深基坑内既有管线保护及施工技术研究
中天管道 
摘 要：文章以上海轨道交通18号线杨高中路站8号出入口为例进行介绍，由于既有电信管线横穿8号出入口基坑上方，电信井紧贴基坑围护结构，不具备搬迁条件，且管线下方钻孔灌注桩无法闭合围护，因此采用MJS加固形成重力式挡墙围护和止水帷幕，与围护结构共同构成整个基坑的防水体系。基坑开挖时，在钻孔灌注桩未闭合处，采用格栅钢架完成支护体系封闭。在基坑施工过程中，对无法搬迁的既有管线，采用钢托架进行原位悬吊保护。同时，加强对基坑施工进行监测，验证了深基坑内既有管线保护及施工技术。
1 引言
地铁车站修建过程中经常会遇到地下管线搬迁，不但工程量大、造价高，而且由于城市管线情况的错综复杂，致使管线搬迁时间冗长，有时可能无处可迁，成为了影响施工及制约工期的重要因素。因此，如何保证深基坑的正常施工，同时保护既有管线的安全，显得尤为重要。上海轨道交通18号线杨高中路站附属8号出入口既有电信管线横穿8号出入口基坑上方，电信井紧贴基坑围护结构，不具备搬迁条件，需进行原位保护，管线下方围护结构无法施工闭合，依托杨高中路站8号出入口明挖基坑，对横穿基坑的管线悬吊保护及基坑施工技术进行研究。
2 工程概况
上海轨道交通18号线工程土建12标杨高中路站附属8号出入口位于民生路与杨高中路交叉路口西南侧，东侧连接杨高中路车站主体结构，西侧连接佳兆业综合体下沉广场地下1层。基坑内净尺寸26.69m×8.8m，采用明挖顺作法施工，基坑安全等级为二级，环境保护等级为一级。8号出入口总平面如图1所示。
图1 8号出入口总平面图
8号出入口基坑围护结构采用φ800mm@950mm钻孔灌注桩，桩深19.3～26.6m。钻孔灌注桩后采用φ1500mm@950mm的MJS工法桩止水帷幕，桩深14.6～20.6m，出入口基坑开挖深度约6.55～13.80m。采用3道支撑+1道换撑，第一道为600mm×700mm钢筋混凝土支撑，其余为φ609mm钢支撑。根据现有资料，既有电信管线位于民生路西侧道路下方，断面尺寸为1200mm×300mm，共24孔排管，埋深2.2m，电信井平面尺寸3.72m×2.1m，电信管线横穿8号出入口基坑，电信井位于8号出入口基坑南侧，紧贴基坑围护结构。该电信管线实际位置如图2所示。
图2 电信管线及电信井位置图
由于管线搬迁周期长、费用高，为了避免其搬迁，需要对该电信管线及电信井采取原位保护。受管线影响，在8号出入口基坑施工阶段，存在以下问题：
1）既有电信管线横穿8号出入口基坑，电信井紧贴基坑围护结构，靠近管线位置钻孔灌注桩无施工作业空间，无法闭合围护；
2）由于基坑围护结构存在局部缺口无法闭合，随着开挖的进行，围护背面的砂土和水流到基坑，使得开挖施工变得困难，同时围护结构的整体稳定性变差，导致基坑存在坍塌风险；
3）基坑围护、开挖及结构施工过程中，钻孔灌注桩和土方开挖施工不可避免的会对电信管线及电信井产生影响，施工时需要针对性的加强管线保护，同时选择合适的原位保护方案。
3 围护结构施工
3.1 围护桩施工
3.1.1 管线探测
围护结构施工前，采用人工开挖样沟的方式找出电信管线和电信井的确切位置，并现场放样确定管线的边界。
3.1.2 围护结构跳开段布置
