无锡市地铁1号线工程沿蠡湖大道DN2200浑水管迁改方案研究

蒋智慧

（无锡市政设计研究院有限公司，江苏无锡214072）

1 沿蠡湖大道站点及区间设置概况

无锡市轨道交通1号线工程在线路南端主要沿蠡湖大道呈南北走向位于道路东侧的绿化带内。线路由观山路西端以300 m曲线半径穿越顺驰天鹅湖地块后向南转向蠡湖大道东侧绿化带内，保持与蠡湖大道基本平行并于吴越路北侧设置大学城站；线路继续向南基本平行于蠡湖大道设置，在规划震泽路南侧绿化带内设置雪浪站，车站内净长度279 m，站后设出入场线连接雪浪停车场；雪浪站预留向南延伸条件，延伸线路同样沿蠡湖大道东侧设置于绿化带内，于停车场西侧设置横山站，站后延伸线路穿越蠡湖大道后转向南泉。

线路由观山路转向蠡湖大道后直至大学城站区间盾构隧道顶覆土厚度为15.8 m～8.7 m，盾构区间主要穿越⑤层粉质粘土层、⑥1层粘土层。大学城站为地下两层车站，明挖顺做法施工，车站底板埋深16.4 m，开挖深度范围内③3粉土夹粉质粘土层对车站施工影响较大。大学城-雪浪站盾构区间隧道顶覆土厚度为8.2 m～13.9 m，盾构区间主要穿越③3粉土夹粉质粘土层、⑤层粉质粘土层、⑥1层粘土层。雪浪站为地下两层车站，明挖顺做法施工，车站底板埋深15.2 m，开挖深度范围内③3粉土夹粉质粘土层对车站施工影响较大。出入场线采用明挖顺做法施工，基坑深度15.2 m～1.2 m，出入场线由雪浪站后至接地点长度约为523 m。

2 沿蠡湖大道DN2200浑水管现状

根据无锡华毅管道有限公司提供的资料，沿蠡湖大道东侧绿化带内的DN2200浑水管为PCCP管材。

PCCP是一种预应力钢筒混凝土管，由预应力钢丝、钢筒、混凝土构成的复合管材，这种管材是在带钢筒的混凝土管芯上，环向缠绕预应力钢丝，最后在管外部施喷水泥砂浆保护层而制成的，详见图1所示。PCCP接头采用公差配合，采用钢质承口圈和插口圈，密封橡胶圈填充在凹槽内，PCCP密封接头形式见图2所示。PCCP接头是一种半刚性接头，其接头能够转动一定的角度，直径2200 mm的管道允许相对转角一般不超过0.5°。这种管材克服了钢管的抗腐蚀能力差和混凝土管抗渗能力差的缺点。

图1 PCCP标准结构图

图2 PCCP管密封接头示意图

根据无锡市自来水总公司介绍，DN2200浑水管一般要求管底铺设200 mm厚的砂垫层，管顶覆土厚度要求大于800 mm。

轨道交通1号线在蠡湖大道段与道路东侧的南泉水源厂浑水输水管线平行并在其下方穿越。受影响的DN2200浑水管基本与蠡湖大道平行敷设于道路东侧绿化带内，影响范围从蠡湖大道北端观山路开始一直到南端横山路站后浑水管转向道路西侧为止，长度约3.6 km。

按照目前线路坡度，湖滨路站-大学城站区间盾构隧道距离浑水管竖向净距最小处约6.2 m，大学城站-雪浪站区间盾构隧道距离浑水管竖向净距最小处约4 m。盾构区间与浑水管剖面关系见图3所示。

表1为蠡湖大道东侧浑水管情况汇总表。

表1 浑水管基本情况汇总表（单位：m）

3 沿蠡湖大道DN2200浑水管迁改方案

根据轨道交通1号线盾构区间及车站与浑水管的相对位置关系，以及DN2200浑水管现状，对轨道交通施工受到影响的浑水管进行迁改，迁改方案一为浑水管整体迁移避开轨道交通1号线的施工影响范围，迁改方案二为局部改迁，对车站范围内受到影响的浑水管进行迁改，区间施工受到影响的浑水管进行局部加固保护。

