淺議如何降低城市中市政管線對(duì)地鐵基坑帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)

吳蔚博

摘要：地鐵基坑大部分位于城市區(qū)域，周邊市政管線眾多，市政管線與基坑工程是一個(gè)互動(dòng)關(guān)系，根據(jù)工程風(fēng)險(xiǎn)管理的原則，各項(xiàng)潛在安全風(fēng)險(xiǎn)都應(yīng)有對(duì)應(yīng)的解決方案。除了強(qiáng)調(diào)基坑工程本身的安全性和質(zhì)量外，本文重點(diǎn)就如何通過(guò)市政管線的合理改遷和采取預(yù)防措施，來(lái)提高市政管線的抗風(fēng)險(xiǎn)能力進(jìn)行研究和論述。

關(guān)鍵詞：市政管線；地鐵基坑；風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)：TU990.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1008-0422（2013）07-0178-02

1.前言

目前中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模的地鐵建設(shè)階段，大部分的地鐵車站均采用明挖深基坑工法進(jìn)行施工。地鐵深基坑與普通房建基坑相比，多利用道路、市政綠化等場(chǎng)地開挖基坑，基坑施工前需要進(jìn)行大量市政管線的改遷，且改遷后的市政管線大部分都環(huán)繞在基坑范圍周邊。

深基坑工程作為一項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)較高的巖土工程，一直是工程研究中的重點(diǎn)難點(diǎn)，筆者通過(guò)研究多個(gè)地鐵基坑施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題、險(xiǎn)情和事故發(fā)現(xiàn)，由市政管線作為誘因引發(fā)的基坑安全風(fēng)險(xiǎn)之高，不亞于不良地質(zhì)條件風(fēng)險(xiǎn)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)工程管理風(fēng)險(xiǎn)控制的原則，各種潛在風(fēng)險(xiǎn)源都應(yīng)該有對(duì)應(yīng)的處理措施加以控制和消除，應(yīng)認(rèn)識(shí)到基坑與管線是一個(gè)互動(dòng)、互相影響的關(guān)系。通過(guò)合理優(yōu)化地鐵基坑周邊的市政管線改遷方案、嚴(yán)格控制市政管線改遷工程質(zhì)量，可以增強(qiáng)市政管線自身的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，也避免市政管線成為威脅基坑安全的直接源頭。

2.合理制定地鐵基坑周邊市政管線改遷方案

目前針對(duì)地鐵基坑工程施工區(qū)域內(nèi)的市政管線，通常采取改遷、懸吊、局部斷開封堵三種方式進(jìn)行處理，管線改遷的范圍、改遷設(shè)計(jì)方案、復(fù)雜危險(xiǎn)位置的特殊強(qiáng)化措施、懸吊與改遷的取舍，都是有效降低市政管線對(duì)地鐵基坑的風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。

2.1合理確定改遷管線的范圍與設(shè)計(jì)方案

2.1.1統(tǒng)籌考慮市政管線的改遷范圍與安全距離

在地鐵工程的總體籌劃中，通常出現(xiàn)只是將直接影響地鐵基坑施工工作面的市政管線進(jìn)行改遷，而在基坑（圍護(hù)結(jié)構(gòu)）邊界之外的管線一般都不做改遷；或是為了減小改遷工程量，而將新建管道設(shè)置于距離基坑較近的位置。

與電力、通信等柔性管線不同的是，大直徑的排水管、給水管以及燃?xì)夤艿辣旧淼目箶_動(dòng)能力差，土體沉降和變化極易引起管道破裂，一旦管道破裂將導(dǎo)致大量涌水、氣體泄漏爆炸。對(duì)于此類距離基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)過(guò)近的既有管道，應(yīng)統(tǒng)籌考慮工程造價(jià)、工期和安全風(fēng)險(xiǎn)各個(gè)因素，確定其改遷的必要性和改遷距離。

2.1.1.1在工程初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)方和建設(shè)方應(yīng)通過(guò)管道現(xiàn)狀的詳細(xì)調(diào)查、結(jié)合地質(zhì)條件的好壞，客觀研判其對(duì)基坑施工可能產(chǎn)生的潛在威脅，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)較高的燃?xì)夤艿篮痛笾睆浇o排水管道，即使不在基坑施工邊界內(nèi)，如場(chǎng)地條件允許，也應(yīng)盡量進(jìn)行改遷；

