西四环暗涵工程交叉管线调查及安全保护技术

　　摘  要  西四环暗涵工程位于城市快速路下，管线种类和数量繁多，对其进行保护是暗涵设计及施工过程中一项重要的工作，主要包括管线调查，沉降变形监测，合理的施工技术措施以及对开挖出管线的保护和处理措施。其中，管线调查是基础，洞内施工措施是根本，监控量测是保证和补充

　　关键词  西四环暗涵  浅埋暗挖  管线保护

　　Abstract: the project is located west fourth ring road buried culvert of urban expressway, the pipeline type and quantity is various, the protection is culvert design and construction process of an important work, mainly including line survey, settlement and deformation monitoring, reasonable construction technical measures for excavation of the pipeline and the protection and treatment measures. Among them, the pipeline survey is the foundation, the construction measures hole is the root, the monitoring measurement is the guarantee and added

　　Key words： west fourth ring road buried culvert shallow depth excavation pipeline protection

　　1  引言

　　西四环暗涵工程作为一项采用浅埋暗挖法施工的城市地下输水工程，其施工中对邻近管线的影响不可避免，如何减小施工过程对管线安全的影响是工程中的重点和难点。地下空间开挖会使周围的地层和地面产生变形，特别是在地层条件比较差的环境中施工，变形问题更加突出，严重者会影响到管线的正常使用。因此，解决西四环暗涵工程施工中，对于地下管线的安全保护问题一直是作为设计工作中的一个重点。

　　对邻近管线进行保护是一项系统的工作，包括管线调查、管线受施工影响预测分析、管线沉降变形监测及合理的施工技术措施的运用等多方面的内容。这些内容之间环环相扣，每一项具体工作的开展情况，是否落实到位，都直接影响到最终控制效果的成败。在这些工作中，管线调查及其影响预测分析是基础，洞内控制是根本，监控量测和地面措施是保证和补充。

　　2  工程概况

　　西四环暗涵工程是南水北调工程北京市内的重要组成部分，上接卢沟桥暗渠，下接团城湖明渠，为总干渠的最后控制性工程，全长12.64km。暗涵进口位于丰台区大井村西京石高速路永定路立交桥西南角，穿越永定路及京石高速路后沿高速路北侧向东北约1.4km由岳各庄桥进入四环路下，沿四环路向北约11km在四海桥处离开四环路北行约500m与团城湖明渠相接。

　　西四环暗涵主体结构为2×4m圆涵，一衬为30cm厚的格栅钢架喷C30砼，二衬为30cm厚的模注C30砼，中间为全包防水层。本工程采用浅埋暗挖法进行施工。

　　3  管线调查

　　西四环暗涵工程在可行性研究阶段就展开了对工程施工影响范围内的管线情况进行调查，这是进行管线保护工作的前提。但在实际工作中，管线调查结果与实际情况总是存在一定偏差，甚至会有遗漏。因为西四环暗涵工程是北京城市四环路下，管线数量和种类繁多，而且管线权属关系不同，目前没有一个部门进行统一的管理。同时，由于城市建设的要求，道路经常进行改造，既便是管线的权属部门也不一定能够提供准确的管线位置，并且，还经常有新的管线进行施工。鉴于现状，对管线的调查就显得尤为重要。但是由于国家对于管线管理和调查还没有一个统一的规范和标准，因此也对管线的调查造成很大的难度。

　　对于西四环工程而言，管线调查工作的重点主要是与洞线交叉的需要就地保护的管线。从管线的用途来看，需要重点保护的管线主要为上水管及雨、污水管和煤气管以及人防工事。对于各管线的走向、埋深、属性、权属单位做全面而详细的了解，特别对于雨、污水管线的渗漏情况，需做更加全面的了解。管线调查过程需要重点了解以下几个方面的内容：

　　(1) 管线的埋设年代。敷设方法、用途、材质、接头类型、断面形状、尺寸及管壁厚度；

　　(2) 管线埋深及与西四环暗涵主体结构空间位置关系；

　　(3) 管线的运行现状，尤其是上水管及雨、污水管的渗漏状况；

　　(4) 管段和接头的设计及现有允许变形量；

　　(5) 管线周围的地层状况及是否存在水囊；

　　(6) 管道内气体或液体的工作压力；

　　(7) 管线的权属单位，在发现问题时能及时取得联系，及时排除问题，避免灾害性破坏发生。

　　依据调查的结果，可将管线的类型分为一般保护和重点保护。一般保护是指离暗涵结构施工较远、受施工影响小、在施工中不需要事先采取加固措施的管线。重点保护是指离结构较近、或离结构较远但施工扰动很小就会产生变形而影响其使用功能的管线。

