深基坑開挖對(duì)鄰近超高伏電壓線影響研究

黃克

（南寧地源市政工程有限公司，南寧 530201）

0 引言

隨著城市化的進(jìn)一步發(fā)展，城市建設(shè)來到新階段，由原來的擴(kuò)展建設(shè)變?yōu)榫植扛?。由此也?dǎo)致出現(xiàn)了大量在密集建筑群中建設(shè)的建筑，上海城區(qū)大量老舊建筑的更新即屬于這一類建設(shè)工程。新建建筑緊鄰已有建筑的同時(shí)，周圍分布大量關(guān)系城市安全運(yùn)營的市政工程管線，新建建筑基坑開挖引起的周圍地層位移，不僅對(duì)鄰近建筑產(chǎn)生影響，對(duì)周圍市政管線也是嚴(yán)重威脅，過大的變形可能導(dǎo)致管線斷裂破壞，嚴(yán)重影響城市的正常運(yùn)行。分析深基坑開挖對(duì)鄰近管線的影響規(guī)律是控制基坑工程施工對(duì)管線影響的有效手段。國內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)此做了大量的研究［1-5］。胡潮鋼等［6］運(yùn)用商業(yè)有限元軟件，建立了青山湖湖底隧道基坑開挖對(duì)鄰近管線影響的數(shù)值模型，分析了基坑支護(hù)形式、管線種類和基坑距離的影響。劉學(xué)鋒［7］以某三角形基坑為例，通過數(shù)值模擬的方法研究了基坑開挖對(duì)黑河管線的影響。郭曉君［8］分析了狹窄施工場(chǎng)地內(nèi)深基坑開挖對(duì)大直徑給水管線的影響，并研究了鋼板樁隔離、壓密注漿、鋼托架倒吊等保護(hù)措施的效果。王英楠和王江鋒［9］建立了鄭州某地鐵基坑施工有限元模型，研究了管線與基坑的相對(duì)位置對(duì)管線變形的影響。過洪赟和趙延林［10］建立了某深基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)-管線-土體三維有限元模型，分析了管線與基坑距離、管線埋深、管線材料性質(zhì)等因素的影響。郭研輝等［11］運(yùn)用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，管道受力和變形等進(jìn)行了分析。可以看出，已有研究大多數(shù)是采用數(shù)值模擬的方法開展研究，但數(shù)值模擬會(huì)收到計(jì)算機(jī)計(jì)算能力、材料參數(shù)選取和網(wǎng)格劃分等的影響，使得計(jì)算結(jié)果不夠精確?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能真實(shí)反應(yīng)實(shí)際結(jié)構(gòu)和管線在基坑開挖過程中的變形，對(duì)分析基坑開挖對(duì)鄰近管線的影響具有重要的參考意義。文中以上海地區(qū)某深大基坑為例，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了基坑開挖對(duì)鄰近超高伏電壓線垂直位移和水平位移的影響規(guī)律，為今后類似工程的設(shè)計(jì)施工提供參考。

1 工程概況

源深路1111號(hào)研發(fā)樓項(xiàng)目，位于源深路以東、楊源路以北；桃林公園二期項(xiàng)目東至220V源深路變電站、南至楊源路、西至源深路、北至桃林公園一期?；涌偯娣e為13598m2，周圈邊長(zhǎng)496m，其中源深路1111號(hào)研發(fā)樓：基坑面積為5432.2m2，基坑挖深為11.2m；桃林公園二期：基坑總面積為8166m2，基坑挖深為11.2m，基坑平面圖如圖1所示。研發(fā)樓基坑采用地下連續(xù)墻+三軸攪拌樁槽壁加固+兩道混凝土支撐，局部落深區(qū)增加一道609鋼支撐；桃林二期公園采用鉆孔灌注樁擋土+三軸攪拌樁止水+兩道混凝土支撐。研發(fā)樓和桃林二期地下結(jié)構(gòu)工程采用同步施工，施工階段如表1所示。

