王剛 閆一川 李航

摘 要：管線保護(hù)與改遷一直是市政工程施工中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，特別是在老城區(qū)段施工時(shí)。本文結(jié)合某城市隧道施工的工程實(shí)例，對其施工中遇到的管線保護(hù)及遷改問題進(jìn)行了總結(jié)，由于管線數(shù)量較多，改遷難度大，改遷周期長，現(xiàn)場改遷進(jìn)度無法滿足施工需要，故需對橫穿隧道的暫時(shí)無法改遷的及不改遷的管線進(jìn)行專項(xiàng)保護(hù)設(shè)計(jì)。結(jié)合現(xiàn)場并對管線進(jìn)行分析，最終確立采用懸吊保護(hù)管道的方案。本文對懸吊保護(hù)體系的設(shè)計(jì)和計(jì)算進(jìn)行了闡述，證明了該方法的合理性，同時(shí)介紹了管線保護(hù)過程中的監(jiān)測控制方法，該方案經(jīng)檢驗(yàn)在實(shí)際施工中取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：地下管線;基坑;懸吊保護(hù);市政工程;安全性

1 概述

在市政工程施工中，施工區(qū)域地下一般均布有大量的既有管線。該隧道穿越范圍內(nèi)地下管線較多，管線種類十余種，涉及產(chǎn)權(quán)單位十余家，大部分管線需要臨時(shí)改移或永久改移，個(gè)別管線就地保護(hù)。該工程范圍內(nèi)管線與隧道相交的較多，給現(xiàn)場施工造成了很大困難，為了解決施工進(jìn)度和改遷進(jìn)度不匹配的問題，針對不同管線采取架空或懸吊保護(hù)等措施，保證了現(xiàn)場施工的順利推進(jìn)。

2 工程概況

工程實(shí)例為城市隧道施工項(xiàng)目，隧道下穿一既有道路，施工采用明挖法進(jìn)行施工。隧道基坑寬19.7m，基坑開挖最大深度14.7m，隧道主體寬度19.5m，基坑安全等級一級，閉合框架段頂板覆土厚度0.7～4.8m。基坑采用明挖順作法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水帷幕，基坑內(nèi)設(shè)混凝土支撐及鋼支撐。

3 管線保護(hù)方案

針對管道自重大、對沉降變形要求高的特點(diǎn)，利用基坑自身圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合現(xiàn)有資源，進(jìn)行懸吊保護(hù)體系設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場以圍護(hù)樁樁頂冠梁作為支點(diǎn)，采用“321型”貝雷梁做主桁架，工字鋼做分配梁的組合體系，對跨隧道需要保護(hù)的管道進(jìn)行懸吊保護(hù)。該工程所有涉及管線中，重力最大、要求最高的就是直徑1m的自來水管，故本文就該管道的懸吊保護(hù)進(jìn)行計(jì)算分析。

4 管線懸吊設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

自來水管道為鑄鐵管，直徑為1000mm。通過查表直徑1m管道單位重量為336.17kg/m，即為3.4kN/m。滿水時(shí)管道內(nèi)水的單位重為785kg/m，即為7.85kN/m。

主桁架體系選擇321型貝雷梁，桁架由兩組貝雷梁構(gòu)成，兩組之間凈距2.5m，每組之間采用花架進(jìn)行連接;貝雷梁單片重量為270kg/片，長度為3m，單位重為90kg/m，即為0.9kN/m。分配梁為I10工字鋼，間距為1.5m，單位重為0112kN/m。管道跨徑按照21m考慮。

4.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)隧道施工工藝要求，在支撐設(shè)置位置設(shè)置懸吊保護(hù)支架，以保證不影響隧道施工?，F(xiàn)對貝雷梁及懸吊系統(tǒng)的受力進(jìn)行驗(yàn)算。

（1）工字鋼驗(yàn)算。滿水時(shí)，管道荷載為11.25kN/m，工字鋼單位重為0112kN/m。

管道按照1.5m長進(jìn)行計(jì)算，換算成集中力為16.875kN。通過結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算[1]，計(jì)算結(jié)果如下：

