富水軟土區(qū)高壓電纜長(zhǎng)距離穿越地鐵車(chē)站原位保護(hù)技術(shù)

中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308

近些年，我國(guó)軌道交通建設(shè)發(fā)展迅速，多個(gè)城市都在積極進(jìn)行地鐵工程建設(shè)，建設(shè)過(guò)程中遇到的周邊環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)峻[1]。地鐵車(chē)站基坑深、風(fēng)險(xiǎn)大，特別是富水軟土區(qū)，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)多采用剛度大、止水效果好的地下連續(xù)墻。為了保障基坑封閉、減少施工干擾，基坑內(nèi)部和臨近范圍的管線一般需要提前遷改至基坑外側(cè)，但是部分重要管線遷改周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、社會(huì)影響大，難以實(shí)施，嚴(yán)重制約了軌道交通的建設(shè)進(jìn)度，這就需要針對(duì)一些特殊管線，采取必要的原位保護(hù)措施。

地鐵建設(shè)者針對(duì)地鐵穿越區(qū)管線原位保護(hù)措施做了大量探索和實(shí)踐，陳威等[2]對(duì)氣舉反循環(huán)施工工藝在地連墻施工中的應(yīng)用進(jìn)行了研究；虞星晨等[3]研究了拼幅施工連續(xù)墻的技術(shù)方法；王社江等[4]對(duì)蘇州軌道交通6號(hào)線江星路站110kV電纜原位保護(hù)的連續(xù)墻施工方法進(jìn)行了研究；姜偉等[5]對(duì)地鐵車(chē)站深基坑工程管線懸吊施工技術(shù)進(jìn)行了研究。以上研究對(duì)重要管線穿越地鐵車(chē)站進(jìn)行原位保護(hù)具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義，但是偏重于現(xiàn)場(chǎng)施工措施，沒(méi)有全面介紹設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)和系統(tǒng)處理措施。因此，文章結(jié)合天津地鐵某項(xiàng)目，對(duì)該站的220kV電纜溝槽綜合保護(hù)方案進(jìn)行了論述和探討。

1 工程概況

天津地鐵某車(chē)站為地下兩層島式曲線車(chē)站，位于濱水西道和水上東路交叉口，斜跨路口東西向設(shè)置，采用兩端明挖法+中間局部蓋挖法施工。車(chē)站上方埋設(shè)220kV高壓電纜溝槽，斜向穿越整座車(chē)站，長(zhǎng)度約為140m，電纜溝槽與車(chē)站位置關(guān)系見(jiàn)圖1。電纜溝槽為預(yù)制混凝土管溝，分節(jié)拼裝，每節(jié)長(zhǎng)0.7m、寬1.5m、高0.8m，管內(nèi)敷設(shè)220kV高壓電纜，為城市供電主纜，因遷改周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、社會(huì)影響大，經(jīng)過(guò)與電力部門(mén)溝通，需要對(duì)該電纜溝槽采用原位保護(hù)方案進(jìn)行保護(hù)。

圖1 電纜溝槽與地連墻位置關(guān)系圖

車(chē)站主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段深度約為16.9m，該范圍內(nèi)從上向下依次分布有雜填土、素填土、淤泥及淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂等，土層含水量大，水位高，屬于富水軟土地區(qū)，施工風(fēng)險(xiǎn)大。

車(chē)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用0.8m厚地連墻，十字鋼板接頭。明挖基坑標(biāo)準(zhǔn)段共設(shè)置4道支撐和1道換撐，第1道為800mm×1000mm的鋼筋混凝土支撐，其余均為鋼管支撐；混凝土支撐縱向間距約為6m，鋼支撐縱向間距約為3m。蓋挖段采用半逆作方案，先施工頂板基坑，頂板結(jié)構(gòu)完成后回填覆土，恢復(fù)管線和交通，頂板下部土體與明挖段基坑同步開(kāi)挖，頂板下設(shè)置2道支撐和1道換撐，均為鋼管支撐，間距與明挖段相同。