圖1 基坑平面圖及超高伏電壓線位移測(cè)點(diǎn)布置

表1 基坑施工階段匯總

勘察成果表明，擬建場(chǎng)地地基土屬第四紀(jì)上更新世及全新世積物，主要由粘性土、粉性土和砂土組成，分布較穩(wěn)定，一般具有成層分布的特點(diǎn)：第①層填土，上部為碎石、碎磚，局部為混凝土地坪，下部以粘性土為主，含有機(jī)質(zhì)、植物根莖等，土質(zhì)松散、不均勻；第②層灰黃色粉質(zhì)粘土；第③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；第④層灰色淤泥質(zhì)粘土；第⑤層灰色粉質(zhì)粘土；第⑥層暗綠～灰綠色粉質(zhì)粘土。按照地質(zhì)時(shí)代、水動(dòng)力條件和成因等類型，擬建場(chǎng)地勘探深度內(nèi)主要地下水類型為淺部土層中的潛水及深部第⑦、⑨層中的承壓水。工程基坑最大開挖深度約12.0m，第⑦層層頂埋深約28.1～29.0m，處于基坑開挖深度2.5倍范圍內(nèi)，第⑦層承壓水對(duì)工程基坑有一定影響。

高壓電力管線為22萬伏和11萬伏，分別通往世紀(jì)大道地鐵站、人民廣場(chǎng)等，楊源路超高伏電壓線到基坑邊線最近距離為2.55m，源深路超高伏電壓線到基坑邊線距離最近為5.25m。電纜溝寬度約1.5m，上部距離地面約0.9m，下部埋深約2m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)物探及開挖情況，電纜溝里面已被水淹沒。超高壓溝槽斷面示意圖如圖2所示，其下部為混凝土墊層，上部為槽型構(gòu)件。楊源路、源深路共有3個(gè)檢修井，檢修井為混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖情況，現(xiàn)其內(nèi)部水位同地下水齊平。超高壓管線引起參建各方高度重視，保護(hù)要求如下：

圖2 超高伏電壓線電纜溝

（1） 管線上部不得有施工機(jī)械等重物碾壓，施工過程中絕不容許機(jī)械開挖碰撞。

（2） 現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)根據(jù)超高壓要求，設(shè)置了地面防護(hù)網(wǎng)，防止機(jī)械隨意進(jìn)入電纜保護(hù)區(qū)。

（3） 楊源路及源深路大門區(qū)域，車輛通行將制定專項(xiàng)車輛通行方案。

（4） 為便于后期檢修，超高壓管線溝槽內(nèi)禁止進(jìn)入泥漿。

（5） 超高壓將采取必要的技術(shù)方式，包括事先調(diào)松管線等保護(hù)措施，防止變形引起的管線受到不良影響。

（6） 按照權(quán)屬單位的要求，針對(duì)超高壓電力管線進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè)，必要時(shí)實(shí)施加密監(jiān)測(cè)。

2 監(jiān)測(cè)方案

文中主要研究基坑開挖對(duì)超高伏電壓線的影響，因此這里僅介紹超高伏電壓線的監(jiān)測(cè)方案。

超高伏電壓線監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，楊源路及源深路采用直接埋設(shè)的方法，其他區(qū)域采用間接測(cè)點(diǎn)埋設(shè)的方法。管線距離基坑圍護(hù)邊線15m范圍內(nèi)5m布設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn)，管線距離基坑圍護(hù)邊線15m范圍以外的15m布設(shè)1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共布設(shè)66個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)超高伏電壓線的垂直和水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。超高壓電力監(jiān)測(cè)報(bào)警值為變化速率2mm（連續(xù)3d均為2mm），累計(jì)預(yù)警值為8mm，累計(jì)報(bào)警值為10mm。累計(jì)預(yù)警值表示變形達(dá)到預(yù)警值時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注，加大監(jiān)測(cè)頻率；累計(jì)報(bào)警值表示變形達(dá)到報(bào)警值時(shí)，需要上報(bào)項(xiàng)目部，采取相關(guān)措施進(jìn)行控制。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以累計(jì)報(bào)警值為控制指標(biāo)。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1 超高伏電壓線垂直位移分析

圖3（a）、圖3（b）和圖3（c）所示分別為楊源路、源深路、靈山路三側(cè)超高伏電壓線垂直位移隨施工階段的變化圖。

圖3 超高伏電壓線垂直位移實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

從圖3（a）、圖3（b）和圖3（c）可以看出，基坑開挖引起的超高伏電壓線垂直位移主要以向下的位移為主，向下的位移最大值接近50mm。同時(shí)對(duì)比不同開挖階段的豎向位移可以發(fā)現(xiàn)，開挖第一、第二層土引起的向下的垂直位移遠(yuǎn)小于開挖第三層土體引起的向下的垂直位移，這表明深層土體的開挖卸荷對(duì)管廊的豎向位移影響較大。底板澆筑后基本抑制了向下的垂直沉降的發(fā)展，說明底板對(duì)于控制基坑外土層變形具有重要作用。拆除第一第二道支撐，超高伏電壓線垂直位移變化幅度較小，這是由于在拆除支撐的同時(shí)也在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)的施工，地下結(jié)構(gòu)的自重有效的抑制了坑外的土層位移。

