施监测。

（2）基坑土方开挖。

基坑开挖遵循“自上而下，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。钻孔灌注桩、钢板桩和钢支撑构成的围护结构，在每层土方开挖完成、架设钢支撑后，才能进行下层土方的挖掘施工。土方开挖过程中，加强监控量测的统计分析，实时监测支护结构的变形位移及土体的不均匀沉降。

4.2.5 底板结构施工

隧道结构采用分段法施工，以合肥轨道交通2 号线110 kV 主变电所系统集成的35 kV 电缆隧道为例，隧道全长1.65 km，电缆隧道结构位置，处在市政道路边的绿化带中，周围构筑物密集、地下管线较为复杂。根据现场施工条件划分17个工作段，具体情况见表1。钢板桩段和灌注桩连续施工，钢板桩段支护施工完成后土方开挖结构施工，待灌注桩段达到强度后进行灌注桩段结构施工。

表1 现场施工区段划分表

（1）钢筋工程。绑扎接头的搭接长度、接头方式及接头位置应符合设计和规程要求。

（2）模板及其支架的安装必须严格安装施工技术方案进行，模板接缝处不应漏浆。

（3）防水混凝土宜采用预拌商品混凝土，入泵塌落度控制在120～160 mm；混凝土应该连续浇筑，宜少留施工缝。

4.2.6 钢支撑拆除

钢支撑拆除先释放支撑应力，松开活络端逐根拆除。支撑释放应力采用将2 台30 t 液压千斤顶放入活络端头，并保证千斤顶顶力一致，2台千斤顶制作专用托架固定成一整体，接通油管后即可开泵施加预应力，预应力施加到位后，及时将活络端中的钢楔块取出，拆除连接后慢慢放下。

钢板桩钢支撑：按照设计图纸要求，在底板和侧墙砼达到设计强度100%后，可拆除第二道支撑，在隧道主体结构混凝土强度达到设计强度100%后，可拆除第一道支撑。钢支撑拆除后拔出钢板桩，钢板桩拔出前，要仔细观察周围环境，采取相应措施，减少对周围环境的破坏。拔桩的顺序一般与打设桩顺序相反。桩体拔出后，桩孔用级配砂石及时回填。拔除钢板桩采用振动锤和起重机共同拔除。灌注桩支撑：与钢板桩钢支撑拆除一致。

4.2.7 施工缝处理

墙体水平施工缝不应留在剪力最大处或底板与侧墙的交接处，留在高出底板表面不小于300 mm的墙体上；水平施工缝浇筑混凝土前，将其表面浮浆和杂物清除，然后铺设净浆或涂刷混凝土界面处理剂、水泥基渗透结晶型防水涂料等材料，再铺30～50 mm厚的1∶1水泥砂浆，并及时浇筑混凝土，具体见图5。

图5 侧墙水平施工缝

4.2.8 侧墙及顶板结构施工

侧墙及顶板防水混凝土通过调整配合比或掺加外加剂、掺合料等措施配制而成，其抗渗等级不得小于P6，具体见图6。结构防水采用混凝土结构自防水与防水卷材相结合的方式。顶板及墙板变形缝采用中埋式钢边橡胶止水带，30 mm厚聚乙烯低发泡填缝，30×30双组份聚硫密封胶嵌缝。

图6 主体结构混凝土施工

4.2.9 侧方及顶板土方回填

回填土按照设计要求分层回填夯实。填土夯实过程中，填料应分层填筑、分层夯实，每层压实遍数为3～4次。

5 质量控制

5.1 质量控制要点

5.1.1 钢板桩质量控制要点

主控项目须检查钢板桩质量、轴线位移等，一般项目须检查桩垂直度、桩身弯曲度、齿槽平直度及光滑度等，具体检查内定和质量标准要求见表2。

表2 钢板桩质量控制要点表

5.1.2 灌注桩质量控制要点

主控项目须检查混凝土强度、混凝土灌注程序等，一般项目须检查桩径偏差、混凝土坍落度等，具体检查内定和质量标准要求见表3。

5.1.3 现浇结构质量控制要点

须检查轴线位移墙、柱、梁，垂直度全高（H）、截面尺寸偏差等，具体检查内定和质量标准要求见表4。

表4 现浇结构质量控制要点表

5.2 质量保证措施

（1）混凝土灌注桩施工质量应满足《建筑基桩检测技术规范》，桩基施工完成后应由具备资质的实验单位采用低应变法、慢速维持荷载法对桩身完整性、承载力进行抽样检测。同类型桩抽检数量低应变法为30%且不少于20根。

（2）对于支护结构出现钢板桩变形、围檩弯曲及扭转、内撑弯曲等情况，处理措施具体如下。

①钢板桩变形。可能由于基坑侧荷载集中或超限、内支撑未顶紧钢板桩等原因引起，应采取的措施包括运出基坑边堆放的材料、设备，挖除基坑外的顶部0.5～1 m的土方减小荷载，在围檩与板桩的间隙打入木楔或钢楔。

②围檩变形。可能由于基坑侧荷载集中或超限、内撑未顶紧围檩、坑壁土压力增大、牛腿脱落等原因引起。对于坑壁荷载引起的变形，采用卸载的办法处理，对于内撑失稳原因引起的变形，则应增加内撑或撤换内撑，撤换内撑应先换后撤。

③内撑弯曲。可能由于坑壁土压力增大、内撑安装不稳固、焊接质量问题等引起。此时应先对坑壁卸载，再撤换内撑[5-10]。

6 结语

合肥轨道交通2 号线110 kV 主变电所系统集成35 kV 电缆隧道工程是目前安徽省内最长的城市轨道交通输变电电缆隧道，隧道全长1.65 km。项目自2016年8月8日动工，2017年5月31日送电成功。隧道采用钢板桩和灌注桩相结合的支护方式，分段进行结构施工，确保了结构安全、顺利地完成。为轨道2号线的运行奠定了基础。施工质量受到了业主单位的好评，取得了较好的社会效益和经济效益。