苗 露

科技創(chuàng)新

電力隧道下穿南水北調(diào)配套工程的安全影響評價

苗 露

以石家莊西嶺供熱2#泵站供電工程新建電力隧道下穿石津小運河工程為例，提出工程安全評價的思路與方法，為類似工程建設(shè)提供參考。

配套工程；電力隧道；施工方案

隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，供電工程下穿南水北調(diào)配套工程持續(xù)增多。下穿供電工程布局合理，南水北調(diào)配套工程結(jié)構(gòu)安全，下穿施工方案可行，監(jiān)測評價準(zhǔn)確到位，對工程建設(shè)至關(guān)重要。在設(shè)計中對此進行安全評估，是配套工程運行安全、工程安全和水質(zhì)安全的有力保障?，F(xiàn)以石家莊西嶺供熱2#泵站供電工程新建電力隧道下穿石津小運河工程為例，探討電力隧道下穿南水北調(diào)配套工程安全評價要點，為日后工程運行提供技術(shù)支持，為類似工程建設(shè)提供借鑒參考。

1.工程概況

石家莊西嶺供熱2#泵站供電工程電力隧道采用泥水平衡式頂管下穿石津小運河，與石津小運河水平交角為90°。電力隧道管材為預(yù)制鋼筋混凝土專用Ⅲ級管，管內(nèi)徑為2.20m，管壁厚0.22m，管外徑2.64m，長136m。石津小運河左岸新修始發(fā)井1座，始發(fā)井尺寸為6m×9m，距渠坡外邊31.61m（距石津小運河中心線46.67m）；石津小運河右岸新修接收井1座，接收井尺寸為5.5m×4.5m，距渠坡外邊74.73m（距石津小運河中心線89.32m）。下穿位置石津小運河渠底標(biāo)高76.9m，電力隧道外頂標(biāo)高64m，與石津小運河渠底最小凈距12.9m。

2.配套工程設(shè)計

石津小運河為石家莊市引水入市改善環(huán)境北線工程的一部分，作為向石家莊電廠供水和石津灌區(qū)灌溉高峰期使用的輸水渠道，下穿段石津小運河斷面設(shè)計如下。

渠道采用復(fù)式斷面，小槽為梯形斷面，底寬8m，邊坡1∶2。采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌，子槽渠底襯砌厚度為0.08m，其余部分為0.1m。主槽近似為矩形斷面，兩岸設(shè)漿砌石擋土墻。主槽設(shè)計蓄水深1m，平臺高程78.23m，設(shè)計縱坡為零。擋土墻高程為設(shè)計蓄水位以上加0.5m超高，擋土墻頂寬0.4m，底寬1m，臨渠測邊坡為1：0.4，外側(cè)設(shè)預(yù)制混凝土塊封頂。

3.安全影響評價

3.1 工程布置合理性分析

3.1.1下穿工程方式的合理性

考慮下穿石津小運河有水的影響等不穩(wěn)定因素，結(jié)合石津小運河工程具體情況、地形、地質(zhì)條件等，擬建電力隧道進行礦山法暗挖隧道和頂管方式施工的方案比選。經(jīng)分析比較，遵循對石津小運河影響最小的原則，認(rèn)為頂管法施工方案下穿石津小運河施工較為合理。

3.1.2長度的合理性

下穿配套工程明渠段時，進出口及檢修井應(yīng)布置在渠道兩側(cè)永久征地線以外不小于5m，且距渠道上口線不宜小于15m。石津小運河永久征地范圍為中心線兩側(cè)各40m。工程在石津小運河左岸新修9m×6m的始發(fā)井，距渠坡外邊31.61m，距石津小運河中心線46.67m；右岸新修5.5m×4.5m的接收井，距渠坡外邊74.73m，距石津小運河中心線89.32m，滿足要求。

3.1.3交角的合理性

西嶺供熱2#泵站供電工程下穿電力隧道下穿位置位于石津小運河設(shè)計樁號0+780處，與石津小運河交角為90°，滿足“其交角不宜小于70°”的要求。

3.1.4埋深的合理性

擬建電力隧道采用頂管下穿石津小運河，電力隧道外頂標(biāo)高64m，管外徑2.66m，下穿位置石津小運河渠底最低設(shè)計標(biāo)高76.9m，渠底距管頂最小凈距為12.90m，管道埋深大于下穿管道（或隧道）最大外徑（2.66m）的2倍5.32m，且不小于5m。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性分析

評定石津小運河安全影響，選取電力隧道下穿石津小運河段，模擬電力隧道的頂進過程，建立三維模型進行分析計算。根據(jù)實際工程在有限元軟件ANSYS中建立模型，導(dǎo)入FLAC3D 6.0進行計算，建立三維數(shù)值模擬模型，對電力隧道施工的豎向和水平位移分析計算。

3.2.1電力隧道工程對配套工程的影響

管道頂進過程中會導(dǎo)致渠道和石清路產(chǎn)生沉降，經(jīng)計算，地表土體沉降較大，約為5.4mm位于電力隧道正上方。水渠坡中最大沉降值為3mm，渠底中部沉降值為2.6mm，石清路最大沉降為4.6mm，最大值均位于電力隧道正上方。通過對比分析，石家莊市城市軌道交通2號線一期工程北站外電源隧道下穿石津小運河工程最大沉降值為5.99mm，考慮本工程施工工藝及頂管埋深與上述工程相似，因此工程計算結(jié)果基本合理，且沉降值滿足“渠道地面（含渠底）或配套管道管頂?shù)挠嬎慵皩崪y累計沉降量均不應(yīng)超過10mm”的要求。

