摘 要：針對(duì)當(dāng)前城市地下綜合管廊工程支護(hù)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，本文對(duì)城市地下綜合管廊工程勘察技術(shù)與支護(hù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。以某城市地下綜合管廊工程規(guī)劃建設(shè)為實(shí)例，明確其概況信息。在此基礎(chǔ)上，對(duì)地下綜合管廊工程進(jìn)行勘察。根據(jù)該工程項(xiàng)目支護(hù)需要，對(duì)地下綜合管廊抗浮設(shè)防水位進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定支護(hù)設(shè)計(jì)方案。新的支護(hù)設(shè)計(jì)方案可以有效提高城市地下綜合管廊穩(wěn)定性。通過(guò)此次研究為城市地下綜合管廊工程優(yōu)化設(shè)計(jì)提供新方向。

關(guān)鍵詞：地下綜合管廊工程；勘察技術(shù)；支護(hù)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU 92" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著城市化進(jìn)程逐漸加速，地下空間的開(kāi)發(fā)利用越來(lái)越受到人們關(guān)注。城市地下綜合管廊工程是城市地下空間開(kāi)發(fā)的重要內(nèi)容之一，對(duì)滿(mǎn)足城市發(fā)展和人民生活需求具有重要意義。現(xiàn)有勘察技術(shù)包括地球物理學(xué)方法、鉆探與原位測(cè)試、數(shù)值模擬方法等。地球物理學(xué)方法是一種通過(guò)研究地質(zhì)體在地球磁場(chǎng)、地震波、重力等物理場(chǎng)中的表現(xiàn)，推斷地質(zhì)體性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的方法[1]。在城市地下綜合管廊工程的勘察中，地球物理學(xué)方法可以用來(lái)探測(cè)地下空洞、軟弱夾層等地質(zhì)缺陷，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。鉆探與原位測(cè)試是城市地下綜合管廊工程勘察的基本手段。通過(guò)鉆探獲取地下巖土樣本，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，可以了解巖土體的物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和工程性質(zhì)，為后續(xù)的支護(hù)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。數(shù)值模擬方法是一種利用計(jì)算機(jī)模擬地質(zhì)體的力學(xué)行為和變形特征的方法。在城市地下綜合管廊工程的勘察中，數(shù)值模擬方法可以用來(lái)預(yù)測(cè)開(kāi)挖過(guò)程中圍巖的變形和應(yīng)力分布情況，評(píng)估支護(hù)設(shè)計(jì)的有效性?；诂F(xiàn)有勘察技術(shù)，以城市地下綜合管廊工程為例，對(duì)其勘察技術(shù)與支護(hù)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。

1 工程實(shí)例概況

本文研究實(shí)例為城市地下綜合管廊工程規(guī)劃建設(shè)四條綜合管廊，總長(zhǎng)度超過(guò)10.2km，各管廊交錯(cuò)形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)對(duì)其中一條綜合管廊進(jìn)行工程勘察。該綜合管廊全長(zhǎng)為2.8km，寬度為13.6m，總高度為3.6m，管廊內(nèi)部的凈高為2.8m，建設(shè)在道路南側(cè)綠化帶下方位置[3]。根據(jù)該方案，綜合管廊將包括熱力、電力、通信、燃?xì)?、供水和再生水等管線(xiàn)類(lèi)型。管廊截面形狀為四室長(zhǎng)方形，從南到北依次為電氣、水、熱、氣。電源電纜設(shè)在動(dòng)力房，電訊電纜，給水，中水管線(xiàn)設(shè)在水管，熱水管設(shè)在熱水管，煤氣管設(shè)在煤氣房[4]。圖1為地下綜合管廊剖面示意圖。

根據(jù)路面中央的設(shè)計(jì)高程，管廊結(jié)構(gòu)的上方土層厚度為3m。全封閉框架及平板筏基的地基承載力預(yù)計(jì)為180kPa，對(duì)地基沉降的影響較大[5]。基于前期對(duì)綜合管廊重要程度的討論結(jié)果，考慮項(xiàng)目規(guī)模，對(duì)其進(jìn)行勘測(cè)，確定其重要程度為一級(jí)，建筑物抗震設(shè)防等級(jí)為二級(jí)。

考慮基坑周?chē)h(huán)境的開(kāi)放性，大多數(shù)區(qū)域的地質(zhì)情況較簡(jiǎn)單，而有些場(chǎng)區(qū)則較復(fù)雜。因此，本文提出在開(kāi)闊地段開(kāi)挖基坑的方法，并對(duì)部分較窄、埋深較大的區(qū)域進(jìn)行樁錨支護(hù)。表1為深基坑支護(hù)項(xiàng)目所需的參數(shù)值。

