地铁车站施工中大跨度自来水管道悬吊保护措施

地铁车站施工中大跨度自来水

管道悬吊保护措施

【摘要】文章以西安市地铁三号线某大跨度自来水管道为例，介绍大跨度自来水管道保护措施以及施工中应注意的问题，为类似工程提供参考。

【关键词】地铁大跨度管道管道保护措施力学验算

一、工程概况

广泰门站位于广安路与广运潭大道十字路口西侧的广安路正下方。该段车流量较大，交通较繁忙，人流量一般。车站有效站台中心里程为YDK36+778.847，设计起点里程为YDK36+633.772，车站设计终点里程YDK36+852.872，车站总长度为219.1m。车站设五个出入口（含一个紧急疏散出口），两组风亭，站前设单渡线，站前单渡线采用暗挖法（右线）和盾构法（左线）施工，附属结构均采用明挖法施工。

施工前根据地铁公司提供的管线图，在1号风亭、2号风亭、Ⅲ号出入口、Ⅳ号出入口上方发现DN800自来水管道一条，该管道材质为钢管，呈东西走向，与1号风亭、2号风亭、Ⅲ号出入口、Ⅳ号出入口走向垂直。距地表埋深约2.5m。经与产权单位联系确定，该自来水管线仍在使用。为了附属结构施工顺利进行，土方开挖前应对其进行保护，现对北侧附属结构上方自来水管线进行保护。自来水管线具体位置详见下图3（广泰门站自来水管线平面图）

二、管线保护方案

（一）管线情况

根据现场广泰门车站结构情况可知，1号风亭结构宽度为28m，2号风亭结构宽度为47m，所以自来水管线保护方案只要满足2号风亭，1号风亭处按照2号风亭处管线保护方式进行保护即可。

（二）保护方法

该管道位置处于基坑内部，在基坑土方开挖时，人工清除管道上表层的土体，然后人工对管道临时立柱处的土体进行清除，直至清除到管底。清除完成后，进行桩基础及临时立柱施工，桩基础直径为1200mm，横向间距为2m，纵向间距为8m，桩深10m，临时立柱采用Q23540cH型钢，长度为13.8m，桩主筋采用18根Φ22的钢筋做骨架，浇筑采用C30水下砼，立柱嵌入桩基础4m ，临时立柱与桩基础施工完成后，在两根临时立柱之间采用63a双拼工字钢连接，焊缝为二级，使其拖住天然气管道。并用管箍将其固定在双拼工字钢上，固定完成后，在管线上方的临时立柱同样采用63a 双拼工字钢连接，并在已连接的双拼工字钢上放置I56b双拼工字钢，将其双拼工字钢固定，固定完成后，在其工字钢上以1.5m为一个单位，用绳索将其天然气管线进行悬吊，绳索之间采用花篮螺丝连接，绳索与管线接触位置采用橡胶材料对其管线包裹，保护完成后，人工清除管道其余部分的土体。清理完毕后采用挖掘机进行土方开挖施工。

（三）保护方式

具体保护方式详见（图1、图2）

三、力学验算

1) 建立力学模型

将钢管受力简化成向下的均布荷载。自来水管道直径800，壁厚14mm 。自来水管道重量（内部按满水计算）：

m=（3.14×0.4×0.4-3.14×0.386×0.386）×16×7.9×103+16×3.14×0.386×0.386×103=8700kg

双拼工字钢自重：

m1=115×2×11.75=2702.5kg

简化成均布荷载为q=8700×10/11.75=7404.3N/m

双拼工字钢自重荷载为q1=2702.5×10/11.75=2300N/m

组合荷载为q3=q+ q1=9704.3 N/m

最大弯矩为：

M=1/8×q3×L ×L=1/8×9704.3×11.75×11.75=167475N ·M

力学模型受力图如下：

1) 工字钢力学验算

查表的工字钢截面抵抗矩：

WX=2446.5×103/mm 2

工字钢许用应力:

