地鐵施工鄰近管線安全風(fēng)險(xiǎn)管理

黃清證

1 引言

地鐵施工對鄰近管線有一定影響，給管線帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。所以，我們要客觀分析地鐵施工給鄰近管線帶來的影響和風(fēng)險(xiǎn)，并加以管理實(shí)施和應(yīng)急措施，縮小影響范圍并減小安全隱患，確保地鐵施工的質(zhì)量，保證鄰近管線的安全。

2 鄰近管線安全風(fēng)險(xiǎn)管理的重要意義

為保障生產(chǎn)生活所需，在地下埋設(shè)了多種管道，如供暖、通信、天然氣、水電等管道。由于不同種類的地下管道在埋設(shè)位置、管線功能、埋設(shè)時(shí)間、施工方法、管線材質(zhì)、接頭方式等各方面存在著顯著區(qū)別，所以不同的管線對外界風(fēng)險(xiǎn)的抵抗能力不一樣。在地鐵地下工程施工中，經(jīng)常會(huì)碰到地下管道的主干線和支線，如果因?yàn)榈罔F施工造成地下管道損壞，不僅僅會(huì)增加地鐵工程得安全隱患，造成重大安全事故，還會(huì)對一定范圍的人們生產(chǎn)生活造成影響，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國的城市軌道建設(shè)快速發(fā)展，城市地鐵工程也逐年遞增。因?yàn)榈叵鹿芫€錯(cuò)綜復(fù)雜，地鐵工程必須考慮管線分布的情況，避免在地鐵隧道施工中地層出現(xiàn)擾動(dòng)，進(jìn)而威脅到管線的安全。尤其在地鐵隧道下穿施工過程中，如果出現(xiàn)影響較大的地層位移情況，則會(huì)出現(xiàn)損壞管線，電力中斷、瓦斯泄露、水管滲水等事故。如果某隧道在下穿施工中，同時(shí)引發(fā)了該區(qū)域的地下滲水坍塌和天然氣管道破裂，天然氣泄漏，造成施工線路發(fā)生爆炸，使附近的數(shù)千戶居民停水、停氣、停電。為了避免上述情況的發(fā)生，有效規(guī)避地鐵施工的鄰近管線安全風(fēng)險(xiǎn)，我國出臺并實(shí)施的GB50715-2011中明確指出，將地鐵工程施工安全評價(jià)歸入施工環(huán)境安全管理評價(jià)，評價(jià)內(nèi)容主要包括三個(gè)方面，即地下管線、水文地質(zhì)周邊建筑物。通過評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可以看出，地鐵施工必須重視對鄰近管線的安全風(fēng)險(xiǎn)管理，為確保地鐵順利完工、避免安全事故奠定基礎(chǔ)。地鐵施工附近管線如圖1所示。

3 案例分析

某隧道工程豎井基坑的寬度為29.3m，長度為43.6m，開挖深度21.8m，地下連續(xù)墻插入深度34.5m，厚度0.8m，設(shè)置5層防護(hù)支撐，第一道是鋼混支撐，其它是鋼支撐，由斜撐和正交撐組合而成。豎井基坑周圍設(shè)有一給排水管道，管道埋深為1m，與基坑距離6.8m，管徑0.8m，管材是C20混凝土，厚度50mm，管線的現(xiàn)狀一般，判別管線的鄰近等級的Ⅴ級，需要作進(jìn)一步的安全評估來確定管道的風(fēng)險(xiǎn)等級和相應(yīng)的施工方案。根據(jù)該工程的基坑所在的空間位置，建立施工工程對管道變化的三維空間有限元的計(jì)算模型，因?yàn)榛邮墙茖ΨQ的，所以取基坑對稱的部分進(jìn)行建模預(yù)算。用空間八結(jié)點(diǎn)非協(xié)調(diào)單元作為地下連續(xù)墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，支撐使用空間梁單元，土體使用彈塑性本構(gòu)模型，管線使用殼單元模擬。

圖1 地鐵施工管線圖

4 地鐵施工對鄰近管線的影響

4.1 破壞管壁

地鐵施工工程中會(huì)對鄰近管道產(chǎn)生壓力，從而會(huì)使管道受壓，需要管道用自身內(nèi)應(yīng)力作支撐，一旦管壁內(nèi)應(yīng)力接近或超過最大內(nèi)應(yīng)力，管道的支撐作用就會(huì)驟降，管道的某些部位就會(huì)屈服或者脆性斷裂，導(dǎo)致管道損壞。

4.2 壓屈管壁

壓屈管壁現(xiàn)象在柔性管道上出現(xiàn)的機(jī)率較大，其管道內(nèi)部呈現(xiàn)出真空狀態(tài)，外部為靜壓力，周圍土壤夯實(shí)，土壓較高。在承受較大負(fù)載時(shí)會(huì)出現(xiàn)橢圓化的形態(tài)，形成撓曲，當(dāng)撓曲達(dá)到極限，管子其中一個(gè)截面會(huì)出現(xiàn)凹陷。管道柔性越強(qiáng)，管壁結(jié)構(gòu)就越容易處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4.3 破壞構(gòu)造

地下管線的截面如果長期位于外壓較大、受拉的環(huán)境中，截面處很容易出現(xiàn)裂縫，柔性管道的轉(zhuǎn)角連接處超過最大值，連接的口部可能發(fā)生滲漏。