3.2.2始發(fā)井、接收井工程對石津小運河的影響

在豎井開挖過程中，周圍土體會不同程度的發(fā)生沉降和向豎井方向的水平位移，渠道會因為豎井開挖地層應(yīng)力釋放發(fā)生微隆起現(xiàn)象，后期固結(jié)沉降會消除，模擬結(jié)果反映：一是渠道底部隨著電力隧道開挖發(fā)生隆起現(xiàn)象，主要是由于豎井開挖后，渠道下方土體發(fā)生地應(yīng)力釋放，豎井開挖深度增加，地應(yīng)力釋放逐漸趨于穩(wěn)定，隨著后期土體穩(wěn)定，隆起值會降低，對結(jié)果影響不大。二是渠邊中點隨著開挖應(yīng)力釋放先發(fā)生隆起，達(dá)到最大隆起值約為0.6mm，此處應(yīng)力釋放先于渠道底部，后期發(fā)生沉降，最終隆起值約為0.1mm，幾乎沒有影響。

3.3 施工方案可行性分析

施工方案的可行性分析主要包括：施工場地布置，施工工藝，施工臨時設(shè)施對石津小運河輸水的影響，施工期環(huán)境保護，施工期安全監(jiān)測和施工應(yīng)急預(yù)案等方面，主要方面如下所述。施工場地和施工臨時設(shè)施布置在河道管理范圍以外;施工工藝通過方案比選，確定頂管下穿方案;施工期的泥漿對環(huán)境和配套工程水質(zhì)影響較大，工程對泥漿外溢采取了有效措施，并對泥漿進行可靠處理;施工期監(jiān)測的范圍包括以下兩大部分,地面以上監(jiān)測地面沉降和地面建筑物的沉降、位移和損壞。地面以下監(jiān)測在頂管擾動范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物、各種地下管線的沉降、水平位移及漏水、漏氣。

3.4 安全監(jiān)測評價分析

3.4.1監(jiān)測項目、監(jiān)測方法、測點布置及監(jiān)測設(shè)備的合理性

施工期安全監(jiān)測項目包括：支護樁（墻）、邊坡頂部豎向位移、支護樁（墻）、邊坡頂部水平位移、地表沉降、豎井井壁支護結(jié)構(gòu)凈空收斂、管節(jié)豎向位移、管節(jié)水平位移。采用的監(jiān)測設(shè)備有：水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀、收斂計等。監(jiān)測點布置能夠滿足“順?biāo)鞣较虺两底冃伪O(jiān)測點宜在左、右岸的堤頂、迎水面、堤外坡腳以外各布設(shè)3排、共6排沉降變形監(jiān)測點，每排布設(shè)范圍應(yīng)涵蓋下穿結(jié)構(gòu)外輪廓及兩側(cè)1.5倍管底埋深的區(qū)域；沿下穿工程軸線布設(shè)的沉降變形監(jiān)測點宜涵蓋下穿工程進口到出口的區(qū)域”的要求。

3.4.2安全監(jiān)測值控制標(biāo)準(zhǔn)的合理性

項目監(jiān)測按“分區(qū)、分級、分階段”的原則制定監(jiān)控量測控制標(biāo)準(zhǔn)，按黃色、橙色和紅色3級預(yù)警進行反饋和控制。渠道地面累計沉降安全監(jiān)測值的控制值最大為7mm，不超過10mm，滿足要求。

3.4.3監(jiān)測頻次的合理性

在無數(shù)據(jù)異常和事故征兆的情況下，施工期監(jiān)測頻次宜為1d/次，運行期前3個月、后9個月的監(jiān)測頻次宜為2次/月、1次/月。

對于豎井井壁支護結(jié)構(gòu)凈空收斂監(jiān)測頻率，在豎井開挖及井壁支護結(jié)構(gòu)施工期間應(yīng)1次/d；豎井井壁支護結(jié)構(gòu)整體完成7d后宜1次/2d；30d后宜1次/7d；經(jīng)數(shù)據(jù)分析確認(rèn)井壁凈空收斂達(dá)到穩(wěn)定后可1次/(15d～30d)。

4.結(jié)語

對電力隧道下穿南水北調(diào)配套工程安全影響評價要點進行探討，以石家莊西嶺供熱2#泵站供電工程新建電力隧道下穿石津小運河工程安全影響評價報告為例，結(jié)合專家評審意見發(fā)現(xiàn)，頂管穿越工程施工過程中引起的地面沉降，對南水北調(diào)配套工程安全有重要影響。目前，針對沉降變形計算的方法有應(yīng)力面積法、Peck理論法和三維數(shù)值模擬法，對沉降值進行復(fù)核計算時，除采用以上方法計算外，還應(yīng)類比類似工程施工方案，進一步分析計算成果的合理性，同時應(yīng)做好施工期及運營初期安全監(jiān)測評價。采用合理的方法對沉降值進行復(fù)核，將成為今后電力隧道下穿南水北調(diào)配套工程安全評價的重要工作內(nèi)容。

2022-04-15

苗 露，女，漢族，寧夏水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司河北分公司，工程師。