随着城市化进程的加速,交通基础设施功能升级 改造成为常态｡在道路拓宽和管线提标改造过程中,对 在役管线的搬迁和保护是一项极为重要的任务[1]｡一方 面,为确保道路改造后的安全性及满足城市远景发展需 求,必须对原有管线进行迁改,使其符合新的规划; 另一方面,考虑到对居民生活的影响,以及工程施工安 全与管线运营安全,应采取合理的管线保护措施[2]｡因 此,在役管线搬迁和保护过程中如何保障施工与管线运 营安全,并最大程度减少管线迁改对城市运行的影响, 是工程实践中的一项重要课题[3-5]｡

近年来,工程人员从实践视角提出了明挖法､水平 定向钻孔法､重力垂直钻孔法､液压拆卸法和滑移法等在役管线搬迁方法[6]｡也有一些学者利用不同的技术手段 提升了管道搬迁和保护的成效[7-8],包括通过BIM技术提 升市政管线搬迁和道路翻交优化的实施效率[9]｡然而,有 限的城市地下空间以及复杂的市政工程条件,给传统管 道搬迁方法带来了挑战[10]｡已有研究指出,在役管线的搬 迁经常面临既有工程设施占据工作面､软土地基施工易 引起毗邻建(构)筑物沉降等实际困难[11]｡因此,管道搬 迁工程中,为了避免管道受到上覆土体自重及施工荷载 影响,常利用盖板加固管槽结构,以及采用搅拌桩或压 密注浆等工艺对管槽下地基土进行加固处理[12-13]｡

本文介绍了上海市漕宝路快速路新建工程,为解决 管线搬迁管位紧张,工程本体实施与管线搬迁作业面和 工期等多方交叉的困难,探索性地采取加固管槽保护等措施,实现了工程本体结构施工与管线搬迁在相同的平 面空间同步交替实施,在克服了管位空间难题的同时, 减少了一次燃气管的临搬,明显节约了工期,降低了管 线搬迁的综合成本,可为类似工程提供参考｡

1、工程简介

漕宝路快速路新建工程位于上海市闵行区漕宝路, 建设内容包括新建主线快速路､改建漕宝路地面道路 及横向道路､改建中环路､新建快速路与既有S20立交 等部分组成｡其中,S20立交节点采用部分互通地下立 交,为本工程难度最大的节点之一｡

既有S20高速公路西侧有一根⌀800 mm的高压燃气 管道穿越本节点,该燃气管道南北走向,敷设形式为埋 地钢管,管道压力1.6 MPa,如图1所示｡

图1 S20立交节点平面示意

既有高压燃气管道埋管位置先后穿越NW匝道基 坑､SW匝道基坑､主线超大直径盾构接收井盾构进洞 加固区､外环风塔风道､SW匝道基坑､WS匝道基坑, 并且长距离近距(小于燃气管道6 m范围)穿越NW和 SW匝道基坑｡在外环2# 工作井(盾构接受井)核心区 域,高压燃气埋管与工程本体平面关系如图2所示｡

图2 2# 工作井周边区域与燃气管平面位置

2、燃气管搬迁的方案

2.1 实施难特点分析

本项目地下工程与高压燃气管道多处交叉,需要对 管道采取搬迁移位､加固保护等措施,在确保高压燃气 管道安全运行的情况下组织施工｡主要的难点有:

1)高压燃气埋管多次穿越匝道基坑,管线搬迁前 无法进行基坑围护施工,管道搬迁进展对工程总体的安 排和工期影响极大｡

2)处于高压燃气管6 m保护范围内的基坑､驳岸等 施工需要对燃气埋管采取保护措施,并应获得包括管线 产权单位在内的相关各方的认可｡

3)高压燃气管搬迁或临搬的管位应尽量避开工程 实施影响范围,需系统考虑敷设的管位｡

4)综合考虑项目的建设成本,应尽量减少高压燃 气管道的搬迁范围,最大限度减少临时搬迁的次数｡

5)外环工作井作为东段盾构掘进的接收井,其实 施计划处于项目实施的关键线路上,需尽快完成结构回 筑,考虑到基坑深度大､相对面积较小,原则上尽量不 分坑施工｡

2.2 燃气管道搬迁的总体筹划

在充分分析本工程施工与燃气管道保护间负责关系的基础上,与管线产权单位充分协调沟通,明确了主要 原则及燃气管搬迁控制条件:

1)搬迁管位尽量少跨越拟建地下结构,尽可能避 让基坑开挖部位｡

2)燃气管距附近小区围墙及工程地面建(构)筑 物等净距不小于6.0 m｡

3)上跨基坑的燃气管,与结构顶板净距不小于 2 m,采用管槽保护的净距不小于1 m｡

4)燃气管上覆土厚度不小于1.5 m｡

5)穿越漕宝路范围内管道保留｡

在满足以上管线搬迁和保护要求的基础上,对可能 存在的基坑分坑方案､管位布设路由等进行了反复的模 拟,最终确定了“在局部基坑围护体完成后,设置永久 U型管槽等保护措施,燃气管道一次性搬迁到位”这一 相对最为经济合理的方案｡

为尽量减小主体工程对燃气管道的干扰,燃气管道 总体向西搬迁至靠近红线的西侧绿化带范围内｡考虑到 漕宝路平面交叉管线众多,搬迁困难极大,且为了能满 足管线保护的要求,漕宝路道路范围内不做管道搬迁｡

高压燃气管搬迁分为2段:①漕宝路北侧至北端割 接点的280 m范围;②漕宝路南侧至南端割接点的530 m 范围｡搬迁管线埋管总长约810 m｡

2.3 漕宝路以北管位布置

燃气管向西侧搬迁,尽量远离红明绿带河桥及拟建 FA匝道,从规划红明绿带河驳岸下方穿越｡新敷设燃气 管中心距拓宽后道路边线约7.5 m,与NW匝道基坑净距 约25 m｡管位布置如图3所示｡

图3 漕宝路以北燃气管搬迁管位

2.4 漕宝路以南管位布置

燃气管向西侧搬迁至西侧绿带靠近红线区域,管位 先后上跨NW匝道与主线C区基坑,与附近小区围墙距离 约6.5 m,距住宅楼最小净距18 m,与本项目建成后的风 道､出地面楼梯间､其他改迁管线的净距均满足不小于 6 m的要求｡管位布置如图4所示｡

图4 漕宝路以南燃气管搬迁管位

2.5 关键区域的实施流程

按照上述管位布置原则,盾构接收井邻近区域的实 施组织是本项目顺利实施的关键所在,在既有埋管位置 不影响的区域(图5),优先考虑为管线的搬迁埋管创 造条件,以便于管线一次搬迁到位后,为整个项目施工 打下基础｡

图5 燃气管搬迁影响核心区平面示意

高压燃气管搬迁管道敷设､相关基坑工程施工等工序总体为:工作井C区､NW匝道围护地下连续墙施工→主线明挖段C区及NW匝道基坑之间的施工场地内管 槽施工,管道敷设→主线明挖段C区开挖至坑底,底板 施工→高压燃气管割接,原管位燃气管废弃→主线明挖 段B区基坑及结构施工→盾构从2# 工作井转运至1# 工作井 →NW匝道与风道施工｡

3、燃气管搬迁保护措施

采用上述燃气管搬迁埋管方案,在管位经过的NW 匝道基坑､工作井C区基坑､场内交通便道､盾构转运 通道(NW匝道､工作井C区之间位置)､WS匝道南端 匝道桥等区域,工程施工期间处于管道安全保护范围 内,须采取切实有效的措施,确保燃气管的运行安全｡ 本文主要介绍最具代表性的NW匝道､工作井C区､盾构 转运通道位置的保护方案,其他位置从略｡