围护结构在管线横穿基坑位置设跳开段，跳开段的长度根据管线自身宽度、探测精度、钻孔灌注桩施工精度、安全距离来确定。安全距离一般结合管线的重要程度、地质情况、埋设综合判断定义[1]。跳开段长度=〔管线自身宽度/2+管线探测精度+钻孔灌注桩施工精度（桩位偏差+垂直度偏差）+安全距离〕×2。
既有电信管线宽1.2m、埋深2.2m，电信井宽2.1m、埋深2.65m。管线采用开挖样沟探测，探测无偏差。围护结构采用钻孔灌注桩，施工精度为桩位偏差小于5cm，垂直度偏差小于3‰桩长，安全距离为0.5m。可以得出围护结构跳开段长度分别为：北侧（1.2/2+0.05+2.2×0.003+0.5）×2=2.313m，南侧（2.1/2+0.05+2.65×0.003+0.5）×2=3.213m。
同时在基坑外，沿南侧电信井纵向设置6根φ800mm@950mm钻孔灌注桩、北侧电信管线纵向设置4根φ800mm@950mm钻孔灌注桩，桩深26.6m，保证基坑外电信井及电信管线两侧的土体稳定性，减少基坑内土方开挖对管线造成的影响，加强管线保护。
钻孔灌注桩布置如图3所示。
图3 钻孔灌注桩布置示意图
3.2 MJS施工
为保证基坑的稳定性，同时加强对电信井和电线管线的保护，对围护结构跳开段外侧土体采用MJS工法桩进行加固，形成重力式挡墙围护和止水帷幕，与围护结构共同构成整个基坑的防水体系。MJS工法桩平面布置如图4所示。
图4 MJS工法桩平面布置图
MJS工法桩深度与基坑围护结构保持一致，自两侧往管线处加固，贴管线侧采用摆喷方式施工，将管线范围土体加固密实，起到固结止水作用。MJS工法桩共14根，含12根φ2400mm全圆加固桩，桩深26.6m，2根φ1500mm全圆加固桩，桩深20.6m，搭接不小于700mm；MJS工法桩采用P.O.42.5水泥，水泥掺量50%～55%。施工前进行试桩，确定成桩参数如表1所示。
表1 MJS工法桩施工参数表
MJS工法桩28d后无侧限抗压强度达到1.5MPa以上，满足设计强度要求。
4 管线悬吊保护与基坑开挖
4.1 管线悬吊保护
4.1.1 方案比选
管线原位悬吊保护方法常用有贝雷桁架和钢托架2种方案可供选用，方案对比情况如表2所示。
表2 管线悬吊方案对比
由于管线横穿基坑位置围护结构未闭合，为防止基坑开挖过程中可能产生的局部坍塌，根据设计方案，冠梁位置位于地面以下1.49m，既有电信管线埋深2.2m，贝雷桁架无法架设于附属出入口围护结构冠梁上，此方案不具备可操作性[2]。冠梁顶距离管线底部为1.51m，钢托架方案具备可行性。故管线原位悬吊保护选用钢托架方案。
4.1.2 管线悬吊保护施工
基坑开挖施工前，对横穿基坑的电信管线进行悬吊保护，对管线下方土体进行抽条开挖，并施工管线悬吊保护装置。悬吊保护装置横梁采用408mm×400mm×21mm×21mm规格H型钢，横梁搁置于第一道钢筋混凝土支撑上方，横梁布置间距1m。每根横梁下方采用20号工字钢制作钢托架承托电信管线，如图5所示。
图5 管线悬吊保护示意图
4.2 基坑开挖施工
管线悬吊保护施工完成后进行基坑开挖，围护结构跳开段分层开挖、支护，每层开挖深度1m，随开挖对跳开段支护进行封闭。
4.2.1 预埋钢板
为保证格栅与钻孔灌注桩的连接，钻孔灌注桩施工时，在管线两侧紧邻开挖面的2根钻孔灌注桩内设置400mm×600mm×20mm预埋钢板，钢板设置在基坑内侧。预埋钢板安装时与钻孔灌注桩主筋焊接牢固，确保预埋钢板垂直度与平面位置符合要求，方便后期连接。预埋钢板布置如图6所示。
