城市軌道交通電纜線路隧道施工技術研究與應用

趙根鍵

(中國能源建設集團安徽電力建設第一工程有限公司 安徽合肥 230088)

近年來，隨著我國城市規模成倍擴大，基礎設施落后問題顯現，城市交通運輸矛盾日益突出。城市軌道交通以其安全、準時、快速的優點，在拓寬城市空間、打造城市快速立體交通網絡和改善城市交通環境方面發揮越來越大的作用。全國各大城市根據城市可持續發展和城市交通健康發展的需要，都在積極規劃建設城市軌道交通項目，城市軌道交通輸變電線路秉承地鐵施工特點，盡可能少地占用地上空間，減輕對城市發展的影響，這就使得地下電纜隧道這樣一種省空間，安全性能較好的電纜敷設方式被廣泛使用，但不斷地向地下更深處施工對電纜隧道施工開挖前支護提出更高的要求。

針對以上問題，該方案取得了顯著的經濟和社會效益，具有較好的推廣應用價值[1-4]。

1 應用實例

軌道交通1號線35 kV電纜隧道共有2條，廬州大道主變電所至廬州大道地鐵站，電纜隧道長度280 m。隧道自2015 年09 月28 日動工，2016 年5 月13 日送電成功；勝利路變電站至勝利路地鐵站，電纜隧道長度530 m，項目自2014 年12 月12 日動工，2016 年7 月13日送電成功。隧道采用鋼板樁和灌注樁相結合的支護方式，確保了結構安全、順利地完成。施工質量受到業主單位的好評，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

此外，該技術還在合肥軌道交通2 號線主變電所110 kV系統集成35 kV電纜隧道工程中得到應用。

2 技術特點

（1）采用圍護結構鋼板樁結合灌注樁施工一體化基坑支護技術，將圍護樁用打樁機打（壓）入地基，使其相互連接構成整體，降低施工成本，減少環境破壞，提高施工效率。（2）采用分散應力強支護，通過上下兩道鋼支撐，同時采用工字鋼并加焊通長鋼板及綴板和肋板使之聯結成為一個受力整體，避免單支撐的應力集中，提高支護體系的安全穩定性。（3）運用CAD進行事先策劃對鋼板樁施工位置進行事先排版預留施工縫，施工前確定尺寸控制點和施工工序，并嚴格按照施工工序精細化管理，有效控制施工縫偏差。（4）基于工序完全銜接的主體結構依次施工，節能高效。（5）隧道主體結構采用分段法施工，有效節省工期。

3 工藝原理

該技術適用于施工空間受限，土層穩定性差的城市電纜隧道施工。采用鋼板樁和灌注樁作為圍護樁結構，鋼板樁通過水平支撐及支護結構錨入土體所產生的抗傾覆力，平衡邊坡側壓力，保證基坑邊坡的穩定；在相鄰建筑物或開挖深度較大的基坑打設灌注排樁，樁頂設鋼筋混凝土冠梁，將單根灌注樁形成整體，冠梁之間按照一定間距設置水平鋼支撐，利用鋼筋混凝土灌注樁自身剛性及鋼支撐對撐力，平衡坑壁側壓力，保證邊坡穩定。支護結構施工完成后，隧道主體結構施工采用分段法，較大程度上提高了施工效率。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程

測量放線→圍護樁（灌注樁、鋼板樁）施工→第一層（第二層）鋼支撐安裝→基坑上（下）層土方開挖→底板結構施工→鋼支撐拆除→施工縫處理→側墻及頂板主體結構→側墻土方回填→上道支撐拆除→頂板土回填。

4.2 操作要點

4.2.1 測量放線

（1）在整平的工作面上測放出控制樁。依據設計勘察提供的場地內控制坐標和標高位置，測放坐標、高程控制樁。（2）依照施工圖要求，測放出基坑圍護樁中心線、排水溝等位置。根據現場的3個基準控制樁，采用經緯儀、全站儀、水準儀等在現場周邊測放出基坑圍護樁的臨時控制樁。（3）根據施工需要設置臨時控制樁。

