摘要：地铁、路桥桩及高层建筑在进行深基坑开挖施工时，由于开挖深度较深，往往会给城市地下管网的安全运行带来很大影响。为将其影响降到最低，必须进行近邻施工地下管线进行预测，建立理想暗挖隧道模型，这不仅有助于保护浅埋地下管道安全性，还可有效控制暗挖隧道施工的推进速度。本文基于暗挖隧道施工对平行地下管线性状影响展开研究，望能够起到参考作用。
关键词：暗挖隧道；地下管线；形状；影响
一、地下管线介绍
地下管线可以称作城市的生命线，城市的发展、人们的生产生活都离不开这条线，它是城市赖以生存的物质保障。我国城市地下管线复杂，具有的功能也很多，例如给水、排水、热力、消防等，它们是城市保障系统的一大部分。近年来我国城市化步伐不断加快，地下管线功能也在不断拓展，它在城市发展中发挥的作用越来越大。
二、隧道开挖引起的管线变形机理分析与管线控制标准
（一）隧道开挖引起的管线变形机理分析
隧道与地下管线的相互作用包括地下管线对土体的锚固作用和土体对地下管线反作用两大方面。首先，隧道在完成挖掘后，支护结构形成强度前时间间隔中，隧道此时会处于一临空状态，隧道开挖引起隧道周围一定范围内土体应力的变化，在应力不稳定时，隧道周围土体可能会出现变形或被破坏的情况，随着隧道开挖的深入，影响也会不断扩大。同时，地下管线对土体仍存在锚固作用，会抑制土体变形。管线的相对刚度与隧道在管线处产生土体的变形情况影响着地下管线形变量的大小。
（二）管线控制标准
目前，我国还没有关于管线的控制标准。临近施工的要求是避免对已有的重要管线造成不利影响，避免造成管线弯曲、挖断等不利影响。在工程施工中，一般采取容许值来控制。容许值，即定量表示这一不利影响的程度，一般采用小于容许值的指标作为施工管理标准值。前提是避免临近施工对地下管线造成不利影响。目前，国内在工程实践中采用的标准如下：（1）管线沉降控制标准：1）参考广州市区开挖工程的相关技术规定，管线两接头之间的局部倾斜不得超过8/1000，即通用的4m长的管道接头之间的沉降差不得超过32mm。2）参考北京地铁、重庆地铁施工总结的相关技术标准，地表最大斜率为2.55mm/m。（2）管节缝张开值控制标准：当管线接头转动的角度或接缝张开值小于允许值时，管道接头处于安全状态，否则也将产生泄漏或者破坏，影响使用。
三、具体工程描述
（一）工程背景
北京轨道交通10号线某标段区间隧道下穿污水方沟，污水方沟的尺寸为1800mm×2300mm，位于车站东洞结构上方，平行于结构轴线，对地层不均匀沉降敏感。污水方沟年久失修，方沟中水深1.5m，水流湍急。DN1200雨污合流管道位于隧道侧上方，管道走向都平行于结构轴线，与结构施工相互影响很大，通过详细分析管线的材质、埋深、水流状况及与结构的位置关系，认为1800mm×2300mm污水方沟是施工风险很大的位置。
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（二）数值模型区间
隧道关于过隧道中心的竖向平面对称，选取隧道的一半进行模拟，考虑到开挖范围的影响，选取模型沿隧道轴线方向长度60m，宽度30m，深度60m，用壳体结构单元模拟预支护管棚和喷射混凝土，混凝土衬砌厚度（初衬和二衬）相对于隧道净半径不宜忽略，采用围岩网格表示混凝土衬砌，把衬砌材料的参数赋给网格，因此每个网格都由两层覆盖的五个四面体的子网格组成，从而实现了模拟厚衬砌的弯曲。考虑污水管道无内压力。隧道施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的十八字方针，分步分台阶开挖。将所计算的污水方沟换算为圆形截面的圆管进行计算，直径为2.3m，壁厚0.2m，内径2.1m。管道的弯矩随着开挖进程的进行不断变化，但是Mx的数值很小，为10-14数量级，说明埋在土体中的混凝土污水管在隧道支护、掘进、衬砌过程中所受到的扭矩很小，可忽略不计。
（三）数值分析结论
（1）对车站暗挖段的地下管线，主要通过施工中地层的超前加固和监控量测等控制措施来保证安全。在暗挖面前后一定范围是地层损失变化最大的区域，超出该范围其土体沉降后变化趋于稳定。（2）研究地表沉降差异有利于控制浅埋地下管道的安全性。地表与污水方沟沉降关系表明，近地表与区间隧道平行的地下管道沉降与地表沉降变化一致，这有利于施工单位在施工中通过地表的监测保证地下管道的安全。（3）弹性杆件位移分析中认为，位移是杆件各部分变形累加的结果，但是污水管道分区段，而且在横截面处的约束影响其变形的累加，有变形不一定处处有位移，有位移也不一定有变形。为此，分区段研究管道的差异沉降有利于研究不均匀沉降引起的管道破坏。从管底沉降记录可以看出，管道沉降的最大斜率均发生在沉降曲线的拐点处，因此在工程中要监控掌子面推进的速度，掌子面前后沉降曲线的拐点。
四、暗挖隧道施工对地下管线的影响
在不同埋深的地下管线中，隧道施工引起的地下管线水平位移比较小；隧道施工引起的地下管线最大水平位移随着埋深的增加逐渐增大，但不会对地下管线使用造成危害。隧道施工引起的管线垂直位移对地下管线有一定的影响。距离隧道越近，隧道施工对地下管线的影响越大。
（一）管线材质对横向管线的影响
（1）地下管线在土体中的变形大小和地下管线材质有关。随着管线模量（刚度）增大，管线变形越小。（2）随着地下管线与土体弹性模量比的增大，地下管线的最大位移逐渐减小。
（二）管线与隧道间距对纵向管线的影响
（1）当地下管线与隧道之间的距离在10m以内时，地下管线的竖向沉降非常不规则，隧道施工对地下管线的影响较大；当地下管线与隧道之间的轴线距离大于20m时，隧道施工引起的地下管线的变形可以忽略不计。（2）地下管线距离隧道轴线为5m时，地下管线竖向沉降值在4.08mm-6.71mm之间变化；当隧道轴线与地下管线轴线距离为20m时，地下管线竖向沉降值在0.5mm-3.45mm之间变化；当隧道轴线与管线轴线距离为40m时，地下管线竖向沉降值在0.04mm-0.47mm之间变化，基本成线性变化。可以看出：隧道施工引起的平行地下管线的水平位移比较小，基本不会对地下管线造成影响。
五、结语
总之，开展暗挖隧道施工对平行地下管线形状影响的研究具有重要的现实意义，能够最大限度减少对地下管线的损害，保障城市的健康稳定发展。相关从业人员还需不断实践、总结，优化暗挖隧道施工工艺，将影响降到最低，努力为我国交通运输业的健康发展贡献出自己的一份力量。
参考文献：
[1]王绍君.暗挖隧道施工对平行地下管线性状影响研究[J].土木工程学报，2014，47（S2）：334-338.
[2]魏纲，魏新江，裘新谷，姚宁.暗挖隧道施工对地下管线影响的三维数值模拟[J].现代城市，2009，4（03）：5-10.
论文作者:张进财
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第35期
论文发表时间:2019/12/18
标签：管线论文; 隧道论文; 地下论文; 轴线论文; 位移论文; 污水论文; 管道论文; 《建筑模拟》2019年第35期论文;