有限空間半逆作法施工中的綜合管線原地保護(hù)技術(shù)

胡志橋 鐘志鋒

1. 廣州建筑股份有限公司 廣州 510030；2. 廣州市第一建筑工程有限公司 廣州 510060

1 工程概況

廣州宏城廣場(chǎng)綜合改造工程二期基坑支護(hù)總面積約為2 195 m2，基坑呈狹長(zhǎng)形，南北寬約30 m，東西長(zhǎng)約95 m。圍護(hù)樁冠梁距紅線距離為1.60 m，基坑開(kāi)挖深度為17.20 m。基坑北側(cè)為BRT人形隧道，南面為一期主體結(jié)構(gòu)，東西向均為天河路人行道。

在基坑紅線范圍內(nèi)地面下管槽底標(biāo)高為-2.97 m的位置有6條110 kV、32條10 kV高壓電纜及通信光纖，均為周邊大型商用建筑主要輸送的綜合管線，在施工過(guò)程必須進(jìn)行原地保護(hù)，綜合管線原地保護(hù)長(zhǎng)度約為84 m，在施工全過(guò)程中，管線均為使用狀態(tài)。施工可用場(chǎng)地不足容納1臺(tái)大型施工機(jī)具，施工過(guò)程中的出土、材料加工場(chǎng)等施工所需條件均不能滿足。

考慮到縮短工期及綠色施工，基坑支護(hù)（永久結(jié)構(gòu)）采用半逆作法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)即為永久結(jié)構(gòu)。綜合管線原地保護(hù)采用“立柱+組合型鋼梁”的懸掛式保護(hù)吊架，使用工字鋼搭設(shè)懸掛架骨架，采用槽鋼、工字鋼、厚木板等構(gòu)造形成保護(hù)吊架整體。在有限空間內(nèi)，基坑兩翼采用半逆作法先完成首層結(jié)構(gòu)施工。利用首層結(jié)構(gòu)梁及承重墻搭設(shè)多功能鋼平臺(tái)，以增加基坑安全儲(chǔ)備、設(shè)置永久綜合管溝及擴(kuò)充臨時(shí)施工空間（圖1）。

圖1 二期基坑及管線三維模型示意

2 綜合管線原地保護(hù)施工

綜合管線原地保護(hù)采用“立柱+組合型鋼梁”的懸掛式保護(hù)吊架，其主要形式為采用40b#工字鋼作為主梁的懸吊系統(tǒng)，沿管線走向?qū)⑵鋺业醣Ｗo(hù)，懸吊系統(tǒng)利用基坑支護(hù)內(nèi)支撐立柱安裝45b#雙工字鋼鋼柱。鋼柱橫向架設(shè)2根50b#工字鋼作為橫梁，在型鋼骨架上設(shè)置槽鋼、木板等構(gòu)造，最終完成綜合管線原地保護(hù)（圖2）[1-4]。

2.1 懸掛式吊架設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

圖2 懸掛式吊架構(gòu)造剖面

根據(jù)管線溝勘察報(bào)告，管線溝底在開(kāi)挖土面下500～800 mm。半逆作法柱頂標(biāo)高為-3.50 m（相對(duì)絕對(duì)高程11.88 m），鋼柱頂標(biāo)高為-1.14 m（相對(duì)絕對(duì)高程11.88 m），即鋼柱預(yù)埋在柱內(nèi)2 500 mm，伸出柱2 360 mm。

人工挖孔樁從開(kāi)挖土面進(jìn)行，根據(jù)勘察報(bào)告，原有地坪線標(biāo)高為-1.27 m（相對(duì)絕對(duì)高程11.88 m），則鋼柱頂露出開(kāi)挖面約0.13 m（根據(jù)開(kāi)挖土面高程略有差別，需對(duì)每個(gè)樁口進(jìn)行標(biāo)高復(fù)測(cè)）。

用MIDAS建模計(jì)算綜合管線懸掛式保護(hù)吊架受力，并確定用材。經(jīng)驗(yàn)算，吊架最大位移及最大應(yīng)力均為上懸掛工字鋼，最大位移為20 mm，最大應(yīng)力為98 N/mm2，材料滿足性能要求（圖3～圖5）。

圖3 綜合管線吊架應(yīng)力云圖

圖4 最大應(yīng)力云圖

圖5 主梁節(jié)點(diǎn)深化驗(yàn)算

鋼柱設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為4 860～8 830 mm，其中鋼柱95%長(zhǎng)度均在人工挖孔樁開(kāi)挖面下（以勘察報(bào)告為依據(jù)）。由于吊架為臨時(shí)構(gòu)造，鋼柱定位誤差控制要求較永久結(jié)構(gòu)低。因此鋼柱垂直度控制可利用鋼柱自重，在距樁頂130 mm處開(kāi)洞，洞孔位于兩工字鋼腹板中間位置，開(kāi)洞直徑為40 mm，在鋼柱安裝時(shí)，內(nèi)插鋼筋架立，利用鋼柱自重保持豎直（圖6）。

2.2 懸掛式吊架施工

2.2.1 雙工字鋼短柱施工

1）在半逆作法柱澆筑混凝土后，在柱頂壓入雙工字鋼柱，鋼柱使用2根45b#工字鋼，在兩工字鋼翼緣接縫處焊接成整體。

2）混凝土澆筑完成且初凝前，用汽車吊將鋼柱壓入樁頂內(nèi)，孔口用鋼筋做定位（圖7）。

圖6 鋼柱開(kāi)洞定位示意

圖7 鋼柱安裝施工

2.2.2 桁架吊架施工

1）在鋼柱頂端焊接1塊尺寸為500 mm×500 mm×30 mm的鋼墊板支座。鋼墊板與鋼柱在主梁方向左右設(shè)置2道100 mm×100 mm加勁肋，主梁并排擱置在墊板上并焊接固定，在梁端腹板、翼板均加上加強(qiáng)板。

