綜合管廊立體交叉口管線復(fù)合保護(hù)施工技術(shù)分析

文／彭永輝 滄海控股有限公司 浙江寧波 315100

引言：

綜合管廊主要是于城市道路下方建造市政共用的一個(gè)通道，集燃?xì)狻⒐┧⑼ㄐ藕碗娏橐惑w，保證地下資源和空間實(shí)現(xiàn)資源綜合利用和共享。管道系統(tǒng)為城市發(fā)展建設(shè)必不可少的部分，以往直埋形式占用較多的地下空間，使得管線故障維護(hù)、擴(kuò)容以及改造難度進(jìn)一步提高，對(duì)路面產(chǎn)生極大破壞，容易引發(fā)道路安全事故。因此，綜合管廊逐步成為了城市建設(shè)和發(fā)展的趨勢(shì)，而怎樣有效保護(hù)綜合管廊立體交叉口管線，是當(dāng)前需要解決的重要問題，本文就此展開研究。

1.綜合管廊在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外建設(shè)現(xiàn)狀

世界上第一個(gè)綜合管廊源于法國巴黎，也叫做共同溝；1832 年巴黎開始規(guī)劃大斷面下水道系統(tǒng)，旨在改善城市居住環(huán)境，該管溝集聚了壓縮空氣管線、壓縮管線、通信管線和自來水管線等，并于1833 年首次建成[1]。隨著各國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，日本、德國以及英國等地也先后建設(shè)綜合管廊。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國綜合管廊建設(shè)起步相對(duì)較晚，第一條綜合管廊建于北京天安門廣場(chǎng)。當(dāng)前，我國綜合管廊仍然處于起步階段，目前所建的綜合管廊大多為新建工程，在維護(hù)和管理方面缺乏一定的經(jīng)驗(yàn)，除了需要進(jìn)一步完善相應(yīng)的法律法規(guī)以外，還需要不斷改善綜合管廊在建設(shè)過程中的技術(shù)，尤其是綜合管廊立體交叉口管線復(fù)合保護(hù)技術(shù)的更新和優(yōu)化，本文對(duì)此展開探究。

2.綜合管廊施工工藝流程

2.1 現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

施工前需要對(duì)路面情況進(jìn)行綜合勘察，若是路面下有雨水管、供給水管以及電纜等，就要配合相關(guān)單位來進(jìn)行人工探挖，進(jìn)一步明確地下管線位置，然后做好施工標(biāo)記，防止施工過程中對(duì)管線造成損傷。同時(shí)，在對(duì)灌注樁進(jìn)行施工之前，還需要對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行破除，將樁位毛石清理干凈，隨后更換填黏土便可以展開施工[2]。具體按照施工設(shè)計(jì)圖紙，借助全站儀來對(duì)基坑支護(hù)樁軸線位置進(jìn)行確定，通過石灰在地面上進(jìn)行劃線標(biāo)示，將毛石清楚干凈并開挖換填，完成后即可定位二次樁位軸線位置，由此就可以準(zhǔn)備下一階段的支護(hù)樁施工。綜合管廊施工工藝流程見圖1。

圖1 綜合管廊施工工藝流程

2.2 支護(hù)樁施工

按照審核完成的管廊設(shè)計(jì)圖來確定基坑深度，可以借助鋼筋混凝土樁作支護(hù)樁，控制好樁之間的間距，通過直螺紋進(jìn)行連接。

2.3 旋挖灌注樁施工

具體施工工序：測(cè)設(shè)控制點(diǎn)-定位樁位坐標(biāo)-準(zhǔn)本旋挖鉆機(jī)-下護(hù)筒-使用樁機(jī)進(jìn)行鉆孔-清孔-制作支護(hù)樁鋼筋籠-混凝土灌注-養(yǎng)護(hù)。

2.4 橫梁施工

按照施工圖進(jìn)行施工，設(shè)定好橫梁長(zhǎng)寬，若是開挖現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)是粉砂，且有豐富的地下水，就可以適當(dāng)擴(kuò)大橫梁尺寸，旨在方便人工挖土操作還有混凝土、模板和橫梁鋼筋施工。在施工期間，可以與現(xiàn)場(chǎng)空間情況結(jié)合，人工掏土開挖橫梁位，然后在通過簸箕對(duì)土方進(jìn)行運(yùn)送。在確定了橫梁的標(biāo)高和位置之后，可以同時(shí)向管廊南北兩側(cè)進(jìn)行開挖，為了保護(hù)原管廊和人員安全，每組開挖人數(shù)位3 人，每次最多推進(jìn)0.5m 左右，隨后觀察原管廊的穩(wěn)定性以及兩側(cè)土體的情況，確認(rèn)穩(wěn)定后才能繼續(xù)開挖。要想降低開挖過程中對(duì)管廊的影響，可以選擇14 號(hào)(140mmx60mmx8mm)槽鋼作制定的方框和厚約15mm 的層板作簡(jiǎn)易支撐，槽鋼之間可以借助12 號(hào)螺栓來進(jìn)行連接，焊接可以選擇16 號(hào)圓鋼[3]，在完成橫梁施工后，需要繼續(xù)下一步基坑土體的施工，此時(shí)橫梁下方會(huì)形成一個(gè)臨坡面，且無任何支護(hù)，基坑就容易出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象。基于此，為了能對(duì)該部分土體進(jìn)行有效控制，可以在開挖橫梁位土體時(shí)，順著橫梁的方向，每間隔500mm 就可以在梁底土體打入鋼管，同時(shí)向其中注入水泥漿[4]。