3.1 浑水管迁改方案一（整体迁移）

无锡市轨道交通1号线工程在蠡湖大道段设计与南泉水源厂浑水输水管线DN2200 PCCP管平行并在其下方穿越，轨道交通对浑水管的影响主要有以下几点：

（1）地铁隧道在管线下方穿越，可能造成管线基础下沉变动或挠动，进而造成管线局部下沉或移位，一般管节接头相对转角超过0.5°时就会产生管线输水的漏水或脱节。

（2）供水管线铺设好后在输水过程中随着管线内水压的变化而产生的流量变化而引起管线的震动和抖动。该管线设计的工作压力为1.0 MPa，压力较高，引起的震动和抖动主要靠管线周围的土和管外水泥砂浆保护层之间的摩擦来稳定管线，管线的大弯管部位由于侧向推力需靠管线安装时浇注的混凝土支墩来稳定。由于地铁隧道在管线下方平行穿越，地铁隧道施工，以及地铁列车高速运行也会产生震动，同时地铁施工过程中如果遇到管线基础下沉，可能会使管线周边的土及弯管处的支墩松动，给管线在输水过程中产生的震动扩大了空间，给管线的稳定带来严重的影响，在管线输水产生的振动及地铁运行产生的振动共同作用下，供水管线处于一种不稳定的状态。

（3）地铁运行一般为电力驱动，除了杂散电流会对PCCP管材内部的预应力钢丝产生电化学腐蚀外，正常运行的电流磁力线也会在预应力钢丝中感生出电势差，从而产生电化学腐蚀，大大缩短供水管线的使用寿命。

综合以上几点，在地铁施工和运行过程中对DN2200 PCCP管线的安全运行将带来很大的影响，输水管线一旦发生漏水事故，会影响到无锡市的供水安全和地铁施工和运营的安全。无锡华毅管道有限公司建议地铁隧道与DN2200 PCCP管道的水平距离应保持大于50 m，以保证地铁隧道与输水管各自都能安全运行。因此，对整个蠡湖大道东侧绿化带内的DN2200浑水管作了了整体迁移方案。

整体迁移方案介绍如下：

将横山站至观山路之间的蠡湖大道东侧现状DN2200浑水管迁移至蠡湖大道西侧绿化带内；新排管线管位原则上距蠡湖大道最西侧管线净距不小于4 m；新排管线距车站出入口结构外墙净距不小于5 m；部分路段穿越现状重要道路采用顶管施工；管线转弯角度不大于30°，局部路段采用连续弯头设计；对于两次斜穿蠡湖大道的一路DN2000管，由于未影响站点，故这次未进行迁改；该方案涉及一处民房拆迁，面积160 m2。整体改迁长度约3 596 m。

3.2 浑水管迁改方案二（局部迁移）

开挖引起的地层损失和隧道周围地层受到挠动或剪切破坏的再固结是管线产生变形和位移的根本原因。在地铁隧道建设中，地下管线因周围土体受到施工挠动引起管线不均匀沉降和水平位移而产生附加应力，同时管线的刚度又远大于土体，必然会对周围土体的移动产生抵抗作用。当隧道掘进方向平行于管线延伸方向时，对管线的影响主要表现为周围土体对管线的轴向拉压作用；当隧道掘进方向垂直于管线延伸方向时，对管线的影响主要表现在管线周围土体的纵向位移引起管线弯曲应力的增加及接头转角的增大。而管线对土体移动的抵制作用主要与管线的管径、刚度、接头类型及所处位置有关。临近施工的管线，为了确定施工过程中采用何种相关措施确保管线安全，必须对已有的地下管线受施工影响产生的变形和受力状态进行预测。目前预测方法主要有解析法、数值模拟法和土工离心模型试验法。其中数值模拟法能够较为方便地考虑隧道开挖引起的地层变形与管线的相互作用，得到较为满意的结果。盾构开挖面到地下管线不同距离对地下管线的影响是一个动态的过程，盾构推进过程中，注浆压力、注浆量、注浆浆液强度变化都会对地下管线位移产生影响。

