城市地下综合管廊工程勘察技术与支护设计方法

于宏波，孙亮亮，张苗苗

（赤峰昊林工程勘察设计有限公司，内蒙古 赤峰）

1 工程概况

某城市的地下综合管廊工程，旨在集中管理城市的电力、通信、水、热力、燃气等多种公共设施，以优化城市运行，提高资源利用效率。规划建设的综合管廊，总长度约为9.4 km，形成两纵两横的网格结构。管廊宽度为14.5 m，高度为3.8 m，内部净高为3.0 m，其断面示意如图1 所示，设在道路绿化带下方。

图1 综合管廊断面

按照规划，地下综合管廊的管线种类包括电力线缆、通讯线缆、给排水管线、热力管线和天然气管线[1]。地下综合管廊为矩形四舱结构，管廊上边界至绿化带表面层的土层厚度为3 m，综合管廊为整体闭合式框架结构。

2 城市地下综合管廊工程勘察

综合管廊工程的勘察采用钻探方法，用钻机向地下钻孔，提取土样和岩芯样本，进而获得地质数据，进一步分析岩土类型及分布。

2.1 地质勘察参数

地下综合管廊工程勘察的主要参数包括钻探深度和钻孔间距。钻探深度主要取决于管廊设计的深度和地质条件的复杂性。间距应根据地质条件的变化性决定，地质条件复杂或变化较大的地方，应适当缩小钻探间距[2]。

综合管廊自身高度为3.8 m，考虑到该管廊上边界到绿化带表层的土层深度为3 m，管廊基础距离土壤表层的深度约为7 m，基坑开挖深度约为10 m。工程勘察的钻孔深度应至少20 m，对于软弱地层，钻孔深度可取为25 m，为基坑设计和施工提供详尽的地质资料。

依据《岩土工程勘察规范》，综合管廊工程的重要性等级为一级，建筑抗震设防类别为乙类，钻孔间距范围为15～25 m，根据项目经验，此次钻孔间距定为20 m。

2.2 地质勘察实施

勘察过程中使用DPP200-5F1 型钻机，钻进工艺为泥浆护壁回转，钻孔结束后提取土样，观测地下水位，然后进行回填夯实。勘察过程中，共钻孔627 个，钻探总进尺长度为9 758 m，共进行贯入试验1 347次，提取了668 件土样，其中包含扰动砂土样41 件。通过GPS 测量了627 个孔位的孔口高程和地下水位高度，为基坑施工提供详细的技术资料。勘察中获取的原状土样，将进行物性试验、固结试验和剪切试验，进一步分析地质数据。

2.3 勘察结果分析

钻探和取样结果显示，地质结构主要由黏土、砂土和花岗岩层组成，土层中混有砾石，地下水稳定水位埋深为3.0～5.8 m，地下水位高程约为10～11.5 m。地下没有大的岩石裂隙和孔洞，地质灾害的风险较小。在钻探深度范围内，根据勘察数据，地层从上往下的结构如表1 所示。

表1 地层结构

素填土较为松散，不宜作为基础持力层，粉质黏土、细砂工程性质一般。中粗砂、砂质黏性土、全风化混合花岗岩为中密和硬塑性，属于中低压缩性土层，工程性质较好。强风化混合花岗岩和中风化混合花岗岩为较硬岩层，岩体基本质量等级为Ⅳ级。工程性质较好，可直接作为持力层。各地质土层的承载力特征如表2 所示。

表2 地层承载力特征及岩土参数

由勘察数据可知，地下管廊场地较稳定，花岗岩层以上为富水地层，在基坑设计和施工时应着重防护变形。全风化和强风化混合花岗岩层的地质特性良好，可承载工程自身结构及上层负重的压力，可作为基础持力层。

3 地下综合管廊基坑工程

3.1 地下管廊基坑支护

地下管廊基坑支护体系采用SMW 工法桩，桩的深度为18 m，采用的H 型钢截面高度为700 mm,宽度为300 mm, 翼板厚度为24 mm, 腹板厚度为13 mm。基坑深度为10.0 m，基坑宽度为17 m，设置两道内支撑，内支撑横向间距为5 m，冠梁为C30 混凝土，截面为800 mm×400 mm，如图2 所示。

图2 基坑支护方案

对于两侧有建筑或者软弱地质结构区段，需要采用锚固支护体系进行加强，布置两道锚索，锚孔的直径为80 mm，锚间距为1.2 m，锚杆倾角为15°，锚固体采用PO42.5 水泥砂浆，第一道设置在冠梁处，冠梁截面为800 mm×400 mm，第二道设置在基坑深度为5 m 处。

3.2 地下管廊基坑监测

地下管廊工程的施工场地为富水地层，基坑施工应着重注意基坑变形，确保施工安全。为此，必须对基坑进行监测[3]，监测内容如表3 所示。

表3 基坑监测内容

基坑监测点布置如图3 所示，基坑顶部水平位移每组布置间距为40 m；支撑轴力监测点每组间距为40 m，地表沉降监测点距离基坑分别为2 m、5 m、10 m、15 m，每组监测点间距为40 m。

图3 监测点布置

3.2.1 位移分析

某桩段中点附近的监测点处的基坑顶部水平位移的部分监测数据如表4 所示。

由表4 中数据可知，随着施工推进，基坑挖掘的深度增加，基坑顶部水平位移呈现逐渐增大的趋势，挖掘至基坑底部时，水平位移最大，最大水平位移为8.47 mm，且小于预警值30 mm。出现在深度为10 m的位置。除了挖掘深度为2 m 的最大位移出现在5 m深度之处外，其他各个工况的位移均出现在深度为10 m 的位置，也即基坑的深度一半的位置。

3.2.2 内支撑轴力分析

地下管廊基坑施工过程中，内支撑承受两侧的土压力，某监测点的内支撑轴力曲线如图4 所示。

图4 内支撑轴力曲线

第一道内支撑的轴力较小，最大值为264.14 kN，在施工第11 天出现该最大值，当天进行了第二道内支撑的搭设，此后内支撑轴力缓慢减小，至施工24 天后，趋于稳定，内支撑轴力在125 kN 左右。随着基坑开挖深度增加，第二道内支撑的轴力比较大，从搭设完成至施工的22 天内增长较快，然后增长趋势变缓，最大值为1 042 kN，但处于安全范围内。

3.2.3 地表沉降

地表沉降D1-1～D1-4 的沉降监测数据，如表5所示。

表5 地表沉降监测数据/mm

由表5 中数据可知，随着基坑开挖，基坑两侧的地表沉降量不断增大。开挖初期沉降变化较快，施工后期，沉降变化率逐渐趋缓。距离基坑位置越近，同一时间的地表沉降监测值越大，距离基坑边缘为2 m 的监测点得到的最大地表沉降量为11.81 mm，整体可控，施工安全。

4 结论

结合某城市地下综合管廊工程，研究勘察技术和支护方法，得到以下结论：

（1） 采用钻探方法获取土样和岩芯样本，地下管廊施工场地较稳定，花岗岩层以上为富水地层，应着重防护变形。全风化和强风化混合花岗岩层的地质特性良好，可作为基础持力层。

（2） 地下管廊基坑支护体系采用SMW 工法桩，部分地段采用锚固支护体系进行加强。

（3） 基坑顶部最大水平位移为8.47 mm，内支撑轴力最大值为1 042 kN，最大地表沉降量为11.81 mm，均低于预警值，项目整体可控，施工安全。