低凈空橫穿雙線并行不等深明挖基坑的地下高壓電纜保護及基坑施工綜合技術

韓建坤， 董小龍， 郭小龍

(中鐵隧道集團二處有限公司， 河北 三河 065201)

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低凈空橫穿雙線并行不等深明挖基坑的地下高壓電纜保護及基坑施工綜合技術

韓建坤， 董小龍， 郭小龍

(中鐵隧道集團二處有限公司， 河北 三河 065201)

為解決架空線和地下線等復雜環(huán)境條件下基坑施工的難題，以南昌市紅谷隧道東岸雙線并行明挖基坑為例，探討低凈空條件下采用反循環(huán)鉆機進行鉆孔咬合樁施工的方法。利用混凝土支撐作為懸吊梁懸吊保護橫穿基坑的地下電纜，基坑內采用逆作法施作工字鋼噴射混凝土支護。在基坑外斜向交叉打設高壓旋噴樁加固110 kV電纜包封處一定深度的地層，在基坑內電纜底部豎向施工高壓旋噴樁止水帷幕至巖面封堵地下水，并在基坑圍護結構連接處施作應急降水井。根據施工結果可知： 1)采用高壓旋噴樁可以有效避免基坑不同形式圍護結構的連接處出現滲漏水現象； 2)在基坑圍護結構未封閉處的下游設置止水帷幕可以起到有效的止水作用。

鉆孔咬合樁； 高壓旋噴樁； 電纜懸吊保護； 工字鋼噴射混凝土支護； 坑外降水

0 引言

基坑內往往有重要的電纜和管線等障礙物，其隔斷了圍護結構的連續(xù)性，嚴重影響了基坑的施工。目前，在低凈空條件下進行基坑施工的情況越來越多，為了應對復雜的施工條件，不同形式的基坑支護結構應運而生[1-3]。黃德華[4]提出了復雜環(huán)境條件下深基坑施工的保護措施，利用I45工字鋼+槽鋼+拉桿懸吊保護DN500自來水管，在自來水管范圍內打設φ1 000 mm的高壓旋噴樁，并內插H型鋼閉合圍護結構；張軍[5]提出了沿管線方向架立雙層萬能桿件作為懸吊梁并設置吊索的方式進行電纜的懸吊保護；黃從剛[6]提出采用700 mm×300 mm 的H型鋼作為縱向懸吊梁、管線頂部和底部采用I40工字型鋼作為橫向懸吊梁以及橫向懸吊梁之間采用帶螺紋的φ32鋼拉桿連接的方式對2 000 mm×900 mm的混凝土包封電力排管進行保護；黃俊等[7]提出了大直徑高壓旋噴樁+雙排鉆孔灌注樁復合式基坑支護的結構形式，其可以較好地起到止水和擋土的作用，且能靈活避開障礙物；董天樂等[8]提出了采用全套管鉆機施工鉆孔咬合樁的技術，通過在樁間打設輔助高壓旋噴樁，保證了基坑的施工安全；裴建[9]提出了采用超緩凝混凝土樁作為素樁的鉆孔咬合樁施工技術；鄧彪等[10]對采用反循環(huán)鉆機進行塑性混凝土鉆孔咬合樁防滲體施工的方法進行了研究。南昌紅谷隧道東岸雙線并行明挖E、F匝道基坑下有一束寬度為2.1 m、厚度為0.8 m、埋深為1 m的110 kV電纜線，地上有3根距地面9.8 m的架空電纜線。受地下電纜的影響，無法對電纜范圍內的基坑圍護結構進行施工，基坑支護體系不連續(xù)無法封閉地下水，基坑涌水、涌砂風險較大。依托南昌紅谷隧道東岸并行E、F匝道基坑，探討在低凈空作業(yè)條件下利用反循環(huán)鉆機成孔和以塑性混凝土作為素樁的鉆孔咬合樁施工技術、基坑范圍內的地下高壓電纜懸吊保護技術、地下電纜范圍內的基坑止水帷幕施工技術以及基坑逆作法工字鋼+噴射混凝土支護技術。