2 工程重難點(diǎn)

（1）電纜溝槽原位保護(hù)對(duì)地連墻施工影響大。電纜溝槽與基坑斜交，交叉范圍的地連墻采用傳統(tǒng)方法無(wú)法進(jìn)行正常的成槽、下放鋼筋籠作業(yè)，導(dǎo)致基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)封閉性、止水功能降低，為后續(xù)基坑開(kāi)挖施工埋下了較大的安全隱患。基坑設(shè)計(jì)時(shí)需考慮地連墻輪廓與高壓電纜溝槽的關(guān)系，盡量減少高壓電纜溝槽與地連墻交叉范圍。同時(shí)，電纜溝槽下方地連墻成槽需要采取特殊施工工藝，確保連續(xù)墻施工質(zhì)量滿(mǎn)足要求。

（2）高壓電纜溝槽原位保護(hù)距離長(zhǎng)、保護(hù)要求高。高壓電纜溝槽斜向穿越整座車(chē)站，長(zhǎng)度約為140m，需要保護(hù)范圍廣、跨度大；保護(hù)期間不能斷電，允許沉降小，保護(hù)要求高，風(fēng)險(xiǎn)極大，需要加強(qiáng)高壓電纜溝槽原位懸吊保護(hù)措施。

（3）高壓電纜溝槽位于基坑正上方，基坑施工工序復(fù)雜、周期長(zhǎng)、采用機(jī)械種類(lèi)繁多，易對(duì)保護(hù)電纜產(chǎn)生破壞。同時(shí)，施工期間為了躲避高壓電纜溝槽，也對(duì)基坑自身施工影響較大。

3 主要技術(shù)措施

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

（1）基坑平面優(yōu)化。高壓電纜敷設(shè)方向與車(chē)站外輪廓斜交，角度約30°，若按照車(chē)站外輪廓施作圍護(hù)結(jié)構(gòu)地連墻，則高壓電纜溝槽對(duì)地連墻成槽影響范圍較大，最長(zhǎng)邊達(dá)12m，地連墻成槽及鋼筋籠下放作業(yè)難以實(shí)施。因此，需要從基坑平面布置方面進(jìn)行優(yōu)化，局部調(diào)整圍護(hù)結(jié)構(gòu)外輪廓，將地連墻調(diào)整為與高壓電纜溝槽垂直相交，調(diào)整后電纜溝槽占?jí)旱剡B墻范圍縮小至1.5m，見(jiàn)圖1。范圍縮小后可通過(guò)采用改造后的氣舉反循環(huán)施工地連墻工藝及鋼筋籠分幅制作下放措施完成該段地連墻施工。

（2）支撐標(biāo)高優(yōu)化。電纜溝槽埋置深度約1.35m，與主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)第一道混凝土撐標(biāo)高沖突，需要調(diào)整第一道混凝土撐標(biāo)高，確保混凝土支撐底部距高壓電纜溝槽頂板不小于300mm。

（3）高壓電纜溝槽采用連續(xù)桁架梁進(jìn)行原位懸吊保護(hù)。結(jié)合該站兩端明挖（54m+54m）、中間局部蓋挖（36m）的施工特點(diǎn)，懸吊保護(hù)主要分成3個(gè)區(qū)域，結(jié)合基坑施工工序，先施工中間蓋挖區(qū)域，再施工兩端明挖區(qū)域。由于高壓電纜溝槽原位保護(hù)距離長(zhǎng)，需要為桁架梁分段設(shè)置支點(diǎn)，減小跨度。蓋挖段在基坑內(nèi)設(shè)置臨時(shí)柱把桁架梁分成三跨；明挖段利用第一道混凝土支撐作為桁架梁支點(diǎn)，分別把桁架分成7跨和8跨；桁架最大跨度為9.3m。

