广东省地质物探工程勘察院
摘要：随着城市现代化建设步伐加快，建筑物、地下管线等密集区深基坑工程建设项目持续增加，影响周围环境的同时工程事故发生系数提升，邻近路面开裂、地下管线破裂等，要全面、深入把握软土深基坑围堰及基础施工对地区既有下穿管线的具体化影响，在联系实际基础上提出行之有效的措施，高效施工的同时保护好既有下穿管线，全面提升施工经济、社会与生态效益。
关键词：软土深基坑围堰 基础施工 既有下穿管线 影响 保护措施 探讨
Abstract: With the acceleration of urban modernization, the construction projects of deep foundation pits in dense areas such as buildings and underground pipelines continue to increase, while affecting the surrounding environment, the engineering accident occurrence factor increases, adjacent pavement cracking, underground pipeline rupture and so on. We should comprehensively and thoroughly grasp the concrete impact of cofferdam and foundation construction of deep foundation pit in soft soil on existing pipelines under the area. Based on the actual situation, effective measures are put forward to protect the existing pipelines and improve the economic, social and ecological benefits of construction in an all-round way.
Keywords：Deep foundation pit in soft soil; foundation construction; Existing underpass pipelines; Influence; protective measures; discussion
地下管线是城市的生命线工程，基坑开挖会对城市既有下穿管线造成不同程度影响，主要是因为开挖中地下管线周围荷载动态变化，地下管线变形，极易引发安全事故，如何在深基坑开挖中高效保护既有下穿管线已成为新时期工程界研究的重大课题之一。在工程项目建设中，必须全面、深入了解施工现场既有下穿管线情况，在保证地下管线正常应用前提下，完善软土深基坑围堰以及基础施工，降低风险系数的同时最大化提高深基坑工程建设综合效益。
一、工程概况
以某地区某河涌上一排涝泵站软土深基坑工程为例，河道中有两根污水压力钢管，管径为1200毫米。污水管线从污水泵站出来，经过河涌口段等，最终进入到对应的污水处理厂。同时，由于污水管线横穿地区的排涝泵站，软土深基坑围堰以及基础施工中会对污水管线产生不利影响。在此过程中，该地区土层自上而下，分别为填土层、淤泥层、粉细砂层、残疾土层以及基岩层，厚度范围各不相同，要在合理分析、计算基础上明确该地区不同土层粘聚力、摩擦角、变形模量、泊松比等参数，在分析污水管线和围堰平面、基础施工之间的关系基础上深化把握对既有地下污水关系的具体化影响，提出确切可行的保护对策。
二、软土深基坑围堰及基础施工对既有下穿管线的影响
1、影响原理
在深基坑开挖过程中，开挖面以下土体垂直方向荷载作用明显，极易出现坑底土体回弹问题。在土体压力持续作用下，基坑开挖面、隧道结构二者不断向坑内移动，坑内土体不断被挤压，坑底土体水平向应力持续提升，坑底土体日渐向上隆起。随着基坑开挖深度日渐增加，基坑内外土面高差也日渐增大，会产生一定的加载作用，加上地表多样化超载，导致维护结构外侧的土体持续向基坑内部移动。由于基坑下方土层存在污水管线，坑底土体隆起的同时既有下穿污水管线会受到不同层次影响，出现变形现象，随着土体隆起程度提高，变形也日渐严重。在此基础上，土体属于连续介质，开挖该地区深基坑内部土体的同时污水管线顶部的土压力以及隧道位移动态变化。
