浅议如何降低城市中市政管线对地铁基坑带来的风险

吴蔚博

摘要：地铁基坑大部分位于城市区域，周边市政管线众多，市政管线与基坑工程是一个互动关系，根据工程风险管理的原则，各项潜在安全风险都应有对应的解决方案。除了强调基坑工程本身的安全性和质量外，本文重点就如何通过市政管线的合理改迁和采取预防措施，来提高市政管线的抗风险能力进行研究和论述。

关键词：市政管线；地铁基坑；风险

中图分类号：TU990.3

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2013）07-0178-02

1.前言

目前中国已经进入大规模的地铁建设阶段，大部分的地铁车站均采用明挖深基坑工法进行施工。地铁深基坑与普通房建基坑相比，多利用道路、市政绿化等场地开挖基坑，基坑施工前需要进行大量市政管线的改迁，且改迁后的市政管线大部分都环绕在基坑范围周边。

深基坑工程作为一项安全风险较高的岩土工程，一直是工程研究中的重点难点，笔者通过研究多个地铁基坑施工过程中出现的问题、险情和事故发现，由市政管线作为诱因引发的基坑安全风险之高，不亚于不良地质条件风险和围护结构质量风险。根据工程管理风险控制的原则，各种潜在风险源都应该有对应的处理措施加以控制和消除，应认识到基坑与管线是一个互动、互相影响的关系。通过合理优化地铁基坑周边的市政管线改迁方案、严格控制市政管线改迁工程质量，可以增强市政管线自身的抗风险能力，也避免市政管线成为威胁基坑安全的直接源头。

2.合理制定地铁基坑周边市政管线改迁方案

目前针对地铁基坑工程施工区域内的市政管线，通常采取改迁、悬吊、局部断开封堵三种方式进行处理，管线改迁的范围、改迁设计方案、复杂危险位置的特殊强化措施、悬吊与改迁的取舍，都是有效降低市政管线对地铁基坑的风险的重要因素。

2.1合理确定改迁管线的范围与设计方案

2.1.1统筹考虑市政管线的改迁范围与安全距离

在地铁工程的总体筹划中，通常出现只是将直接影响地铁基坑施工工作面的市政管线进行改迁，而在基坑（围护结构）边界之外的管线一般都不做改迁；或是为了减小改迁工程量，而将新建管道设置于距离基坑较近的位置。

与电力、通信等柔性管线不同的是，大直径的排水管、给水管以及燃气管道本身的抗扰动能力差，土体沉降和变化极易引起管道破裂，一旦管道破裂将导致大量涌水、气体泄漏爆炸。对于此类距离基坑围护结构过近的既有管道，应统筹考虑工程造价、工期和安全风险各个因素，确定其改迁的必要性和改迁距离。

2.1.1.1在工程初步设计阶段，设计方和建设方应通过管道现状的详细调查、结合地质条件的好坏，客观研判其对基坑施工可能产生的潜在威胁，对于风险较高的燃气管道和大直径给排水管道，即使不在基坑施工边界内，如场地条件允许，也应尽量进行改迁；

2.1.1.2基坑施工过程中，场地内大型机械作业将产生局部重载、基坑周边将出现土体沉降与失水；另一方面，为了应对基坑变形失稳险情，通常需要在围护结构外侧进行地层加固和注浆补偿；以上因素对周边距离较近的管道将会产生严重影响，故改迁后的新建管道应尽量远离基坑，降低破坏风险，且保证有足够的空间作为基坑应急处理的工作面。如场地条件允许，给排水管道应保证5m-10m的安全距离，柔性管道和燃气管道应按照市政道路下方管道标准进行管材选用和包封、套管保护。

2.1.1.3大型城市的老城区，存在大量老旧管道，由于当时不规范的施工与环境侵蚀等原因，管道破损情况严重，给排水管道长期渗漏、电力电缆无套管保护、金属管道锈蚀等现象都普遍存在且情况严重。这些管道虽不直接影响地铁基坑作业面，但仍是威胁工程安全的一个重大隐患，应尽量在基坑施工前进行改迁或者改造；从市政建设统筹角度考虑，利用地铁工程的契机同步实施改造，既减少了安全风险，也避免今后重复施工和路面反复开挖带来的扰民影响。