2.5 格構(gòu)柱施工

在進(jìn)行格構(gòu)柱施工的過程中，主要以現(xiàn)場(chǎng)制作為主，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)來獲取每根格構(gòu)柱的實(shí)際長(zhǎng)度，隨后對(duì)格構(gòu)柱進(jìn)行深加工，保證其剛度、尺寸能夠滿足施工要求。按照設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，確定格構(gòu)柱的最終高度，為了保證格構(gòu)柱和原有管廊之間能夠?qū)崿F(xiàn)無縫銜接，且有較強(qiáng)的支撐作用，在制作格構(gòu)柱的過程中，需要進(jìn)行分段制作，即上段和下段，通常下段長(zhǎng)度和上段長(zhǎng)度相比較更長(zhǎng)，確定好分段長(zhǎng)度后，先對(duì)下段進(jìn)行吊裝，此時(shí)原管廊和下段格構(gòu)柱之間就會(huì)產(chǎn)生一定間隙，該部分則用上段進(jìn)行安裝。兩段格構(gòu)柱安裝完成后，中間也會(huì)產(chǎn)生間隙，此時(shí)就可以把該間隙在格構(gòu)柱四角做臨時(shí)楔緊，選擇和格構(gòu)柱型號(hào)相同的角鋼來對(duì)兩段格構(gòu)柱作有效焊接連結(jié)；在焊接過程中，需要保證兩段搭接的實(shí)際長(zhǎng)度滿足施工要求，達(dá)到滿焊為止[5]。完成焊接連接后，取出格構(gòu)柱側(cè)面的千斤頂，按照施工順序進(jìn)行重復(fù)施工，直到全部格構(gòu)柱都完成施工。

按照土方開挖施工順序，完成土方開挖后，會(huì)在原有管廊下方形成一個(gè)島式核心土，這部分土體會(huì)對(duì)管廊起到較強(qiáng)的支撐作用，所以在進(jìn)行格構(gòu)柱施工期間，不能對(duì)土方進(jìn)行過度開挖，而是要對(duì)格構(gòu)柱和格構(gòu)柱基礎(chǔ)進(jìn)行分類開挖和施工。詳情見圖2。

圖2 格構(gòu)柱分區(qū)布置

2.6 BIM 勘測(cè)技術(shù)在管廊施工中的應(yīng)用

勘測(cè)BIM 技術(shù)能夠進(jìn)行三維可視化的分析，尤其是在施工方案的設(shè)計(jì)期間，工作人員就可以通過管線和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境三維可視化演示，選擇相應(yīng)的施工方案，可以規(guī)避核心設(shè)施和管網(wǎng)。同時(shí)，與三維地質(zhì)體相結(jié)合能夠?qū)Σ煌┕し桨负途€路進(jìn)行綜合分析，有效規(guī)避不良地質(zhì)問題造成的施工事故。

