電力隧道下穿南水北調(diào)配套工程的安全影響評(píng)價(jià)

苗 露

科技創(chuàng)新

電力隧道下穿南水北調(diào)配套工程的安全影響評(píng)價(jià)

苗 露

以石家莊西嶺供熱2#泵站供電工程新建電力隧道下穿石津小運(yùn)河工程為例，提出工程安全評(píng)價(jià)的思路與方法，為類似工程建設(shè)提供參考。

配套工程；電力隧道；施工方案

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，供電工程下穿南水北調(diào)配套工程持續(xù)增多。下穿供電工程布局合理，南水北調(diào)配套工程結(jié)構(gòu)安全，下穿施工方案可行，監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)確到位，對(duì)工程建設(shè)至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)中對(duì)此進(jìn)行安全評(píng)估，是配套工程運(yùn)行安全、工程安全和水質(zhì)安全的有力保障。現(xiàn)以石家莊西嶺供熱2#泵站供電工程新建電力隧道下穿石津小運(yùn)河工程為例，探討電力隧道下穿南水北調(diào)配套工程安全評(píng)價(jià)要點(diǎn)，為日后工程運(yùn)行提供技術(shù)支持，為類似工程建設(shè)提供借鑒參考。

1.工程概況

石家莊西嶺供熱2#泵站供電工程電力隧道采用泥水平衡式頂管下穿石津小運(yùn)河，與石津小運(yùn)河水平交角為90°。電力隧道管材為預(yù)制鋼筋混凝土專用Ⅲ級(jí)管，管內(nèi)徑為2.20m，管壁厚0.22m，管外徑2.64m，長(zhǎng)136m。石津小運(yùn)河左岸新修始發(fā)井1座，始發(fā)井尺寸為6m×9m，距渠坡外邊31.61m（距石津小運(yùn)河中心線46.67m）；石津小運(yùn)河右岸新修接收井1座，接收井尺寸為5.5m×4.5m，距渠坡外邊74.73m（距石津小運(yùn)河中心線89.32m）。下穿位置石津小運(yùn)河渠底標(biāo)高76.9m，電力隧道外頂標(biāo)高64m，與石津小運(yùn)河渠底最小凈距12.9m。

2.配套工程設(shè)計(jì)

石津小運(yùn)河為石家莊市引水入市改善環(huán)境北線工程的一部分，作為向石家莊電廠供水和石津灌區(qū)灌溉高峰期使用的輸水渠道，下穿段石津小運(yùn)河斷面設(shè)計(jì)如下。

渠道采用復(fù)式斷面，小槽為梯形斷面，底寬8m，邊坡1∶2。采用現(xiàn)澆混凝土板襯砌，子槽渠底襯砌厚度為0.08m，其余部分為0.1m。主槽近似為矩形斷面，兩岸設(shè)漿砌石擋土墻。主槽設(shè)計(jì)蓄水深1m，平臺(tái)高程78.23m，設(shè)計(jì)縱坡為零。擋土墻高程為設(shè)計(jì)蓄水位以上加0.5m超高，擋土墻頂寬0.4m，底寬1m，臨渠測(cè)邊坡為1：0.4，外側(cè)設(shè)預(yù)制混凝土塊封頂。

3.安全影響評(píng)價(jià)

3.1 工程布置合理性分析

3.1.1下穿工程方式的合理性

考慮下穿石津小運(yùn)河有水的影響等不穩(wěn)定因素，結(jié)合石津小運(yùn)河工程具體情況、地形、地質(zhì)條件等，擬建電力隧道進(jìn)行礦山法暗挖隧道和頂管方式施工的方案比選。經(jīng)分析比較，遵循對(duì)石津小運(yùn)河影響最小的原則，認(rèn)為頂管法施工方案下穿石津小運(yùn)河施工較為合理。