2.1.2有限空间内合理安排管线布置

由于地铁施工区域往往位于密集城区，施工场地受限，个别区域中可供迁改后的管线使用的空间极其有限，当同一位置需要布置多种管线时，既要保证各种管道之间安全距离，又要考虑管道施工时的工作空间需要，需要根据现场实际条件进行精细设计。

以某地铁车站出入口基坑管线改迁工程为例，该出入口基坑与北侧的建筑物最小距离仅为5m，由于需要保留2m宽的人行通道，剩余宽度3m的空间内，需要铺设一条φ200给水管、一条φ200燃气管、一组24孔（管群宽1.5m）通信管道（详见图1），在最初的设计方案中将其简单考虑为三条管道按照一定安全距离平行布置，没有考虑实际可以使用的作业空间，通过研究，最终采取燃气与通信上下垂直间隔2m顶管施工、给水管地面明敷保护的方案，解决了施工场地狭小无法开挖较深管沟的问题。

上述工程案例在后续方案的进一步检讨与分析中发现，此类狭窄空间中多种管线并行的情况，完全可以采用小型管道共同沟进行施工，通过在共同沟内设置一定的隔断和防护，可以实现最小的施工作业面，也能保证各个管道之间的安全需要，且钢筋混凝土的共同沟也可防止地铁基坑施工带来的土体沉降影响。

2.2不良地质条件下的改迁管线特殊处理

在不良地质条件下施工深基坑工程，基坑周边地层发生失水与沉降、围护结构出现变形的可能性明显加大，更容易引发周边管道沉降与破裂，所以，在不良地质条件位置，不能单纯按照正常工况来进行管道改迁设计，而应结合地层地质情况，采取相应的强化措施。

2.2.1不良地质条件下排水井的特殊处理

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础、砖砌井壁结构形式，两端管头直接穿过砖砌井壁进入井内，接缝使用砂浆封闭。如该排水井位于砂层等较差地层内，一旦出现基坑围护结构渗漏，基坑外地层由于失水而土体压缩产生沉降，而渗漏水也会大量带走小颗粒砂砾土，导致井体周边土体空洞和不均匀沉降；管头与井壁的接口这一薄弱点会出现拉裂，管道内外漏的雨污水又会加剧这一渗漏和沉降的现象，最终导致排水井坍塌断裂。

近几年在地铁车站出入口基坑工程和房建基坑工程中，都曾经出现由于基坑失水变形导致井体破裂，井体长期渗漏水掏空周边土层，最终突然发生井体和地面坍塌的严重事故。故建议在特别差的地层、或者距离基坑过近的情况下，排水井应采用扩大基础的钢筋混凝土结构，并且在两端管道接口设置刚性套管连接，提高井体的自稳能力与整体强度。

2.2.2不良地质条件下管沟的特殊处理

目前给排水管道通常在管沟基底采用原土夯实后200mm砂垫层或者100mm混凝土垫层基础，燃气、电力和通信管道直接为河沙或者石粉渣填充管沟。在容易发生沉降的不良地质条件区段，应在管道铺设前对管沟基底进行适当的地层加固，防止水土流失与地层不均匀沉降导致管道变形和管接口破裂。

深圳地区有大量填海区域，地表下2-6m范围存在大量抛填片石，如无法进行填石层开挖换填，基坑围护结构施工通常采用冲孔桩施工，冲孔桩机穿越填石层时，将产生巨大的震动和挤压，对周边市政管道产生危害，故在这种情况下，管沟靠基坑侧应设置刚性隔离墙，防止围护结构施工带来的冲击。

2.2.3合理选用管材

给排水管道种类众多，但一直都大量采用混凝土管和球墨铸铁管，这一类管材虽然价格便宜且管体刚度大，但由于承插接头多，防漏性能、防变形能力差，对地层变化反应敏感，基坑施工过程中，大量车辆碾压和土体沉降都极易造成抹缝水泥开裂、密封橡胶圈脱离。

