摘要：以成都地铁7号线神仙树西站主体结构施工过程中，对220kv、110KV地下混凝土管廊两种整体悬吊保护为例，论证了悬吊保护方案工程可行性。实践证明超高压电力管廊采用整体悬吊保护施工技术方案不但能确保地铁施工安全，而且能保证超高压电力管廊结构安全，有效降低施工保护成本，为地铁工程类似超高压地下电力管廊悬吊保护提供了经验。
关键词：地铁；超高压；电力管廊；整体悬吊保护；施工技术
1工程概况
成都地铁7号线神仙树西站，位于科园大道、武阳大道三段上，车站主体结构在41~43轴及车站60~61轴位置共有三组南北横跨车站的超高压电力管廊。
41～43轴220KV、110KV电力管廊上跨车站主体结构顶板，埋深0.4～1.9m较浅。其中，220KV为电力箱涵和110KV电力排管底标高相同。原设计车站主体结构基坑开挖施工前，将该电力箱涵和电力排管（以下统称电力管廊）破除后悬吊保护电缆，但该电力管廊是成都市武侯区及其他成南部分地区生活及工业用电的主供电线路，内架设220kv高压线6道及110kv高压线6道，经产权单位现场核实电力管廊内线路有接头破除悬吊保护风险大，破除后恢复困难且经济代价巨大。为确保车站主体结构顺利施工，缩短工期，降低工程建设成本，经多方研讨决定对既有电力管廊采用原位整体悬吊保护，待车站主体结构施工完毕后修建砼支墩进行体系转换的施工方法。管廊平面布置和断面图详见图1.1所示。
图1.1 41～43轴电力管线平面布置图和断面图
图1.2 60～61轴电力管线平面布置图和断面图
60~61轴220KV电力管廊由单节2m、外径2.4m、壁厚0.2m的混凝土顶管圆管涵构成，距地面埋深9m，管涵内架设9道220kv高压线和9道110kv高压线，该处电力顶管涵上跨车站结构顶板，车站主体结构设计为单层结构。原保护方案为车站基坑开挖前，在电力顶管涵两侧灌注临时立柱与管底浇筑钢筋板整体支撑电力管涵。考虑该电力顶管涵埋深较深且无法准确定位管涵边界线，临时立柱支撑保护实施困难，临时立柱施工若破坏电力管涵安全风险和后果影响极大。同时，临时立柱对车站主体结构防水不利，工期较长对施工影响较大，若施工过程中产生较大变形或沉降而危及电缆安全，经济代价将不可估量，故原设计电力管涵保护施工方案难以实现。为确保顺利施工，缩短工期，降低施工期间安全风险，保证电力管涵安全，经产权、设计单位等共同会审采取既有电力管涵原位整体悬吊保护，待车站主体结构施工完毕后修建砼支墩进行体系转换的施工方法。管廊平面布置和断面图详见图1.2所示：
2 高压电力管廊原位整体悬吊保护施工技术
2.1 41-43轴贝雷架原位整体下承式悬吊保护电力管廊施工方法
利用车站主体基坑两侧围护桩冠梁做贝雷架基础。贝雷架基础通过电力管廊两侧车站基坑围护桩支撑传力，电力管廊处冠梁与贝雷架基础冠梁连为整体施工，电力管廊冠梁下围护结构采用逆做挡墙施工围护，如图2.1所示。
图2.1 41～43轴电力管线保护横断面
电力管廊悬吊保护施工前，将电力管廊砼箱涵两侧不规则结构部分进行适当凿除，便于贝雷梁架设。由于现场实测电力箱涵和电力排管底面标高相差10cm，为保证电力管廊一次整体悬吊保护到位，贝雷梁架冠梁钢筋混凝土基础顶标高适当调整，确保横梁I22工字钢底与管廊底能够采用方木及三角木楔对顶垫实受力。
贝雷架冠梁钢筋混凝土基础施工完毕后，采用人工间隔掏槽后，将拼装好的双层三排单层加强贝雷片拼装后吊装至设计位置，贝雷梁底通过2cm厚钢板与冠梁采用直径22mm的80cm长螺纹钢锚杆锚固于冠梁60cm深。因悬吊保护电力管廊及电缆自重达148t，考虑贝雷梁自重43 t，产权单位要求电力排管竖向挠度变形小于5cm，防止排管内电缆接头断裂及砼箱涵电力管廊防水不得开裂的要求，将贝雷梁顶设置横向通长工字钢通过U型螺栓将两侧贝雷梁连接为整体，形成超静定结构受力，满足产权单位要求。悬吊保护完成后，将高压电缆线综合接地线临时连通防雷，电力管廊顶设置观测竖向位移标高观测点，基坑开挖过程中按频率监测保证电力管廊竖向挠度变形安全可控。
2.2 60-61轴多层贝雷架原位整体悬吊电力管廊的施工方法
利用车站主体基坑两侧冠梁做贝雷架基础。贝雷架基础下通过电力管涵两侧车站基坑围护桩支撑传力，电力管涵处冠梁与贝雷架基础冠梁连为整体一次施工，电力管涵顶至冠梁下围护结构采用逆做挡墙施工围护，如图2.2-1所示。