2.1.1.2基坑施工過(guò)程中，場(chǎng)地內(nèi)大型機(jī)械作業(yè)將產(chǎn)生局部重載、基坑周邊將出現(xiàn)土體沉降與失水；另一方面，為了應(yīng)對(duì)基坑變形失穩(wěn)險(xiǎn)情，通常需要在圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)進(jìn)行地層加固和注漿補(bǔ)償；以上因素對(duì)周邊距離較近的管道將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，故改遷后的新建管道應(yīng)盡量遠(yuǎn)離基坑，降低破壞風(fēng)險(xiǎn)，且保證有足夠的空間作為基坑應(yīng)急處理的工作面。如場(chǎng)地條件允許，給排水管道應(yīng)保證5m-10m的安全距離，柔性管道和燃?xì)夤艿缿?yīng)按照市政道路下方管道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管材選用和包封、套管保護(hù)。

2.1.1.3大型城市的老城區(qū)，存在大量老舊管道，由于當(dāng)時(shí)不規(guī)范的施工與環(huán)境侵蝕等原因，管道破損情況嚴(yán)重，給排水管道長(zhǎng)期滲漏、電力電纜無(wú)套管保護(hù)、金屬管道銹蝕等現(xiàn)象都普遍存在且情況嚴(yán)重。這些管道雖不直接影響地鐵基坑作業(yè)面，但仍是威脅工程安全的一個(gè)重大隱患，應(yīng)盡量在基坑施工前進(jìn)行改遷或者改造；從市政建設(shè)統(tǒng)籌角度考慮，利用地鐵工程的契機(jī)同步實(shí)施改造，既減少了安全風(fēng)險(xiǎn)，也避免今后重復(fù)施工和路面反復(fù)開挖帶來(lái)的擾民影響。

2.1.2有限空間內(nèi)合理安排管線布置

由于地鐵施工區(qū)域往往位于密集城區(qū)，施工場(chǎng)地受限，個(gè)別區(qū)域中可供遷改后的管線使用的空間極其有限，當(dāng)同一位置需要布置多種管線時(shí)，既要保證各種管道之間安全距離，又要考慮管道施工時(shí)的工作空間需要，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)。

以某地鐵車站出入口基坑管線改遷工程為例，該出入口基坑與北側(cè)的建筑物最小距離僅為5m，由于需要保留2m寬的人行通道，剩余寬度3m的空間內(nèi)，需要鋪設(shè)一條φ200給水管、一條φ200燃?xì)夤?、一組24孔（管群寬1.5m）通信管道（詳見圖1），在最初的設(shè)計(jì)方案中將其簡(jiǎn)單考慮為三條管道按照一定安全距離平行布置，沒(méi)有考慮實(shí)際可以使用的作業(yè)空間，通過(guò)研究，最終采取燃?xì)馀c通信上下垂直間隔2m頂管施工、給水管地面明敷保護(hù)的方案，解決了施工場(chǎng)地狹小無(wú)法開挖較深管溝的問(wèn)題。

上述工程案例在后續(xù)方案的進(jìn)一步檢討與分析中發(fā)現(xiàn)，此類狹窄空間中多種管線并行的情況，完全可以采用小型管道共同溝進(jìn)行施工，通過(guò)在共同溝內(nèi)設(shè)置一定的隔斷和防護(hù)，可以實(shí)現(xiàn)最小的施工作業(yè)面，也能保證各個(gè)管道之間的安全需要，且鋼筋混凝土的共同溝也可防止地鐵基坑施工帶來(lái)的土體沉降影響。

2.2不良地質(zhì)條件下的改遷管線特殊處理

在不良地質(zhì)條件下施工深基坑工程，基坑周邊地層發(fā)生失水與沉降、圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形的可能性明顯加大，更容易引發(fā)周邊管道沉降與破裂，所以，在不良地質(zhì)條件位置，不能單純按照正常工況來(lái)進(jìn)行管道改遷設(shè)計(jì)，而應(yīng)結(jié)合地層地質(zhì)情況，采取相應(yīng)的強(qiáng)化措施。

2.2.1不良地質(zhì)條件下排水井的特殊處理

目前大部分的市政污水、雨水等排水井通常采取底部混凝土基礎(chǔ)、磚砌井壁結(jié)構(gòu)形式，兩端管頭直接穿過(guò)磚砌井壁進(jìn)入井內(nèi)，接縫使用砂漿封閉。如該排水井位于砂層等較差地層內(nèi)，一旦出現(xiàn)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏，基坑外地層由于失水而土體壓縮產(chǎn)生沉降，而滲漏水也會(huì)大量帶走小顆粒砂礫土，導(dǎo)致井體周邊土體空洞和不均勻沉降；管頭與井壁的接口這一薄弱點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)拉裂，管道內(nèi)外漏的雨污水又會(huì)加劇這一滲漏和沉降的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致排水井坍塌斷裂。