1 工程概況

紅谷隧道東岸雙線并行E、F匝道基坑位于南昌市東湖區(qū)中山西路，基坑一側為距匝道基坑23.6 m的33層建筑物，另外一側為距匝道基坑106 m的撫河。E、F匝道基坑為基坑深度漸變的并行高低坑，采用明挖順筑法施工，基坑寬度為19.6 m，縱向最大坡度為5.98%。E匝道基坑的長度為174 m，深度為1.6～6.7 m，圍護結構采用φ850@600 mm的SMW工法樁；F匝道基坑的長度為255 m，深度為2～14.55 m，圍護結構采用厚800 mm的地下連續(xù)墻。高低坑之間采用φ1 000@1 500 mm的鉆孔灌注樁，樁頂打設1 000 mm×1 000 mm的混凝土冠梁，樁后打設φ800@500 mm的三重管高壓旋噴樁。基坑第1層為 800 mm×800 mm的混凝土支撐，間距為7.0 m，中部設臨時中立柱；第2層及以下采用φ609@3 500 mm的鋼支撐。

E匝道DK0+190～+230段(F匝道DK0+230～+270段)基坑上方存在3根距地面9.8 m的10 kV架空電纜線，地下存在2.1 m×0.8 m的采用混凝土包封的6根110 kV電纜線，其橫跨E、F匝道基坑，并與基坑軸線斜交58°，對應的E匝道基坑深度為4.4 m，F匝道基坑深度為9.4 m。E、F匝道基坑圍護結構的平面圖和橫斷面圖如圖1所示。

2 工程地質水文條件

根據水文地質條件可知，E、F匝道基坑范圍內揭露的土質類型主要為素填土、雜填土、細砂、粗砂、礫砂、強風化泥質粉砂巖和中風化泥質粉砂巖。素填土厚13.61 m，細砂、粗砂和礫砂厚9.7 m。地下水主要為上層滯水和潛水，滲透系數較大，主要接受撫河地表水體的側向補給，基坑所處區(qū)域水位年變化幅度為3～13 m，汛期地下水標高為17.5 m，位于基坑底以上8.3 m，施工安全風險較大。F匝道基坑地質縱斷面圖如圖2所示。

(a) 平面圖

(b) 橫斷面圖

Fig. 1 Plan and cross-section of retaining structure of ramp E and F (m)

地下110 kV的電纜橫穿雙線并行、不等深的基坑，基坑圍護結構不能形成有效連續(xù)的止水帷幕和支護體系，且基坑位于高水位富水砂質地層，施工風險較大。

3 基坑圍護結構的選型及施工

3.1 圍護結構的選型

由JGJ 46—2005《建筑工程施工現場臨時用電安全技術規(guī)范》[11]可知，起重機與架空線的水平安全距離應為2 m，豎向安全距離應為3 m。普通成槽機高度為14 m，SMW工法樁鉆機高度為24 m，不具備施工條件。該項目地表以下6～8 m均為雜填土，且受撫河的影響，低凈空成槽機挖槽過程中塌槽風險大，機械設備進場周期長，施工成本高。鉆孔咬合樁克服了傳統樁在基坑圍護結構中防水性能差的缺點，在地質和環(huán)境復雜的工程中有較好的適用性。因此，將架空電纜安全范圍內的地下連續(xù)墻和SMW工法樁調整為φ1 000 mm的鉆孔咬合樁。

圖2 F匝道基坑地質縱斷面圖(單位： m)

在地下110 kV電纜附近采用高壓旋噴樁止水帷幕封閉地下水，基坑內采用逆作法施作工字鋼噴射混凝土支護。經調研可知，高壓旋噴鉆機的斜向施工深度不應超過15 m，否則，高壓旋噴樁開叉將無法形成有效止水帷幕封閉地下水，深基坑施工安全風險巨大。因此，必須在基坑內施作豎向高壓旋噴樁止水帷幕。E、F匝道基坑圍護結構變更后的平面圖如圖3所示。

