隧道降水施工对既有市政管线隧道影响研究

隧道降水施工对既有市政管线隧道影响研究

段隆焰

成都空港城市发展集团有限公司   四川 成都  610000

摘要：当前，隧道降水的施工方法已日趋多样，如何选用科学、合理的施工方法，是提高隧道降水的经济性、安全性的重要保证。由于管井法具有许多优越性，因此在隧道工程中得到了广泛的采用。结合成都市双流区永安路南延线下穿隧道的工程实例，探讨了该工程对已有城市地下管道的影响。

关键词：隧道；降水施工；既有市政管线

1隧道降水施工对既有市政管线隧道影响分析的意义

在新建成的城市中，在进行地下排水工程的同时，也会对已有地下管道隧道的地下水位产生影响，从而引起地下管道应力的新变化。由于破坏了原有的力学平衡，使其内部结构发生了一系列的改变，这就给隧道的安全带来了很大的威胁。在已有的市政管线隧道和与之相连的污水管线隧道，自身存在着较大的沉降变化，当管道内的压力发生较大时，会对市政管线隧道造成较大的破坏，包括煤气、自来水和污水管线，由于承受的压力过大，会出现破裂的问题，从而导致煤气泄漏、污水横流、饮用水污染等一系列的城市问题，对城市居民的日常生活带来了严重的影响。为保证城镇居民的正常生活、生产，必须对临近降雨对隧道结构的影响进行深入的分析。以成都市双流区永安路南延线下穿隧道为例，该工程与城市中的既有市政管线隧道发生交叉，在施工区域中，探明的地下水的水位为4m，在施工过程中，主要采用的隧道开挖方式为明挖法，所以在施工前要进行降水，这主要是指将地下水位降到小于隧道设计的标高值范围内。因此，首先要明确在隧道建设中，降雨会对已有市政管线隧道造成怎样的影响，再针对具体的需求和施工问题，科学地制订出相应的解决方案和行之有效的措施。通常，对影响的研究与分析采用有限差分法、流固耦合理论等方法，既要对城市新建隧道降水施工的具体影响进行精确的分析，也要对已有市政管线隧道的整体结构进行科学的分析，得到可靠的数据，以此来判断这几条已有的市政管道将会受到怎样的影响，主要从力学结构特征和受力位移情况进行分析。

2既有市政管线隧道在新建隧道的降水施工中受到的影响

2.1工程概况

永安路南延线位于成都市双流区西客站附近，全长2352.623m，规划红线宽25m～40m，其中永安路南延线主线双向4车道下穿双流西站站前广场，隧道全长860m。根据基坑支护设计方案，本项目包括下穿隧道船槽段及框架段基坑工程以及隧道配套泵站、蓄水池基坑支护工程和道路及给排水工程。结合本工程建设情况，本工程下穿隧道采用明挖顺作施工，施工周期相对较长，基坑深度在6～14m，为确保工程顺利实施，需对开挖的基坑进行临时防护。

2.2降水设计

按照地勘报告、设计图纸和《指导施工组织设计》的规定，该隧道的基坑降水主要采用了管井法，辅以排水沟明铺法。排水井的孔径为0.7米，管道的直径为0.4米，滤层的厚度为0.15米。从井口到井底0.5米的地方，用0.4米的钢筋笼子加固，笼子的底部用Φ16的横筋加固，井底0.5米的地方，用泥土进行回填和加固，剩下的地方用3-15毫米的碎石滤芯进行填筑。

2.3排水设计

在开挖基坑周围设置排水明沟，每隔20m左右设置一集水井，将基坑内渗水与施工废水汇合，再通过水泵泵入沉淀池，经过处理达到标准后排放。为了避免地面上的水进入到基坑内，在基坑的开挖边界线处设置截水天沟，并在大约20-30m处设置一个集水井，将截取的水首先通过沉淀池进行沉淀，然后再进行排放。在开挖的同时，应对排水沟、集水井进行深度处理，使排水沟的底部离基坑的底部不少于0.5米，集水井的底部离排水沟的底部0.5米[1]。

