摘要：笔者针对某市新建地铁下穿管线隧道的降水施工方案，结合自己多年的工作经验，分析研究了隧道降水施工对既有市政管线隧道造成的具体影响。根据研究所得的数据可以发现，隧道降水施工与管线隧道的位移变化以及受力特性有着必不可分的联系。因此，在对隧道进行降水施工前，必须要采取相应的辅助措施，为隧道结构的安全性提供保障。
关键词：隧道；降水施工；既有市政管线隧道；影响
一、隧道降水施工简要概述
作为城市发展的必然要求，隧道降水施工对促进城市发展有着举足轻重的作用。然而，在隧道降水具体施工过程中，对既有管线隧道势必会产生一定程度的影响。在实际施工中，会使既有隧道的应力场以及围岩水位发生变化，这样就会打破原始的力学平衡状态，进而会改变结构内力与位移，给隧道的结构留下严重的安全威胁。如果隧道降水施工的压力过大的话，那么就会使既有的自来水管道、煤气管道以及污水管道发生变形，更甚者会造成损坏，最终会导致自然水流失、煤气泄漏等各种严重的现象。因此在对隧道进行降水施工的时候，必须要充分考虑其会对既有管线隧道造成的影响。
本文将会把某市新建的地铁作为例子，此隧道穿过自来水、煤气和污水管道，地下水位大概在地表下四米，因此在对隧道进行降水施工的时候，还需要利用暗挖法，进而使地下的水位不会高于隧道仰拱设计的标高。由此可以知道，隧道降水施工在市政建设中是十分普遍的。为了加强隧道降水施工对既有管线隧道的影响，就必须借助相关的理论依据，掌握施工后位移与结构力学的变化规律。
二、隧道降水施工对既有市政管线隧道影响的理论依据
在分析隧道降水施工对既有市政管线隧道的影响时，流固耦合基本理论在分析过程中有着举足轻重的作用。因为在介质中，流体一直不断的流动，孔隙中的水压力一旦消散，就会使介质的位移发生变化。
根据Darcy 定律，就能够得出满足流-固耦合过程的平衡方程：Q=VF。式中Q指的是单位时间渗流量，V指的是渗流速度，F为过水断面。此方程式表现了被测体积的流体源强度与孔隙介质中流体体积以及渗流速度的变化情况。
对流体运动的描述则可以采用运动方程式，该方程中的常数主要有流体密度、均质以及各向同性固体，运动方程的主要形式为q=-ks2（-igj）（3-2s），该工程式中，k是介质渗透系数，i是指流体密度，则是距离水位面的高差，gj表示沿j方向指定的重力加速度。
三、隧道降水施工对既有市政管线隧道影响的计算分析
在隧道降水施工过程中，还需要对其进行计算获取对既有管线隧道造成影响的数据，从而避开一些不利的影响，使市政设施的功能充分得到发挥。
（一）模拟隧道降水施工过程
在本文中，笔者将会应用某段铁路作为例子，利用井点降水法充分调查研究施工现场的具体状况，根据有限差法与流固耦合理论得到相应的数据。为了使地下水位不能高于地表四米的位置，必须对隧道进行降水施工，直至水位达到要求之后方可停止降水计算。
其次，还需要充分调查与研究隧道周围的水文与地质条件。在实地考察之后，发现该处涂层分布比较明显，主要包括泥岩、卵石土和人工填筑土等等。而且地下水的类别过于单一，只包含了岩裂隙水与松散土层孔隙潜水，其特点具有巨大的优势，含量丰富而且具有较好的渗透性，这些地下水多是地表水以及大气降水。在对钻孔深度进行控制时，要保证其范围在2-8米之间。其中，具体的测量参数可参见表1。
表1 围岩与支护结构的物理力学参数
（二）数值计算结果分析
在对所得数据进行分析之后，可以充分了解到在降水之后七对地表沉降造成的影响以及水压分布的规律，这样就可以全面掌握降水施工具体的影响范围。再分别对降水前与降水后的所得数据进行分析，可以发现新建隧道的上方与周围的水压力大致均为0mPa，由此可以知道，降水前的最大水压正在逐渐变小。
在隧道实际降水施工过程中，位于隧道的交叉位置，既有管线隧道会出现位移下沉的现象，而且下沉量特别大，向隧道的两端则会逐渐减小。在降水的不同阶段，位于既有管线隧道交叉位置，二次衬砌拱顶和初期支护以及仰拱在垂直方向的位移会发生变化，其变化规律可以参见图1。从图1我们可以知道，降水的时间与交叉处竖直位移是成正相关的。在降水前期，位移增加的速率较大，而且随着时间的不断推移，位移下沉量会逐渐减少。其次，在对二次衬砌拱顶和初期支护以及仰拱的位移进行分析之后，所得的数据具有一致性，在变化规律方面，基本上不具有差异性。
图1 各降水阶段交叉位置截面仰拱的纵向应力
此外，在交叉位置，界面的下沉量是最大的，在纵向方向向两边呈现逐渐减小的趋势，而且分布状态是较为明显的对称，上部既有管线隧道两端与中间的差异沉降超过了控制基准的要求。
（三）研究结论
在具体分析某新建隧道的降水施工后，能够得出以下一些结论：第一，距降水井距离直径和地表的沉降量成反相关。如果增加降水井距离的直径，那么就会使沉降量迅速降低。当直径为一百米的时候，地表沉降表现稳定的状态，大概维持在五米；如果距离降水井的直径不超过一百米的话，那么地表沉降的变化就会十分明显，进而诱发差异沉降，对既有市政管线隧道造成破坏性的影响。第二，在具体施工过程中，随着降水时间的不断叠加，既有管线隧道的应力值和结构位移也会随之而增加。一般情况下，降水的初始过程，增加的速度比较快，随着时间的变迁，在降水后期阶段，增长速度就开始减缓。隧道降水施工对既有管线隧道初始二衬位移、支护以及应力的影响规律基本上是一致的，在交叉处的竖直位移是最大的，大概为22.87ram，而且位移在隧道的纵向两端会慢慢减小并且分布是相互对称的。隧道降水施工会导致既有隧道的中间和两端的沉降范围超出控制基准的具体要求，因此会给既有管线隧道留下严重的安全隐患。第三，通过分析隧道降水过程中的应力，可以知道在拱顶处的压力属于压应力，仰拱纵向的应力则是拉应力。无论如何，隧道降水施工都会在一定程度上给既有管线隧道带来一些不利的影响。如果沉降不均匀，就有可能导致管线隧道开裂。
由于隧道降水施工会给既有管线隧道带来不利的影响，必须要深入探讨隧道降水施工，在研究之后获取清晰的数据，并把这些数据当作降水施工的指导依据，使既有管线隧道的破坏达到最小，为充分发挥市政基础设施的作用提供保障。
四、总结
当前，我国城市化进程不断推进，对市政建设提出了更多更高的要求，隧道降水施工已经发展成为其重要途径之一。这样不但能够使基础设施的利用率得到有效提高，而且还能够节省大量的施工资金，为实现经济效益和社会效益提供保障。但是还需要注意的是，必须要重点把握隧道降水施工对既有管线隧道造成的影响，在不破坏既有管线隧道的前提之下，井然有序的对隧道进行降水施工。
参考文献：
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论文作者:朱恒桓
论文发表刊物:《基层建设》2015年11期
论文发表时间:2016/10/27
标签：隧道论文; 管线论文; 位移论文; 市政论文; 应力论文; 地表论文; 在对论文; 《基层建设》2015年11期论文;