3.2 高壓電纜溝槽懸吊保護(hù)方案

高壓電纜溝槽采用連續(xù)桁架梁分段懸吊保護(hù)方案：連續(xù)桁架梁高1.8m、寬1.2m，利用第一道混凝土支撐作為支點(diǎn)，最大跨度為9.3m，考慮電纜溝槽自重等相關(guān)荷載后，經(jīng)計(jì)算，桁架梁能夠滿(mǎn)足安全要求，最大撓度為7.8mm，變形滿(mǎn)足要求。桁架梁上端每隔0.7m布置1根懸吊鋼梁，電纜溝槽底部每隔0.7m用H型鋼支撐，懸吊鋼梁通過(guò)倒鏈及鋼絲繩與溝槽底部的H型鋼進(jìn)行連接。該方案保證了電纜不斷電、車(chē)站安全順利施工。桁架懸吊現(xiàn)場(chǎng)效果圖見(jiàn)圖2，具體方案如下：

圖2 桁架懸吊現(xiàn)場(chǎng)效果圖

（1）將電纜溝槽周?chē)馏w分層開(kāi)挖至溝槽墊層以下700mm處，在保護(hù)電纜溝槽兩側(cè)留出足夠的作業(yè)面，便于后序在溝槽底部穿鋼板和鋼梁作業(yè)。

（2）分段清理溝槽頂部沙子，更換溝槽頂部蓋板，有效減輕電纜溝槽自重。

（3）組裝桁架。桁架梁支點(diǎn)完成之后，采用吊車(chē)分段吊裝桁架。

（4）穿鋼板及型鋼。由于保護(hù)溝槽為預(yù)制混凝土溝槽，在需要保護(hù)的電纜溝槽底部穿鋼板及H型鋼，鋼板應(yīng)分段橫穿槽底，施工過(guò)程中嚴(yán)格保證兩段溝槽的接縫處位于橫穿鋼板的中部，鋼板和H型鋼間距均為0.7m，以防溝槽傾落。

（5）將底部H型鋼與上部的鋼梁用鋼絲繩連接，鋼絲繩底部設(shè)置拉緊螺栓，及時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)情況調(diào)整拉緊裝置，形成有效的懸吊體系。

（6）高壓電纜溝槽回填及恢復(fù)。車(chē)站主體結(jié)構(gòu)施工完成后，首先，進(jìn)行槽底的回填，采用細(xì)沙分層回填，并逐層夯實(shí)；其次，澆筑500mm厚C20混凝土，用微膨混凝土澆筑至溝槽底部；最后，除去輕質(zhì)蓋板，將溝槽內(nèi)的細(xì)沙回填滿(mǎn)，更換原蓋板。

3.3 氣舉反循環(huán)法施工地連墻技術(shù)

（1）氣舉反循環(huán)法施工地連墻原理[6]。氣舉反循環(huán)施工工藝主要是利用高速旋轉(zhuǎn)的鉆機(jī)切削土體，同時(shí)反循環(huán)工藝排除沉渣。首先，使用潛水鉆把土體切削成比重大的泥漿，由重力作用不斷下沉。其次，將壓縮的空氣沿氣道輸送至距下部導(dǎo)管約1m的噴導(dǎo)管，空氣進(jìn)入噴導(dǎo)管后與其中的泥漿形成比重輕的氣水混合物，可自行向上移動(dòng)，使氣道的末端與噴導(dǎo)管底部區(qū)域產(chǎn)生負(fù)壓，將槽內(nèi)的泥漿和切削下來(lái)的土體不斷地吸入管內(nèi)，并輸送至地面上的泥渣儲(chǔ)存池。最后，泥渣自重大，可沉淀至底部，泥漿則通過(guò)溢流槽返回至基槽內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)，最終完成成槽施工。氣舉反循環(huán)地連墻施工工藝見(jiàn)圖3。