查型鋼材料表得I10的各力學(xué)參數(shù)為[2]：

I=245cm4;A=14.3cm2;δ=0.45cm;W=49cm3;I/S=8.59cm。

Mmax=8.49kN·m

σmax=MmaxW=8.4949×10-6×103=173.3MPa<215MPa，滿足要求。

Qmax=8.44kN·m

τmax=QmaxSIb=8.448.59×0.45×104×103=21.8MPa<125MPa，滿足要求。

（2）貝雷梁驗(yàn)算。滿水時(shí)，管道荷載為11.25kN/m，工字鋼單位重為0112kN/m。

每片貝雷梁上有4.5m工字鋼2根，換算成均布力為（0112×2×4.5）/3=0.336kN/m。貝雷梁單位重為09kN/m。

均布力為：q=0.9×4+0.336+11.25=15.186kN/m。計(jì)算結(jié)果如下：

[2]

M=18ql2=1/8×15.186×212=837.1kN·m

Q=15.186×21/2=159.5kN

單排貝雷片容許彎矩和剪力分別為，容許內(nèi)力M=788kN·m，Q=245kN，考慮到貝雷銷間隙和偏載影響，貝雷片折減系數(shù)采用0.8。[3]

[M]=788×4×0.8=2521.6kN·m>Mmax=837.1kN·m，滿足要求。

[Q]=245×4×0.8=784kN>Qmax=159.5kN，滿足要求。

貝雷梁撓度由彈性撓度和非彈性撓度組成，即fmax=f彈+f非[3]

f彈=5ql4/384EI=5×15.186×1000×214/（384×2.1×1011×2505×10-5）/4=1.83×10-2m

f非=0.05（n2-1）=0.05×（212/32-1）=2.4×10-2m

fmax=f彈+f非=42.3mm<21/400=52.5×10-3m，滿足要求。

5 懸吊保護(hù)施工

施工方法：（1）測量放樣。在施工前，先由測量人員用全站儀按物探圖紙對管道位置進(jìn)行精確的測量定位放樣，定出管道的位置和開挖范圍，用醒目的標(biāo)志桿做標(biāo)記并固定好。土方開挖前，采用人工挖探溝的方法確定管線的具體位置，以防隧道基坑開挖時(shí)導(dǎo)致管線被破壞。（2）管道開挖。根據(jù)前期標(biāo)記的管線實(shí)際位置，采用人工開挖的形式，先使隧道施工范圍內(nèi)的管道頂部完全裸露，以管道中心為開挖溝槽中心，人工開挖一道溝槽底部寬為6m，坡度為0.75，管道底部寬2.5m的土方不得松動，其他部位土方挖至與隧道冠梁頂。（3）貝雷梁組拼與安裝。提前采用花架組拼好321型貝雷梁，待管道開挖完成后，用吊車將貝雷梁吊運(yùn)至管道兩側(cè)的溝槽內(nèi)，吊運(yùn)過程中應(yīng)有配備專人指揮，避免碰撞到管道。桁架由兩組貝雷梁構(gòu)成，兩組之間凈距2.5m。在冠梁內(nèi)預(yù)留槽鋼，待貝雷梁安裝到位后，再用槽鋼焊接預(yù)留的槽鋼，固定貝雷梁。（4）橫向分配梁安裝。利用洛陽鏟在管道底部進(jìn)行掏洞，洞的大小為高15cm，寬30cm，洞間距為1.5m。然后將4.5m長的I10工字鋼，穿入管道底部，架設(shè)在貝雷梁底的桿件上。（5）管底鋼板敷設(shè)。采用寬25cm，厚1cm的鋼板，敷設(shè)在管道底與I10工字鋼頂之間，加大管道底部的承重面積。（6）調(diào)整分配梁標(biāo)高。鋼板敷設(shè)完成后，根據(jù)管道標(biāo)高調(diào)及計(jì)算的撓度曲線整分配梁標(biāo)高，使其承受管道重量。調(diào)整標(biāo)高后，將分配梁用特制的騎馬“U”型螺栓與貝雷梁下弦桿鎖緊，確保連接穩(wěn)固。（7）管道底部開挖。采用人工對管道底部土方開挖，在開挖過程中，觀察管道整體的情況，如有異常情況停止土方開挖，加固貝雷梁支撐體系。（8）懸吊保護(hù)完成。待管道底部土方開挖完后，管道重量由貝雷梁支撐體系承擔(dān)。在管道及貝雷梁上布設(shè)位移、沉降監(jiān)測點(diǎn)，定期進(jìn)行監(jiān)測，保證管道安全。