圖3 E、F匝道基坑圍護結構變更后的平面圖

Fig. 3 Plan of retaining structure of ramp E and F after adjustment

3.2 鉆孔咬合樁施工

3.2.1 場地平整

將10 kV架空線兩側5 m范圍內施工場地的標高降低3.0 m，使反循環(huán)鉆機頂部與電纜有一定的安全距離，確保鉆孔咬合樁的施工安全。

3.2.2 鉆孔咬合樁成孔

鉆孔咬合樁直徑為1 000 mm，樁間距為1 500 mm，咬合寬度為250 mm，入巖深度為2.0 m。咬合樁分為1序樁和2序樁，1序樁采用28 d強度小于4.0 MPa的塑性混凝土； 2序樁采用鋼筋混凝土樁，鋼筋籠底部滿足嵌固深度。為保證未封閉基坑的施工安全，在鉆孔咬合樁與地下連續(xù)墻和SMW工法樁的連接處設置高壓旋噴樁和應急降水井。

采用反循環(huán)鉆機跳樁法進行鉆孔咬合樁成孔，即先施工1序樁(A型塑性混凝土樁)，待1序樁初凝(7～9 h)后再施工2序樁(B型鋼筋混凝土樁)。每9根樁為一個循環(huán)，施工順序為A1—A3—A5—A2—A4—B1—B2—B3—B4，如圖4所示。成孔過程中采用泥漿護壁確保樁孔范圍內地層的穩(wěn)定，利用反循環(huán)鉆機頂部的滑輪起吊系統和吊斗澆筑水下混凝土。

圖4 鉆孔咬合樁施工順序(單位: mm)

3.2.3 鋼筋籠的加工及吊裝

采用反循環(huán)鉆機對鋼筋籠進行分節(jié)吊裝，主筋采用鋼筋接駁器進行連接，接駁器一端的鋼筋撤絲長度與接駁器長度相同，另一端為接駁器長度的一半，并按設計長度連接為一整根鋼筋。鋼筋籠整體加工成型并在吊裝前，將接駁器旋至螺紋長度的一半，把整個鋼筋籠分解為不同長度的短節(jié)。鋼筋籠在孔位上方安裝就位后，將連接器由整長的一端旋出，與上節(jié)鋼筋完成連接[12]。

鋼筋籠總長為15 m，分節(jié)長度為7.5 m。為避免鋼筋籠與架空線的吊裝作業(yè)觸碰，采用挖機配合反循環(huán)鉆機進行鋼筋籠的吊裝與下放。

3.2.4 咬合樁混凝土澆筑

采用反循環(huán)鉆機頂部滑輪吊鉤吊裝導管和導管艙進行混凝土澆筑，每次拆除2節(jié)導管，每節(jié)導管長度為2.5 m。

4 地下110 kV電纜懸吊保護施工

4.1 冠梁及混凝土支撐施工

地下110 kV電纜包封底部的標高為23.67 m，頂部的標高為24.47 m，現地面標高為25.0 m，冠梁截面尺寸為1 000 mm×1 000 mm，冠梁頂面標高與原地面標高相同。為保證冠梁的整體性，調整電纜范圍內混凝土冠梁頂面標高高出地面500 mm，在冠梁混凝土澆筑前110 kV電纜包封兩側埋設豎向拉結鋼筋，便于拉結電纜底部的工字鋼。

4.2 地下110 kV電纜懸吊保護施工

利用300 mm×200 mm的H型鋼和間距為1.0 m的對拉螺栓組成的鋼結構受力體系懸吊保護110 kV的電纜。上部型鋼安裝在混凝土支撐的頂部，下部型鋼安裝在電纜包封的底部。上部和下部型鋼均采用φ32 mm的對拉絲桿進行連接,并在混凝土包封與H型鋼之間鋪設厚8 mm的絕緣橡膠墊塊。上部型鋼的長度=支撐間距+支撐寬度，下部型鋼的長度=混凝土包封的寬度+2×0.5 m，縱向和橫向設置φ22 mm的之字形鋼筋把型鋼連接為一個整體。110 kV電纜懸吊保護施工的平面圖、橫斷面圖以及現場照片如圖5所示。

