綜合管廊下穿電力方溝原位懸吊保護施工技術

胡 平

（北京京投交通發展有限公司，北京 102606）

地下綜合管廊是指在城市地下用于集中敷設電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃氣等市政管線的公共隧道。隨著城市規模的快速擴張，城市地下綜合管廊工程也得到了快速發展，其規劃設計不可避免地與鐵路、地鐵、道路、橋梁及各類管道工程存在交叉。作為城市重要的生命線，如何避免地下綜合管廊建設施工對鄰近或相交既有工程的影響，已成為日益關注的社會問題[1-2]。

文章以北京新機場高速公路地下綜合管廊下穿既有110kV電力方溝為例，介紹了電力方溝原位懸吊保護施工關鍵技術，既保證了電力方溝的正常運營，同時也在施工工期、成本上取得了良好效益，可為同類工程提供參考。

1 工程概況

1.1 項目概況

北京新機場高速公路地下綜合管廊（南五環—新機場）工程一期項目位于北京市南部，是北京市城市綜合管廊規劃網的重要組成部分，規劃定位為干線型綜合管廊。它是連接北京市區與北京新機場的重要市政通道，主要為北京新機場及北京南部地區提供能源供給保障，主干管廊設計全長約27.881km。

綜合管廊斷面設置為三艙，電力艙寬度為2.6m，水信艙寬度為3.9m，燃氣艙寬度為2.0m，采用矩形斷面尺寸,寬9.7m、高3.9m；明挖法施工；基坑的支護形式為土釘墻。

電力方溝尺寸為2.5m×2.6m，內部凈空尺寸為2.0m×2.1m，混凝土結構強度為C35 P6防水混凝土，上部覆土厚度約3m。電力方溝斷面圖如圖2所示。

1.2 工程地質情況

圖1 綜合管廊與電力方溝平面位置關系

圖2 電力方溝斷面圖

（1）地質情況。該工程擬建場地特殊性巖土主要為人工填土及泥炭質黏土。人工填土主要為耕土①1、粉土素填土①2層及雜填土①3層，厚度為0.2～2.7m；泥炭質黏土呈透鏡體分布，主要為泥炭質黏土②4層，灰褐色，濕～很濕，可塑，含云母、氧化鐵、有機質。

（2）水文情況。該場地35m范圍地下水主要為上層滯水、潛水和承壓水。其中，上層滯水主要受大氣降水、綠地灌溉和自來水、雨水、污水等地下管線的垂直滲漏補給；潛水以大氣降水、地表徑流及地下徑流為主要補給方式，以側向徑流、蒸發及人工開采為主要排泄方式；承壓水以地下徑流為主要補給方式，以側向徑流及人工開采為主要排泄方式。

2 保護方案介紹

2.1 保護方案比選

針對工程現場實際情況，經研究提出綜合管廊穿越運營110kV電力方溝施工工法主要有暗挖下穿、明挖改移、明挖懸吊三種工法。這三種工法的對比分析如表1所示。

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表1 穿越電力方溝工法比較

根據表1對比分析情況，綜合施工風險、工期、造價等因素，采用明挖下穿電力方溝原位懸吊保護工法較為合適，可快速完成穿越施工。

2.2 懸吊保護方案概述

針對電力方溝運營安全要求，綜合管廊基坑在施工期間，對電力方溝擬采用明挖懸吊法進行保護，懸吊保護方案關鍵在于懸吊體系。

整個懸吊體系由雙拼H型鋼、雙拼I28b工字鋼、Φ25mm精軋螺紋鋼筋、鉆孔灌注樁組成。懸吊體系采用雙拼H型鋼和雙拼I28b工字鋼組合懸吊。懸吊保護體系如圖3所示。電力方溝自重荷載通過雙拼I28b工字鋼鋼及精軋螺紋鋼筋傳遞給雙拼H型鋼懸吊梁，雙拼H型鋼懸吊梁將電力方溝荷載傳遞給鉆孔灌注樁，再由鉆孔灌注樁將荷載傳遞給地基。

