孫東波

中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 廣東廣州 510380

摘要：隨著地鐵的進(jìn)一步發(fā)展，針對(duì)管線的解決措施會(huì)日趨完善。但是，受各地的地質(zhì)情況、施工工藝、管線規(guī)劃等諸多情況的影響，管線問題也將長(zhǎng)期影響地鐵事業(yè)的發(fā)展。文章針對(duì)地鐵隧道施工對(duì)臨近管線的處理方式進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；管線；變形；處理

1.管線功能失效分析

管線功能失效的形式是多樣的，并因其周圍土體受到施工擾動(dòng)而產(chǎn)生附加應(yīng)力和附加變形。同時(shí)，由于管線的剛度遠(yuǎn)大于土體的剛度，又必然會(huì)對(duì)周圍土體的移動(dòng)產(chǎn)生抵抗作用。在施工擾動(dòng)作用下，管線可能產(chǎn)生泄漏，甚至結(jié)構(gòu)上的破壞。賀長(zhǎng)俊從風(fēng)險(xiǎn)角度提出了管線功能失效的定義，使用概率的方式定義，通過作用在管線結(jié)構(gòu)上外荷載與其當(dāng)前承載能力的對(duì)比。當(dāng)管線功能失效時(shí)，結(jié)構(gòu)最不利位置處的荷載效應(yīng)不超過其當(dāng)前的承載力，引入Pf=P[R

荷載響應(yīng)、強(qiáng)度作用破壞示意圖

Clarke系統(tǒng)總結(jié)了管線的各種破壞類型及其原因，Attewell等提出了脆性灰鐵管的幾種功能失效的模式：①縱向彎矩引起橫向斷裂；②環(huán)向彎矩引起縱向劈裂；③熔斷、由長(zhǎng)期腐蝕引起孔洞或穿孔；④管線接頭處泄漏；⑤引入連接點(diǎn)處泄漏；⑥直接沖擊引起損傷。

上述破壞形式的出現(xiàn)與管線的材料、接頭類型、幾何尺寸等多種因素有關(guān)。在地鐵施工過程中，開挖引起周圍地層的差異沉降是導(dǎo)致管線功能喪失的主要原因，主要表現(xiàn)形式為縱向彎矩引起的橫向斷裂。對(duì)于非剛性連接的管線，地層差異沉降導(dǎo)致的管線接頭張開也是非常普遍的現(xiàn)象。施工過程中對(duì)管線產(chǎn)生影響，管線破壞后又反作用于工程，破壞程度愈演愈烈；二者的影響界定很難區(qū)分，例如給排水管線的自然老化造成管線功能失效，失效后對(duì)工程本體造成一定的影響，而隨著工程本體遇水后出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，又反作用于水管，造成更大的破壞。所以，在進(jìn)行管線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中，要考慮全面，各種因素做好統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)籌分析概率，做到萬無一失。

2.管線控制標(biāo)準(zhǔn)及處理方法

⑴管線受彎應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)

同樣條件下，不同材質(zhì)的管線對(duì)隧道施工引起的擾動(dòng)反應(yīng)不同。管線剛度越大，管線變形越小，管線對(duì)土體的約束作用越大。如鑄鐵管對(duì)隧道開挖引起的拉應(yīng)變比較敏感，一般壓應(yīng)變不起控制作用。總拉應(yīng)變主要由兩部分組成：與曲率相關(guān)的彎曲應(yīng)變和軸向應(yīng)變。受管線鑄造質(zhì)量等多種因素的影響，管線破裂時(shí)的拉應(yīng)變值變化很大，一般在4000～6000με。鑄鐵的缺陷會(huì)引起應(yīng)力集中，在管壁相對(duì)較薄地方的拉應(yīng)變可以降到2000με。另外，其他原因?qū)е碌貙右苿?dòng)而引起管線的應(yīng)力集中也會(huì)導(dǎo)致鑄鐵的功能失效，因此制定管線遷改方案時(shí)要重點(diǎn)考慮這些因素。

Attewell等提出了在直接拉應(yīng)力作用下總允許應(yīng)變的限制范圍。關(guān)于拉應(yīng)變?nèi)≈?，Herbert和Leach指出：對(duì)于直徑大于300mm的灰色鑄鐵管取200με，直徑小于300mm的灰色鑄鐵管取150με是合理的；在相對(duì)不利情況下，可將上述取值分別降低為150和100με。劉建航、侯學(xué)淵用彈性地基梁法計(jì)算了施工引起的管道地基沉陷以及管道的彎曲應(yīng)力，將管道變形的曲率半徑作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。