2 地下綜合管廊抗浮設(shè)防水位設(shè)計(jì)

地下綜合管廊的抗浮設(shè)防水位設(shè)計(jì)是地下空間開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵之一，也是工程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)設(shè)計(jì)抗浮設(shè)防水位時(shí)，需要考慮以下因素。

地質(zhì)條件包括地質(zhì)構(gòu)造、地層分布、巖石類(lèi)型和地質(zhì)災(zāi)害等，這些因素對(duì)抗浮設(shè)防水位的設(shè)計(jì)有重要影響。

水文條件：地下水的水位、水質(zhì)、流速等參數(shù)對(duì)抗浮設(shè)防水位的設(shè)計(jì)有直接的影響，需要考慮地下水的補(bǔ)給、排泄條件等因素。

建筑結(jié)構(gòu)：綜合管廊的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、荷載分布、邊界條件等也是設(shè)計(jì)抗浮設(shè)防水位時(shí)需要考慮的因素。

使用要求：綜合管廊的使用要求也是設(shè)計(jì)抗浮設(shè)防水位時(shí)需要考慮的因素，例如管廊內(nèi)管道的種類(lèi)、大小、工作壓力等。

當(dāng)設(shè)計(jì)抗浮設(shè)防水位時(shí)，一般需要考慮長(zhǎng)期觀測(cè)地下水位，以確定地下水的變化情況。同時(shí)，還需要根據(jù)場(chǎng)地地形地貌、地下水補(bǔ)給、排泄條件等因素進(jìn)行綜合考慮。在無(wú)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料的情況下，可根據(jù)調(diào)查期內(nèi)的最高穩(wěn)定水位，綜合地形地貌、地下水補(bǔ)給及排水狀況等綜合分析，確定抗浮設(shè)防水位。

此外，根據(jù)不同的工程實(shí)際情況，抗浮設(shè)防水位的取值原則可能會(huì)有所不同。應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況綜合考慮和分析抗浮設(shè)防水位的取值，以保證地下綜合管廊的穩(wěn)定性。

在有無(wú)長(zhǎng)期水位觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)計(jì)的抗浮設(shè)防年限，對(duì)設(shè)計(jì)中的抗浮水位進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定。該方法綜合考慮了地下承壓水、地下水和邊坡位置等3方面因素，地下水抗浮設(shè)防水位取值見(jiàn)表2。

從上述有關(guān)抗浮設(shè)防水位的因素中可以看出，受雨水、滲透等因素的影響，地下抗浮水位并非恒定值，具有一定不確定性。因此，當(dāng)綜合管廊勘測(cè)時(shí)，除原有的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算外，還應(yīng)考慮雨水及滲透作用下的地下水水位。在地下綜合管廊的抗浮設(shè)防水位設(shè)計(jì)中，地下水位穩(wěn)定水位與滲透系數(shù)、過(guò)水?dāng)嗝婷娣e、地下水位至隔水層頂面的距離等參數(shù)相關(guān)。

當(dāng)勘探技術(shù)人員確定管廊工程的地下抗浮水位時(shí)，應(yīng)按照有關(guān)規(guī)范，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)狀況進(jìn)行全面調(diào)查，并與當(dāng)?shù)厍捌谡{(diào)查項(xiàng)目的資料和工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，綜合分析，得出最適合的數(shù)值。

3 支護(hù)設(shè)計(jì)方案確定

結(jié)合實(shí)際工程實(shí)踐和多年實(shí)踐，對(duì)一些重要的工程來(lái)說(shuō)，例如基礎(chǔ)土層中的軟弱夾層，如果按照規(guī)范中的要求進(jìn)行施工，那么鉆孔的深度可能會(huì)不夠，需要根據(jù)基礎(chǔ)的附加應(yīng)力進(jìn)行校核，從而修正鉆孔的深度。鑒于城市綜合溝的重要性，當(dāng)確定深基坑時(shí)，需要對(duì)其附加應(yīng)力給予足夠重視[6]。圖2為附加應(yīng)力分布圖。

重力應(yīng)力隨著深度的增加而變小。隨著土層深度的增加，土體的變形幅度逐漸降低。一般來(lái)說(shuō)，地基沉降的深度應(yīng)該是地基的附加應(yīng)力與重力的20%[7]。若存在軟弱夾層，則按自重應(yīng)力10%計(jì)算地基附加應(yīng)力。