圖3 氣舉反循環(huán)地連墻施工工藝圖

（2）導(dǎo)墻施工。導(dǎo)墻施工前，先對(duì)導(dǎo)墻施工影響范圍內(nèi)的電纜溝槽進(jìn)行桁架梁懸吊保護(hù)，需要設(shè)置4根臨時(shí)立柱作為臨時(shí)豎向支撐。懸吊完成后再施工導(dǎo)墻，為了確保電纜溝槽的安全，導(dǎo)墻建議加深1m設(shè)置。

（3）高壓電纜溝槽下地連墻成槽施工。傳統(tǒng)氣舉反循環(huán)施工地連墻工藝無(wú)法完成高壓電纜溝槽下的地連墻成槽作業(yè)，需要將潛水鉆鉆頭改造為斜向鉆頭，使其能在先行導(dǎo)槽內(nèi)切削高壓電纜溝槽下方的土體，切削后土體與泥漿混合下沉，采用氣舉反循環(huán)工藝清渣，從而完成電纜溝槽下方地連墻的成槽作業(yè)。電纜溝槽外地連墻仍采用傳統(tǒng)工藝成槽。①完成高壓電纜溝槽兩側(cè)的成槽作業(yè)，作為先行導(dǎo)槽，該部分成槽作業(yè)可采用傳統(tǒng)沖抓工藝，也可采用氣舉反循環(huán)工藝。②先行導(dǎo)槽完成后，選擇一側(cè)導(dǎo)槽將噴導(dǎo)管插入先行導(dǎo)槽中，在架頭放置泥渣斗，安裝改造的斜向潛水鉆沿噴導(dǎo)管向下鉆，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭切削泥塊掉入槽底，利用氣舉反循環(huán)氣柱將渣土隨泥漿通過(guò)噴導(dǎo)管排到渣斗里，渣土沉淀后，分流的泥漿流回槽內(nèi)，如此循環(huán)，完成電纜溝槽下方的成槽作業(yè)。在成槽過(guò)程中，渣斗充滿(mǎn)后應(yīng)及時(shí)更換空斗。③一側(cè)成槽完成后，移動(dòng)鉆機(jī)到另一側(cè)繼續(xù)成槽作業(yè)。④成槽過(guò)程中，需要及時(shí)核查槽壁垂直度，必要時(shí)調(diào)整潛水鉆方向。⑤為防止墻體出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)情況，及時(shí)調(diào)整泥漿的性能指標(biāo)，嚴(yán)格控制槽內(nèi)泥漿液面不得低于導(dǎo)墻地面30cm。⑥槽段施工完成后，可再次啟動(dòng)反循環(huán)系統(tǒng)清理槽底沉渣，槽底沉渣厚度不超過(guò)100mm。⑦清槽完成后，需要進(jìn)行成槽檢驗(yàn)。

（4）地連墻鋼筋籠加工及安放。受高壓電纜溝槽影響，傳統(tǒng)吊裝法無(wú)法吊放鋼筋籠，根據(jù)地連墻具體情況，可將鋼筋籠分三幅制作，順序吊裝，咬合連接。

以DJ7地連墻為例，為便于施工，將該幅墻的十字鋼板接頭調(diào)整為工字鋼接頭，鋼筋籠施工時(shí)分成三段，中間一幅鋼筋籠寬度為2.0m，鋼筋籠厚度加工為600mm，比兩邊鋼筋籠薄80mm，兩邊采用凹凸槽，見(jiàn)圖4。

圖4 DJ7地連墻及鋼筋籠加工平面圖（單位：mm）

鋼筋籠按次序吊裝，先從側(cè)邊槽段下放中間幅鋼筋籠，吊放至對(duì)應(yīng)位置后通過(guò)調(diào)整吊點(diǎn)進(jìn)行橫向移動(dòng)，然后固定于導(dǎo)墻上，再下放兩側(cè)鋼筋籠。全部下放完畢后，通過(guò)上下移動(dòng)，使鋼筋籠通過(guò)凹凸槽連接。

