地铁施工大直径水管悬吊保护设计

牛瑞

【摘 要】介绍了广州市轨道交通三号线北延段二八延长线永泰站工程Ⅰ号出入口1 800水管悬吊保护方案设计,并给出了相应的安全保护措施,为今后大直径水管及其他类型的管线悬吊保护积累了经验. 【期刊名称】《山西建筑》 【年(卷),期】2010(036)034 【总页数】2页(P196-197) 【关键词】水管;悬吊;保护;设计 【作 者】牛瑞

【作者单位】中铁隧道集团二处有限公司,河北,三河,065201 【正文语种】中 文 【中图分类】U231.3

1 工程概况

广州市轨道交通三号线北延段二八延长线永泰站工程Ⅰ号出入口位于车站的北侧,横穿尖彭路后出地面,标准段宽度6.7m,总长 76.05m,基坑深度约 9.5m,集水井处深度约 13m。Ⅰ号出入口为 T形结构,Ⅰa出入口设人行步梯,Ⅰb出入口设一台自动扶梯。

出入口明挖段有一条φ1800mm自来水管横穿基坑,水管埋深约3.5m,水管材质为

钢管,水管横跨基坑跨度为 6.7m。出入口围护结构为φ800mm钻孔灌注桩 +φ500mm旋喷桩+φ600mm钢支撑的联合支护体系,现场已施工水管周边钻孔灌注桩,水管横跨基坑位置钻孔桩采用旋喷桩加密及锚喷方式加固,据现场调查及与相关单位协调,该水管不迁改,对此做悬吊保护处理。 2 水管保护方案设计 2.1 总体思路

φ1800 mm自来水管埋深约3.5m,出入口顶板埋深约5.15m,现有自来水管底低于出入口顶板顶 0.07m,可以采用对水管悬吊保护的方案进行保护。因水管管径较大,水管东西走向横穿基坑,拟采用在冠梁上横跨Ⅰ45c工钢,采用槽钢悬吊的方案进行。 2.2 水管悬吊保护技术 2.2.1 悬吊方法

根据现有图纸和现场管线调查情况,由于水管管径较大,将水管采用冠梁上横跨Ⅰ45c工钢悬吊固定,管底采用横向Ⅰ22b支托,纵向采用 L100×6mm角钢与工钢满焊,竖向用[12槽钢悬吊,水管底与Ⅰ22b间铺 2cm厚木板增加水管与工钢的粘合力。悬吊方法见图1。 2.2.2 施工技术措施

1)受力横跨Ⅰ45c工钢用吊机放平,并用M 12膨胀螺栓固定牢固。

2)先人工沿管道纵向开挖管线上的覆土,将管线暴露;调整好吊杆,使管线各部分均匀受力;经检查牢固可靠之后,方可开挖水管下其余部分的土方。

3)横梁与槽钢、槽钢与下托横梁安装焊缝必须饱满,安排专人负责。 4)管线悬吊施工完成后,在管线上布设监测点,对水管进行监测。 5)冠梁强度达到设计强度后才能进行水管悬吊。

6)水管悬吊及外露部分尽量采用钢管外涂防腐材料,在悬吊段两端适当设置闸阀,使

给水管道发生意外时能及时关闭。

7)出入口主体结构施工完成后,在地面恢复过程中,在管线底部无法夯实的部位先填充级配砂石到管线底部下 30 cm,并浇筑混凝土进行保护,并将管线两侧的土按规范要求夯实。

8)制定监测方案,管线悬吊施工完成后,在施工过程中按监测方案要求对悬吊管线进行全程监测和日常巡查,发现情况异常,及时报警,据此采取相应保护措施,实现信息化施工管理,确保基坑施工过程中地下水管的稳定与安全。 2.2.3 施工过程

根据现场施工条件,水管埋深为 3.5m,钻孔桩施工前首先对水管位置进行详细调查,组织专门的管线调查小组,配备管线探测仪进行管线调查及探测工作,对水管位置进行准确定位,人工开挖水管周边土方并按设计方案进行悬吊保护后,方可进行基坑土方开挖及主体结构施工;主体结构施工完成后,回填覆土进行地面恢复。 3 水管悬吊安全检算 3.1 设计参数

1)横梁采用Ⅰ45c工钢,单根长度 7.9m。2)水管托梁采用Ⅰ22b工钢,单根长度 2m。3)悬吊材料为[12槽钢,纵向间距0.75m。 3.2 钢材检算物理力学性能指标

1)钢材弹性模量 E=2.06×105 N/mm2;2)普通 Q235钢材强度设计值:抗拉抗压和抗弯f=215 N/mm2,抗剪 fv=125 N/mm2;3)普通 Q 235钢材挠度变形允许值[w]=L/400;4)Ⅰ45c拱架线密度:94.5kg/m,Ⅰ 22b拱架线密度:36.4kg/m。 3.3 安全受力检算 3.3.1 材料自重计算