3.1 燃气管穿越基坑保护措施

通过对不同保护方案的比选,经相关各方共同研 究,本项目采用U型槽结构,为燃气管排管提供跨越基 坑的结构支撑｡在基坑地下连续墙施工完成后,U型槽 与圈梁同期施工,管槽结构､顶圈梁刚性连接｡U型槽 内底与燃气管底间距300 mm,两侧内壁与管道间距不 小于500 mm,管槽内填砂,管底与工程结构顶板间距 1 300~1 400 mm,如图6所示｡

图6 埋管U型槽横断面

在燃气管排管位置,NW匝道基坑开挖深度14.6 m, 宽度10 m,围护形式为地下连续墙+1道混凝土撑+3道 钢支撑,其中第2道钢支撑采用轴力补偿的伺服系统, 坑内进行土体加固｡工作井C区基坑开挖深度21 m､宽 度18.4 m,围护形式为地下连续墙+5道混凝土支撑,坑 内进行土体加固,在管槽下方设4根钢格构柱与管沟刚 性连接,支撑管沟,钢格构柱下设直径1 m的钻孔灌注 桩,如图7所示｡

图7 埋管穿越基坑位置纵向剖面

工程施工期间,燃气管位于钢筋混凝土U型槽内, 管槽内填砂保护,待主线及匝道施工完成后填至设计标 高,填土需满足燃气管顶以上覆土厚度达到1.5 m｡在 外环主线基坑C区和NW匝道基坑范围之间拉平,燃气 管亦采用钢筋混凝土U型槽保护,同时设置隔离措施｡ 基坑开挖期间车辆不得进入,避免施工荷载对燃气管的 影响｡另外,综合考虑C区基坑开挖可能引起的影响, 在C区基坑南侧2倍基坑范围内也采用管槽保护｡同时, 为控制基坑开挖引起的沉降,燃气管槽下方设置减沉桩 基,采用⌀800 mm钻孔灌注桩,沿管道方向间距6 m布 置｡根据距离基坑远近,桩长分别为20､25､30 m｡

3.2 盾构机转运涉及范围的保护措施

东段盾构机在2# 工作井接收后,原地解体,短驳至 基坑另一端的1# 工作井并再次始发,期间须跨越本次管 线搬迁的排管位置｡经综合考虑,跨越位置选择在NW 匝道､工作井C区之间的位置｡因此,需在本次管线排 管时进行综合考虑｡转运通道位置如图8所示｡

图8 盾构机转运便道位置

由于该范围燃气埋管顶标高与盾构机拆解区域场地标高接近,为满足管道埋深不小于1.5 m的要求,需在 盾构运输通道范围内,按3%坡度填筑施工便道｡施工 便道长120 m､宽15 m,便道面层为300 mm厚钢筋混凝 土｡管槽下地基土进行加固处理,采用搅拌桩或压密注 浆工艺｡盾构转运前,应对地基承载力进行检测,地基 土的承载力应满足盾构转运的要求且地基承载力不小于 100 kPa｡盾构转运过程中,应采取措施尽量减小转运荷 载,转运通道范围的管槽上方铺设钢板,以分散转运车 辆轮压荷载,确保燃气管安全,如图9所示｡

图9 施工便道下管道保护方案

4、本工程施工对管线影响模拟分析

燃气管搬迁后,主线B区基坑和管位上跨的NW匝道 分别紧临管槽和管槽下进行基坑施工｡监测和控制施工 对燃气管道的影响是本工程管线保护工作的又一重点｡ 本节通过二维有限元数值分析的方式,对这2个基坑施工的工况和对管道的影响进行模拟和预测,拟对NW匝 道､主线B区基坑､风道基坑等工程施工对管线的影响 进行分析｡利用HSS小应变土体硬化弹塑性本构模型, 确立土体应力应变关系,并采用三角形节点单元建立土 体平衡与几何关系,以更准确地指导基坑施工和管道保 护工作的开展｡断面模型如图10所示｡