2.3 變形控制指標

由于穿越電力方溝為運營管線，產權單位提出電力方溝沉降變形控制指標：懸吊體系豎直沉降控制值為短跨容許最大撓度為10mm，長跨容許最大撓度為21mm；監測頻率為2次/d，基本穩定后1次/周。

3 懸吊體系力學驗算

3.1 主要材料參數

查《鋼結構設計手冊》第4版表3.4-3、表21.2-1、表21.2-5得到懸吊體系主要材料力學和物理特性參數如表2所示[3]。

3.2 建立力學模型

（1）荷載計算。電力方溝高×寬=2.6m×2.5m，結構壁厚0.25m，懸吊保護長度為26.5m。根據《建筑結構荷載規范》（GB 50009—2012）和《鋼結構設計標準》（GB 50017—2017），電力方溝內電纜自重計2.5kN/m，電力方溝鋼筋混凝土自重取24kN/m3[4-5]。計算得出：①電力方溝混凝土自重=（2.5×2.6-2.1×2）×2.4×3=16.56kN/m；②內部管線自重=2.5kN/m；③活荷載以不上人為準，取0.5kN/m；④電力方溝荷載組合值q1=1.3×（①+②）+1.5×③=1.3×19.06+1.5×0.5=25.528kN/m；⑤雙拼I28b工字鋼自重q2=47.9×2kg/m=0.958kN/m；⑥雙拼H型鋼自重q3=133×2kg/m=2.66kN/m。

（2）計算模型簡圖。根據懸吊保護體系進行力學模型簡化，得出受力構件雙拼I28b工字鋼、Φ25mm精軋螺紋鋼、雙拼H型鋼力學計算簡化模型，如圖4所示[6]。

3.3 受力驗算

圖3 電力方溝原位保護

表2 懸吊體系主要材料物理和力學特性參數

（1）上部雙拼H型鋼驗算。根據結構力學求解器計算得出最大彎矩、最大剪力和最大擾度[6]：①抗彎σmax=77N/mm2＜235N/mm2；②抗剪τmax=28N/mm2＜125N/mm2；③撓度ω1=9mm＜l/500=26mm。滿足設計和規范要求，最大撓度變化也滿足電力方溝沉降變形要求。

（2）下部雙拼I28b工字鋼驗算。根據結構力學求解器計算得出最大彎矩、最大剪力和工字鋼截面需求：①抗彎σmaxx=67.3N/mm2＜235N/mm2；②抗剪τmax=21N/mm2＜125N/mm2；③撓度ω2=3.73mm＜l/500=9mm；④工字鋼截面需求W=396cm3＜534cm3。滿足設計和規范要求。

（3）精軋螺紋鋼驗算。F=34.07kN＜[N]=f·A=785×490.87=385.33kN。其中，F為螺紋鋼截面處所受拉力；[N]為螺紋鋼截面處拉力設計值；f為螺紋鋼抗拉強度，取785N/mm2[7]；A為螺紋鋼截面面積，取490.87mm2?？v向拉伸變形l=Fl÷EA=34.07×5×106÷（2.06×105×490.87）=1.68mm＜l×7%=5×7%=350mm。滿足規范要求。

圖4 懸吊保護力學計算簡化模型

（4）電力方溝沉降變形。根據懸吊體系擾度計算結果，以長跨最不利最大撓度累計計算：s=ω1+ω2+Δl=9+3.73+1.68=14.41mm＜21mm。滿足電力方溝沉降變形控制要求。

4 施工關鍵技術

4.1 施工流程

電力方溝現況探查→鉆孔灌注施工→分層土方開挖至電力方溝底板→樁頂雙拼H型鋼安裝→安裝溝底雙拼I28b工字鋼拖梁→安裝螺紋鋼→電力方溝原位懸吊→溝底土方清運→電力方溝變形監測→恢復回填→拆除懸吊體系。

