粉细砂地层综合管廊集水池开挖支护工艺研究

温艳平WEN Yan-ping

（中铁十二局集团第二工程有限公司，太原 030032）

随着城镇化的不断发展，越来越多的城市修建地下综合管廊[1]，一定程度上缓解了城市交通拥堵，还极大地方便了市政管线的维护检修，对提高城市综合承载力具有重大意义[2]。在综合管廊修建中大致每100m 会修建一处低于标准段基底2m 左右的集水池[3]，在粉细砂地层中含水量大，若遇雨季，地下水位会大涨，导致原有降水设施不能保证集水池基坑开挖安全。在此“坑中坑”开挖过程中极易发生基底涌水涌沙，导致基坑变形量增大，甚至发生坍塌，存在较大的安全质量隐患[4]。

众多专家学者针对各类地质“坑中坑”开挖支护工艺进行了探索。其中陈畅等研究了软土基坑工程坑中坑支护设计方法[5]；
薛子龙等探索了复杂深基坑坑中坑稳定性及快捷支护技术[6]；
黄坛邦等采用预制钢箱模、沉井等施工方法进行坑中坑施工[7]；
冯晓腊等研究验证了多级柔性支护体系下坑中坑悬臂支护设计的稳定性[8];梁月利等探索分析了复杂坑中坑支护结构施工技术[9]。如何快速且高质量的完成集水池结构的基坑开挖及结构施工，尽快投入到综合管廊主体结构施工显得尤其重要，因此，针对粉细砂含水地层，探索一种综合管廊集水池开挖支护新工艺。

郑州市郑东新区综合管廊位于107 辅道东侧百米绿带内，北接规划新龙路综合管廊，南连七里河北路综合管廊，干线管廊总长7.15 公里。在综合管廊修建中大致每一百五十米会设置一处低于原基坑标准段基底2m 左右的集水池，开挖深度位于粉细砂地层中。施工正值雨季，地下水位大涨，现场实际揭露集水池部位积水较多，在此“坑中坑”开挖过程中极易发生基底涌水涌沙，导致基坑变形量增大，甚至发生坍塌，严重影响工期。如何快速高质量的完成集水池结构的基坑开挖及结构施工，尽快投入到综合管廊主体结构施工显得尤其重要。

通过对以往综合管廊集水池基坑开挖案例分析，发现主要存在以下问题：基底涌水涌沙不利于垫层、防水层及结构的施工；
基坑作业面狭小，大型打桩机械无法施工；
放坡开挖，边坡易受水浸泡侵蚀影响，变形坍塌；
集水池基坑开挖影响管廊基坑围护结构的稳定。根据以往“坑中坑”开挖经验，通过对基坑开挖工艺进行研究，针对粉细砂含水地层，分析了传统开挖工艺与新型开挖工艺的优缺点。以15.3m×4m×1.5m（长×宽×深）集水池基坑为例，表1 对比分析了两种开挖方案的工艺对比指标。

表1 二次基坑开挖支护工艺对比情况表

综合两种方案、施工成本、工期质量、施工工效、操作的便捷性、安全风险及机械化程度，决定选择方案二。

3.1 工艺原理分析

前期管廊基坑土方开挖过程中在集水池位置上部1.5m 处增设第二道钢支撑加固综合管廊基坑围护钢支撑。测量放线确定基坑设计位置，在集水池两短边处布设两道真空抽水管路，架设真空泵持续抽水。同步在集水池外侧浇筑尺寸为400mm×500mm 的钢筋混凝土圈梁。圈梁达到一定强度后，在圈梁下分段分步开挖土方，分段砌筑砖墙。砖墙全部砌筑完成后，开挖全部土方至基底面，然后一次施作集水池结构。图1 为集水池开挖支护剖面示意图。

图1 集水池开挖支护剖面示意图

3.2 支护开挖工艺流程

钢支撑架设→测量放线、定位基坑→安放真空抽水管道→真空泵井点抽水→施工钢筋混凝土圈梁→圈梁下土方分段开挖、分段砌筑砖模→砖模封闭后水泥砂浆抹面→浇筑垫层→施作防水层→安装钢筋、模板→浇筑集水池结构混凝土。

3.3 施工操作要点

3.3.1 钢支撑架设

综合管廊基坑开挖见底后，预先在两侧钢板桩距开挖基底标高1.5m 位置标注集水池基坑开挖中心位置，在钢板桩该位置安装800mm 宽钢围檩，长度应能保证第二道三根钢支撑的架设范围。在钢围檩上标定三根钢支撑的中心点，保证对向两点连线垂直于钢围檩，三个钢支撑两两之间的间距均为2.5m。在标注点位置焊接钢托盘。钢支撑现场拼装完成后直接吊放安装，采用标定的千斤顶施加轴向压力，达到设计要求，钢楔契紧。图2 为钢支撑架设与集水池相对位置平面图。