图10 基坑开挖对管道影响计算模型

分析模型主要包含土体､围护体系､支撑体系､燃气管结构等,水平方向为X向,竖直方向为Y方向｡水平 方向按照实际的基坑尺寸建模,模型两侧考虑一定的开 挖影响范围,水平方向总长取200 m,竖直方向综合考 虑本基坑围护结构设计长度,取80 m｡基坑两侧边界施 加X向位移约束,基坑底边界施加X､Y向约束｡采用三 角形15节点单元模拟土体,采用板单元模拟围护体系和 燃气管,采用锚杆单元模拟支撑体系,减沉桩基采用桩 单元｡计算结果如图11､图12所示｡

图11 B区基坑开挖完成时土体竖向位移云图

图12 NW匝道基坑开挖完成时竖向位移云图

经计算分析:①基坑上方及基坑之间的燃气管搁 置于混凝土箱涵内保护,竖向变形取决于基坑地下墙 围护的竖向隆沉,分析显示竖向变形约为1 mm,小于 8 mm,满足燃气管线变形控制要求;②基坑南侧燃气 管,考虑采取减沉措施后,基坑开挖完成后的竖向最大 位移为7.01 mm,小于8 mm,满足燃气管线变形控制要 求;③NW匝道基坑开挖及前期B区基坑开挖引起燃气管 最大竖向位移为6.99 mm,小于8 mm,满足燃气管线变 形控制要求｡计算结果数值剖面如图13､图14所示｡

图13 B区基坑开挖完成时燃气管竖向位移图  

图14 NW匝道基坑开挖完成时燃气管竖向位移图

5、工程实施情况

5.1 管线搬迁的实施

本工程高压燃气管道搬迁方案确定并办理各项评审和审批手续后,相关各方共同制定了详细的施工计划｡ 其中,漕宝路以北至北端割接点燃气管搬迁采用非开挖 工艺施工､漕宝路以南燃气管搬迁采用开槽埋管工艺施 工｡从燃气管埋管工作开始,至管线割接完成(含C区 基坑土方开挖及底板施工),历时不到半年,顺利完成 了本项目高压燃气埋管的搬迁工作｡

5.2 改排后管道的监测

高压燃气管改排完成后,在后续工程施工期间,委 托专业的沉降监测单位对埋管进行全程沉降观测,测点 间距10 m,且保证管道转角处两侧均有监测点,穿越段 (非开挖段)因管道埋设较深,考虑设深层土体位移监 测点｡同时,为保证燃气管的变形满足控制要求,施工 前在燃气管沿线布置预埋注浆管,并根据管线沉降监测 情况,一旦出现沉降报警,立即采取注浆保护措施,保 证基坑施工期间燃气管沉降满足控制要求｡

燃气管垂直位移监测点报警值次变化量为2 mm､ 累计变化量为8 mm,预警值为报警值的80%,正常情况 下,监测频率为2次/d｡监测结果显示,后续基坑施工 期间,各监测点的沉降监测结果与数值模拟情况基本一 致,且未发生监测结果报警现象｡

6、结语

1)本文介绍了漕宝路快速路中在役燃气管道的搬 迁和保护工程,在传统管道保护措施的基础上,创新性 地采用钢筋混凝土U型管槽及槽内填砂的措施,并结合 减沉桩基等措施,有效保障了搬迁管道的运营安全｡

2)通过数值仿真计算,模拟了围护结构施工､土体 开挖､支撑施工,以及减沉桩基施工等主体工程全过程,证明了上述方案保障在役燃气管道安全运营的可靠性｡

3)本项目在克服管位空间难题的同时,实现了主 要管线一次搬迁到位,明显地节约了工期,降低了管线 搬迁的成本,可为类似工程提供参考｡

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基金资助:上海市2022年度“科技创新行动计划”社会发展科技攻关项目(22dz1201203);

文章来源:姜如英.城市复杂基坑工程与大型市政管线搬迁同步实施的研究与实践[J].建筑施工,2024,46(12):2037-2040+2046.