1)φ1800mm,壁厚 12mm钢管自重 529.137kg/m,水管跨度6.7m,空管重 3.545 t,水重 17 t,总重 20.545 t,即 F1=205.45kN。2)[12槽钢 12.4kg/m,槽钢单根长度

3.5m,共 28根,总重 1.215 t,即 F2=12.15kN。3)Ⅰ22b工钢 36.4kg/m,工钢单根长度 2m,共 9根,总重 0.655 t,即 F3=6.55kN。 3.3.2 横梁受力检算

因冠梁上横跨Ⅰ45c工钢和底横梁所承受荷载一样,且冠梁上横跨工钢型号大于底横梁,因此仅对底横梁进行检算。底横梁Ⅰ22b工钢纵向间距 0.75m,底横梁工钢承受水管自重和自来水自重 F1=205.45kN,水管在底横梁上水平投影面积为S=6.7×1.8=12.06m2,底横梁承受均布荷载

q=205.45/[int(6.7/0.75)+1]/12.06=1.7kN/m2,受力简化为受均布荷载的二跨等跨连续梁计算,跨距 2m。受力简图如图 2所示。

1)抗弯强度检算。a.最大弯矩Mmax=KM q1 L2。其中,KM为弯矩系数,查表得 KM=0.125+0.125;q1为作用于工钢上的线均布荷载,q1=q×0.1(工钢宽)=0.17kN/m;L2为工钢支点计算跨度,取2.0m;即得出

Mmax=(0.125+0.125)×0.17×2.0=0.085kN◦ m。b.工钢截面强度 σ=Mmax/W。其中,W为Ⅰ22b工钢的截面抵抗矩,查表得 325

cm3;σ=0.085×106/325×103=0.262 N/mm2＜[f]=215 N/mm2,Ⅰ22b底横梁抗弯强度满足要求。

2)抗剪强度检算。a.最大剪力 Vmax=KV q1 L。其中,KV为剪力系数,查表得 KV=0.375+0.437;q1为作用于工钢上的线均布荷载,q1=0.17kN/m;L为工钢支点计算跨度,取 2.0m;即得出 Vmax=(0.375+0.437)×0.17×2.0=0.276kN。b.拱架截面抗剪强度τ=Vmax×Sx/(Ix×tw)。查表Ⅰ 22b工钢截面参数:半截面面积矩Sx=189.8 cm3,截面惯性矩 Ix=3570 cm4,腹板厚 tw=12.3mm,截面抵抗矩Wx=325 cm3,翼板厚dw=9.5mm,截面面积 A=46.4 cm2,截面回转半径ix=8.78 cm。τ=Vmax×Sx/(Ix×tw)=0.276×103×189.8×103/(3570×104×12.3)=0.119

N/mm2＜[fv]=125 N/mm2,Ⅰ22b工钢抗剪强度满足要求。

3)挠度变形检算。ω=KW q1 L4/100×E×Ix,查表 KW=0.521+0.12。即

ω=(0.521+0.12)×0.17×(2.0×1000)4/(100×2.06×105×3570×104)=0.002mm＜[ω]=L/400=1.0/400=2.5mm,Ⅰ22b工钢受力挠度变形满足要求。 结论:采用Ⅰ22b工钢做底横梁受力满足要求。 4 安全质量保证措施

1)施工安排在晴天进行,严禁雨天进行托架施工。

2)对水管托架梁及顶横梁进行跟踪监测,掌握其稳定性信息,必要时采取必要的加固措施,托架梁柱安装焊接缝必须饱满,严格检查制度。 3)对作业工人进行专门安全教育后,方能进行施工。 4)派专人对施工现场地下管线进行勘测调查。

5)对漏水或破坏的地下管线,按管线主管部门要求进行加强或修复并经产权单位检查合格后,方可进行悬吊保护处理。

6)及时与自来水公司联系沟通,以便在必要时采取应急措施确保安全。 7)结构施工完成后进行土方回填时,供水管段采用人工夯实,严禁机械碾压。 8)工程施工过程中不得碰撞管线悬吊系统,严禁利用钢架做起重架、脚手架或模板支架等。

9)在管线附近设立一定的安全保护区,严禁机械设备靠近。

10)做好管线破坏应急救援预案,成立管线破坏应急领导小组。在发生上水管线破坏时,抢救小组必须先保护好现场,进行场地清理,做到道路畅通;并启用防洪抢险材料,做好排水工作;同时做好现场照明工作,及时向水管管理部门汇报并配合相关部门进行抢救。 5 施工后的效果

根据该设计方案和相应的施工措施,对水管进行了悬吊,经过量测观察,管线的挠度变

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水管的运营安全,为今后城市地铁施工大直径水管及其他类型的管线悬吊保护提供了借鉴经验。 参考文献:

【相关文献】

[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] 刘昭培,张韫美.结构力学[M].天津:天津大学出版社,2004.

[3] 吴焕回.仙居县地下管线普查实例分析[J].山西建筑,2009,35(8):205-206.