2.4新建隧道的降水施工流程

本文以双流区永安路南延线一条新修建的隧道为实例，对其进行了实例分析。针对新建成的隧道工程，采用井点降水的方法，对其进行了模拟。而在建筑计算中，选用了有限差分法，并以流固耦合理论为基础，在进行施工仿真时，将地下水位设定在地面下4m，在持续降水的施工过程中，同步进行了降水计算，直到地下水位达到了这个新的隧道的施工标准[2]。

2.5新建隧道的地质与水质

新建隧道的地质情况主要有以下几个方面：

(1)上覆：第四纪全新世人造填土，卵石土，粉土，上更新纪上更新世冰—流沉积的粉土，粘土，粘土，松软土，砂石，卵石土；

(2)下伏：上白垩世灌口组的泥质地层；

新建成的隧道水环境质量具有以下特征：

(1)具有较好的渗透性，特别是以上更新统砾岩和砂砾中的含水量为最大，形成的含水量为4～25米；

(2)由于受局部地区上覆粘土和地貌的限制，表现出微小的压力承载特性，是一种孔隙水；

(3)雨水和地面渗漏水的来源；

(4)地下水分为两种，一种是基岩的裂缝水，另一种是松软的孔隙水。

2.6围岩和支护结构的物理力学参数

工程中所用的岩体及支撑结构的物性及力学指标见表1。通过对工程设计、工程勘察等资料的分析，得出的参数是准确、可靠的，能够满足新建成的隧道的建设需要[

3]。

表 1 围岩和支护结构的物理力学参数

2.7井点降水法的模拟计算

(1)对新建成的隧道进行降雨影响范围仿真。

与仿真计算有关的关键问题：

①模式：平面模式（实心单位）；

②水位、雨水井和它们的深度：在地面4米的地方设定了一个标准的水平线，在平面模型的一边5米的地方，在地面23米的地方设置了一个排水井的深度。

③土壤：宽度为300米，厚度为40米；

(2)在已有城市管道工程中，新设隧道雨淋工程对管道工程的影响仿真。对于已有的市政管道隧道，采用了三维数值模拟方法，其主要特征是：①在实例地表3.9m处，采用二次衬砌形式，对已有管道隧道进行二次衬砌。②支护法施工时，将管道隧道的二次衬砌布置在支护法上方2.2m处；③计算范围：沿新建成的隧道纵向轴线，也就是X向，在上面的管道中挖掘60米；在Z向下挖掘40米的地下巷道；将土层的厚度设定为在Y方向上的60m；④水平线和水平线：在地面4米的地方，将水平线设在地面23米的地方，在三维模型的一边5米的地方，将水平线设在地面23米的地方。

(3)该模式的边界必须符合以下条件：①2-D模式的四条边：所有的限制都是从水平面上取的；②三维模式：上部分界面无限制，下部分界面有限制；③在排水井井壁上设定零水压力边界；④确定井内界和井外界的流场边界，确定井外界和井内界的流场边界。

(4)对结果的影响。对已有管道的影响主要表现在：①在已有管道的情况下，管道会产生一定的位移；②在运营的上层管道隧道发生整体沉陷。在已有市政管道隧道进入到距离雨水井口50m范围内，地面就会产生明显的沉陷，并且沉陷会进一步增大，进而对周边建筑物的安全构成威胁。随着降雨持续的时间的延长，已有管道隧道的结构变形将逐渐增加，并且在降雨初期，其增长速度将明显增加，而在降雨后期，其增长速度将逐渐减小。

结束语：

总结来说，对城市新建隧道降水施工对已有市政管线隧道产生的影响进行分析与研究，这对于保证工程的质量与安全运行起到了非常关键的作用。要对这些影响进行科学的判定，以保证能够为制定出行之有效的施工对策提供科学的依据。

参考文献：

[1]石君锋.隧道降水施工对既有市政管线隧道的影响研究[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2019(09):192+194.

[2]许广建.隧道降水施工对既有市政管线隧道的影响[C]//.《同行》2015年9月（下）.《同行》2015年9月（下）,2015:46.

[3]贾媛媛,路军富,魏龙海,崔光耀.隧道降水施工对既有市政管线隧道影响研究[J].水文地质工程,2010,37(06):43-49.DOI:10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.

2010.06.025