楊 逾 ，周小科

（遼寧工程技術大學 土 木與交通學院，遼寧 阜 新 1 23000）

0 引言

城市管線作為城市正常運行的命脈，遍布城市各處，工程建設管線問題往往不可避免，突發(fā)的管線破裂泄漏會導致工程周圍地質環(huán)境的改變，從而影響基礎結構的力學特性，對局部或整體工程安全構成威脅［1-3］。

哈爾濱地鐵處于市內繁華地帶，由于哈爾濱市地處我國東北，屬于凍土地區(qū)，地下工程眾多，地下管線分布錯綜復雜，冬夏溫差較大，導致地質條件不穩(wěn)定性較其他地區(qū)復雜，同時加上施工的擾動，管線時常發(fā)生破裂泄漏，這嚴重影響了地鐵隧道的建設，因此，研究管線開裂造成泄露對地鐵隧道的影響具有重要的意義［4］。

1 工程概況

1.1 工程概況

哈爾濱市地鐵一期土建工程七標段起于鐵路局站，沿西大直街穿過紅軍街進入博物館站，再沿東大直街先后進入龍江街站及煙廠站，繼續(xù)沿東大直街轉入一曼街進入工程大學站，共計三站：博物館站、龍江街站、煙廠站；四區(qū)間：鐵路局站—博物館站、博物館站—龍江街站、龍江街站—煙廠站、煙廠站—工程大學站。標段起訖里程為：SK9+973.33～SK13+523.936，全長 3550.606m。

1.2 工程地質

鐵路局站—博物館站區(qū)間里程SK9+973.330～SK10+818.407，區(qū)間全長 845.077m，全部為既有7381隧道利用段。該區(qū)間位于西大直街路下，場地地形略有起伏，地面高程在135.34～138.59m，場地地貌單元屬崗阜狀平原。

隧道主要穿過粉質④1 t2、④1、④2粘土層，④2t2、④2t2粉砂層，④2 t粉土層等。圍巖級別均為Ⅵ級，土石可挖等級均為Ⅱ級。結構頂板附近均為粉質粘土層，側墻附近均粉砂層、粉質粘土層等。

地下水位于結構底板附近，水位低于結構底板，施工時應注意地下水的防治工作［5-7］。同時局部地段上部土層由于管線泄露存在上層滯水，會對區(qū)間隧道造成災害。場地水對混凝土無腐蝕性，對鋼結構有弱腐蝕性，對混凝土結構中鋼筋無腐蝕性。

單邊擴挖法（CD工法）施工，先破除側墻混凝土并及時施作初期支護，后破除仰拱及填充混凝土并及時施作初期支護，初期支護與7381隧道結構間應及時封閉成環(huán)，確保安全。

2 地表沉降監(jiān)測結果分析

2.1 確定滲流源

在對隧道地表監(jiān)測的過程中，除了在道路邊緣沿線進行布點外，還需在十字路口或轉盤等重要位置重點監(jiān)測［8］。在對哈爾濱地鐵七標段鐵路局站—博物館站區(qū)間地表沉降的監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)西大直街與海關街的交叉口處有兩點（D3、D6）沉降速率突然加大。認真分析，重復測量后確定，此兩點沉降速率達到1.0mm/h和1.5mm/h。在查閱相關工程資料后，初步判斷為管線泄露造成，并隨即加密布點。如圖1所示，圖中 D10、D11、D12、D13為加密監(jiān)測點，其余各點為常規(guī)監(jiān)測的部分點。其中 D4、D5里程為 SK10+507.325，與隧道拱頂沉降和隧道凈空收斂監(jiān)測點基本處于同一豎直斷面上，D4與 D5、D3間隔為3m，D10與其周圍四點均相距1.5m。

圖1 地表沉降監(jiān)測點布置示意圖Fig.1 The surface subsidence monitoring point arrangement plan

加密布點完成取得初始值，監(jiān)測頻率為1次/h，8h后改為1次/2h，在93h內地表累計沉降如圖2所示，圖中為了描述清晰采用間隔4h的曲線圖。

圖2 地表沉降變化曲線Fig.2 The ground surface settlement curve

從圖中可以看出累計沉降最大的為D10，其次為D12點，可確定滲漏點在D10附近靠近D12的位置。準確位置確定后，精確開挖，發(fā)現(xiàn)為地下輸水管線開裂造成水的涌出。

2.2 滲流對地表的影響

從圖2可以得出，D10在 50h后，超過警戒值24mm，隨后 D12、D3也超過警戒值，D3、D10、D12在75h后超過允許沉降值30mm，緊接著 D13、D6也超過警戒值，并且D11也逼近允許沉降值，且沉降速率加快。從圖2中可知，滲流方向大致為D10附近流向D13。經分析，非飽和砂土在水的作用下強度降低，并隨后趨于穩(wěn)定，并在周圍土體穩(wěn)定性改變時發(fā)生二次應力重分布，導致沉降速率再次加快，圖中20～40h有一段平緩期，隨后又繼續(xù)快速沉降，在80h后又趨于穩(wěn)定。