為求解條形荷載下的地基附加應(yīng)力，對(duì)線(xiàn)荷載作用進(jìn)行求解。圖3為線(xiàn)荷載作用下地基附加應(yīng)力圖。

假設(shè)圖3中豎直方向上的線(xiàn)荷載為，其力作用在圖3中的y坐標(biāo)軸上。沿著y軸截取一段dy，用集中力代替這段作用的線(xiàn)荷載，如公式（1）所示。

dF=dy " "（1）

式中：F為線(xiàn)荷載集中力，N。再利用公式（2）求解地基上任意一點(diǎn)M的附加應(yīng)力。

（2）

式中：σz為附加應(yīng)力，N；R為作用力影響范圍半徑，m；θ為偏轉(zhuǎn)角度，°。

根據(jù)工程實(shí)際情況，將勘察點(diǎn)以建筑物中心線(xiàn)為基線(xiàn)布置，共設(shè)置116個(gè)鉆孔。在勘察過(guò)程中，一般是根據(jù)地質(zhì)條件的復(fù)雜性來(lái)決定勘探點(diǎn)間距。本工程基礎(chǔ)為二級(jí)，將勘探點(diǎn)間距控制在15～30m，從前期的調(diào)查情況來(lái)看，該區(qū)的地層情況相對(duì)較為簡(jiǎn)單，因此將本次勘測(cè)的孔間距定在30m左右。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有管廊普遍高度為5m，基于其上層土壤的厚度，管廊地基與路面中央應(yīng)保持在lm以上，基坑開(kāi)挖的深度不能低于地基的深度，因此，管廊勘測(cè)的鉆孔深度應(yīng)大于22m。此外，在勘察過(guò)程中，本項(xiàng)目所依托的管廊建設(shè)區(qū)域?yàn)樯絽^(qū)和平原，地形起伏較大，原有地形高于規(guī)劃道路，因此需要進(jìn)一步增加鉆孔深度[8]。根據(jù)規(guī)劃、設(shè)計(jì)等方面對(duì)勘察工作的要求，將鉆探深度定在25m。

根據(jù)建筑工程的抗震設(shè)防分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將該建筑工程的抗震設(shè)防等級(jí)劃分為B類(lèi)，可液化的判別參考值N=7、調(diào)節(jié)系數(shù)β=1.05、液化判別深度為15～20m。

從區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)及勘測(cè)成果來(lái)看，管廊建設(shè)期間及周?chē)鷧^(qū)域未發(fā)現(xiàn)新的活動(dòng)斷層，未發(fā)生液化、基礎(chǔ)松軟等不良地質(zhì)效應(yīng)。工程場(chǎng)地和地基條件相對(duì)比較穩(wěn)定，比較適合綜合管廊建設(shè)。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，該項(xiàng)目位于沖積平原地區(qū)，其基底承載層及各土層底部的坡度均不超過(guò)10%，且土體的物理力學(xué)特性較為均一。該項(xiàng)目在剝蝕臺(tái)土區(qū)、基底承載層以及各土層底部的梯度不超過(guò)10%，土體的物理力學(xué)特性較為均一，因此，本項(xiàng)目的綜合評(píng)判是一種較為均勻的地基。

工程實(shí)例基槽開(kāi)挖深度平均值為7.2m，最深位置開(kāi)挖深度為10.3m，結(jié)合基坑技術(shù)規(guī)程以及上述基坑支護(hù)巖土設(shè)計(jì)參數(shù)值，確定各區(qū)段支護(hù)類(lèi)型，見(jiàn)表3。

對(duì)兩井間土層分布差別很大的情況來(lái)說(shuō)，當(dāng)應(yīng)用樁錨支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行支護(hù)時(shí)，應(yīng)注意對(duì)錨碇布置及樁頂位移進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。當(dāng)設(shè)計(jì)基坑工程時(shí)，應(yīng)以滿(mǎn)足支護(hù)系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)為前提。支護(hù)結(jié)構(gòu)的最大水平位移容許值為0.005h，h為基坑開(kāi)挖的深度，本工程h=l0500mm，最大水平位移控制為52.5mm，可將其限定在60m以?xún)?nèi)。最終得到工程實(shí)例的支護(hù)方案如圖4所示。

4 結(jié)論

城市地下綜合管廊工程的勘察技術(shù)與支護(hù)設(shè)計(jì)方法是保障工程安全性和保證穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。通過(guò)采用地球物理學(xué)方法、鉆探與原位測(cè)試以及數(shù)值模擬方法等勘察技術(shù)，可以獲取詳細(xì)的地質(zhì)信息和評(píng)估圍巖的穩(wěn)定性。同時(shí)，在初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和施工階段，合理地選擇支護(hù)形式、材料和施工工藝是保障支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性和保證耐久性的關(guān)鍵。未來(lái)隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，城市地下綜合管廊工程的勘察技術(shù)與支護(hù)設(shè)計(jì)方法將不斷得到優(yōu)化和完善。

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