4.2.2 圍護樁施工

綜合工程地質及水文地質條件以及經濟性等方面，結合開挖放坡困難等因素，基坑支護的型式采用以下兩種方式。一是鋼板樁支護：根據設計圖紙，基坑開挖深度小于或等于6.0 m時，且周邊無建筑物及距道路較遠的施工面，采用拉森IV 型鋼板樁+兩道鋼支撐支護，具體見圖1。二是鉆孔灌注樁支護：當基坑深度大于6.0 m時，或周邊存在建筑物、或距離道路較近時，采用直徑為0.6 m的鉆孔灌注樁+兩道鋼支撐支護。根據基坑開挖深度，相應延長支護樁長度，保證樁體錨入基底深度不小于2.0 m，具體見圖2。

圖1 鋼板樁支護

圖2 灌注樁支護

（1）鋼板樁施工。

①檢驗與矯正鋼板樁。對進場的鋼板樁進行外觀檢查和材質檢驗。鋼板樁外觀檢查包括：表面缺陷、長度、寬度、高度、厚度、端頭矩形比、平直度和鎖口形狀等內容，對不符合形狀要求的鋼板樁進行矯正，以減小打樁難度和樁位偏差。鋼板樁矯正包括表面缺陷修補，端部平面矯正，樁體撓曲與扭曲矯正，樁體局部變形矯正和鎖口變形矯正等。

②打設鋼板樁。采用自行振動式鋼板樁專用機械插打，對于土質較硬區域，采取先引孔后打鋼板樁的辦法。打設樁前，測量定位放線，樁按線插入就位。打樁時，開始打設的第一、二塊鋼板樁的打入位置和方向要控制精度，每打入1 m 測量一次。打設的允許誤差為：樁頂標高偏差±100 mm，鋼板樁軸線偏差±100 mm，鋼板樁垂直度偏差為1%；及時監測上述偏差是否在允許范圍內，超出時及時糾正。

（2）鉆孔灌注樁施工。

鉆機就位后，采用跳樁施工，在混凝土澆筑后3天內，禁止在3倍樁徑范圍內開鉆。在鉆孔過程中監控中心位置偏差、鉆孔深度、轉桿垂直度及油壓變化（對應于巖石強度）等，遇到地下障礙物或塌孔、地下水等狀況時，停止鉆孔并及時提升鉆桿，檢查處理后，方可繼續作業。鉆孔完成、清孔結束后，及時放入鋼筋籠、澆筑混凝土。清孔方式采用平底雙開門式清孔鉆頭進行清孔。

4.2.3 鋼支撐安裝

按照圖紙要求，根據土方開挖深度，及時采用ф609×16/12鋼管鋼支撐完成2道架設。

鋼板樁：縱向分段開挖基坑，當開挖深度至第一道鋼支撐的設計標高下0.5 m 處時，安裝第一道鋼支撐；當開挖基坑深度至第二道鋼支撐的設計標高下0.5 m處時，安裝第二道鋼支撐，具體見圖3。

圖3 鋼板樁兩道支撐

第一道鋼支撐架設直接安放在第一道腰梁梁上，第二道鋼支撐架設安放在鋼圍檁上。

鋼圍檁采用20 mmQ235鋼板與普通雙拼工45b型鋼焊接，工字鋼采用加焊通長鋼板及綴板和肋板，使之聯接成為一個受力整體。鋼圍檁用固定在圍護樁上的角鋼支架做支撐；鋼圍檁、鋼支撐架設用人工配合起吊設備進行安放；鋼支撐架設預加軸力采用液壓千斤頂；支撐采用基坑外拼裝，起吊設備起吊整根安裝。

灌注樁：待灌注樁及冠梁混凝土強度達到設計強度的100%后，縱向分段開挖基坑至冠梁底標高下0.5 m處時，安裝第一道鋼支撐。縱向分段開挖基坑至第二道鋼支撐設計標高下0.5 m處時，安裝第二道鋼支撐，具體見圖4。