為保證中間幅鋼筋籠順利移動(dòng)，地連墻成槽深度一般需要加深2m；中間幅鋼筋籠吊放時(shí)需要置換鋼絲繩吊點(diǎn)，提前做好鋼絲繩吊點(diǎn)安裝；吊放鋼筋籠期間需要加強(qiáng)對(duì)高壓電纜溝槽的保護(hù)。

（5）地連墻混凝土澆筑。鋼筋籠下放完畢之后，必須及時(shí)灌注混凝土，以防塌槽。首先將鋼筋籠上部固定在導(dǎo)墻上，工字鋼一側(cè)下放接頭箱，后面用碎石沙袋回填密實(shí)。確保回填密實(shí)之后澆筑混凝土。①混凝土澆筑采用導(dǎo)管法施工，根據(jù)槽段長(zhǎng)度用2根導(dǎo)管同時(shí)澆筑，導(dǎo)管選用直徑D=250的圓形螺旋快速接頭型。在灌注混凝土前需要先對(duì)導(dǎo)管做氣密性試驗(yàn)。②同一槽段內(nèi)導(dǎo)管間距一般不大于3m，導(dǎo)管距槽段接頭端不大于1.5m，兩根導(dǎo)管同時(shí)開(kāi)始灌注混凝土，確保混凝土同步澆筑，槽段內(nèi)混凝土液面均勻上升。

3.4 監(jiān)控量測(cè)

施工期間，需要加強(qiáng)對(duì)高壓電纜溝槽的監(jiān)測(cè)，除了基坑常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，還需要在高壓電纜溝底部布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其沉降情況。監(jiān)測(cè)點(diǎn)可用角鋼做成，與電纜溝底部托梁焊接，沿電纜溝槽每節(jié)布置一個(gè)，測(cè)點(diǎn)做好保護(hù)，嚴(yán)禁受土體及其他物體碰撞。

高壓電纜溝槽沉降控制值為累計(jì)沉降不超過(guò)20mm，相鄰槽段差異沉降不超過(guò)10mm。一旦超過(guò)控制值，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)拉緊螺栓，分析原因，必要時(shí)采取應(yīng)急措施，確保高壓電纜溝槽安全。

根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，施工期間該高壓電纜溝槽最大累計(jì)沉降為12mm，最大差異沉降為6mm，滿(mǎn)足要求。

4 結(jié)論與建議

（1）文章基于富水軟土區(qū)長(zhǎng)距離穿越地鐵車(chē)站的高壓電纜原位保護(hù)技術(shù)，對(duì)長(zhǎng)距離連續(xù)桁架梁懸吊管線保護(hù)方案、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)輪廓優(yōu)化、支撐標(biāo)高調(diào)整并利用第一道混凝土支撐作為連續(xù)桁架梁支點(diǎn)，以及電纜溝槽影響范圍的導(dǎo)墻施工、地連墻成槽、鋼筋籠分段制作吊放、混凝土澆筑、布點(diǎn)監(jiān)測(cè)等進(jìn)行了介紹。這些技術(shù)措施既保證了高壓電纜的安全，也保證了地連墻結(jié)構(gòu)的順利實(shí)施，有效推進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，值得被推廣和應(yīng)用。

（2）采用改造的氣舉反循環(huán)法施工地連墻工藝，能夠有效完成電纜溝槽下方的成槽作業(yè)，但是成槽長(zhǎng)度受限，原位保護(hù)范圍較大時(shí)，需要采用其他工藝。

（3）地鐵車(chē)站站位選擇時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)或遠(yuǎn)離遷改困難管線，不具備躲避條件時(shí)，優(yōu)化基坑輪廓，盡量減少管線原位保護(hù)影響范圍，穿越圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)優(yōu)選垂直穿越方案。