通常情況下，綜合管廊往往需要穿過建筑物、道路等較為復(fù)雜的環(huán)境，特別是位于人口密集區(qū)域，選擇暗挖還是明挖都需要有大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來進(jìn)行支撐，選擇支護(hù)方案是施工的重點(diǎn)。勘測(cè)BIM 技術(shù)能夠綜合信息數(shù)據(jù)、碰撞檢查和可視化分析，各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的人員均能夠在設(shè)計(jì)時(shí)期完成協(xié)同分工，使得設(shè)計(jì)方案的適用性和精細(xì)化得到提升，降低了施工期間因?yàn)榈刭|(zhì)因素、環(huán)境因素而導(dǎo)致的造價(jià)變動(dòng)。綜合管廊立體交叉口管線保護(hù)施工難度較大，需要大量豐富的地質(zhì)資料作為基礎(chǔ)依據(jù)，特別是交叉口隧道暗挖施工，對(duì)于開挖時(shí)管線障礙、硬質(zhì)夾層等有較高要求。借助勘測(cè)BIM 技術(shù)能夠保證現(xiàn)場(chǎng)施工的安全性，勘察人員可以在后期服務(wù)中通過BIM 技術(shù)來完成地質(zhì)條件檢驗(yàn)、技術(shù)交底等相關(guān)工作。借助三維模型進(jìn)行交底，可以讓現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)一步了解不利地層分布和地質(zhì)條件，保證施工順利進(jìn)行。此外，還可以積極引入BIM 信息集成平臺(tái)進(jìn)行管理，BIM 信息集成平臺(tái)能夠精確集成并深化管廊設(shè)計(jì)模型，同時(shí)還能夠?qū)芾仁┕ぁ⒏鱾€(gè)構(gòu)件屬性等信息進(jìn)行快速查看，深度應(yīng)用該平臺(tái)，能夠有效結(jié)合質(zhì)量安全、工期管理、生產(chǎn)管理等模快，給現(xiàn)場(chǎng)施工管理提供扎實(shí)的技術(shù)支撐。通過電梯監(jiān)控、塔吊監(jiān)控等方式來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化施工監(jiān)測(cè)，該平臺(tái)還能夠有效集成各個(gè)部門的管理數(shù)據(jù)，從而形成每天、每周、每月的數(shù)據(jù)生產(chǎn)和分析，給工期管理和生產(chǎn)管理提供一定的數(shù)據(jù)參考。此外，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控還可以通過錄像、人員拍照以及AI 抓拍等形式來對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，可以形成質(zhì)量安全管理的數(shù)據(jù)報(bào)表，給綜合管廊施工安全提供重要依據(jù)。

3.綜合管廊立體交叉口管線復(fù)合保護(hù)施工技術(shù)分析

3.1 保護(hù)方案選擇

因?yàn)楦邏弘娎|具有一定特殊性，電纜的外層絕緣體要進(jìn)行特殊保護(hù)，確保施工期間的絕緣體不被破壞，可以通過安裝鋼桁架木架來保護(hù)高壓電纜。通常情況下，其中一條供水管會(huì)和綜合管廊緊鄰，且鋼管本身自重較大，保證正常使用的情況下，需要內(nèi)部水提供一定荷載，若是在開挖基坑后供水管實(shí)際跨度在15m 以上，且穩(wěn)定性不符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范和要求，就需要在鋼管的中部使用格構(gòu)柱來進(jìn)行支撐，從而對(duì)撓度進(jìn)行控制，設(shè)置好格構(gòu)柱架設(shè)的實(shí)際間距[6]。另一供水管主要在立體交叉部位外圍，可以按照設(shè)計(jì)要求來使用混凝土對(duì)其進(jìn)行保護(hù)；同時(shí)，弱點(diǎn)位置一般在高壓電纜的上方，可以在鋼桁架的上方設(shè)置支架來進(jìn)行直接保護(hù)，支架架設(shè)的最佳間距在7m。

3.2 基坑支護(hù)形式

按照管線保護(hù)方式以及場(chǎng)地條件，基坑支護(hù)要保證變形度，可以通過鉆孔排樁的形式來進(jìn)行操作，同時(shí)在基坑中設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，支護(hù)樁可以借助混凝土長(zhǎng)螺旋的形式來進(jìn)行罐注成樁。按照基坑深度來設(shè)置鋼管的支撐長(zhǎng)度，通常鋼支撐的實(shí)際長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為了確保鋼支撐能夠符合鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范撓度標(biāo)準(zhǔn)，可以在橫支撐的下方設(shè)置一個(gè)格構(gòu)立柱，格構(gòu)立柱和鋼支撐間則可以通過托板進(jìn)行焊接，隨后就可以展開基坑開挖操作。這種鉆孔排樁的內(nèi)支撐支護(hù)手段有較好的穩(wěn)定性，且可以控制相對(duì)移位，對(duì)于管線起到良好的保護(hù)作用。

3.3 電纜保護(hù)