2）根據(jù)管線的走向，在50b#工字鋼主梁上擱置40b#工字鋼次梁，次梁沿管線走向平衡設(shè)置，14#工字鋼橫鋪在2條工字鋼次梁上，在正下方的管線底部穿過(guò)1條14#工字鋼，通過(guò)鋼絞線連接兩工字鋼形成懸掛系統(tǒng)懸吊管線，吊高為2.40 m，工字鋼縱向間距2.50～4.00 m（圖8）[5-7]。

圖8 吊架立面示意

3 有限空間多功能鋼平臺(tái)施工

二期基坑邊即為圍墻，場(chǎng)地極其狹窄，無(wú)法滿足正常土方開(kāi)挖及材料堆場(chǎng)等所需的場(chǎng)地。因此，考慮把基坑?xùn)|西兩側(cè)首層結(jié)構(gòu)板先行施工，以提供機(jī)械操作空間。但由于標(biāo)高問(wèn)題，結(jié)構(gòu)首層低于室外地坪，且因其主要為埋設(shè)綜合管線用，故結(jié)構(gòu)形狀呈凹形。

基坑狹長(zhǎng)，在兩翼邊角位是支護(hù)結(jié)構(gòu)的不利位置，且該位置有綜合管線溝出入口，支護(hù)結(jié)構(gòu)在管線溝位置不連續(xù)，削弱了該角位的荷載傳遞。且支護(hù)樁有長(zhǎng)約2 m為懸臂結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)形式既無(wú)法滿足機(jī)械行走的平整要求，也無(wú)法起到傳遞荷載的板撐作用。因此一個(gè)具有內(nèi)撐、施工作業(yè)空間及管線溝保護(hù)的多功能鋼平臺(tái)能有效解決上述施工難點(diǎn)及不利因素。

3.1 多功能鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)

通過(guò)用MIDAS軟件分析，經(jīng)設(shè)計(jì)同意后，在兩翼結(jié)構(gòu)板的上方，用鋼梁、鋼板搭建一個(gè)鋼平臺(tái)（圖9）。鋼平臺(tái)的作用主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1）解決土方階段車輛、施工機(jī)具的操作空間和主體結(jié)構(gòu)施工階段材料堆場(chǎng)的需求問(wèn)題；

2）解決支護(hù)樁懸臂結(jié)構(gòu)形式的內(nèi)撐傳力問(wèn)題，避免了重復(fù)設(shè)置內(nèi)支撐；

3）搭設(shè)在永久管線溝上，可充當(dāng)臨時(shí)的管線蓋板，解決了管線保護(hù)問(wèn)題。

圖9 多功能鋼平臺(tái)平面范圍示意

3.2 多功能鋼平臺(tái)構(gòu)造

1）采用63b#工字鋼作為主梁及斜撐，工字鋼間距為1.20～2.50 m，長(zhǎng)度9.40～17.30 m，覆蓋在永久管線溝上。

2）次梁36a#槽鋼@550 mm橫鋪在工字鋼主梁上，槽鋼縱向間距1.50～3.50 m（圖10）。

3）槽鋼上密鋪厚30 mm鋼板。

3.3 多功能鋼平臺(tái)施工工藝

1）首層樓板上部設(shè)有永久管線溝側(cè)壁承重墻且樓板不平整，針對(duì)鋼平臺(tái)設(shè)置的需要，利用結(jié)構(gòu)梁、冠梁及承重墻支承鋼平臺(tái)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部修改并經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)核。

2）土方開(kāi)挖到首層梁底標(biāo)高后，施工東側(cè)、西側(cè)兩翼首層結(jié)構(gòu)，施工過(guò)程中按照鋼平臺(tái)主梁布置放線并做好凹槽預(yù)留及配筋調(diào)整，確保凹槽預(yù)留正確及結(jié)構(gòu)安全。鋼平臺(tái)鋼梁與承重墻相交位置，承重墻內(nèi)增加暗柱，按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求布置鋼筋。

3）將綜合管線安放在永久管線溝內(nèi)，并加蓋柔性材料予以保護(hù)。

4）使用汽車吊安裝63b#工字鋼主梁，工字鋼主梁與承重墻交界位置，在工字鋼下兩翼板開(kāi)洞并使用長(zhǎng)80 mm的M8膨脹螺栓固定，工字鋼上緣翼板與腹板使用厚10 mm鋼肋板增加穩(wěn)定性，鋼梁安裝后在凹槽內(nèi)澆筑C30素混凝土（圖11）。

圖10 鋼平臺(tái)主梁及次梁布置

圖11 鋼梁與凹槽節(jié)點(diǎn)大樣

5）在63b#工字鋼主梁上按0.55 m間距鋪設(shè)36a#槽鋼，槽鋼與工字鋼間使用50 mm×5 mm角鋼焊接固定。

6）在槽鋼上滿鋪厚30 mm冷軋鋼板，鋼板之間焊接固定。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)下的城市地下空間建設(shè)一般在城市繁華地段，施工場(chǎng)地受限、地下構(gòu)筑物復(fù)雜等施工障礙仍未有成套的解決方案，給城市地下空間施工造成很大影響。

本文所闡述的工藝技術(shù)有效地滿足了有限空間綜合管線原地保護(hù)和基坑開(kāi)挖的要求，減少了施工投入，加快了施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)了綠色施工的目標(biāo)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[8-10]。