天津地下直徑線深埋地下管線測深的研究

裴世建 郝 明

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300142)

在擬建天津地下直徑線鐵路里程DK2+266處慈海橋北側(cè),有一路采用非開挖方式鋪設的35 kV高壓動力電纜,與擬建天津地下直徑線交叉。在交叉處電力管線埋深約15 m左右,設計盾構(gòu)頂埋深為16.3 m。為保證擬建天津地下直徑線盾構(gòu)順利通過,必須查明該電力管線在盾構(gòu)上方準確深度,為設計提供可靠的設計依據(jù)。

1 測區(qū)概況

1.1 電力管道基本情況

(1)HDPE材質(zhì)8孔 φ200 mm和2孔 φ110 mm 拉管;

(2)已用孔2孔為35 kV高壓動力電纜2根;

(3)電力管線采用非開挖方式鋪設,導孔尺寸φ1 100 mm,埋深呈弧形狀穿越子牙河,預計線位附近埋深13～15 m。

1.2 測區(qū)條件和地球物理特性

該電力拉管地處天津市紅橋區(qū)慈海橋與子牙河西岸新建道路的交口處,地下管線較復雜,主要包括通信、上水、給水、燃氣、雨污水管道和電力電纜等;該處為新建道路,車流量不大;地層一般為粉質(zhì)黏土、黏土等,土層含水量高,地下水埋深約3 m;巖土層地下水含量較高,巖土層電阻率較低并且隨著深度的增加電阻率降低,并趨向穩(wěn)定;動力電纜為低阻良導體,本身帶電,能產(chǎn)生電磁場;電力管道有預留管,可以在預留管道內(nèi)放入導線?，F(xiàn)場平面位置見圖1,電力拉管與地鐵盾構(gòu)剖面示意見圖2。

2 探測方法研究與可行性分析

電力管道鋪設太深,直接開挖驗證很難實施且不經(jīng)濟,需要采用其他方法確定該管道在地鐵盾構(gòu)上方的準確深度(精度要求 ±1.5 m)。

2.1 電磁波法

測區(qū)巖土層電阻率低,管道內(nèi)有動力電纜,采用電磁波原理進行探測(如管線探測儀、地下定位系統(tǒng)等),無法保證測深精度。

圖1 電力拉管平面位置示意

圖2 電力拉管與地鐵盾構(gòu)立面示意

2.2 孔中磁法

由于該管道內(nèi)有兩根動力電纜,在電纜周圍會產(chǎn)生磁場,利用孔中磁法可以取得較好效果。該方法實施需在管道附近布設2～3個孔深為25 m左右的鉆孔,由于管線埋設太深,利用管線儀或地下定位系統(tǒng)只能初步確定管道平面位置,無法保證鉆孔安全。

2.3 孔中測斜法

孔中測斜法是利用測斜原理,將測斜儀放進管道預留管內(nèi),根據(jù)每次前進時的傾角計算兩點高差,測量精度較高。但由于測試期間,測斜儀一直處在電力管線的磁場下,將影響測斜儀精度;如果做隔磁改進,測試成本太高。

通過試驗對比分析,最終用孔中測斜法,對測斜探頭作隔磁處理后,進行電力管道埋設深度測試。

3 孔中測斜法的實施

3.1 測量過程

先用穿線器在擬探測的HDPE材質(zhì)孔中穿一根測繩,在端頭井附近設水準基點,用水準儀測定基準點的高程。然后測量水準基標點至孔口的相對高程,再將測斜探頭固定在測繩上,人工牽引測繩,帶動探頭在HDPE材質(zhì)管孔中移動,同時測定探頭在不同位置的高程。測點間距控制在1 m,重復測量6次,每次起點間隔0.2 m。根據(jù)測量結(jié)果繪制管線的垂度曲線,并給出管線距離。

3.2 測試質(zhì)量控制

(1)實際測量中,同一測點、同一次測量讀數(shù)不少于3次,且其較差不大于10 mm。

(2)單點測量繩索距離誤差不大于10 mm。

(3)探測過程中,同一位置測點偏差超過30 mm時,增加測量次數(shù)。

(4)單次測量結(jié)束后重新檢校儀器,如果發(fā)現(xiàn)儀器偏離標準狀態(tài),重新校準儀器,重新探測管線,直到探測前后儀器校準狀態(tài)正常。

(5)對多次測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,提供實測高程平均值,最低高程值。需要時可提供保證值。

4 數(shù)據(jù)處理

4.1 測斜高程計算

如圖3所示,測斜探頭高程按下式計算

圖3 測斜測量高程計算示意

式中 H0——高程基準點至孔口高/m;

Hb——井口基準點高程/m;

h0——井口基準點液壓測量高差讀數(shù)/m。

各測點高程按下式計算

式中 Hi——第i個測點的高程/m;

hi——第i個測點液壓測量高差讀數(shù)/m。

4.2 水平距離計算

根據(jù)測量中的電纜長度步距(本次測量為1 m),和相鄰兩測點的高差,可按下式計算水平距離

式中 Δli——探頭移動1步的水平距離/m;

Δci——探頭移動 1 步線纜長度步距 (Δci=1)/m;

Δhi——探頭移動1步的高差 (相鄰讀數(shù)的差值)/m;

li——第i個測點距端頭井的水平距離/m。

4.3 測量管與電纜管豎向高差分析

端頭井內(nèi)觀測到的管孔排列如圖4所示。拉管導孔直徑為1 100 mm,各管孔在導孔中最不利的分布如圖5所示。測量管孔位于最上面,而電纜管位于最下面。為安全起見,應在實測高程減去1.1 m作為管道的高程。

圖4 管口端頭井排列示意

圖5 線纜在管道中排列示意

4.4 測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

根據(jù)6次重復測量的高程數(shù)據(jù),計算出各測點高程的平均值和標準差,并統(tǒng)計出各測點高程的最小值。對上述值減去1.1 m,得到相應的電纜高程值。根據(jù)各點高程繪制斷面圖如圖6所示。

5 結(jié)束語

目前此段地鐵盾構(gòu)按照預期設計深度已經(jīng)順利通過,證明液壓法測量結(jié)果可靠。由于現(xiàn)在地鐵盾構(gòu)施工或其他非開挖方式施工過程中碰到此類特深管線較多,采用直接開挖驗證基本不能實施,采用有效的探測方法驗證特深管道鋪設深度已經(jīng)迫在眉睫。本次孔中測斜法的施測經(jīng)驗,在以后此類特深管線探測中具有推廣價值。

圖6 電纜管道測量縱斷面

[1]CJJ—2003 城市地下管線探測技術規(guī)程[S]