3.1.2長(zhǎng)度的合理性

下穿配套工程明渠段時(shí)，進(jìn)出口及檢修井應(yīng)布置在渠道兩側(cè)永久征地線以外不小于5m，且距渠道上口線不宜小于15m。石津小運(yùn)河永久征地范圍為中心線兩側(cè)各40m。工程在石津小運(yùn)河左岸新修9m×6m的始發(fā)井，距渠坡外邊31.61m，距石津小運(yùn)河中心線46.67m；右岸新修5.5m×4.5m的接收井，距渠坡外邊74.73m，距石津小運(yùn)河中心線89.32m，滿足要求。

3.1.3交角的合理性

西嶺供熱2#泵站供電工程下穿電力隧道下穿位置位于石津小運(yùn)河設(shè)計(jì)樁號(hào)0+780處，與石津小運(yùn)河交角為90°，滿足“其交角不宜小于70°”的要求。

3.1.4埋深的合理性

擬建電力隧道采用頂管下穿石津小運(yùn)河，電力隧道外頂標(biāo)高64m，管外徑2.66m，下穿位置石津小運(yùn)河渠底最低設(shè)計(jì)標(biāo)高76.9m，渠底距管頂最小凈距為12.90m，管道埋深大于下穿管道（或隧道）最大外徑（2.66m）的2倍5.32m，且不小于5m。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性分析

評(píng)定石津小運(yùn)河安全影響，選取電力隧道下穿石津小運(yùn)河段，模擬電力隧道的頂進(jìn)過程，建立三維模型進(jìn)行分析計(jì)算。根據(jù)實(shí)際工程在有限元軟件ANSYS中建立模型，導(dǎo)入FLAC3D 6.0進(jìn)行計(jì)算，建立三維數(shù)值模擬模型，對(duì)電力隧道施工的豎向和水平位移分析計(jì)算。

3.2.1電力隧道工程對(duì)配套工程的影響

管道頂進(jìn)過程中會(huì)導(dǎo)致渠道和石清路產(chǎn)生沉降，經(jīng)計(jì)算，地表土體沉降較大，約為5.4mm位于電力隧道正上方。水渠坡中最大沉降值為3mm，渠底中部沉降值為2.6mm，石清路最大沉降為4.6mm，最大值均位于電力隧道正上方。通過對(duì)比分析，石家莊市城市軌道交通2號(hào)線一期工程北站外電源隧道下穿石津小運(yùn)河工程最大沉降值為5.99mm，考慮本工程施工工藝及頂管埋深與上述工程相似，因此工程計(jì)算結(jié)果基本合理，且沉降值滿足“渠道地面（含渠底）或配套管道管頂?shù)挠?jì)算及實(shí)測(cè)累計(jì)沉降量均不應(yīng)超過10mm”的要求。

3.2.2始發(fā)井、接收井工程對(duì)石津小運(yùn)河的影響

在豎井開挖過程中，周圍土體會(huì)不同程度的發(fā)生沉降和向豎井方向的水平位移，渠道會(huì)因?yàn)樨Q井開挖地層應(yīng)力釋放發(fā)生微隆起現(xiàn)象，后期固結(jié)沉降會(huì)消除，模擬結(jié)果反映：一是渠道底部隨著電力隧道開挖發(fā)生隆起現(xiàn)象，主要是由于豎井開挖后，渠道下方土體發(fā)生地應(yīng)力釋放，豎井開挖深度增加，地應(yīng)力釋放逐漸趨于穩(wěn)定，隨著后期土體穩(wěn)定，隆起值會(huì)降低，對(duì)結(jié)果影響不大。二是渠邊中點(diǎn)隨著開挖應(yīng)力釋放先發(fā)生隆起，達(dá)到最大隆起值約為0.6mm，此處應(yīng)力釋放先于渠道底部，后期發(fā)生沉降，最終隆起值約為0.1mm，幾乎沒有影響。