图2 钢支撑架设与集水池相对位置平面图

3.3.2 真空泵抽水

真空井点在集水池基坑两侧设置，间距4m，井点孔径均为130mm，采用2 套真空井点主机设备，主机抽出的地下水采用二级提升的方式排放，要相应配套使用2 套二级排水系统。滤管采用Φ48mm，壁厚3.0mm 无缝钢管或镀锌管，长2m 左右。井点管采用Φ48mm，壁厚为3.0mm 无缝钢管或镀锌管。连接管为透明管或胶皮管，与井点管和总管连接。总管采用Φ89mm 钢管，壁厚为4mm，用法兰盘加橡胶垫圈连接，防止漏气、漏水。高压水泵采用100TSW-7 高压离心泵。图3 为真空井点降水施工图。

图3 真空井点降水施工图

3.3.3 砼圈梁施工

先确定圈梁位置，撒白灰确定浅层土开挖范围，开挖400mm 深浅层土，收平，以土基为底膜，安装圈梁钢筋。钢筋安装完成后，两侧安装模板，并进行加固。顶面靠外边缘隔1m 竖向预埋直径φ80mmPVC 管，做回填口。圈梁浇筑C30 混凝土。

3.3.4 分段砌筑砖模

集水池基坑短边先开挖，按2m 一个开挖段，分两段开挖，对侧同时开挖，开挖时耗尽量降低，一次成型，减小对周边土体扰动。开挖完成一段，及时砌筑砖墙，砖墙采用240 砖墙，内外搭接，由基底直至冠梁底，外表面与冠梁内侧面齐平。短边完成后开挖砌筑长边，按1.5m 为一个开挖段逐段顺序开挖砌筑，两长边对角同时施工。砌筑完砖墙后及时抹面。通过冠梁预留孔在砖墙背后空洞处回填砂或注浆。图4 为集水池开挖支护圈梁部位示意图。图5 为砖墙砌筑施工图。

图4 集水池开挖支护圈梁部位示意图

图5 砖墙砌筑施工图

3.3.5 集水池结构一次施工

砖模施工完成后，及时垫层浇筑，封闭基底，垫层达到一定强度后施作防水层。集水池主体侧墙与底板钢筋一并安装成型，在内部安装预制内模结构，对撑加固。先浇筑底板混凝土，初凝前浇筑侧墙混凝土，交接面进行有效振捣。

4.1 工期质量效益

通过对粉细砂地层综合管廊集水池开挖支护工艺的研究，总结了一整套新的集水池“坑中坑”开挖支护施工工艺。采用该工艺，单个集水池施工时间为5.5 天，减去与管廊底板同步施工时间，实际完成时间约为4.5 天，大大提高了施工工效，保证了工期节点。通过现场操作实施，证明了工艺的安全性、可靠性、可操作性，各集水池基坑开挖质量较高，无一发生基坑坍塌现象，集水池抗渗性能良好。

4.2 经济环保效益

研究发现，新工艺施工一个集水池成本仅为11 万元，对比之前施工同类型集水池成本，平均一个节省施工成本5 万元左右，经济效益良好。该工艺有效降低了开挖工作面水位，提升了作业环境，确保了管廊基坑围护桩的稳定，降低了事故发生概率。工艺突出了绿色施工概念，推进了城市市政施工的标准化、绿色发展，得到了显著的社会效益。

5.1 集水池基坑变形监测

在集水池两侧1m 范围内各选取两个监测点，布置钢筋桩，集水池基坑开挖过程中实时监测钢筋桩位移情况。通过十几个集水池成功开挖支护实践，钢筋桩未有明显位移情况，最大位移积累未超过5cm。综上说明：综合管廊集水池开挖新工艺降水效果显著，基坑开挖安全可靠。

5.2 大基坑钢板桩位移监测

在集水池两侧综合管廊围护钢板桩上分别布设两个位移监测点，集水池施工过程中采用全站仪每隔两小时监测钢板桩收敛变形量。根据监测数据显示，钢板桩未有特殊大变形情况发生，围护桩结构稳定，另外地面建构筑物监测点未发生明显沉降。

通过实践研究，成功探索出了一种综合管廊集水池支护开挖新工艺，探索了集水池基坑周边降排水工艺，降低开挖基面水位，减小涌水涌砂对基坑开挖的影响。创新了集水池基坑围护措施，降低周边坍塌风险，保障集水池基坑开挖施工安全，提高基坑开挖效率，降低对综合管廊大基坑的施工影响。

相对于明水设井抽排措施，真空抽水具有明显的优势，不仅避免了降水井的留设对施工及后期结构的影响，而且降水效果明显，有效解决了开挖工作面积水的问题。集水池等“坑中坑”结构施工时，应尽量采取措施将底板与侧墙结构一次浇筑施工，减少施工缝，提高结构抗渗性能。