2、影响具体分析
2.1 计算模型
在具体化分析过程中，要针对该地区河道中两条污水管线运行现状，软土深基坑围堰以及基础施工具体情况，再应用现代化信息技术手段，将该地区深基坑内部土体开挖、围堰施工、土体以及既有下穿管线有机作用等深化联系，合理构建计算模型，重点剖析该地区围堰施工以及深基坑内部土体开挖对既有下穿污水管线的影响，包括采取的管线加固措施，准确计算管道安全评估数值。方法有三类：构建采用计算模型或者梁单元模型；也可借助壳单元、实体单元；构建管土共同作用模型的同时进行规范化三维数值模拟。在该地区地下污水管线安全评估数值把握中，可以利用第三种计算模型构建方法，即在FLC3D中的壳单元“Liner”单元构建适宜的污水管线计算模型，进行合理假设，比如，相同土层均匀且连续；对于大面积荷载，忽视维护结构对管线变形影响，在计算模型中进行合理化计算。
2.2 结果分析
2.2.1 污水管线沉降
顶部土层沉降中会受到应力扩散、污水管线的影响，管线顶部土层沉降大于底部，沉降数值明显，两根污水管线管顶最大的沉降值分别为32.3mm、30.89mm。同时，导出计算模型中两根污水管线的管顶竖向位移数据，绘制对应的沉降图，发现在围堰加载位置有正态分布曲线形式的槽形沉降。一根污水管线最大沉降量为29.83mm，管段最大的沉降斜率0.21716%<0.6%，还有一根污水管线最大的沉降量为28.05mm，管段最大的沉降斜率0.19929%<0.6%，和管线沉降控制具体标准吻合。
2.2.2 污水管线应力计算和安全评估
在Liner单元信息作用下，导出污水管线正常运行情况下的三向应力数据，围绕最新材料力学强度公式，准确计算该施工位置污水管线最不利应力，把控好间距，提取某些截面管壁的应力数值，准确计算管道的安全系数。真空压力作用的工况危险系数最大，污水管壁外侧是最危险的位置，两根污水管线最大的应力分别为122.67MPa、114.3MPa，对应的安全系数分别为1.75、1.88。
三、软土深基坑围堰及基础施工中既有下穿管线保护措施
1、软土深基坑围堰既有下穿管线保护
在软土深基坑围堰既有下穿管线保护中，以该地区软土深基坑围堰为切入点，将旋喷桩合理设在既有下穿污水管线两侧，形成稳定性较高的复合地基，将一层土工格栅铺设在桩顶，让旋喷桩分摊围堰2/3的荷载，将围堰以及人为荷载有效控制在规定范围内，降低对管线的影响程度，最大化提升污水管线安全系数的同时从源头上防控污水管线出现沉降情况。与此同时，要以围堰布置以及荷载分布情况，进一步强化对围堰下方污水管线的保护，将短桩应用到荷载分布不大的位置，长桩作用到荷载分布比较大的位置。其中旋喷桩径为500毫米，单管旋喷桩长度5—10米，桩间距为1500毫米，高效保护软土深基坑作用下的地下管线。
2、泵站基础既有下穿管线保护
以污水管线计算、分析为基点，巧用确切科学的保护对策，将厚度为100毫米的混凝土铺设到污水管线外侧，也可铺设厚度适中的柔性材料，有效降低水闸底板对地下既有污水管线产生的振动、挤压等影响，避免实际应用中出现渗水、漏水等问题。同时，也可以借助桩基础，有效支撑施工地区水闸、泵站底板，向桩端注入适量的浆液，实时将沉降控制在规定范围内，将对污水管线产生的挤压降到最低。
结语：总而言之，深基坑工程建设是系统而复杂，要在理论探究、实践探索中联系各方面实际情况，结合既有下穿管线变形特征、内力分布等，深化软土深基坑围堰与基础施工工艺、方法手段等，促使施工更加安全、稳定、经济的同时最大化降低对既有下穿管线影响程度，同步高效发挥深基坑工程与既有下穿管线功能作用，在实现效益目标中推动城市现代化建设发展进程。
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论文作者:郭利娜
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/30
标签：管线论文; 污水论文; 围堰论文; 深基坑论文; 土层论文; 荷载论文; 应力论文; 《防护工程》2019年第4期论文;