隧道降水施工對既有市政管線隧道的影響

摘要：筆者針對某市新建地鐵下穿管線隧道的降水施工方案，結合自己多年的工作經(jīng)驗，分析研究了隧道降水施工對既有市政管線隧道造成的具體影響。根據(jù)研究所得的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，隧道降水施工與管線隧道的位移變化以及受力特性有著必不可分的聯(lián)系。因此，在對隧道進行降水施工前，必須要采取相應的輔助措施，為隧道結構的安全性提供保障。

關鍵詞：隧道；降水施工；既有市政管線隧道；影響

一、隧道降水施工簡要概述

作為城市發(fā)展的必然要求，隧道降水施工對促進城市發(fā)展有著舉足輕重的作用。然而，在隧道降水具體施工過程中，對既有管線隧道勢必會產(chǎn)生一定程度的影響。在實際施工中，會使既有隧道的應力場以及圍巖水位發(fā)生變化，這樣就會打破原始的力學平衡狀態(tài)，進而會改變結構內(nèi)力與位移，給隧道的結構留下嚴重的安全威脅。如果隧道降水施工的壓力過大的話，那么就會使既有的自來水管道、煤氣管道以及污水管道發(fā)生變形，更甚者會造成損壞，最終會導致自然水流失、煤氣泄漏等各種嚴重的現(xiàn)象。因此在對隧道進行降水施工的時候，必須要充分考慮其會對既有管線隧道造成的影響。

本文將會把某市新建的地鐵作為例子，此隧道穿過自來水、煤氣和污水管道，地下水位大概在地表下四米，因此在對隧道進行降水施工的時候，還需要利用暗挖法，進而使地下的水位不會高于隧道仰拱設計的標高。由此可以知道，隧道降水施工在市政建設中是十分普遍的。為了加強隧道降水施工對既有管線隧道的影響，就必須借助相關的理論依據(jù)，掌握施工后位移與結構力學的變化規(guī)律。

二、隧道降水施工對既有市政管線隧道影響的理論依據(jù)

在分析隧道降水施工對既有市政管線隧道的影響時，流固耦合基本理論在分析過程中有著舉足輕重的作用。因為在介質(zhì)中，流體一直不斷的流動，孔隙中的水壓力一旦消散，就會使介質(zhì)的位移發(fā)生變化。

根據(jù)Darcy 定律，就能夠得出滿足流-固耦合過程的平衡方程：Q=VF。式中Q指的是單位時間滲流量，V指的是滲流速度，F(xiàn)為過水斷面。此方程式表現(xiàn)了被測體積的流體源強度與孔隙介質(zhì)中流體體積以及滲流速度的變化情況。

對流體運動的描述則可以采用運動方程式，該方程中的常數(shù)主要有流體密度、均質(zhì)以及各向同性固體，運動方程的主要形式為q=-ks2（ - i gj）（3-2s），該工程式中，k是介質(zhì)滲透系數(shù)， i是指流體密度， 則是距離水位面的高差，gj表示沿j方向指定的重力加速度。

三、隧道降水施工對既有市政管線隧道影響的計算分析

在隧道降水施工過程中，還需要對其進行計算獲取對既有管線隧道造成影響的數(shù)據(jù)，從而避開一些不利的影響，使市政設施的功能充分得到發(fā)揮。

（一）模擬隧道降水施工過程

在本文中，筆者將會應用某段鐵路作為例子，利用井點降水法充分調(diào)查研究施工現(xiàn)場的具體狀況，根據(jù)有限差法與流固耦合理論得到相應的數(shù)據(jù)。為了使地下水位不能高于地表四米的位置，必須對隧道進行降水施工，直至水位達到要求之后方可停止降水計算。

其次，還需要充分調(diào)查與研究隧道周圍的水文與地質(zhì)條件。在實地考察之后，發(fā)現(xiàn)該處涂層分布比較明顯，主要包括泥巖、卵石土和人工填筑土等等。而且地下水的類別過于單一，只包含了巖裂隙水與松散土層孔隙潛水，其特點具有巨大的優(yōu)勢，含量豐富而且具有較好的滲透性，這些地下水多是地表水以及大氣降水。在對鉆孔深度進行控制時，要保證其范圍在2-8米之間。其中，具體的測量參數(shù)可參見表1。

