合流污水箱涵保護性監測技術研究

谷 川，王敏華，劉云朋

（上海同濟建設工程質量檢測站，上海市 2 00092）

合流污水箱涵保護性監測技術研究

谷 川1，王敏華2，劉云朋3

（上海同濟建設工程質量檢測站，上海市 2 00092）

合流污水箱涵承擔著城市污水的外排任務，保證其安全運行極其重要。城市化進程中地下空間的開發難免對既有城市基礎設施產生不利影響。如何在新建工程施工過程中對既有污水箱涵進行保護性監測，確保及時發現問題并進行預警以確保不發生更大的損失是一個值得研究的課題。以一個比較典型的實際工程項目為例，說明了鄰近項目地下工程施工過程中如何對既有合流污水干線箱涵進行保護性監測。有關經驗可供相關專業人員參考。

保護性監測；合流污水箱涵；監測點布置；報警值；監測頻率

0 引 言

合流污水箱涵作為城市生命線工程的一部分，發揮著城市的污水輸送外排功能，與市民的日常生活息息相關，其重要程度不言而喻。干線箱涵更是承擔著市區大量污水的輸排任務，服務范圍很廣，其正常工作尤為重要，因此保證其安全運行極其重要。

隨著我國城市化進程的推進，城市空間日益緊張，轉而開發利用地下空間資源已經成為一個理所當然的選擇。21世紀是開發利用地下空間的世紀早已成為共識，當今地下空間的開發利用正如火如荼。樁基工程、基坑工程等地下空間開發的基礎性工程，對周邊環境的影響是難以避免的，如何在新建工程的過程中保護好鄰近既有建（構）筑物就成為了十分重要的課題。在很多工程中，對周邊環境保護的重要性已經超出了基坑本身的安全保護要求。這個課題，對于工程項目各參建方和城市管理者都是一個重要的研究內容。

上海作為我國東部沿海發達城市，其城市建設和地下空間的開發均走在全國的前列。為了保護既有的城市基礎設施，保障城市的正常運行，相關管理部門出臺了一系列管理要求和技術標準等，例如，《上海市軌道交通安全保護區暫行管理規定》[1]、《城市橋梁、隧道安全保護區域技術標準》[2]、《城市軌道交通結構監護測量規范》[3]。這些文件，對于鄰近地塊施工過程中的城市軌道交通和重要的市政橋梁、隧道保護起到了非常重要的保護作用。

針對合流污水管道保護也有相應文件出臺，例如《上海市合流污水治理設施管理辦法細則》[4]，規定了在合流污水管道一定范圍內的樁基和基坑工程等施工應經過許可后方可進行。但是，還缺乏具體的、可操作性的技術要求和規定，類似的工程實施還缺乏參考依據。

本文以一個鄰近合流雨污干線箱涵的地下車庫工程為實際案例，說明在箱涵鄰近地塊樁基施工、基坑開挖過程中箱涵的保護性監測技術要求和實施方法。對于類似的重要箱涵保護性監測，以及其他類似工程，例如地道、隧道和綜合管廊等在運營期內周邊地塊施工過程中的保護性監測亦具有一定的參考價值。

1 項目概況

1.1 新建工程概況

某停車場項目由一棟4層綜合樓和其他一些配套工程組成，綜合樓地下一層為停車場。綜合樓地下一層車庫建筑面積1 837 m2，建筑物場邊長約45 m，短邊約為40.25 m，基坑開挖深度約4.95 m，集水井局部區域開挖深度6.55 m。

樁基礎均為鉆孔灌注樁，綜合樓主樓樁長36 m，數量174根；綜合樓坡道樁長23 m，共61根。基坑圍護采用SMW工法樁作為圍護結構形式，即三軸攪拌樁內插H型鋼圍護結構形式，采用Φ650@450三軸攪拌樁，內插H500×300×11×18型鋼，采用鋼筋混凝土圍檁，一道鋼支撐。

基坑北側為現狀道路，道路下方有一根合流雨污箱涵。基坑圍護平面布置以及和合流雨污箱涵相對位置見圖1。

圖1 基坑圍護以及和箱涵相對位置關系

1.2 鄰近雨污干線箱涵概況

合流雨污箱涵從基坑北側道路下方穿過，箱涵結構外尺寸（寬×高為3.2 m×2.6 m），箱涵頂板頂距地面1.15 m。鉆孔灌注樁與干線污水箱涵最近距離為2.81 m。箱涵結構外邊線于綜合樓地下車庫基坑北側圍護結構外邊線最近距離為1.88 m，最遠處2.73 m。由于距離太近，綜合樓的基坑及樁基施工不當將會影響污水輸送干線的正常運行。