圖4 灌注樁兩道支撐

第一道鋼支撐直接支撐在冠梁上，第二道鋼支撐在鋼圍檁位置。

4.2.4 土方開挖（1）基坑監測。

根據設計圖紙和規范要求，土方開挖前對基坑支護體系變形、周邊建（構）筑物、重要管線的變形觀測和基坑頂部沉降、位移、地下水位等項目合理布置監測點，實時監測了解基坑的穩定狀況。

第一，地表沉降觀測監測。在基坑外已硬化的地面埋設地表沉降點。用沖擊鉆或螺旋鉆機在地面鉆孔直徑為100～200 mm，深度到破穿硬化混凝土為止。然后打入長1 000～1 500 mm，直徑16 mm螺紋圓頭鋼筋，四周用標準砂填實。在遠離施工影響范圍以外位置布置3 個以上穩固高程基準點，地表沉降以上述穩固高程基準點作為起算點，組成水準網進行聯測。

第二，鋼支撐軸力監測。鋼支撐架設時把安裝架垂直焊接在支撐固定端上，焊接時保證安裝架的中心與支撐的中心在一條直線上，然后把軸力計平穩安放在安裝架內。采用軸力計來測試支撐的軸向壓力。

第三，水位監測。基坑外水位孔布設時，利用鉆機鉆到設計要求深度后，在孔內埋入濾水塑料套管，管徑50 mm。采用水位計直接讀取水面到管口的深度，用管口的高程減去水面深度確定水位高程，從而對地下水位實施監測。

（2）基坑土方開挖。

基坑開挖遵循“自上而下，先撐后挖，分層開挖，嚴禁超挖”的原則。鉆孔灌注樁、鋼板樁和鋼支撐構成的圍護結構，在每層土方開挖完成、架設鋼支撐后，才能進行下層土方的挖掘施工。土方開挖過程中，加強監控量測的統計分析，實時監測支護結構的變形位移及土體的不均勻沉降。

4.2.5 底板結構施工

隧道結構采用分段法施工，以合肥軌道交通2 號線110 kV 主變電所系統集成的35 kV 電纜隧道為例，隧道全長1.65 km，電纜隧道結構位置，處在市政道路邊的綠化帶中，周圍構筑物密集、地下管線較為復雜。根據現場施工條件劃分17個工作段，具體情況見表1。鋼板樁段和灌注樁連續施工，鋼板樁段支護施工完成后土方開挖結構施工，待灌注樁段達到強度后進行灌注樁段結構施工。

表1 現場施工區段劃分表

（1）鋼筋工程。綁扎接頭的搭接長度、接頭方式及接頭位置應符合設計和規程要求。

（2）模板及其支架的安裝必須嚴格安裝施工技術方案進行，模板接縫處不應漏漿。

（3）防水混凝土宜采用預拌商品混凝土，入泵塌落度控制在120～160 mm；混凝土應該連續澆筑，宜少留施工縫。

4.2.6 鋼支撐拆除

鋼支撐拆除先釋放支撐應力，松開活絡端逐根拆除。支撐釋放應力采用將2 臺30 t 液壓千斤頂放入活絡端頭，并保證千斤頂頂力一致，2臺千斤頂制作專用托架固定成一整體，接通油管后即可開泵施加預應力，預應力施加到位后，及時將活絡端中的鋼楔塊取出，拆除連接后慢慢放下。

鋼板樁鋼支撐：按照設計圖紙要求，在底板和側墻砼達到設計強度100%后，可拆除第二道支撐，在隧道主體結構混凝土強度達到設計強度100%后，可拆除第一道支撐。鋼支撐拆除后拔出鋼板樁，鋼板樁拔出前，要仔細觀察周圍環境，采取相應措施，減少對周圍環境的破壞。拔樁的順序一般與打設樁順序相反。樁體拔出后，樁孔用級配砂石及時回填。拔除鋼板樁采用振動錘和起重機共同拔除。灌注樁支撐：與鋼板樁鋼支撐拆除一致。