5 地鐵施工臨近管線管理方法探析

5.1 對管線的安全管理

為了盡可能的避免意外情況的發(fā)生，施工團(tuán)隊(duì)盡量在施工準(zhǔn)備階段遷移臨近管線，來以規(guī)避其對地鐵工程的相互影響。如果實(shí)在無法遷移，就增加防范措施用以保護(hù)，并派遣監(jiān)理負(fù)責(zé)人員到現(xiàn)場監(jiān)督管理。當(dāng)管線出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)，則用主動(dòng)或被動(dòng)保護(hù)的措施來加以維護(hù)。主動(dòng)保護(hù)是在地鐵施工中引入先進(jìn)技術(shù)，規(guī)避地下低層可能出現(xiàn)的很大波動(dòng)；被動(dòng)保護(hù)就是在地鐵施工過程中提高多種地層承載力來加強(qiáng)管線的抗變形能力。對附近管線的具體管理，在施工準(zhǔn)備階段要勘察施工地點(diǎn)周圍的地質(zhì)情況和鄰近管線分布，再?zèng)Q定采用對應(yīng)的保護(hù)措施，并提前預(yù)估可能出現(xiàn)的安全隱患，調(diào)入防止塌方的材料。施工進(jìn)程中如果使用大型設(shè)備，必須在作業(yè)區(qū)域鋪設(shè)鋼板，并硬化作業(yè)區(qū)域的混泥土，且混泥土的厚度最小20cm、最大40cm。但是對于排水管線來說，排水管的管理需和相關(guān)部門進(jìn)行溝通，采用移除或者改道的方式，如果地下排水方溝直徑偏大，可先鋪防水材料，確保材料的縱向接口，將防水材料和混凝土完整貼合，保證防水材料與管線上接口的無縫銜接。也可進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)救，對于容易被施工影響的臨近管線，為確保它的完整性，可在加固管線的周圍打上隔離樁，并且將注漿管口設(shè)置在地表，根據(jù)施工進(jìn)行情況實(shí)行注漿。

5.2 控制管線的安全措施

地鐵施工所采用的挖法是暗挖法，因?yàn)樵谑┕み^程中許多臨近管線不會(huì)直接暴露，但工程對地下管線的影響卻是直觀存在的，增加了地下管線出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的可能，不利于風(fēng)險(xiǎn)的管理。所以減少管線的安全風(fēng)險(xiǎn)是必要的，減少風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生需要采用不同的管理方法。首先，將鄰近管線移除，這是最常見的方式之一。在工程臨近受挖掘影響較大的管線時(shí)，用改遷的方法來評估風(fēng)險(xiǎn)，并規(guī)劃改遷的線路。如果管線改遷受到了周圍地質(zhì)條件和實(shí)際需求的限制，在得到有關(guān)許可后可以馬上更換管道的材料或加強(qiáng)局部受影響的管線。就像將鋼混管道更換為鋼制管道，用以灌漿保護(hù)材料，增強(qiáng)受壓管道內(nèi)強(qiáng)度來抵抗變形，在其四周設(shè)置用于插入地下較深的隔離樁，并在隧道外做出隔墻，增加管道和隧道的距離，減輕管線與隧道之間的相互影響。

5.3 監(jiān)控管線的安全

為了降低鄰近管線在地鐵施工過程中可能出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)率，防止重大安全事故的發(fā)生，應(yīng)及時(shí)收集管道動(dòng)態(tài)信息，解決管線破損等各種方法來加強(qiáng)對管線的監(jiān)控管理。詳細(xì)監(jiān)管方式分為兩種：①直接測點(diǎn)；②間接測點(diǎn)。直接測點(diǎn)就是在管線上設(shè)置觀測點(diǎn)，監(jiān)測管線是否出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，保證了監(jiān)測結(jié)果的精確度。直接測點(diǎn)的方式分為兩種，分別是套管式直接測點(diǎn)和抱箍式直接測點(diǎn)。第一種套管式直接測點(diǎn)，是在監(jiān)測管道的上方與地面之間靜置一根硬塑料管，塑料管內(nèi)套有測桿，直觀表示了管線的沉降。這種方式操作簡便，無需對路面進(jìn)行開挖即可進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果具有較高的精準(zhǔn)度。

抱箍式直接測點(diǎn)是測量出管線直徑，用扁鐵做出直徑與管線等長的鐵環(huán)，連接測桿并套在管線上，將測桿與地面相連并放到窯井中，以免阻礙交通。但這種方式需要對路面開鑿，不可用于城市內(nèi)的重要交通線路，只能用于普通線路。間接測點(diǎn)的安全位置一般在管線的上方或者對應(yīng)的井蓋上，該方式操作簡單不需要破土開挖，不過測量精度因?yàn)榕c管線具有一定的距離所以無法保證。

6 結(jié)論

綜上所述，地鐵施工是一項(xiàng)較為復(fù)雜且特殊的工作，地下管線又是城市基礎(chǔ)設(shè)施中必不可少的一部分，其受地鐵施工特點(diǎn)的影響，在實(shí)際施工中，一旦地鐵開始施工，必然會(huì)對鄰近管線的安全性造成影響或破壞。對此，我們需要了解地鐵施工有哪些特點(diǎn)，這些特點(diǎn)可能給鄰近管線能造成哪些影響，評估其可能的安全風(fēng)險(xiǎn)，給出相應(yīng)的防治方案。最大限度確保鄰近管線的穩(wěn)定，使其免受地鐵施工的破壞。加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)的管理，通過相關(guān)方法的合理使用，在保障地鐵工程順利進(jìn)行的條件下，為鄰近管線安全提供保障。