地下區域能源管廊的保護性監測技術研究

韓會山

（上海申虹投資發展有限公司，上海市 201106）

0 引言

所謂地下區域能源管廊，即在城市道路地下建造一個集約化的隧道，將燃氣、供水排水、熱力等多種能源管線集于一處，方便管理和檢修，是一種城鎮綜合管線工程。

近年來，我國大力發展地下能源管廊，其作為城市市政基礎設施建設現代化重要標志之一，具有綜合利用地下空間，保障地面交通的優點。但地下能源管廊建設成本較高，而鄰近工程施工，尤其是基坑工程造成的土體位移，水位下降等問題，可能會引起能源管廊變形，造成巨大的經濟損失。通過對能源管廊進行保護性監測，可以了解周邊項目施工期間地下能源管廊的變形規律，及時采取應對措施，保障地下能源管廊的運營安全[1-4]。

本文以某地下區域能源管廊保護性監測工程為例，通過分析監測數據，并結合施工工況和安全巡視情況，總結了鄰近基坑施工過程中地下能源管廊的變形規律，可為今后類似工程提供一些參考依據。

1 工程概況

1.1 一般概況

本工程能源管廊劃分為南片管溝和北片管溝，見圖1。主線管廊長約4 462 m，其中頂管段長4 435 m，管道材料分混凝土管和鋼管兩種，主管管徑4 000～4 200 mm，埋深約 9.5～19.0 m。

圖1 工程位置及走向示意圖

1.2 工程地質和水文地質概況

本工程場地地貌屬濱海平原地貌類型。沿線基本為道路、綠化、荒地及施工場地，標高一般在3.68～6.48 m之間。對本工程有影響的地下水類型為地表水、淺部土層中的潛水和深部粉（砂）性土層中的承壓（微承壓）水組成。場地地下水、地表水和地基土對混凝土結構具有微腐蝕性；對長期浸水條件下的鋼筋混凝土結構中鋼筋具有弱腐蝕性。

1.3 管溝沿線各地塊基坑概況

管廊沿線基坑基本都是深大基坑，開挖深度和開挖面積均較大。各地塊基坑概況見表1。

2 監測實施方案

方案編制前期，對本項目能源管廊及沿線地塊工程進行了踏勘調研，查閱了能源管廊和周邊地塊工程資料，并結合能源管廊一期工程保護性監測資料分析了管廊受周邊基坑施工影響的變形規律。后期方案進行了專家評審，在吸取了多方意見的基礎上，根據《供能管溝結構運營階段監測要求說明》CCOOC-03-05～06（上海市市政設計研究總院（集團）有限公司），供能管溝二期及周邊地塊相關設計、施工資料及相關技術規范要求和專家意見擬定了能源管廊保護性監測方案。

表1 管廊沿線各地塊基坑概況表

2.1 監測項目確定

2.1.1 儀器監測部分

（1）管廊結構、工作井位移監測

管廊結構、工作井位移包括豎向位移和水平位移。能夠直觀反映周邊地塊基坑樁基施工、開挖等等對管廊的影響。

本能源管廊豎向和水平位移監測點為共用點，監測點間距不大于6 m。監測點埋設位置見圖2、圖 3。

圖2 明挖段管溝測點布置圖（單位:cm）

圖3 主線工作井測點布置圖（單位:mm）

豎向位移按國家二等水準技術要求進行往返測，水平位移采用小角法進行觀測。

（2）接縫、變形縫監測

本能源管廊頂管段分混凝土管和鋼管兩種管型，其中混凝土頂管接縫及結構變形縫受周邊地塊施工影響可能會出現張開、錯臺現象，造成滲水現象，影響管廊安全。在本工程中，為了解接縫、變形縫變形情況和掌握其發展規律，每日對接縫、變形縫的分布位置、走向、長度、寬度進行觀測，以便根據這些資料分析原因，對管溝結構體安全的影響和及時采取有效措施加以處理。

（3）鋼頂管應力及收斂監測

周邊地塊施工會造成管廊受力的變化，引起管廊變形，嚴重的會導致管廊滲漏水甚至破壞，發生災難性的后果，因此，在周邊地塊施工過程中對管廊進行應力和收斂監測是十分必要的。

應力及收斂監測點設置在同一斷面，斷面設置間距約50 m，在頂管距離工作井20 m處，地塊基坑中部對應的管節斷面處等典型斷面處設置，每個斷面設置10個應變片和8個收斂監測點，見圖4。