目前很多设计单位在管道改迁设计中已经意识到了这一问题，针对临时改迁的给排水管道会使用焊接钢管未提高管体整体刚性，但由于地铁车站施工受到场地、道路等条件的制约，车站本体基坑与附属结构（出入口、风道）基坑往往需要倒边施工，主体基坑施工完成后，仍会使用传统承插管将管道永久恢复到车站顶板上方，那么在附属结构基坑施工过程中，依然会存在巨大风险。

现在国外工程项目已经大部分淘汰各种承插管口管材，国内地铁项目中管道改迁工程也应大胆使用新技术新材料，采用如UPVC缠绕管等抗挠曲强的管材，提高管道本身强度与性能，减轻基坑施工带来的风险。

2.3合理设计管线悬吊方案

对于横向跨越地铁基坑的市政管道，建设方和设计方经常采用基坑上方管道悬吊保护的方案。悬吊管线一旦出现问题，将对地铁基坑造成重大影响，而地铁基坑发生失稳险情，对悬吊管线也将带来严重后果。所以应尽量避免采用管道悬吊，如现场条件限制必须进行悬吊，应注意以下问题：

2.3.1悬吊管道与既有管道接口两端井位尽量远离基坑，尤其是给排水与燃气管道，管道接头这一薄弱点远离基坑，可以有效降低基坑变形、土体沉降带来的影响。

2.3.2应尽量避免使用跨越基坑上方的道路钢便桥作为悬吊梁体，将悬吊管道置于便桥梁体内或者悬吊于下方，道路钢便桥在使用过程中发生的变形和持续震动长时间直接作用于悬吊管道本身，管道极易出现变形、挠曲和接口开裂，导致严重险情和事故。

2.3.3悬吊管线的悬吊梁体应设置独立的承台桩基，不应与围护结构共用，防止因围护结构变形引起悬吊桁架梁体变形，导致悬吊管道受损和失稳。图2和图3是两种完全不同的悬吊梁承台基础方案，建议应尽量采用图3的方案。

3.管线改迁工程施工管理中应注意的问题

3.1合理安排管线改迁工程的工期，

地铁工程的建设方，需要在工程总体筹划中合理考虑管线改迁工程的工期，应充分认识到地铁涉及的管线改迁工程的难度，针对可能出现的不明和新增管线、原设计方案现场无法实施导致反复研究处理、通信电力等重要线路割接等各种情况，在总体建设时间中为市政管线改迁工程预留出足够的时间，避免因工期紧张而导致现场工程质量的下降。

3.2基坑施工和设计方应提前介入管线改迁工程

地铁基坑的设计单位和施工单位，应全程介入和参与基坑开工之前进行市政管线改迁工程。一方面，可以让基坑工程的参与者清楚改迁后的基坑周边管线走向与位置，以便在施工中针对性采取对应措施；另一方面，可以从地下岩土工程专业的角度，充分提醒与揭示今后基坑施工中可能存在的风险，不断完善管线改迁工程的方案，增强市政管道的安全性。

3.3应高度关注非市政权属的各种用户管道

在大中型城市内，由于建设时间较早或者工程报建的缺失，大量用户管道，如接入居民区的给排水管道、电力管道，在市政档案中很可能没有任何记录可查，其管线位置走向、管道质量、目前状态都不明确。在市政管线改迁施工中，应通过和各个管线权属单位的详细沟通与现场走访调查，摸清此类管线的情况，或纳入改迁范围内，或者对其进行专项的保护措施。避免因后续施工造成管道破损，或是成为隐藏的安全威胁。

3.4管道封堵的处理

市政管道改迁或者临时切断后，原状管道断头位置设置的封堵口应远离基坑；对于给水管等有压管道，封堵口应设置反向顶压设施；各种封堵头，应尽量保留一个观察井，以便观察和监测，防止封堵头由于老化、施工震动、或者土体沉降导致变形和破裂。

在地铁基坑工程发生的各种险情和事故中，市政管线往往既是受损害一方，又是引发事故的风险源头。目前各地地铁建设中涉及的管线改迁工程，多数由地铁建设方统一组织实施。作为工程建设单位的管理者，应该从基坑工程和市政管线改迁工程两个方面，综合进行风险控制，在总体方案、工程造价、设计方案、施工质量、安全管理等各个方面统筹全面的采取措施，最大程度消除安全隐患，增强基坑与市政管线本身的安全系数。