图6 预埋钢板布置示意图
4.2.2 格栅钢架支护
围护结构跳开段采用格栅钢架的形式对钻孔灌注桩缺口处进行封闭[3]。在围护结构跳开段开挖面铺设厚10mm钢板，钢板与预埋钢板、格栅点焊连接；格栅采用16号工字钢，格栅布置间距为1m，与钻孔灌注桩预埋钢板接缝位置满焊。随开挖分层、分段焊接连接钢板，每层开挖后，及时凿出钻孔灌注桩内预埋钢板，并与10mm钢板、格栅焊接，采用双快水泥对钢板与钻孔灌注桩之间的缝隙进行封堵，确保基坑安全。格栅钢架基坑支护封闭如图7所示。
图7 基坑支护封闭示意图
5 施工监测分析
工程实施过程中，通过对基坑及施工影响范围内的电信管线和电信井进行监测，获取基坑及管线的沉降和位移，为基坑施工及管线保护提供及时、可靠的数据，从而确保管线的安全。
5.1 围护墙顶竖向变形
围护体顶部竖向位移整体呈上抬趋势，施工过程中变形基本稳定。围护体顶部竖向位移最大为+4.43mm。
5.2 围护结构水平位移
在施工期间，围护体顶部水平位移在小范围波动。围护体顶部水平位移量在-2～+2mm。
5.3 墙体测斜
基坑开挖过程中，随着开挖深度的加深，围护体向坑内位移。底板施工完成后，围护结构变形趋于稳定。截至基坑施工完成，钻孔灌注桩最大变形为16.31mm。墙体测斜变化如图8所示。
图8 墙体测斜变化曲线图
5.4 地表位移
基坑开挖期间，地表沉降整体下沉趋势明显。截至基坑底板施工完成，变形基本稳定，地表位移累计最大变化量为-7.44mm。地表位移曲线如图9所示。
图9 地表测点累计变化曲线图
5.5 坑外水位观测
在施工过程中，坑外潜水水位受到基坑内降水影响，在开挖期间有明显的下降。开挖完成后，水位基本稳定，每日变化量在-50～+50mm。
5.6 支撑轴力
在基坑开挖期间，各道支撑轴向受压，底板施工完成后，支撑轴力基本稳定。截至支撑拆除，第二道支撑轴力最大达到1597kN。
5.7 管线沉降
电信管线共有竖向位移监测点8个。在MJS施工阶段，管线有一定程度的上抬趋势，在基坑开挖过程中，管线呈现一定幅度下沉趋势。截至基坑施工完成，电信管线累计最大变化量为-9.55mm。电信管线竖向位移监测点累计变化量统计如表3所示。
表3 管线监测数据统计
6 施工效果
在围护结构施工中，对无法闭合的位置采用MJS工法桩加固，形成重力式挡墙围护和止水帷幕，MJS施工严格按照企业规程及规范要求进行操作，保证MJS工法桩成桩质量，确保了基坑稳定性。同时，采用格栅钢架对基坑进行封闭，保证了基坑开挖期间的基坑安全。在基坑施工完成后，基坑累计变形量为0.16%，满足二级基坑变形控制要求。在既有管线横穿8号出入口基坑施工过程中，对电信管线采取了钢托架悬吊保护措施，横穿基坑的电信管线未受到较大扰动，确保了管线的安全，在基坑施工完成后，通过管线监测测得电信管线累计沉降值最大为9.55mm（小于10mm），由此可知，管线处于安全状态。
7 结语
由于周边环境限制，地铁深基坑范围内管线无法搬迁，给基坑施工增加了工程风险和施工难度。横穿基坑的管线悬吊保护及基坑施工技术通过应用MJS重力式挡墙+格栅钢架，并辅以管线悬吊的技术措施，完成了既有管线横穿的基坑施工，减少了受管线搬迁的影响，避免了可能的工期风险，并且有效地保护了既有管线，取得了较好的施工效果。由此，横穿基坑的管线悬吊保护及基坑施工技术可为今后类似工程提供一定的借鉴。
摘自《上海隧道》