4.2 鉆孔灌注樁施工

在電力方溝兩側分別布置4根長17m直徑為1m的C35混凝土鉆孔灌注樁，共計8根。灌注樁嵌入管廊基底以下8m，樁頂預埋800mm×800mm×20mm鋼板與雙拼H型鋼進行焊接連接；采用回旋鉆機跳打鉆孔施工順序。

4.3 土方開挖

（1）在土方開挖前，人工開挖探坑，根據現場實際情況設置探坑位置及數量，探明電力方兩側墻邊線。在電力方溝兩側結構邊線向外1m范圍采用機械開挖，1m范圍內采用人工開挖，以保護電力方溝防水保護層。人工開挖部分開挖至電力方溝墊層標高停止開挖，并且嚴禁超挖，機械開挖至墊層下1.5m，并由人工開挖完成面向下1∶1放坡，如圖5所示。

（2）根據設計圖紙布設吊桿及I28b工字鋼托梁位置，在相應位置人工開挖0.8m寬垂直于電力方溝的導洞，用以架設I28b工字鋼。

（3）待所有完成托梁和懸吊體系安裝完成后，再向下開挖電力方溝底面下1.5m位置，為防止管廊施工過程中，電力方溝墊層脫落，產生不安全因素，需將電力方溝底部墊層全部剔除，剔除過程注意對電力方溝防水層的保護。待全部剔除電力方溝墊層后方可繼續向下開挖至管廊基坑底標高。

圖5 電力方溝側土方開挖

4.4 懸吊保護

（1）在施工完成后的鉆孔灌注樁上架設雙拼H型鋼（600mm×300mm×12mm），雙拼H型鋼在存放場地上拼接成6m長，相鄰雙拼H型鋼間用630mm×350mm×20mm綴板進行連接，間距1750mm，人工配合25t吊車進行架設。架設時必須保證安放位置準確，架設完畢后將雙拼工字鋼與鉆孔灌注樁頂預埋800mm×800mm×20mm鋼板進行焊接連接，在鉆孔灌注樁對稱位置設置橫隔板，以保持截面形狀、增強橫向剛度，確保雙拼H型鋼整體穩定。

（2）每開挖一段通過精軋螺紋鋼錨固上部雙拼H型鋼和下部雙拼I28b工字鋼，施放懸吊Φ25mm精軋螺紋鋼時，先安置雙拼I28b工字鋼及50mm厚鋪底木板，雙拼I28b工字鋼托梁采用278mm×200mm×16mm綴板焊接加固。精軋螺紋鋼與雙拼H型鋼、雙拼I28b工字鋼通過螺紋套筒及16mm鋼墊塊連接，鋼墊塊開Φ27mm孔，鋼墊塊與雙拼H型鋼、I28b工字鋼托架間滿焊，焊縫厚度不小于8mm。螺紋套筒緊固時先將下部螺旋錨固，完成后再在上部螺旋錨固。

（3）精軋螺紋鋼張拉預應力，張拉力值使用張拉力和電力方溝位移雙控，張拉力控制在74kN，且同一截面上的精軋螺紋鋼在張拉預應力時一起進行張拉，保證張拉力達到設計值，且精軋螺紋鋼受力均勻，防止電力方溝因受力不均發生開裂或破壞混凝土結構的現象發生。

（4）對電力方溝懸吊保護期間周圍施工時采用人工配合小型挖掘機械作業，避免大型機械施工對電力方溝結構及外側防水造成破壞。現場安裝及實體懸吊保護如圖6所示。

（5）在施工期間及時與電力方溝產權單位聯系，加強保護，并按產權單位要求做好施工現場監測。

4.5 恢復回填

電力方溝位置的回填，在與管廊結構交叉南北向兩側長度6m的肥槽采用C15素混凝土回填；電力方溝與管廊頂板間采用C15素混凝土回填，東西向長度為19m，南北向寬度為6m，高度為0.8m。C15素混凝土回填施工，采用泵送的方式澆筑C15素混凝土，采用全面分層法澆筑混凝土，即沿長邊方向進行澆筑，保證混凝土回填高差不大于30cm，同時在管廊結構頂與電力方溝底之間預留20cm澆筑微膨脹混凝土，保證電力方溝與管廊結構頂板之間縫隙回填密實，防止不均勻沉降導致電力方溝出現開裂等質量問題。