(a) 平面圖

(b) 橫斷面詳圖

(c) 橫斷面大樣圖

(d) 現場照片

圖5 110 kV電纜懸吊保護施工的平面圖、橫斷面圖以及現場照片

Fig. 5 Suspension protection of 110 kV cable

5 基坑止水帷幕及支護施工

5.1 電纜范圍內基坑外的高壓旋噴樁施工

高壓旋噴樁適用于淤泥、淤泥質土、黏性土、粉土、砂土和雜填土等地層的加固和止水。對于粒徑較小的砂礫層和卵石層,可以通過在水泥漿液中摻入一定比例的外加劑縮短水泥的凝結時間以及調整噴射的提升速度等措施獲得較好的成樁效果,起到止水加固的作用[13]。由于水文地質條件復雜且需避讓管線，施工過程中需局部調整旋噴樁的施工角度和噴漿壓力，所以易造成旋噴樁存在薄弱部位。對于薄弱部位采用小導管注入速凝無收縮止水漿液的措施進行加強處理[14]。高壓旋噴樁分2期進行施工，1期為在地面進行斜向施工以封閉地表水和上層滯水，2期為在電纜包封底部進行豎向施工并施工至巖面以下0.5 m。

采用改裝后的鉆機在110 kV電纜包封兩側分別打設4排φ800@350 mm的旋噴樁加固地層，采用強度等級不低于42.5的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為30%，水泥漿液的水灰質量比為1.0～1.5，28 d無側限抗壓強度qu≥0.8 MPa，滲透系數k≤1.0×10-7cm/s，旋噴壓力宜控制在15～20 MPa?；右粋鹊?排和第2排旋噴樁的角度為6°，樁底標高為10.0 m，共計28根，平均長度為15.2 m；第3排和第4排旋噴樁角度為20°，樁底標高為11.97～23.30 m，共計28根。第3排和第4排旋噴樁的孔位分別與第1排和第2排重合。高壓旋噴樁施工平面圖和剖面圖如圖6所示。

為避免高壓旋噴樁和鉆孔咬合樁之間的縫隙滲漏水，在基坑外電纜兩側各設1口應急降水井，基坑開挖時根據滲漏水情況和基坑監(jiān)測情況決定是否啟動應急降水井。

5.2 電纜范圍內的基坑支護施工

采用工字鋼噴射混凝土進行110 kV電纜范圍內的基坑支護。針對高壓旋噴樁加固盲區(qū)，提前利用基坑內的臨空面進行超前注漿加固，注漿管采用φ42 mm鋼管，長度為3.0 m，水平間距為0.3 m，豎向間距為0.5 m，呈梅花形布置，漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿壓力為0.3～0.5 MPa。注漿完成后方可開挖樁間土體并施作工字鋼噴射混凝土支護。為了在110 kV電纜底部施作高壓旋噴樁止水帷幕，將包封底5 m范圍內的工字鋼設在鉆孔咬合樁外側，5 m以下的工字鋼噴射混凝土支護與鉆孔咬合樁樁間網噴支護表面平齊。

鑿除工字鋼兩端鋼筋混凝土樁的鋼筋，并通過L型鋼筋焊接牢固，在豎向上通過冠梁預埋鋼筋將基坑工字鋼支護、鉆孔咬合樁和冠梁連接為一個整體。沿工字鋼橫向焊接φ22 mm的通長豎向鋼筋，按梅花形布置，間距為500 mm，鋼筋之間采用雙面搭接焊，焊接長度不小于5倍的鋼筋直徑，鋼筋內外側安裝φ8@200 mm×200 mm的鋼筋網片并噴射厚400 mm的C25早強混凝土。每層工字鋼下方設置4根注漿錨管，注入1∶1的水泥-水玻璃雙液漿,注漿壓力為0.3～0.5 MPa，注漿擴散半徑為0.5 m。錨桿及工字鋼支護的縱斷面圖和剖面圖如圖7所示。

(a) 平面圖

(b) 第1排和第2排旋噴樁剖面圖 (c) 第3排和第4排旋噴樁剖面圖

Fig. 6 Plan and profile of construction of high-pressure jet grouting pile (mm)

