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某地铁深基坑施工中管线保护措施研究摘要:以郑州市地铁一号线桐柏路站为例,结合该站的实际情况,介绍了中水管线的设计思路,进行了相应的设计计算,并提出了相应的施工技术措施和管线保护措施,为今后类似管线的保护及施工提供了经验。关键词:中水管线,悬吊保护,方案设计,保护措施1工程概况本工程为郑州市轨道交通1号线建设路站,车站位于十字路交叉路口,沿建设路呈东西向、靠路北布设,与远期规划的5号线换乘。车站总长271m,标准段宽度为21.5m,呈东西走向,顶板覆土厚度约为3.25m,底板埋深约16.795m,基坑深度约16.945m。本站共设四个出入口通道、三个风道,其中Ⅲ号通道按预留考虑,主体结构在十字路交叉口处(钢便桥)采用盖挖顺筑法施工,其余均采用明挖顺筑法施工。车站所在的路口地下管线众多,其中9条通过车站主体上方,最大的一条φ1200mm的中水管线埋深5.5m,施工前期调查该中水管道无改迁位置。结合工程情况,施工中对此采用向上迁改悬吊处理。2中水管线方案的设计2.1中水管线设计思路根据对中水管线的调查了解,中水管道主要为保证金水河的景观用水。根据此处施工的特殊性,时间紧迫性,各种施工交叉复杂性、难度大的特点,针对该中水管线影响主体结构施工,无法直接悬吊,做出如下方案:该中水管线采取二次迁改的方案,即在围护结构施工时,将中水管线在围护桩外截断,在原位向上迁改至已施工完毕的冠梁上方。该处地面高程为110.05m,冠梁顶高程为108.4m,冠梁截面尺寸为1300m×1000m,主体顶板顶面高程106.8m,迁改后采用悬吊保护方案保护,然后等顶板施工完毕后,将中水恢复至顶板上方的预留管槽中。因迁改需要,应在基坑外侧沿管线方向各开挖1个基坑,基坑几何尺寸为宽7m×长10m,深度开挖约7m。因属于深基坑,必须进行安全防护。并且受郑州市轨道交通公司委托,该中水管线改迁悬吊工作全部由站点施工单位负责实施。2.2施工技术措施1)由于φ1200mm中水管自重较大,普通的工字钢等构件悬吊无法满足要求,且军用梁不好租赁。悬吊选用贝雷片作为承重构件,以中水管线为中心密排4排贝雷片,底部采用Ⅰ22b工字钢作为承托构件,间隔1.5m铺设。2)将跨基坑处的中水管线替换成无缝钢管,在施工完成的沟槽中铺设好d=1200mm的钢管后,从基坑外侧距冠梁边2.5m处,首先截断中水管线,然后安装45°弯管向上改道,再安装45°弯管与沟槽内的钢管相连接,确保无误后开始供水,如图1所示。3)第一次中水管线改迁完成后,开始进行基坑挖土并施工主体结构,待主体结构完工后再把中水管道二次迁改至顶板上方的预留管槽中,开始回填土方,恢复路面通车,如图2所示。3中水管悬吊设计验算3.1设计参数1)贝雷片单榀长3m,中水管悬吊长度为21.5m,贝雷片跨度采用24m。2)Ⅰ22b工字钢单根长2.2m,间隔1.5m铺设。3.2荷载组合计算荷载主要有贝雷片自重、Ⅰ22b工字钢自重、悬吊中水管及其管内水的重量。在分析管道对贝雷片的悬吊荷载时,为安全起见,忽略两端土体对管道的约束作用,悬吊荷载按管道的完全自重考虑。具体荷载计算如下:贝雷片自重:W1=3.82kN/m;Ⅰ22b工字钢重量36.524kg/m,把其简化为均布荷载:W2=0.536kN;中水管φ1200mm,壁厚12mm,自重W3=3.562kN/m;1m长管道内的水重:W4=11.304kN/m。3.3贝雷片受力验算贝雷片选取标准构件组装,计算中按简支桁架结构考虑,贝雷片与中水管道布置如图3所示,贝雷片、工字钢、管道及其内的水重均为均布荷载,如图4所示。3.3.1实际弯矩计算M=ql2/8=1383.984kN/m。3.3.2实际剪力计算Q=ql/2=230.664kN/m。3.3.3最大允许弯矩、剪力、挠度[M]=3152.8kN/m>M=1383.984kN/m。[Q]=980.8kN/m>Q=230.664kN/m。[ω]=l/400=60mm>ω=5ql4/384EI=11.3mm。贝雷片满足结构受力要求。3.4工字钢受力验算每根工字钢受到的水和管道自重:W5=(3.562+11.304)×1.5=22.299kN。工字钢自重:W6=36.524×10×10-3=0.365kN/m。简化为均布荷载,跨距2.2m。W=22.299/2.2+0.365=10.501kN/m。3.4.1抗弯强度验算Mmax=kMq2l2。其中,kM为弯矩系数,查表可得;q2为作用在工字钢上的线均布荷载,q2=W×0.1b(工字钢宽)=1.0501;l2为工字钢支点计算跨度,取2.2m。得Mmax=0.578kN/m。工字钢截面强度σ=Mmax/W。其中W为Ⅰ22b工字钢截面抵抗力矩,查表得325cm3,σ=1.778N/mm2<[f]=215N/mm2。Ⅰ22b工字钢满足抗弯强度要求。3.4.2抗剪强度验算最大剪力:Vmax=kVq2l2。其中,kV为弯矩系数,查表可得;q2为作用在工字钢上的线均布荷载,q2=0.0501;l2为工字钢支点计算跨度,取2.2m。得Vmax=1.876kN。工字钢截面强度τ=Vmax×SX/(IX+tw)。查表Ⅰ22b工字钢截面参数,半截面面积矩SX=189.8cm3,截面惯性矩IX=3570cm4,腹板厚tw=123mm。τ=Vmax×SX/(IX+tw)=0.081N/mm2<[fV]=125N/mm2。Ⅰ22b工字钢满足剪力强度要求。3.4.3挠度变形验算ω=KWq2l4/100EIX,查表KW=0.521+0.12。即ω=0.021mm<[ω]=l/400=5.5mm。Ⅰ22b工字钢满足挠度变形要求。结论:采用Ⅰ22b工字钢做底横梁受力满足要求。4保护措施1)在悬吊段两端适当设置闸阀,使中水管道发生意外时能及时关闭。2)工字钢与贝雷片采用螺栓固定连接。3)管道悬吊后,加强保护,避免机具对管道的碰撞。4)加强施工监测,管道和基坑的变形状况。5)做好管线应急救援预案,成立管线破坏应急领导小组。5结语根据设计方案和相应的施工措施,对中水管道进行了迁改悬吊,经过监测分析,管道的挠度变形符合产权单位和相关规范要求,保证了基坑开挖顺利施工和中水管道的安全运营,对今后地铁施工类似管线的施工提供了借鉴经验。参考文献:[1]江正荣,朱国梁.简明施工计算手册[M].第3版.北京:中国建筑工业出版社,2005.[2]龙驭球,包世华.结构力学[M].北京:高等教育出版社,2000.[3]GB50009-2001,建筑结构荷载规范[S].
本文标题:某地铁深基坑施工中管线保护措施研究
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