近幾年在地鐵車站出入口基坑工程和房建基坑工程中，都曾經(jīng)出現(xiàn)由于基坑失水變形導(dǎo)致井體破裂，井體長(zhǎng)期滲漏水掏空周邊土層，最終突然發(fā)生井體和地面坍塌的嚴(yán)重事故。故建議在特別差的地層、或者距離基坑過(guò)近的情況下，排水井應(yīng)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并且在兩端管道接口設(shè)置剛性套管連接，提高井體的自穩(wěn)能力與整體強(qiáng)度。

2.2.2不良地質(zhì)條件下管溝的特殊處理

目前給排水管道通常在管溝基底采用原土夯實(shí)后200mm砂墊層或者100mm混凝土墊層基礎(chǔ)，燃?xì)?、電力和通信管道直接為河沙或者石粉渣填充管溝。在容易發(fā)生沉降的不良地質(zhì)條件區(qū)段，應(yīng)在管道鋪設(shè)前對(duì)管溝基底進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡貙蛹庸?，防止水土流失與地層不均勻沉降導(dǎo)致管道變形和管接口破裂。

深圳地區(qū)有大量填海區(qū)域，地表下2-6m范圍存在大量拋填片石，如無(wú)法進(jìn)行填石層開挖換填，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工通常采用沖孔樁施工，沖孔樁機(jī)穿越填石層時(shí)，將產(chǎn)生巨大的震動(dòng)和擠壓，對(duì)周邊市政管道產(chǎn)生危害，故在這種情況下，管溝靠基坑側(cè)應(yīng)設(shè)置剛性隔離墻，防止圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工帶來(lái)的沖擊。

2.2.3合理選用管材

給排水管道種類眾多，但一直都大量采用混凝土管和球墨鑄鐵管，這一類管材雖然價(jià)格便宜且管體剛度大，但由于承插接頭多，防漏性能、防變形能力差，對(duì)地層變化反應(yīng)敏感，基坑施工過(guò)程中，大量車輛碾壓和土體沉降都極易造成抹縫水泥開裂、密封橡膠圈脫離。

目前很多設(shè)計(jì)單位在管道改遷設(shè)計(jì)中已經(jīng)意識(shí)到了這一問(wèn)題，針對(duì)臨時(shí)改遷的給排水管道會(huì)使用焊接鋼管未提高管體整體剛性，但由于地鐵車站施工受到場(chǎng)地、道路等條件的制約，車站本體基坑與附屬結(jié)構(gòu)（出入口、風(fēng)道）基坑往往需要倒邊施工，主體基坑施工完成后，仍會(huì)使用傳統(tǒng)承插管將管道永久恢復(fù)到車站頂板上方，那么在附屬結(jié)構(gòu)基坑施工過(guò)程中，依然會(huì)存在巨大風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)在國(guó)外工程項(xiàng)目已經(jīng)大部分淘汰各種承插管口管材，國(guó)內(nèi)地鐵項(xiàng)目中管道改遷工程也應(yīng)大膽使用新技術(shù)新材料，采用如UPVC纏繞管等抗撓曲強(qiáng)的管材，提高管道本身強(qiáng)度與性能，減輕基坑施工帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3合理設(shè)計(jì)管線懸吊方案

對(duì)于橫向跨越地鐵基坑的市政管道，建設(shè)方和設(shè)計(jì)方經(jīng)常采用基坑上方管道懸吊保護(hù)的方案。懸吊管線一旦出現(xiàn)問(wèn)題，將對(duì)地鐵基坑造成重大影響，而地鐵基坑發(fā)生失穩(wěn)險(xiǎn)情，對(duì)懸吊管線也將帶來(lái)嚴(yán)重后果。所以應(yīng)盡量避免采用管道懸吊，如現(xiàn)場(chǎng)條件限制必須進(jìn)行懸吊，應(yīng)注意以下問(wèn)題：

2.3.1懸吊管道與既有管道接口兩端井位盡量遠(yuǎn)離基坑，尤其是給排水與燃?xì)夤艿溃艿澜宇^這一薄弱點(diǎn)遠(yuǎn)離基坑，可以有效降低基坑變形、土體沉降帶來(lái)的影響。