圖4 鋼頂管應力及收斂監測斷面布置示意圖

2.1.2 現場巡視

現場巡視是必不可少的監測輔助手段，它有利于獲得是否存在不穩定征兆的直觀信息。在本工程監測過程中，主要涉及以下現場巡視內容：

（1）既有管溝：接縫、變形縫、深度、數量、走向、剝落體大小、發生位置、發展趨勢。總體漏水狀態，漏水量、腐蝕現象的觀察等。

（2）管溝內接縫、裂縫：觀測裂縫位置、形態、尺寸，拍照存檔，并對接縫、裂縫發展情況進行評估。

（3）道路、地面：地面開裂，包括裂縫寬度、深度、數量、走向、發生位置、發展趨勢；地面沉陷、隆起，包括沉陷深度、隆起高度、面積、位置等。

（4）管溝周邊地塊施工情況。

2.2 監測頻率

本工程監測頻率按照規范要求執行，當日變化較大或變形接近報警值時，立即提高監測頻率，必要時進行跟蹤監測，并及時通知各相關單位，確保管溝結構的安全，見表2。

表2 施工期間監測頻率

2.3 監測報警機制

本工程監測報警值由變化速率與累計變化值控制，并設有藍、黃、紅三級報警機制，具體見表3。

表3 監測報警值

3 監測結果

受文章篇幅所限，本文以南區某典型混凝土管溝段和某鋼管溝段監測結果為例，對監測情況進行分析。

本管溝段呈東西走向，管溝段西側及北側均有基坑，進場時西側基坑（緊鄰管溝段西工作井）正在進行圍護樁及工程樁施工，北側基坑正在進行土方開挖，管溝段東工作井遠離基坑施工區域。圖5、圖6為混凝土管溝段的垂直位移和水平位移變化曲線圖，由圖可知，西側基坑打樁階段，緊鄰基坑工作井明顯上抬并向基坑南側擠壓，另一端工作井變化較小，管溝段中部受北側基坑開挖影響呈明顯下沉和向基坑內側移動趨勢。直至基坑底板澆筑，管溝變形速率逐漸降低，并趨于穩定。由此可見，鄰近地塊施工對管溝位移有較大影響。監測點統計見表4、表5。

圖5 混凝土頂管部分測點垂直位移累計變化曲線圖

圖6 混凝土頂管部分測點水平位移累計變化曲線圖

表4 鋼頂管部分收斂監測點累計值統計表

本段管溝呈南北走向，東西兩側均有基坑，進場時，東側基坑正在開挖，但離管溝較遠，西側基坑地連墻施工，距離管溝較近。通過分析鋼頂管收斂與應力監測數據可知，頂管水平收斂測線及45°方向收斂測線變長，豎向收斂測線變短。應力監測點數據顯示頂管縱向及環向應力均未達到報警值，斷面豎向整體表現為受拉，橫向受壓受拉都有，沒有明顯規律。周邊基坑開挖施工必定造成土體擾動，從而使頂管產生軸線偏差，從而引起頂管應力變化。

表5 鋼頂管部分應力監測點累計值統計表

4 總結和建議

在該項目的施工過程中，業主、施工及設計等項目相關單位領導和專家多次到現場督察，我公司每天亦安排專業技術人員進行現場安全巡視，足以證明管廊安全的重要性。

通過對本項目地下能源管廊在鄰近地塊施工過程中的保護性監測，提出如下建議以供參考。

（1）成立監測管理小組，由單位領導和有經驗的監測人員組成，在項目開展初期，編制詳細的監測實施方案，使監測按計劃、有步驟的進行。

（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，工程樁施工、圍護施工過程中應注意擠土效應和塌方風險，鄰近工作基坑開挖過程中要注意防范基坑圍護墻變形過大引起管廊位移過大等情況。

（3）監測點布設要綜合考慮，監測數據應能相互驗證，并在監測過程中加強保護。管廊保護監測要和鄰近工作基坑施工監測測點有對應關系，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）積極運用新技術、新方法、新設備，提高監測精度和效率，保證監測結果的準確性、實時性。

（5）監測過程中要加強巡視，重點關注對管廊安全有影響的施工行為，例如樁基施工、基坑開挖等施工，并且注意觀察管廊結構有無裂縫等異常情況。

（6）建立好聯絡機制和預報警機制，監測數據和巡視情況要及時反饋給各相關單位。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。

地下能源管廊工程關系到國計民生，其安全運行不容有失，本文的內容希望能對國家生命線工程的保護和安全運行起到一定的積極作用。

[1]汪志強.某深基坑開挖對周邊環境影響[J].河海大學學報（自然科學版）,2011,39（2）:161-164.

[2]李萬輝.城市地下管溝建設的問題與對策分析 [J].城建檔案,2011（6）:65-66.

[3]紀廣強.某深基坑開挖對周圍環境影響的監測[J].水文地質工程地質,2002（5）:29-32.

[4]薛蓮.深基坑開挖對臨近建筑物的影響研究[J].地下空間與工程學報,2008,4（5）:847-851.