同時(shí)圖3（a）和圖3（b）均顯示，對(duì)于基坑一條邊上的測(cè)點(diǎn)，位于基坑邊中部位置的測(cè)點(diǎn)垂直位移顯著大于位于基坑邊兩端位置的位移，這是由于基坑變形的空間效應(yīng)引起的。角點(diǎn)處基坑兩條邊成為相互的橫向支撐，使得該處的剛度較大，因此坑外土層的變形較小，使得超高伏電壓線垂直位移也較?。欢呴L(zhǎng)中點(diǎn)處橫向支撐較為薄弱，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形較大，導(dǎo)致坑外土層位移較大，使超高伏電壓線垂直位移也較大。

分析圖3（a）可以看出，測(cè)點(diǎn)GL18～GL20處的超高伏電壓線垂直位移明顯減小，結(jié)合圖1的測(cè)點(diǎn)布置圖，可以發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)GL18～GL20處基坑外墻向內(nèi)有凹槽，該處的超高伏電壓線距離基坑外墻較遠(yuǎn)。同時(shí)，圖3（b）也表明測(cè)點(diǎn)GL59～GL68明顯小于其他位置的測(cè)點(diǎn)處的超高伏電壓線垂直位移，這也是由于該處測(cè)點(diǎn)距離基坑邊線較遠(yuǎn)的原因。對(duì)比圖3（a）、圖3（b）和圖3（c）可以看出，靈山路一側(cè)的測(cè)點(diǎn)的超高伏電壓線垂直位移相對(duì)于楊源路及源深路側(cè)的超高伏電壓線垂直位移較小，僅為楊源路及源深路側(cè)的30%～40%左右，這主要也是由于靈山路側(cè)的測(cè)點(diǎn)距離基坑邊線較遠(yuǎn)的緣故。以上規(guī)律均表明，距基坑邊線距離是影響超高伏電壓線垂直位移重要因素，隨著距離的增加，超高伏電壓線垂直位移明顯減小。

3.2 超高伏電壓線水平位移分析

圖4分別為楊源路、源深路、靈山路三側(cè)超高伏電壓線水平位移隨施工階段的變化圖。

圖4 超高伏電壓線水平位移實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

從圖4中可以看出，基坑開挖引起坑外超高伏電壓線出現(xiàn)指向基坑側(cè)的水平位移，且隨著基坑開挖略有增加，但趨勢(shì)并不明顯，最大值小于10mm。后期支撐拆除和地下結(jié)構(gòu)施工階段會(huì)引起超高伏電壓線水平位移擾動(dòng)，但沒有明確的變化規(guī)律。同時(shí)對(duì)比圖3和圖4可以看出，超高伏電壓線水平位移顯著小于超高伏電壓線垂直位移，這是由于基坑開挖主要引起坑外土體產(chǎn)生沉降導(dǎo)致的。

對(duì)比圖4仍可以看出靈山路一側(cè)的超高伏電壓線水平位移明顯小于楊源路與源深路側(cè)的測(cè)點(diǎn)水平位移，表明距離基坑邊線距離也是影響超高伏電壓線的重要因素，隨著距離的增加，超高伏電壓線水平位移顯著減小。

4 結(jié)語

經(jīng)分析基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)三側(cè)超高伏電壓線測(cè)點(diǎn)的垂直位移和水平監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以得到以下結(jié)論：

（1） 基坑開挖引起超高伏電壓線產(chǎn)生向下和向內(nèi)的位移，隨著坑內(nèi)土體開挖卸荷，位移增加明顯，水平位移小于垂直位移，且深部土體的開挖，對(duì)超高伏電壓線垂直位移影響明顯。

（2） 由于基坑邊線的空間效應(yīng)，角點(diǎn)處測(cè)點(diǎn)的超高伏電壓線垂直位移明顯小于基坑邊中點(diǎn)處測(cè)點(diǎn)的超高伏電壓線垂直位移。

（3） 測(cè)點(diǎn)距基坑邊線距離對(duì)超高伏電壓線垂直位移和水平位移都具有顯著影響，隨著距離的增加，垂直位移和水平位移均顯著減小。