6 懸吊監(jiān)控量測

為保證管道在隧道基坑開挖及主體結(jié)構(gòu)施工過程中穩(wěn)定和安全，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和相關(guān)規(guī)范要求，對架空管線變形、隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)沉降及水平位移等項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測。

測點(diǎn)布設(shè)：在管道和懸吊型鋼梁中部各布設(shè)1個(gè)位移、沉降監(jiān)測點(diǎn);在懸吊型鋼支撐點(diǎn)兩側(cè)冠梁處各布設(shè)1個(gè)位移、沉降監(jiān)測點(diǎn);在支撐點(diǎn)冠梁兩側(cè)離冠梁外邊1m處布設(shè)1個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn)。

監(jiān)測：在隧道基坑開挖過程中每天觀測3次，和主體結(jié)構(gòu)施工過程中每天觀測2次，如數(shù)據(jù)發(fā)生突變時(shí)，每天觀測次數(shù)加倍;發(fā)生較大變形時(shí)停止施工，并采取相應(yīng)措施，保證施工安全和管道的正常使用。

根據(jù)基坑監(jiān)測結(jié)果，隧道施工周期長達(dá)7個(gè)月，經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)測，該管線的最大沉降量僅為14mm。根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，管道的豎向變形不得超過0.03～0.04D（管道直徑），即30～40mm，現(xiàn)場管線變形值滿足相關(guān)規(guī)范及管道安全要求，管線得到了良好的保護(hù)，達(dá)到了預(yù)期的目的。

7 管線懸吊施工技術(shù)保證措施

（1）與通管道的產(chǎn)權(quán)單位建立逐點(diǎn)對接工作機(jī)制，確定聯(lián)系人，保障雙方之間溝通順暢、聯(lián)系及時(shí)、配合密切。（2）施工準(zhǔn)備期間對施工范圍內(nèi)的地下管道進(jìn)行認(rèn)真的復(fù)查和確認(rèn)，確切掌握施工范圍內(nèi)管道的準(zhǔn)確要素（埋深、走向、管徑、管材）。（3）開挖管道底部土方時(shí)，應(yīng)分段跳槽開挖管道下部的土方，逐漸把管線的重量轉(zhuǎn)移到懸吊桿上，避免承重結(jié)構(gòu)的突然加載。（4）管道懸吊完成后，加強(qiáng)保護(hù)，避免機(jī)具等對管道的碰撞。加強(qiáng)施工監(jiān)測，管線和基坑的變形狀況，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時(shí)采取有效的措施，保證管道安全。（5）對做好懸吊保護(hù)的管道進(jìn)行覆蓋，避免直接暴露在日曬雨淋下。

8 結(jié)語

由于在該工程施工過程中提前通過科學(xué)的力學(xué)計(jì)算，制定了專項(xiàng)的保護(hù)管線方案，在施工過程中采取了正確合理的施工措施，保證了橫穿基坑管道線的安全和有效運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到了保護(hù)管線的目的，解決了影響現(xiàn)場施工的難題。該實(shí)例可以為類似工程提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]龍馭球，包世華，等.結(jié)構(gòu)力學(xué)（Ⅰ）[M].武漢：高等教育出版社，2001.

[2]江正榮.建筑施工計(jì)算手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[3]黃紹金，劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使作手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4]《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50332-2002）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

作者簡介：王剛（1988—），男，漢族，山東濰坊人，本科，工程師，研究方向：道橋。