編制方案前與建設、設計、施工等參建單位一同走訪了箱涵運營管理單位，通過竣工圖查閱、專項補充物探、現場開挖樣洞等技術手段，弄清了污水箱涵的管位和標高、沉降縫位置、混凝土強度以及箱涵的完好程度等，并了解了干線污水箱涵管的內水壓力及其變化規律。

雨污合流管涵于上世紀80年代初建成，鋼筋混凝土結構。穿過本工程規劃用地，在本工程所在區域為東西走向。干線鋼筋混凝土箱涵經過30 a的運行，緩凝土的結構腐蝕現象比較嚴重，現狀結構已相當脆弱，而且埋深僅1 m多，近年來經常出現污水冒溢需緊急搶修的情況，故其承受上部荷載和變形的能力極其有限。

考慮到雨污合流箱涵的重要性極高和現狀很差，環境保護等級明確為一級，相應的箱涵保護性監測等級確定為一級。

2 監測方案制定

監測范圍確定為合流雨污箱涵沿長度方向從本工程向外延伸至左右兩側處于本工程影響范圍之外的第一條變形縫。考慮到箱涵深度較淺和長期處于運行狀態，按照每節長度25 m的原則從鄰近的泵站推算變形縫位置并通過樣洞開挖最終確認。工程影響范圍取值為基坑開挖影響范圍的2倍基坑開挖深度（約10 m）。

2.1監測項目確定

監測內容主要有：（1）儀器監測部分

a.箱涵結構及鄰近土體地面垂直、水平位移

箱涵結構及鄰近土體的垂直位移、水平位移可以比較直觀地反映新建工程施工對箱涵的影響，是非常重要的監測項目。

b.土體深層水平位移（測斜）

基坑開挖將引起坑外土體沿深度方向發生水平位移，土體的水平位移會引起箱涵的位移，監測土體深層水平位移同樣可以起到提前預報、控制箱涵位移的目的。

c.地下潛水水位

周邊基坑開挖過程的降水作業及基坑圍護結構滲漏水都可能引起坑外地層水位的降低，地層水位降低是引起箱涵結構沉降變形重要因素，因此水位監測非常必要。

d.土體分層垂直位移

由于沉樁、基坑開挖等作業，引起坑外土體產生豎向和水平向的位移，加之地下水位變化，使坑外土體在不同深度位置產生垂直位移，通過監測土體分層垂直位移，可以直接了解管涵埋設深度土體的垂直位移狀況。

（2）視檢查

巡查內容包括：環衛停車場基坑北側圍護墻后地面裂縫、圍護滲漏水情況；環衛停車場北側地下管線位移和公路地面裂縫情況等；合流雨污箱涵有無污水滲漏，觀察有滲水、冒泡并注意有無污水異味，檢查監測設施是否完好等。

2.2 監測點埋設

（1）箱涵結構及鄰近土體位移監測點

測點埋設方法：管涵位移監測點擬布設直接監測點，直接反映管涵結構的位移情況，通過混凝土澆筑埋設至箱涵頂部，用PVC管保護并接至上方，上方做好保護工作；鄰近土體中位移監測點深度埋設至箱涵深度的一半，采用鉆孔埋設，同樣用PVC管保護，上方做好保護工作。

位移監測點埋設位置與箱涵、基坑圍護關系示意見圖2。

（2）土體深層水平位移（測斜）

土體深層水平位移監測孔布設在箱涵臨近基坑一側，并與箱涵變形縫兩側和每段箱涵的中間部位相對應。

（3）地下潛水水位

潛水水位監測孔布設在箱涵臨近基坑一側，并與箱涵變形縫兩側部位相對應。

圖2 位移監測點與箱涵相對位置示意圖

（4）土體分層垂直位移

土體分層垂直位移監測孔布設在箱涵臨近基坑一側，并與箱涵變形縫兩側和每段箱涵的中間部位相對應，見圖3。

圖3 土體分層沉降測孔布置示意圖

監測點數量統計見表1。

表1 監測點數量統計

監測點平面布置見圖4。

2.3 監測報警值

圖4 監測點平面布置示意圖

監測報警值由變化速率與累計變化值控制，本工程監測報警值指標見表2。

表2 箱涵保護性監測報警值

2.4 監測頻率

本工程從樁基施工開始，持續到工程地上結構封頂以后6個月為止。監測頻率的確定以準確反映工程結構本身和周邊環境動態變化為前提，采用定時和跟蹤監測。本工程現場監測頻率見表3。