圖6 現場施工圖

待混凝土回填完成，強度達到設計強度后，邀請產權單位對基礎承載力進行檢測，合格后進行后續基坑回填施工；在電力方溝兩側回填時需采取對稱回填，回填土高差不超過30cm，分層碾壓密實，回填施工過程中要防止電力方溝防水保護層的破壞。

5 變形監測

依據設計文件、《建筑基坑工程監測技術規范》（GB 50497—2009）規范和產權單位對電力方溝保護等相關要求，在施工過程中對懸吊保護電力方溝變形進行監測，通過監測數據及時反饋指導施工[8]。電力方溝監測點采取在雙拼H型鋼梁上做標識，標識點以不受破壞、不受施工影響、牢固、便于觀測的原則布設，布設12個點，每邊6個，即第一跨跨中1個點，中間跨4個點，最后一跨1個點，如圖7所示。

圖7 電力方溝懸吊保護監測點布置

目前，管廊結構下穿電力方溝已施工完成，懸吊保護體系已拆除。根據懸吊保護期間監測數據得到累計最大沉降值及其變化規律，如圖8所示。

圖8 電力方溝累計沉降變形趨勢

從圖8可以看出：（1）施工初期，電力方溝兩側土方逐漸被挖開，電力方溝的沉降變形逐漸增大，懸吊保護體系開始承擔逐步電力方溝的部分荷載；（2）當電力方溝下部接觸土體逐漸開挖至完成后，懸吊保護體系逐漸承擔了電力方溝的全部荷載，電力方溝保護體系中長跨4個監測點（JCB03、JCB04、JCN03、JCN04）累計沉降量最大值達到13.8mm；（3）電力方溝下方土體繼續開挖和管廊結構施工，此時電力方溝沉降變形也逐漸趨于穩定，最終沉降變形最大的長跨累計沉降量穩定在14.5mm左右，累計最大沉降值滿足電力方溝的懸吊保護變形要求[9-10]。

綜上所述，管廊下穿電力方溝施工期間，電力方溝懸吊保護體系變形最大的長跨跨中累計最大沉降值為14.5mm，在產權單位要求的控制指標范圍內。施工過程中未發生監測及巡視預警情況，施工安全風險得到了有效控制。

6 結束語

（1）綜合管廊穿越相交電力方溝施工，經過前期充分的技術論證和現場勘察，對比分析暗挖下穿、明挖改移和明挖懸吊三個方案的優缺點，因地制宜地選定明挖懸吊方案。該方案風險較低、施工快速、經濟更合理，有效地規避了電力遷移、改線對周邊環境造成的不利影響，在滿足電力方溝正常運營的同時，實現了對周邊環境影響的最小化。

（2）通過建立電力方溝懸吊保護體系力學計算簡化模型對電力方溝懸吊體系中上部雙拼H型鋼橫梁、下部雙拼I28b型鋼扁擔梁、懸吊Φ25mm精軋螺紋鋼進行強度和變形驗算，經驗算，其符合材料強度和變形指標。

（3）工程實踐表明：綜合管廊下穿電力方溝原位懸吊保護施工工藝包含鉆孔灌注樁、雙拼H型鋼和雙拼I28b工字鋼、開挖懸吊保護三個工序，每個工序均為常規工藝，可操作性強、施工難度低，保證了工程安全風險可控，工程達到了預期目的。

（4）依據現場監測數據可知，懸吊保護施工期間，電力方溝累計最大沉降量基本滿足電力方溝變形控制要求，與力學驗算結果相互驗證，具有較高的安全性和可靠性，且施工工藝易于操作，工程實踐意義突出。