　　4  施工对管线影响的预测

　　为了保证交叉管线的安全及正常使用，需对暗涵施工时对管线产生的影响进行分析预测。本工程综合采用数学分析和工程类比的方法进行。在采用数学分析时，首先是假定地层中不存在管线的情况下，研究地表及地层沉降变形规律；然后再研究管线在这种变形条件下的沉降变形规律，从而对管线的安全进行评价。这种方法没有考虑土体与管线之间的相互作用，得出的结果相对比较保守。由于土层力学性质的不确定性及土体、管线之间作用的复杂多样性，工程类比法依然是预测施工对邻近管线影响必需借助的重要手段。吸取相似工程条件下的失败教训，借鉴相似工程条件下的成功经验，做好当前管线受邻近施工影响的控制保护。西四环工程作为国内乃至世界上都是第一个兴建的大型城市地下输水工程，没有先列可寻，只能是参照与之工法相似的地铁施工中的一些成功经验，对管线进行保护。

　　5  监控量测

　　监控量测作为地下工程的耳目，是保证施工过程安全的一个必不可少的手段。因此，对于地下管线的保护，也必须使用监控量测的手段，一方面是对设计过程的修正，另一方面，监控量测还可以做为对管线调查工作的检验和补充。

　　5.1  监测内容

　　在西四环工程中，为了保证地下管线的安全，现场主要进行了两方面的监测，一部分为管线的沉降变形监测，另一部分为暗涵施工中的常规监测内容，如地表沉降变形监测、洞顶沉降监测及侧墙收敛变形监测等。在管线密集的特殊地段，条件许可的情况下还需要进行地中沉降变形的监测。

　　5.2  监测方法

　　由于本工程位于北京市交通较为繁忙的四环路下，参照地铁施工管线保护的经验，在本工程中主要采取间接测点法进行观测，即将测点埋设在地下管线轴线相对应的地表上地表上或管线的窨井盖上，由于不是直接对管线进行测试，因而测试精度较差，此法的优点是可以避免破土开挖，在交通密集区域比较适合采用。

　　5.3  控制标准

　　在本工程中控制标准的制定，主要是依据两个方面，一是管线所属行业的相关行业标准，允许的变形值；另外就是与管线权属部门配合，由其根据管线的现状及运行要求，提出允许的变形控制值。在此基础之上，进行相关的数学验算分析，并进行施工方法，措施的制定，并在设计文件中向承包商提出相应的控制指标及监测要求。

　　5.4  监测计划

　　在本工程中，对需要进行重点保护的管线，要求承包商选取典型断面进行相关项目的监控量测，并配合工程进展情况编制切实可行的监测计划，并指定专人负责，并分施工通过前、通过时、通过后3个阶段来实施。同时加强监控量测管理，结合管线受施工影响的预测分析结果，及时进行监测信息反馈，指导施工。

　　5.5  超前探测

　　考虑到管线调查存在局限性，其调查结果与实际情况会出现偏差。为了进一步保证暗涵施工及地下管线的安全，在西四环暗涵施工过程中，要求施工单位对掌子面前5m范围内的土体进行超前探测，如发现管线，应及时采取应对措施。在西四环暗涵施工过程中，共发现4处调查遗漏和调查结果存在偏差的管线，并与正在施工的暗涵交叉，其中有3条为污水管线，1条为燃气管线。由于发现后及时对管线进行保护，采取有效的补救措施，避免了四环路下恶性事故的发生。

　　6  管线保护技术措施

　　地下管线受工程施工影响而发生变形破坏主要是因为开挖作业扰动了周围的地层，在地层运动作用下，管线发生沉降变形，若变形超限则危及其正常使用。结合本工程实际情况，管线保护技术措施主要采用主动控制保护，即在洞内采取严格的施工控制，尽量减少对地层的扰动，特别是防止在穿越管线时发生拱顶土体塌方。在施工中，应注意以下几个方面：

　　(1) 严格执行浅埋暗挖的"管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测"18字原则。

　　(2) 严格实施注浆控制，内容包括：①导管超前注浆，②初期支护背后回填注浆，③二次衬砌背后回填注浆。

　　(3) 控制开挖轮廓线和开挖面的暴露时间，合理布置开挖顺序，确保临时支撑传力路径顺畅，开挖面不出现偏载，并及时封闭成环。必要时加密格栅钢架，增加喷混凝土厚度。

　　(4) 在初期支护拱脚处施作锁脚锚杆并配合注浆，增加初期支护与地层的结合力。

　　7  结语

　　对应西四环暗涵工程来说，管线的安全保护是一项需综合考虑，全面处理，也是一项比较困难的工作。管线调查作为一项基础工作，从可研阶段就开始，一直持续到施工过程中。在施工过程中，严格按照计算成果和管线安全保护的要求，对管线进行监控和保护，保证管线安全。因此，对于这种地下工程，我们首先应该加强对地下管线的调查工作，弄清工程范围内的每条管线，施工时，在洞内采取措施，尽量减少施工对地层的扰动范围，确保管线在可控范围。最后，应加强监控量测，发现异常情况应及时采取应急措施，力争把影响降到最低。