3.3 施工方案可行性分析

施工方案的可行性分析主要包括：施工場(chǎng)地布置，施工工藝，施工臨時(shí)設(shè)施對(duì)石津小運(yùn)河輸水的影響，施工期環(huán)境保護(hù)，施工期安全監(jiān)測(cè)和施工應(yīng)急預(yù)案等方面，主要方面如下所述。施工場(chǎng)地和施工臨時(shí)設(shè)施布置在河道管理范圍以外;施工工藝通過方案比選，確定頂管下穿方案;施工期的泥漿對(duì)環(huán)境和配套工程水質(zhì)影響較大，工程對(duì)泥漿外溢采取了有效措施，并對(duì)泥漿進(jìn)行可靠處理;施工期監(jiān)測(cè)的范圍包括以下兩大部分,地面以上監(jiān)測(cè)地面沉降和地面建筑物的沉降、位移和損壞。地面以下監(jiān)測(cè)在頂管擾動(dòng)范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物、各種地下管線的沉降、水平位移及漏水、漏氣。

3.4 安全監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)分析

3.4.1監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)方法、測(cè)點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)設(shè)備的合理性

施工期安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：支護(hù)樁（墻）、邊坡頂部豎向位移、支護(hù)樁（墻）、邊坡頂部水平位移、地表沉降、豎井井壁支護(hù)結(jié)構(gòu)凈空收斂、管節(jié)豎向位移、管節(jié)水平位移。采用的監(jiān)測(cè)設(shè)備有：水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀、收斂計(jì)等。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置能夠滿足“順?biāo)鞣较虺两底冃伪O(jiān)測(cè)點(diǎn)宜在左、右岸的堤頂、迎水面、堤外坡腳以外各布設(shè)3排、共6排沉降變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每排布設(shè)范圍應(yīng)涵蓋下穿結(jié)構(gòu)外輪廓及兩側(cè)1.5倍管底埋深的區(qū)域；沿下穿工程軸線布設(shè)的沉降變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜涵蓋下穿工程進(jìn)口到出口的區(qū)域”的要求。

3.4.2安全監(jiān)測(cè)值控制標(biāo)準(zhǔn)的合理性

項(xiàng)目監(jiān)測(cè)按“分區(qū)、分級(jí)、分階段”的原則制定監(jiān)控量測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)，按黃色、橙色和紅色3級(jí)預(yù)警進(jìn)行反饋和控制。渠道地面累計(jì)沉降安全監(jiān)測(cè)值的控制值最大為7mm，不超過10mm，滿足要求。

3.4.3監(jiān)測(cè)頻次的合理性

在無數(shù)據(jù)異常和事故征兆的情況下，施工期監(jiān)測(cè)頻次宜為1d/次，運(yùn)行期前3個(gè)月、后9個(gè)月的監(jiān)測(cè)頻次宜為2次/月、1次/月。

對(duì)于豎井井壁支護(hù)結(jié)構(gòu)凈空收斂監(jiān)測(cè)頻率，在豎井開挖及井壁支護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間應(yīng)1次/d；豎井井壁支護(hù)結(jié)構(gòu)整體完成7d后宜1次/2d；30d后宜1次/7d；經(jīng)數(shù)據(jù)分析確認(rèn)井壁凈空收斂達(dá)到穩(wěn)定后可1次/(15d～30d)。

4.結(jié)語

對(duì)電力隧道下穿南水北調(diào)配套工程安全影響評(píng)價(jià)要點(diǎn)進(jìn)行探討，以石家莊西嶺供熱2#泵站供電工程新建電力隧道下穿石津小運(yùn)河工程安全影響評(píng)價(jià)報(bào)告為例，結(jié)合專家評(píng)審意見發(fā)現(xiàn)，頂管穿越工程施工過程中引起的地面沉降，對(duì)南水北調(diào)配套工程安全有重要影響。目前，針對(duì)沉降變形計(jì)算的方法有應(yīng)力面積法、Peck理論法和三維數(shù)值模擬法，對(duì)沉降值進(jìn)行復(fù)核計(jì)算時(shí)，除采用以上方法計(jì)算外，還應(yīng)類比類似工程施工方案，進(jìn)一步分析計(jì)算成果的合理性，同時(shí)應(yīng)做好施工期及運(yùn)營(yíng)初期安全監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。采用合理的方法對(duì)沉降值進(jìn)行復(fù)核，將成為今后電力隧道下穿南水北調(diào)配套工程安全評(píng)價(jià)的重要工作內(nèi)容。

2022-04-15

苗 露，女，漢族，寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司河北分公司，工程師。