σ=M/W=167475×103/2446.5×2×103=34.23Mpa

=34.23Mpa < [σ]=85Mpa

结构安全

满足管线保护受力要求。

2) 工字钢挠度验算（即正常使用极限状态，不考虑荷载分项系数）

[]mm L Wc mm EI ql Wc 69.148001175080037.82106850010210384117503.9704105384543434===<=????????==-工字钢刚度满足要求。

1) 立柱稳定性验算

自来水管总重量为：

M1=3.14×0.4×0.4-3.14×0.386×0.386）×47×7.9×103+47×3.14×0.386×0.386×103=34800kg

双拼工字钢总重量：

M2=115×2×47×2=21620kg

天然气管总重量为：

M3=3.14×0.205×0.205×47×450+3.14×0.209×2×（0.213-0.205）×47×7.9×103=6689kg 组合重量：

M4=（ M1+ M2+ M3）/6=10518.2

由于中间立柱受力最大，所以中间立柱承受的重力为：

G=10518.2×10=105.182KN

因为该支撑柱为Q235低碳钢，所以该立柱的弹性模量为210×109pa 所以该立柱的临界压力为： ()()002.012/3

3=-+-=h b B h H B I Y F=3.14×3.14×210×109×0.002÷（2*9.8）2 =1.1×107N ≥105182N

满足要求。

四、技术要求

1. 工字钢搭放在立柱上时，应将工字钢焊接在支撑柱上，且焊接需进行双面焊。

2. 花篮螺丝选用U 型开式螺旋扣，型号选用1-1/4×12。该型号最大使用荷载为5.89t 。

3. Q235直径20mm 的螺纹钢允许拉应力为F=205×3.14×10×10=64370N=6.43t

4. 钢丝绳选用直径20mm ，安全系数取3.5，钢丝绳的允许拉力为6.04t

5. 组合悬吊绳中的钢筋圆环焊接要求焊缝长度为10d ，双面焊。

6. 悬吊时，花篮螺丝先给钢管施加一定的预紧力，并保证钢管水平并稳定，防止钢管下部土

体开挖后钢管出现沉降裂缝。

7. 工字钢搭放在冠梁两端时，要形成工字钢腹板与冠梁垂直的状态。

五、安全要求

1. 挖掘机开挖土方时，要拍专职安全员现场值班，密切注意开挖情况。严禁机械碰撞立柱及

自来水管道。

2. 施工前对工人进行安全交底，施工中要有专职安全员，特殊作业人员要求持证上岗。

3. 管道开挖采用人工开挖，施工人员必须戴安全帽方可进入施工现场，开挖时必须按照规定

坡度（1：0.5）放坡，开挖至管线预定埋深时，要避免震动，防止管道在开挖过程中人为损坏开裂，造成事故。

4. 吊车作业要有专人统一协调指挥，吊车吊放要匀速、慢放，防止脱钩和碰撞事故发生，施

工时要划定安全距离，非施工人员严禁入内。

5. DN800自来水管线保护施工完成后，应定期对格构柱进行监测，观察格构柱是否发生沉降及

热胀冷缩照成的形变，监测完成后应及时调整扁担梁处的绳索，保证自来水管线不会悬空。

【结束语】

大跨度管道保护采用格构柱及钢梁进行悬吊保护，施工工艺简单，又能良好的保证管线的安全，在施工完成后，应每天监测格构柱是否发生沉降，保证格构柱之间连接钢梁与管道接触、受力。

【参考文献】

1、金辉，林源.某地铁站深基坑开挖过程中的管线悬吊保护技术[J].陕西建筑.2010年12期

2、沈艳秀.地下管线悬吊保护方案[J].山西建筑.2009年19期

3、夏红昌.盖挖地铁车站Φ1400给水管线悬吊施工设计[J].科技资讯.2006年17期