电力管涵悬吊保护施工前，根据施工方案，将电力砼圆管涵两侧贝雷架安装处冠梁挡墙位置进行适当调整，便于贝雷梁架设净空要求。现场基坑逐层开挖，贝雷梁从冠梁顶向下逐层拼装至电力圆管涵底，平均间距0.5m人工管底间隔掏槽后下穿I22工字钢的施工顺序予以保护。每片贝雷片3m范围内均匀设置4根I22底工字钢横梁承重受力，因电力圆管涵与I22底工字钢接触面积有限，存在左右滑动的安全风险，故在管道底两侧采用三角木楔对顶，三角木楔外侧工字钢顶加焊限位的固定结构措施限位。
贝雷架冠梁钢筋混凝土基础施工完毕后，将拼装好的三排单层（两端为五排单层）贝雷梁拼装后吊装至设计位置，贝雷梁底通过2cm厚钢板与冠梁采用直径22mm的80cm长螺纹钢锚杆锚固于冠梁60cm深。电力管涵及电缆自重达124t，考虑贝雷梁自重46 t，产权单位要求电力排管竖向挠度变形小于5cm并防止圆管涵接头连接处断裂而影响防水的要求，将贝雷梁顶每隔5m间距设置一道横向通长工字钢通过U型螺栓将两侧贝雷梁连接为整体，形成超静定结构受力，贝雷梁及竖向弦杆螺栓经受力检算满足产权单位要求。悬吊保护期间，电力管涵顶设置观测竖向位移标高观测点，基坑开挖过程中按频率对电力管廊竖向挠度变形进行安全监测。
2.3贝雷梁及工字钢安全受力验算
（1）贝雷梁桁架受力计算
60~61轴位置管线及其外包混凝土管总重56KN/m，使用SAP2000进行建模计算，整个桁架结构自重由软件计算时自动计入。60~61轴电力管线保护桁架纵向由7榀标准贝雷片和两片非标准贝雷片组成，由于管线埋深较大，主纵梁下部由7榀桁架承受拉力传递管线重力，加载过程后弯矩内力图如下：
其中最大位置弯矩详值：
弯矩图
从图上可知，本桁架结构基本只承受轴力，最大弯矩值均41KN.m，由5片贝雷片分担，单片8KN.m，承载力满足要求。
轴力图
轴力图
从图上可知，竖向杆件最大轴力340 KN，横向杆件最大轴力1015KN.m，斜杆最大轴力610KN。根据现在布置，最大竖杆及斜杆受力由5片贝雷片分担，最大横杆由3片贝雷片分担，承载力满足要求。
变形图（最大变形43mm）
由上面可知跨中最大位移43mm<50mm满足要求，50mm为业主要求控制值。结论：经过计算桁架承载力满足要求，变形也满足要求。
（2）悬吊工字钢检算
I22a工字钢查表，Wx=309.6 cm3，ix=8.99cm，iy=2.32cm，Ix/Sx=18.9 cm，b=0.75cn
采用I22工字钢，吊点横向间距为2.675m，跨中按集中荷载考虑，1.2恒载计
最大弯矩：Mmax=FL/4*1.2=56000*0.5*2.675/4*1.2=22.47 KN.m
最大剪力：Q=F/2*1.2=18.725/2*1.2=11.2 KN
σ=Mmax/ Wx=22.47/309.6=72.5 MPa<[σ]=170 MPa
τ=QS/（Ib）=11.2*10/（18.9*0.75）=7.9 MPa <[τ]=110 MPa
（3）桁架竖向螺杆连接验算
贝雷梁层间由竖向弦杆螺栓连接，本贝雷梁桁架承担的竖向荷载＝21×56=1176KN。
故每一单片贝雷片承担的竖向力为：1176/14=84KN.
每一片桁架通过2个弦杆螺栓与下一片进行竖向连接，每个弦杆螺栓承载力为80KN，能承担160KN>84KN，满足受力要求。
3施工监控量测
施工过程中由技术人员对电力管廊扰度变形，1次/d频率进行监控量测，随时掌握反馈监测信息。若发生贝雷架变形速率超限或监控量测数据突变，迅速报告主管领导，由项目总工程师组织相关技术人员进行分析，制定应对措施。
4 结语
横跨地铁基坑的超高压电力管廊，通过采用不同组合的贝雷梁桁架，可有效悬吊保护电力管廊的安全，特别是在管径大的电力管廊破除恢复安全风险高、费用大时，更能突显贝雷梁桁架整体悬吊保护电力管廊施工工艺优点，此方法具有安全施工，成本节约，质量可控等优点。
参考文献：
[1]国家标准 钢结构设计规范GB50017-2014[M].中国建筑工业出版社2014
[2]国家标准 地下铁道工程施工及验收规范GB50229-1999（2003版）[M].中国建筑工业出版社2003
[3]中铁五局成都工程公司《神仙树西站超高压电力保护施工方案》
论文作者:陈平
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：电力论文; 桁架论文; 基坑论文; 结构论文; 车站论文; 工字钢论文; 主体论文; 《基层建设》2018年第4期论文;