日常監(jiān)測這些監(jiān)測點沉降量均小于1cm，此次滲漏引起的沉降已經遠遠超出了隧道施工引起的地表沉降，通過及時監(jiān)測可快速確定相應措施。

3 滲流對隧道拱頂沉降的影響分析

3.1 隧道開挖及支護

鐵博區(qū)間隧道位于西大直街道路下，采用單邊擴挖法（CD工法）施工，先破除側墻混凝土并及時施作初期支護（圖3、圖4），后破除仰拱及填充混凝土并及時施作初期支護，初期支護與7381隧道結構間及時封閉成環(huán)，確保安全。

3.2 隧道拱頂沉降

西大直街與海關街交叉處隧道實際埋深16.5m，監(jiān)測布點間距為10～15m，其中位于海關街下的拱頂監(jiān)測點為 G33（里程為 SK10+493.081）、G34（里程為SK10+507.453）和 D35（里程為 SK10+522.617）。地下輸水管線破裂時，隧道已經完成隧道邊墻的破除，并且及時完成初期支護（圖4）。水平凈空收斂點處于拱腰位置。

圖3 隧道邊墻破除監(jiān)測示意圖Fig.3 Tunnel wall broken monitoring arrangement plan

圖4 施作邊墻支護完成監(jiān)測示意圖Fig.4 Sidewall supporting completed monitoring arrangement plan

圖5 泄露發(fā)生后隧道拱頂各點累計沉降值Fig.5 Total settlement values of tunnel vault point after the leakage

通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)地表沉降加快前，隧道拱頂沉降變化幾乎為零［9］，說明沉降基本穩(wěn)定，發(fā)現(xiàn)地表沉降加快后及時加大監(jiān)測頻率加密監(jiān)測點（新增點 G33-1、G33-2、G34-1、G34-2），并在管線修復后繼續(xù)進行監(jiān)測，各點累計變化值如圖5所示。為避免重疊，選取其中G33、G34、G35三點進行描述，其曲線變化趨勢如圖6所示。從圖中可以看出，從滲漏發(fā)生四天內最大累計沉降達到0.35cm。

圖6 泄露發(fā)生后隧道拱頂沉降變化圖Fig.6 Tunnel vault settlement change chart after the leakage

4 滲流對隧道凈空收斂的影響

隧道凈空收斂監(jiān)測點與拱頂監(jiān)測點處于同一橫截面，布置圖如圖3、圖4所示。同樣加密布點。在凈空變位采用相對水平收斂值，每次進行收斂量測時都參考測量環(huán)境溫度的影響。修正溫度的參考計算公式為：ΔLc=K×ΔT×L。在 TB33、TB35這個區(qū)間內，位于中間的TB34水平凈空收斂值變化最大，累計變化達到0.70cm，如圖7、圖8所示。

圖7 泄露發(fā)生后隧道凈空收斂累計值Fig.7 Tunnel head room convergence accumulative total value after the leakage

通過對比圖6和圖8可知，水平凈空收斂開始快速變化要晚于隧道拱頂?shù)淖兓?，具有一定量的滯后性，這里可以看出滯后約12h，當管線修復后，水流停止，拱頂先與隧道拱腰趨于穩(wěn)定，此時隧道拱腰穩(wěn)定滯后約16h。滯后時間長短與地質條件和水流量大小有關。

圖8 泄露發(fā)生后隧道凈空收斂變化圖Fig.8 Tunnel headroom convergence change chart after the leakage

5 結論

（1）加密布點監(jiān)測可以快速有效精確找出城市道路下地鐵隧道地表突發(fā)沉降的具體位置，減小路面大面積開挖帶來的影響。

（2）地鐵隧道開挖過程中，隧道地表沉降不一定小于拱頂沉降，具體關系應根據(jù)具體情況而定。

（3）隧道CD法施工中，雖然有鋼支撐存在，如不及時找出源頭，仍會造成拱頂沉降和水平凈空的顯著變化，直至對結構造成損害。在拱頂沉降發(fā)生變化的72h內，隧道拱頂最大沉降達到0.35cm，隧道水平凈空收斂達到0.70cm以上。

（4）泄露發(fā)生后，拱頂沉降先發(fā)生異常變化，隧道水平凈空收斂在約12～24h后才發(fā)生顯著變化。當泄露消失后，隧道拱頂先趨于穩(wěn)定，拱腰在約16～28h后趨于穩(wěn)定。這與流量、流速和地質條件等因素有關。

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