5.3 電纜下部基坑內的高壓旋噴樁施工

電纜范圍內基坑土方開挖及工字鋼噴射混凝土支護施作至包封底5 m處，在樁間110 kV電纜底部豎向施作2排φ800@200 mm的三重管旋噴樁加固止水。樁頂標高為18.6 m，樁底標高為2.0 m，采用強度等級不低于42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為30%，水泥漿液的水灰質量比為1.0～1.5，28 d無側限抗壓強度qu≥0.8 MPa，滲透系數k≤1.0×10-7cm/s，旋噴壓力宜控制在15～20 MPa。高壓旋噴樁施工完成后，采取縱向分段和豎向分層的方式開挖基坑土方并進行基坑支護，然后按規(guī)范的操作要求進行基坑支撐體系的施工，開挖至基坑底部后及時進行封底墊層混凝土的施工。電纜底部基坑內高壓旋噴樁的施工平面圖和縱斷面圖如圖8所示。

(a) 縱斷面圖

(b) 1-1剖面圖

Fig. 7 Cross-section and profile of anchor bolt and I-shaped steel support (mm)

5.4 施工效果

基坑范圍內電纜懸吊保護是針對無法遷改管線的一種有效保護措施，基坑施工階段管線及包封的沉降約為2.5 mm。在基坑施工過程中，咬合樁體之間無分叉，雜填土、淤泥質粉質黏土和細砂地層成樁效果較好，基坑側壁未出現滲漏水現象。

(a) 平面圖

(b) 縱斷面圖

Fig. 8 Plan and cross-section of construction of high-pressure jet grouting pile in foundation pit (m)

6 結論與建議

針對基坑施工范圍內存在低凈空架空電纜和地下電纜等復雜施工條件，利用反循環(huán)鉆機施作以塑性混凝土樁為素樁的鉆孔咬合樁。與采用低凈空成槽機及吊裝設備施工地下連續(xù)墻圍護結構的施工方案相比，具有施工速度快和施工成本低的優(yōu)點。采用基坑內豎向以及輔助斜向施作高壓旋噴樁止水帷幕的方法，并在基坑外設置應急降水井，有效解決了地下電纜缺口處基坑止水的難題。在8.3 m水頭的作用下，基坑側壁未出現滲漏水現象，只有在基坑圍護結構接茬處局部出現了濕漬。基坑內采用逆作法施作工字鋼噴射混凝土支護以及采用懸吊技術保護電纜的措施，在既有地下電纜無法遷改的條件下，保證了基坑的正常施工。同時，提出以下建議：

1)基坑不同形式圍護結構的連接處是基坑滲漏水的薄弱部位，可采用高壓旋噴樁和降水井有效避免基坑滲漏水引發(fā)的涌水、涌砂等安全事故。

2)針對基坑圍護結構無法全面封閉地下水且存在一定縱坡的基坑工程，可以在基坑圍護結構未封閉處的下游橫向設置止水帷幕，以實現基坑內的分區(qū)降水。

[1]JUANG C H, LUO Z, ATAMTURKTUR S, et al. Bayesian updating of soil parameters for braced excavations using field observations[J]．Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2013, 139(3): 395-406.

[2]LUO Z， ATAMTURKTUR S, CAI Y, et al. Simplified approach for reliability-based design against basal-heave failure in braced excavations considering spatial effect[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2012, 138(4): 441-450.

[3]WANG L， LUO Z， XIAO J， et al. Probabilistic inverse analysis of excavation-induced wall and ground responses for assessing damage potential of adjacent buildings[J]. Geotechnical and Geological Engineering, 2014, 32(2): 273-285.

[4] 黃德華. 復雜環(huán)境條件下深基坑輔助施工技術[J]. 隧道建設, 2012, 32(1)： 111-114. HUANG Dehua. Assistant construction technology of deep foundation pit under complex environmental conditions[J]. Tunnel Construction, 2012, 32(1): 111-114.

[5] 張軍. 采用萬能桿件懸吊保護橫穿基坑的φ1.8 m給水管施工技術[J]. 隧道建設, 2013, 33(6): 521-524. ZHANG Jun. Suspension protection ofφ1.8 m water-supply pipe crossing foundation pit by means of universal bars[J]. Tunnel Construction, 2013, 33(6): 521-524.

[6] 黃從剛. 城市地下工程施工中對重要管線保護技術[J]. 隧道建設, 2007, 27(2): 68-71. HUANG Conggang. Protection of underground utilities during construction of urban underground works[J]. Tunnel Construction, 2007, 27(2): 68-71.