以設(shè)計(jì)圖紙為基礎(chǔ)展開，在滿足施工標(biāo)準(zhǔn)的情況下，可以在交叉口處開挖25m 寬、10m 深的一個(gè)基坑，借助鋼桁架來保護(hù)電纜，因?yàn)殍旒苡兄┕ず?jiǎn)便、承載力較高、跨度較大和自重輕等優(yōu)勢(shì)[7]。具體電纜保護(hù)如下：由于桁架鋼材施工需要在管廊中進(jìn)行焊接，要想防止焊接的時(shí)候焊渣四處飛濺到高壓電纜上，導(dǎo)致電纜燙傷，就需要在進(jìn)行桁架施工的時(shí)候借助木模板來對(duì)電纜進(jìn)行保護(hù)。模板最佳厚度在1.5cm 左右，高度和寬度最好在65cm 左右，將防火油漆涂于模板表層。要想避免拆除管廊電纜支架后電纜發(fā)生塌陷情況，就需要在保護(hù)膜的里側(cè)設(shè)置一層木格柵，可以避免電纜收到過度拉扯而破壞。在桁架兩側(cè)以及底部完成焊接之后，就需要由專門的人員將電纜向桁架中進(jìn)行遷移，隨后對(duì)頂部進(jìn)行焊接和封閉。為了防止電纜在日照和雨淋的侵蝕下出現(xiàn)絕緣層老化，對(duì)電纜線造成損傷，就需要在遷移電纜線后借助3mm 厚的鋼板來對(duì)桁架進(jìn)行包裹，可以有效保護(hù)好電纜線。在完成桁架支撐施工后，可以借助破碎機(jī)來將路面綜合管廊的側(cè)墻、頂板來進(jìn)行破除，并使用挖機(jī)配合人工清理現(xiàn)場(chǎng)的廢渣，在破除底板的時(shí)候，工作人員要小心桁架所處位置，防止影響了桁架的整體穩(wěn)定性。一直到完成管廊施工后，才可以拆除并切割桁架，然后由專業(yè)人員來移回高壓電纜的位置，由此整個(gè)電纜保護(hù)工作就已完成。

3.4 弱電保護(hù)

管廊最頂面的弱電電纜屬于通信電纜，外側(cè)設(shè)置鋼套管來進(jìn)行保護(hù)，因此不用考慮電纜外層的保護(hù)。還沒有破除管廊之前，可以在管廊頂板架設(shè)上電纜支架，開外管廊的時(shí)候可以使用邊挖邊支方法來進(jìn)行施工，每開挖7m 設(shè)置1 個(gè)相應(yīng)的鋼管支架，確保支架搭設(shè)能夠符合相關(guān)要求和規(guī)范[8]。可以在支架兩端設(shè)置圍欄，防止無關(guān)人員誤入到了桁架頂面，在破除管廊后則可以把相應(yīng)的支架向破除管廊內(nèi)的鋼桁架上進(jìn)行移動(dòng)。

3.5 格構(gòu)柱保護(hù)

格構(gòu)柱共用能夠在一定程度上節(jié)省施工成本，且可以有效控制工期，在施工期間降低格構(gòu)柱數(shù)量，保證了施工操作空間，有助于管廊施工。安裝好格構(gòu)柱之后，開挖牛腿位置土體，具體開挖尺寸以牛腿各邊向外擴(kuò)約30cm 最佳，確保牛腿可以順利與格構(gòu)柱完成焊接。牛腿局部開挖結(jié)束后，就可以進(jìn)行牛腿安裝焊接，在焊接時(shí)借助木板來將供水管和焊點(diǎn)相隔開，避免焊接期間對(duì)供水管造成破壞，是的施工進(jìn)度和供水管使用受到影響，此外，供水管還可以按照設(shè)計(jì)要求借助外包混凝土來進(jìn)行強(qiáng)化保護(hù)。

4.經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比分析

和其他保護(hù)方式相比，鋼桁架保護(hù)有較大的優(yōu)勢(shì)，該方式在一定程度上降低電纜使用數(shù)量，節(jié)省了電纜溝的施工工序，還節(jié)約了人力和物力，可以有效控制好經(jīng)濟(jì)成本。供水管是按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來選擇并制定格構(gòu)柱牛腿支撐、混凝土外包保護(hù)方式；弱電主要是借助鋼桁架來進(jìn)行保護(hù)，可以簡(jiǎn)化整體的施工工序，使得施工現(xiàn)場(chǎng)的材料使用率進(jìn)一步提高，有助于工程造價(jià)的控制。一般而言，交叉口施工工期大概在45 天左右，施工工作面得到大幅減少，同時(shí)也可以保證施工安全，減少人力物力的投入，施工裝備的時(shí)間進(jìn)一步縮短，促使施工質(zhì)量進(jìn)一步提高。具體保護(hù)成本分析見表1。

表1 保護(hù)成本分析表

結(jié)語：

綜上所述，綜合管廊整體施工難度較大，尤其是遇到交叉口施工時(shí)，除了要保證管廊施工質(zhì)量以外，還要保護(hù)好交叉口的管線。本文對(duì)交叉口管線保護(hù)方式進(jìn)行分析，鋼桁架保護(hù)較之于常規(guī)的保護(hù)方式而言，更具有經(jīng)濟(jì)性；供水管則要按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合施工要求來制定格構(gòu)柱牛腿支撐和混凝土外包的形式來進(jìn)行保護(hù)，能夠促使施工工序得到簡(jiǎn)化，從而控制工期，提高施工質(zhì)量。