表3 箱涵保護性監測頻率

3 監測結果

合流雨污箱涵保護專項監測工作總歷時約1年零2個月，累計報送監測報表88期。監測期間箱涵結構及鄰近土體地面垂直和水平位移、土體深層水平位移（測斜）、地下潛水水位、土體分層垂直位移均未出現報警情況，現場巡視亦未發現明顯異常情況。

樁基和圍護施工過程中受現場施工條件限制，來往重型工程車輛對箱涵上方道路造成碾壓，大部分監測點被破壞。箱涵結構和鄰近土體地面部分位移監測點垂直位移數據明顯過大。鑒于此，我們對監測數據進行了合理性分析，保留其合理部分并通過現場專家會議通過后重新布點并嚴格實施箱涵上方道路交通管制后進行基坑開挖作業。

截至監測結束，各監測項目最大值累計匯總見表4。

表4 各監測項目最大值累計匯總表

文章篇幅限制，僅繪制出箱涵結構垂直、水平位移時程曲線圖供參考，見圖5、圖6。

圖5、圖6中可看出，基坑開挖施工對污水箱涵有明顯影響，其垂直和水平位移均比較明顯，基坑底板澆筑完成后，箱涵位移速率明顯減緩并基本趨于穩定。這與我們平時的工程經驗也是基本一致的。

圖5 箱涵結構垂直位移時程曲線圖

圖6 箱涵結構水平位移時程曲線圖

4 總結和建議

項目開工前，本項目的箱涵專項保護方案和應急措施、監測方案通過市水務局科技委專家評審，在吸取多方意見的基礎上形成了本文的監測技術方案。在該項目的開展過程中，由于該合流雨污干線箱涵極其重要，運營管理單位領導和專家多次到現場督察，管養單位每天安排技術人員進行現場巡視。

通過這個項目的實際操作，對類似城市基礎設施工程在鄰近地塊地下工程施工過程中的保護性監測，提出如下的建議供參考。

（1）著手編制監測技術方案前，應與運行管理單位和維護單位進行工作對接和深入交流，搜集竣工圖和當前狀態等資料，并配合物探、開樣洞等現場手段，摸清箱涵位置、標高、沉降縫位置、混凝土強度、箱涵完好程度等重要相關信息。

（2）切實分析清楚各工況下的重大風險源并做好監測上的應對措施，樁基、圍護施工過程中應注意擠土效應和坍孔（槽）風險，降水施工應注意止水帷幕漏水，開挖過程中要注意防范基坑圍護墻變形過大引起箱涵位移過大等。

（3）監測點布設時箱涵位移監測點應布設直接測點，并在監測過程中加強保護。箱涵保護監測要和基坑施工監測測點要有對應關系，數據之間相互驗證和補充，數據應進行聯動分析，有異常情況應進行深入的分析，與現場情況進行對照。以得到更加科學、準確的結論。

（4）檢測過程中要加強巡視，重點關注對箱涵安全有影響的施工行為，例如箱涵上方堆載、重車通行等，并且注意觀察箱涵有無滲漏、冒氣泡、異味滲漏出等異常情況。

（5）建立好聯絡機制和報警機制，監測數據和巡視情況要及時反饋給新建工程各相關單位和箱涵運行管理、養護單位。異常情況下應第一時間通知各方并提示啟動應急預案，爭取把損失控制在最低限度。

城市生命線工程關系到千家萬戶，其安全運行不容有失，本文的內容希望能對城市生命線工程的保護和安全運行起到一定的積極作用。

[1]上海市軌道交通安全保護區暫行管理規定（2013年修訂版）[Z]. 2013.

[2]上海市城鄉建設和交通委員會.城市橋梁、隧道安全保護區域技術標準[S].2010.

[3]DG/TJ08-2170-2015,上海市工程建設規范.城市軌道交通結構監護測量規范[S].

[4]上海市合流污水治理設施管理辦法細則（2001年修訂版）[Z]. 2001.

U449

A

1009-7716（2017）01-0145-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.042

2016-10-21

谷川（1983-），男，山東嘉祥人，高級工程師，從事建設工程檢測、監測工作。