表1 圍巖與支護結構的物理力學參數(shù)

（二）數(shù)值計算結果分析

在對所得數(shù)據(jù)進行分析之后，可以充分了解到在降水之后七對地表沉降造成的影響以及水壓分布的規(guī)律，這樣就可以全面掌握降水施工具體的影響范圍。再分別對降水前與降水后的所得數(shù)據(jù)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)新建隧道的上方與周圍的水壓力大致均為0mPa，由此可以知道，降水前的最大水壓正在逐漸變小。

在隧道實際降水施工過程中，位于隧道的交叉位置，既有管線隧道會出現(xiàn)位移下沉的現(xiàn)象，而且下沉量特別大，向隧道的兩端則會逐漸減小。在降水的不同階段，位于既有管線隧道交叉位置，二次襯砌拱頂和初期支護以及仰拱在垂直方向的位移會發(fā)生變化，其變化規(guī)律可以參見圖1。從圖1我們可以知道，降水的時間與交叉處豎直位移是成正相關的。在降水前期，位移增加的速率較大，而且隨著時間的不斷推移，位移下沉量會逐漸減少。其次，在對二次襯砌拱頂和初期支護以及仰拱的位移進行分析之后，所得的數(shù)據(jù)具有一致性，在變化規(guī)律方面，基本上不具有差異性。

圖1 各降水階段交叉位置截面仰拱的縱向應力

此外，在交叉位置，界面的下沉量是最大的，在縱向方向向兩邊呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，而且分布狀態(tài)是較為明顯的對稱，上部既有管線隧道兩端與中間的差異沉降超過了控制基準的要求。

（三）研究結論

在具體分析某新建隧道的降水施工后，能夠得出以下一些結論：第一，距降水井距離直徑和地表的沉降量成反相關。如果增加降水井距離的直徑，那么就會使沉降量迅速降低。當直徑為一百米的時候，地表沉降表現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)，大概維持在五米；如果距離降水井的直徑不超過一百米的話，那么地表沉降的變化就會十分明顯，進而誘發(fā)差異沉降，對既有市政管線隧道造成破壞性的影響。第二，在具體施工過程中，隨著降水時間的不斷疊加，既有管線隧道的應力值和結構位移也會隨之而增加。一般情況下，降水的初始過程，增加的速度比較快，隨著時間的變遷，在降水后期階段，增長速度就開始減緩。隧道降水施工對既有管線隧道初始二襯位移、支護以及應力的影響規(guī)律基本上是一致的，在交叉處的豎直位移是最大的，大概為22.87ram，而且位移在隧道的縱向兩端會慢慢減小并且分布是相互對稱的。隧道降水施工會導致既有隧道的中間和兩端的沉降范圍超出控制基準的具體要求，因此會給既有管線隧道留下嚴重的安全隱患。第三，通過分析隧道降水過程中的應力，可以知道在拱頂處的壓力屬于壓應力，仰拱縱向的應力則是拉應力。無論如何，隧道降水施工都會在一定程度上給既有管線隧道帶來一些不利的影響。如果沉降不均勻，就有可能導致管線隧道開裂。

由于隧道降水施工會給既有管線隧道帶來不利的影響，必須要深入探討隧道降水施工，在研究之后獲取清晰的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)當作降水施工的指導依據(jù)，使既有管線隧道的破壞達到最小，為充分發(fā)揮市政基礎設施的作用提供保障。

四、總結

當前，我國城市化進程不斷推進，對市政建設提出了更多更高的要求，隧道降水施工已經(jīng)發(fā)展成為其重要途徑之一。這樣不但能夠使基礎設施的利用率得到有效提高，而且還能夠節(jié)省大量的施工資金，為實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會效益提供保障。但是還需要注意的是，必須要重點把握隧道降水施工對既有管線隧道造成的影響，在不破壞既有管線隧道的前提之下，井然有序的對隧道進行降水施工。

參考文獻：

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