2.3.2應(yīng)盡量避免使用跨越基坑上方的道路鋼便橋作為懸吊梁體，將懸吊管道置于便橋梁體內(nèi)或者懸吊于下方，道路鋼便橋在使用過(guò)程中發(fā)生的變形和持續(xù)震動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間直接作用于懸吊管道本身，管道極易出現(xiàn)變形、撓曲和接口開裂，導(dǎo)致嚴(yán)重險(xiǎn)情和事故。

2.3.3懸吊管線的懸吊梁體應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的承臺(tái)樁基，不應(yīng)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)共用，防止因圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形引起懸吊桁架梁體變形，導(dǎo)致懸吊管道受損和失穩(wěn)。圖2和圖3是兩種完全不同的懸吊梁承臺(tái)基礎(chǔ)方案，建議應(yīng)盡量采用圖3的方案。

3.管線改遷工程施工管理中應(yīng)注意的問(wèn)題

3.1合理安排管線改遷工程的工期，

地鐵工程的建設(shè)方，需要在工程總體籌劃中合理考慮管線改遷工程的工期，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到地鐵涉及的管線改遷工程的難度，針對(duì)可能出現(xiàn)的不明和新增管線、原設(shè)計(jì)方案現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法實(shí)施導(dǎo)致反復(fù)研究處理、通信電力等重要線路割接等各種情況，在總體建設(shè)時(shí)間中為市政管線改遷工程預(yù)留出足夠的時(shí)間，避免因工期緊張而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工程質(zhì)量的下降。

3.2基坑施工和設(shè)計(jì)方應(yīng)提前介入管線改遷工程

地鐵基坑的設(shè)計(jì)單位和施工單位，應(yīng)全程介入和參與基坑開工之前進(jìn)行市政管線改遷工程。一方面，可以讓基坑工程的參與者清楚改遷后的基坑周邊管線走向與位置，以便在施工中針對(duì)性采取對(duì)應(yīng)措施；另一方面，可以從地下巖土工程專業(yè)的角度，充分提醒與揭示今后基坑施工中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，不斷完善管線改遷工程的方案，增強(qiáng)市政管道的安全性。

3.3應(yīng)高度關(guān)注非市政權(quán)屬的各種用戶管道

在大中型城市內(nèi)，由于建設(shè)時(shí)間較早或者工程報(bào)建的缺失，大量用戶管道，如接入居民區(qū)的給排水管道、電力管道，在市政檔案中很可能沒(méi)有任何記錄可查，其管線位置走向、管道質(zhì)量、目前狀態(tài)都不明確。在市政管線改遷施工中，應(yīng)通過(guò)和各個(gè)管線權(quán)屬單位的詳細(xì)溝通與現(xiàn)場(chǎng)走訪調(diào)查，摸清此類管線的情況，或納入改遷范圍內(nèi)，或者對(duì)其進(jìn)行專項(xiàng)的保護(hù)措施。避免因后續(xù)施工造成管道破損，或是成為隱藏的安全威脅。

3.4管道封堵的處理

市政管道改遷或者臨時(shí)切斷后，原狀管道斷頭位置設(shè)置的封堵口應(yīng)遠(yuǎn)離基坑；對(duì)于給水管等有壓管道，封堵口應(yīng)設(shè)置反向頂壓設(shè)施；各種封堵頭，應(yīng)盡量保留一個(gè)觀察井，以便觀察和監(jiān)測(cè)，防止封堵頭由于老化、施工震動(dòng)、或者土體沉降導(dǎo)致變形和破裂。

在地鐵基坑工程發(fā)生的各種險(xiǎn)情和事故中，市政管線往往既是受損害一方，又是引發(fā)事故的風(fēng)險(xiǎn)源頭。目前各地地鐵建設(shè)中涉及的管線改遷工程，多數(shù)由地鐵建設(shè)方統(tǒng)一組織實(shí)施。作為工程建設(shè)單位的管理者，應(yīng)該從基坑工程和市政管線改遷工程兩個(gè)方面，綜合進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，在總體方案、工程造價(jià)、設(shè)計(jì)方案、施工質(zhì)量、安全管理等各個(gè)方面統(tǒng)籌全面的采取措施，最大程度消除安全隱患，增強(qiáng)基坑與市政管線本身的安全系數(shù)。