[7] 黃俊， 陳方偉， 趙光， 等. 大直徑高壓旋噴樁+雙排鉆孔灌注樁復合式基坑支護結構工作性狀[J]. 隧道建設, 2014, 34(6)： 508-512. HUANG Jun, CHEN Fangwei, ZHAO Guang, et al. Behavior of combined support structure consisting of large-diameter high-pressure jet grouting piles + double-row borehole cast piles[J]. Tunnel Construction, 2014, 34(6): 508-512.

[8] 董天樂， 朱亮來. 富水砂質粉土地層基坑圍護結構施工技術[J]. 隧道建設， 2006, 26(6)： 56-61. DONG Tianle, ZHU Lianglai. Construction technology for retaining structures of foundation pits in water-rich sandy silt ground[J]. Tunnel Construction, 2006, 26(6): 56-61.

[9] 裴建. 鉆孔咬合樁在深基坑圍護結構中的應用[J]. 隧道建設， 2005, 25(3)： 46-47. PEI Jian. Application of bored secant pile in deep foundation pit retaining structure[J]. Tunnel Construction, 2005, 25(3): 46-47.

[10] 鄧彪， 郭小龍， 李志軍. 南昌紅谷沉管隧道江中模袋砂圍堰冬汛災后土石圍堰重建施工技術[J]. 隧道建設， 2016, 36(9)： 1114-1119. DENG Biao, GUO Xiaolong, LI Zhijun. Reconstruction technologies for earth-rock cofferdam after sandbag cofferdam hit by winter season in Ganjiang River: Case study of Honggu Immersed Tunnel in Nanchang[J]. Tunnel Construction, 2016, 36(9): 1114-1119.

[11] 建筑工程施工現場臨時用電安全技術規(guī)范： JGJ 46—2005[S]. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2005. Technical code for safety of electrification on construction site: JGJ 46—2005[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2005.

[12] 杜峰. 近距離低凈空下地下連續(xù)墻成槽技術研究和探討[J]. 隧道建設， 2015, 35(2)： 160-166. DU Feng. Study and discussion of cutting of channels of underground diaphragm wall close to existing buildings in confined space[J]. Tunnel Construction, 2015, 35(2): 160-166.

[13] 劉震國. 高壓旋噴樁止水帷幕在深基坑支護中的應用[J]. 施工技術， 2012(增刊1): 68-71. LIU Zhenguo. Application of water curtain in deep foundation pit[J]. Construction Technology, 2012(S1): 68-71.

[14] 梁云生. 城市地鐵旋噴樁施工技術[J]. 隧道建設， 2007, 23(3)： 84-87. LIANG Yunsheng. Construction technology of jet grouting piles applied in urban metro works[J]. Tunnel Construction, 2007, 23(3): 84-87.

Protection of High Voltage Cable Crossing Double-line Deep Open-cut Foundation Pits with Different Depths and Comprehensive Construction Technologies for Foundation Pits

HAN Jiankun, DONG Xiaolong, GUO Xiaolong
(ErchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Sanhe065201,Hebei,China)

The bored secant pile constructed by backcycling drilling machine under low clearance is discussed by taking the open-cut foundation pits on double lines of Honggu Immersed Tunnel in Nanchang for example. The underground cable crossing the foundation pits is protected by concrete support; and the I-shaped steel and shotcrete support is constructed by top-down method. The ground around 110 kV cable is consolidated by high-pressure jet grouting pile out of foundation pit; and the water curtain is constructed by vertical high-pressure jet grouting pile under cable in foundation pit to stop the water and the emergency dewatering well at connecting point between retaining walls is constructed. Finally, the foundation pits have been successfully and safely constructed under complex conditions.

bored secant pile; high-pressure jet grouting pile; cable suspension protection; I-shaped steel and shotcrete support; dewatering of foundation pit

2017-02-13;

2017-07-05

韓建坤(1971—)，男，河北樂亭人，1995年畢業(yè)于長沙鐵道學院，鐵道工程專業(yè)，本科，高級工程師，主要從事隧道與地下工程施工技術與管理工作。E-mail： 3105268176@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.07.009

U 455

B

1672-741X(2017)07-0838-07