EI（d4S/dx4）+KSd=KSpd

式中：S為地層沉降量；Sp為管線沉降量；EI為管線彎曲剛度；K為地基基床系數(shù)；d為管線直徑。

⑵管線沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

國外此方面的研究中O′RourkeTrautman提出了一種管線損害評(píng)估的經(jīng)驗(yàn)方法，主要參考指標(biāo)是管線可能受損處的地層移動(dòng)坡角Smax/i，它與可能的管線破壞的關(guān)系是高斯沉降分布的函數(shù)。

國內(nèi)目前在工程實(shí)踐中采用的標(biāo)準(zhǔn)如下：

①參考廣州地鐵相關(guān)技術(shù)規(guī)定，管線兩接頭之間的局部?jī)A斜不得超過8/1000；②參考北京、重慶地鐵施工總結(jié)的的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，地表最大斜率為2.55mm/m。

⑶管接縫張開控制標(biāo)準(zhǔn)

Attewell等人給出了鑄鐵管在地層移動(dòng)作用下接頭轉(zhuǎn)角與脫開的允許值。在沒有足夠資料條件下，管線接頭轉(zhuǎn)角θ可以采用保守的估計(jì)，并取最大估計(jì)值。當(dāng)管線與隧道橫交時(shí)，將計(jì)算的估計(jì)值與控制標(biāo)準(zhǔn)比較，可以做出管線的安全性評(píng)價(jià)。魏新江、魏剛等提出接縫允許張開值[△]，即直徑為D、管節(jié)長(zhǎng)度為b的管節(jié)在管線沉降曲線曲率最大處（1/R）接縫張開值需滿足Db/R<[△]。

3.管線處理過程中的難點(diǎn)與措施建議

3.1管線處理過程中的難點(diǎn)

⑴管線調(diào)查工作困難

地鐵線所涉及到的管線種類繁多，數(shù)量龐大。各類管線雖然有管路規(guī)劃，但是，在施工過程中，小的細(xì)節(jié)變動(dòng)在所難免，高差、平面位置時(shí)有變動(dòng)，這就給后期管線調(diào)查帶來了諸多不定因素。另外因產(chǎn)權(quán)所屬關(guān)系不同，同一區(qū)域存在多個(gè)產(chǎn)權(quán)單位，各類管線疊加，調(diào)查難度增大。

⑵管線狀態(tài)難以準(zhǔn)確判斷既有管線承載能力與狀態(tài)難以確定。管線深埋于地下，長(zhǎng)期受土壤及地下水腐蝕、地面不均勻沉降以及內(nèi)部的壓力等因素，容易出現(xiàn)管路老化、接頭松動(dòng)等現(xiàn)象。另一方面，由于具體工程的施工方法、鄰近的管線類型和周圍土體等因素差別較大，給控制標(biāo)準(zhǔn)的制定帶來了很大困難。

3.2 措施建議

地鐵施工對(duì)管線的不利影響，主要表現(xiàn)為管道無法抵抗土層傳來的變形影響。這就要求準(zhǔn)確評(píng)價(jià)應(yīng)力的大小及管材的極限應(yīng)變能力。準(zhǔn)確判斷的情況下，為防止管道的破壞，常用的保護(hù)措施有以下幾種：

⑴臨時(shí)廢棄

施工期間管線功能喪失后無重大損失或者影響的，例如部分路燈電力線，排水管等管線，施工結(jié)束后加以恢復(fù)。

⑵卸載保護(hù)

施工期間，卸載管體周圍、尤其是其上部荷載，減小土體變形，從而達(dá)到保護(hù)管材的目的。

⑶地基加固法

施工前對(duì)管線周邊土體進(jìn)行預(yù)注漿加固，使管線和土體成為一個(gè)整體，減少不均勻沉降、位移造成的管線破壞。施工過程中通過同步注漿、施工結(jié)束后進(jìn)行二次注漿，對(duì)土體內(nèi)的建筑空隙進(jìn)行填補(bǔ)，使土體密實(shí)，減小不均勻沉降。

⑷隔離法

顧名思義，即土體和管線隔離開來，施工過程中土體受到的應(yīng)力形變無法傳遞至管線，從而達(dá)到保護(hù)管線的目的。一般通過隔離樁、隔離板以及深層攪拌樁等形式進(jìn)行隔離。

以上幾點(diǎn)方法均不能處理，或者以上幾點(diǎn)措施對(duì)施工影響較大，造價(jià)過高時(shí)，一般采用遷改方式。遷改措施應(yīng)注意遷改后的使用功能、遷改的位置、帶壓管的排布等問題。

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