大断面顶管穿越施工中电力箱涵悬吊保护技术

1　工程概况

　　上海轨道交通10号线伊犁路站3号出入口为地下连接通道，位于长宁区古北路以东、伊犁路以西，横跨虹桥路，连接古北商务区9-3地块建筑；采用大截面（4.2m×6.9m）矩形顶管法施工，在古北集团财富中心地下室北侧设置始发井，车站南侧设置接收井；虹桥路交通繁忙、地下管线众多。虹桥路下的110kV电力井及箱涵，紧邻3号出入口接收井基坑，水平间距最近处为0.7m，东西走向的电力井为钢筋混凝土现浇结构（长8m、宽2.4m、井高2.8m）埋深约为0.7m；与顶管最小间距为2.9m的箱涵内有13根电缆：1根为10kV电缆；6根为110kV电缆，全部贯穿电力井；6根为35kV电缆，其中5根有接点，1根贯穿电力井。箱涵也是钢筋混凝土现浇结构，顶板埋深约为1.2m，箱涵高1～1.2m，宽约2m，见图1。


　　由于3号出入口预留位置已定，周边也无调整位置的余地；而搬迁110kV电力排管，则对轨道交通、周边重要商业、旅店和住宅等地区环境影响特别大，加之相对出入口工作量其投资比例较重。因此，对电力井及箱涵不予搬迁，需进行原位保护施工。
2　工程地质及水文
　1）根据3号出入口地质勘查报告可知，各土层特性分述如下：
　　①层，填土：上部为碎砖、石子与黏性土混杂，局部为混凝土地坪，下部以灰黄色黏性土为主，土质松散。
　　②层，褐黄色黏土：很湿，可塑，含铁锰质斑点、云母，夹粉砂团块，稍显光滑、高干强度、高韧性，为中压缩性。
　　③层，灰色淤泥质粉质黏土：饱和，流塑，含云母，夹薄层黏质粉土或粉砂团块，土质不均，稍显光滑、中等干强度、中等韧性，高压缩性。
　　④层，灰色淤泥质黏土：饱和，流塑，含云母、有机质，夹粉土、粉砂团块，夹贝壳碎屑，土质尚均匀，光滑、高干强度、高韧性，为高压缩性。
　　⑤1层，灰色黏土：饱和，流塑～软塑，含云母、有机质，夹粉土薄层或粉砂团块，夹泥钙质结核、半腐植物根茎，土质均匀，光滑、高干强度、高韧性，高压缩性。
　　⑤3层，灰色粉质黏土夹砂：很湿，软塑，含云母、有机质，以粉质黏土为主，上部夹20～750px薄层砂质粉土，稍显光滑、高干强度、高韧性，中压缩性。
　　⑦1层，灰色砂质粉土：饱和，中密，含云母、石英，夹薄层粘性土，土质密实，中压缩性。
　　⑧层，灰色粉质黏土，很湿，软塑，中等压缩性，夹粉土薄层，本次勘察未钻穿。
　　2）场地内浅层地下水属潜水，主要补给来源为大气降水及地表径流，本次勘察期间实测地下水位为1.20～1.60m。场地揭示的承压含水层主要为⑤2层、⑦1层，勘察期间⑤2层、⑦1层其承压水水位埋深为5m、7.25m。承压水水位呈幅度不等的周期性变化。
3　110kV电力井及箱涵的原位保护技术
　　在实际施工中，顶管是下穿电力井和箱涵的，电力井和箱涵在穿越区域的结构沉降呈下凸的变形趋势。受电力井和箱涵与顶管相对位置的影响，对电力井和箱涵进行保护存在一定的难度，主要体现在无法直接对电力井和箱涵底部的土体进行处理或采取其他措施，以托住可能下沉的电力井和箱涵结构。为了保证顶管下穿施工过程中电力井和箱涵的安全，考虑采用原位悬吊法对其进行保护。
　　3.1　原位悬吊保护法
　　在箱涵两侧施工2排钻孔灌注桩，然后在2排钻孔灌注桩间施工承台和顶圈梁，利用型钢、螺杆等制作成钢结构悬挂体系，将电力井和箱涵结构悬吊于承台和顶圈梁上，对电力井和电缆箱涵实施悬吊保护，见图2。




　　3.2　悬吊法保护技术
　　1）在110kV电力井及箱涵两侧施工钻孔灌注基础结构。待钻孔灌注桩施工完毕5～7d后，开挖土体至电力井及箱涵顶面，凿除钻孔灌注桩桩头混凝土，进行承台施工。
　　2）在南侧钻孔灌注桩的南侧施做1排长9m的拉森钢板桩围护结构，并在拉森钢板桩与接收井SMW工法桩之间，每隔4～6m设置1道型钢支撑。待承台与钻孔灌注桩抗压强度等级达到设计要求（35MPa）后，在承台上方架设2道70号双榀型钢；然后，自西向东进行分段放坡开挖。电力井及箱涵两侧土体开挖至箱涵底以下约1250px，箱涵底土体予以保留。
　　3）将北侧基坑（近接收井侧）坑底平整夯实，贴紧地下连续墙设置千斤顶，利用千斤顶将20号双榀工字钢顶入电力井及箱涵下方土体内。清除电力井及箱涵下方的垫层及土体，暴露出箱体两侧底板的底面。
　　4）在70号双榀型钢顶部再架设30号双榀工字钢，利用M30螺杆及螺帽将其与底部20号双榀工字钢紧密连接。
　　5）全部悬吊施工完成后，继续向下放坡，开挖至20号双榀工字钢底1m深度，对电力井和箱涵外壁涂抹聚氨酯防水涂料，进行防水处理。
4　施工监测及数据分析
　　4.1　施工监测
　　1）图3为110kV电力井及箱涵上的测点布置，图中DL1～DL8为沉降观测点，均直接布设在电力井及箱涵结构顶面。


　　2）图4顶管下穿电力井和箱涵进洞过程中，电力井和箱涵结构竖向变形的情况。由于DL1和DL2存在客观原因无法监测，故缺监测数据。


　　4.2　数据分析
　　1）由图4可见，各测点的结构沉降发展趋势一致。
　　2）顶管顶进过程中，随着顶管靠近电力井和箱涵，结构沉降有一定的发展，但沉降量很小，最大值仅2mm。
　　3）当顶管开始穿越电力井和箱涵时，各测点沉降开始迅速发展，顶管穿越范围内的DL3、DL4、DL5、DL6变形发展较为为明显，其中DL4由于位于2排钻孔灌注桩中间，且在顶管正上方，变形发展最大，最终沉降约11mm。
　　4）顶管施工结束后，电力井和箱涵在一段时间内仍呈现一定的下沉趋势，随后逐渐收敛。
　　施工要求电力井和箱涵最大沉降量不得超过±20mm，由此可见，悬吊法保护技术可以有效控制顶管穿越对电力井和箱涵的影响。
5　结语
　　1）采用钻孔灌注桩承台结合钢结构悬挂体系可以成功实现电力井、箱涵等市政管网混凝土结构的原位悬吊保护。
　　2）悬吊法原位保护技术在10号线伊犁路站3号出入口施工中得到成功应用，电力井和箱涵在顶管穿越中最大变形仅11mm，保护效果良好。
　　3）采用原位悬吊技术进行保护的地下混凝土结构，在其开挖暴露前，需要在其附近施工围护结构，再进行基坑开挖。