4.2.7 施工縫處理

墻體水平施工縫不應留在剪力最大處或底板與側墻的交接處，留在高出底板表面不小于300 mm的墻體上；水平施工縫澆筑混凝土前，將其表面浮漿和雜物清除，然后鋪設凈漿或涂刷混凝土界面處理劑、水泥基滲透結晶型防水涂料等材料，再鋪30～50 mm厚的1∶1水泥砂漿，并及時澆筑混凝土，具體見圖5。

圖5 側墻水平施工縫

4.2.8 側墻及頂板結構施工

側墻及頂板防水混凝土通過調整配合比或摻加外加劑、摻合料等措施配制而成，其抗滲等級不得小于P6，具體見圖6。結構防水采用混凝土結構自防水與防水卷材相結合的方式。頂板及墻板變形縫采用中埋式鋼邊橡膠止水帶，30 mm厚聚乙烯低發泡填縫，30×30雙組份聚硫密封膠嵌縫。

圖6 主體結構混凝土施工

4.2.9 側方及頂板土方回填

回填土按照設計要求分層回填夯實。填土夯實過程中，填料應分層填筑、分層夯實，每層壓實遍數為3～4次。

5 質量控制

5.1 質量控制要點

5.1.1 鋼板樁質量控制要點

主控項目須檢查鋼板樁質量、軸線位移等，一般項目須檢查樁垂直度、樁身彎曲度、齒槽平直度及光滑度等，具體檢查內定和質量標準要求見表2。

表2 鋼板樁質量控制要點表

5.1.2 灌注樁質量控制要點

主控項目須檢查混凝土強度、混凝土灌注程序等，一般項目須檢查樁徑偏差、混凝土坍落度等，具體檢查內定和質量標準要求見表3。

5.1.3 現澆結構質量控制要點

須檢查軸線位移墻、柱、梁，垂直度全高（H）、截面尺寸偏差等，具體檢查內定和質量標準要求見表4。

表4 現澆結構質量控制要點表

5.2 質量保證措施

（1）混凝土灌注樁施工質量應滿足《建筑基樁檢測技術規范》，樁基施工完成后應由具備資質的實驗單位采用低應變法、慢速維持荷載法對樁身完整性、承載力進行抽樣檢測。同類型樁抽檢數量低應變法為30%且不少于20根。

（2）對于支護結構出現鋼板樁變形、圍檁彎曲及扭轉、內撐彎曲等情況，處理措施具體如下。

①鋼板樁變形。可能由于基坑側荷載集中或超限、內支撐未頂緊鋼板樁等原因引起，應采取的措施包括運出基坑邊堆放的材料、設備，挖除基坑外的頂部0.5～1 m的土方減小荷載，在圍檁與板樁的間隙打入木楔或鋼楔。

②圍檁變形。可能由于基坑側荷載集中或超限、內撐未頂緊圍檁、坑壁土壓力增大、牛腿脫落等原因引起。對于坑壁荷載引起的變形，采用卸載的辦法處理，對于內撐失穩原因引起的變形，則應增加內撐或撤換內撐，撤換內撐應先換后撤。

③內撐彎曲。可能由于坑壁土壓力增大、內撐安裝不穩固、焊接質量問題等引起。此時應先對坑壁卸載，再撤換內撐[5-10]。

6 結語

合肥軌道交通2 號線110 kV 主變電所系統集成35 kV 電纜隧道工程是目前安徽省內最長的城市軌道交通輸變電電纜隧道，隧道全長1.65 km。項目自2016年8月8日動工，2017年5月31日送電成功。隧道采用鋼板樁和灌注樁相結合的支護方式，分段進行結構施工，確保了結構安全、順利地完成。為軌道2號線的運行奠定了基礎。施工質量受到了業主單位的好評，取得了較好的社會效益和經濟效益。