为了考虑盾构推进对浑水管的影响，分别计算了浑水管与隧道净距6.2 m及4 m的情况下，盾构隧道掘进施工引起浑水管的沉降量。

3.2.1 净距6.2 m（隧顶覆土11 m）情况

（1）施工右线隧道完成时，浑水管最大沉降22.71 mm（管底处），地面沉降20.37 mm；施工左线隧道完成时，浑水管最大沉降达到29.82 mm（管底处），地面沉降30.09 mm。

（2）对隧道周围土体考虑加固效果，浑水管周围土体进行加固，施工右线隧道完成时，浑水管最大沉降9.53 mm（管底处），地面沉降8.51 mm；施工左线隧道完成时，浑水管最大沉降11.41 mm（管底处），地面沉降11.92 mm。

3.2.2 净距4 m（隧顶覆土11 m）情况

（1）施工右线隧道完成时，浑水管最大沉降23.76 mm（管底处），地面沉降20.83 mm；施工左线隧道完成时，浑水管最大沉降30.56 mm（管底处），地面沉降30.17 mm。

（2）对隧道周围土体考虑加固效果，施工右线隧道完成时，浑水管最大沉降10.01 mm（管底处），地面沉降8.53 mm；施工左线隧道完成时，浑水管最大沉降11.71 mm（管底处），地面沉降11.93 mm。

轨道交通运营期间对浑水管的影响可以通过轨道减震措施、设计中采取良好的防止杂散电流的措施等手段来减少地铁对浑水管的振动影响和电化学腐蚀作用。

局部迁移方案介绍如下：

横山站至雪浪站之间(包括车站及区间)的蠡湖大道东侧现状DN2200浑水管均不具备加固保护条件，故将该段迁移至蠡湖大道中分带内，新排管线穿越地下通道、河道等均采用钢管（由于震泽路下穿蠡湖大道，故设计要求震泽路下立交顶板覆土不小于3.5 m），该段迁移长度约1 815 m；雪浪站至大学城站区间的现状DN2200浑水管拟进行加固保护，不进行迁改；大学城站段现状DN2200浑水管迁改至蠡湖大道东侧辅道内,该段迁移长度约216 m；大学城站以北至观山路区间段现状浑水管拟进行加固保护，不进行迁改；个别路段角度过大时，拟采用连续弯头设计，并加设止推桩。

大学城站以北至观山路区间段现状浑水管加固保护措施如下：浑水管中心线两侧各3 m范围内管底土采用双液注浆加固，加固深度3 m；右线盾构隧道采用二次注浆加固隧道上半圆外侧土体，加固土层厚度为径向3 m；同时盾构施工过程中需控制好掘进参数，加强监测以反馈设计与施工。加固土体强度要求qu[28]＞1.0 MPa，渗透性系数K＜10-7cm/s。该段加固保护长度约为350 m。

雪浪站至大学城站区间的现状浑水管加固保护措施如下：浑水管中心线两侧各3 m范围内管底土采用双液注浆或水泥浆液注浆加固，加固深度3 m；右线盾构隧道采用二次注浆加固隧道上半圆外侧土体，加固土层厚度为径向3 m；同时盾构施工过程中需控制好掘进参数，加强监测以反馈设计与施工。加固土体强度要求qu[28]＞1.0 MPa，渗透性系数K＜10-7cm/s。按照盾构隧道与DN2200浑水管净距小于4 m则采用双液注浆加固。该区段采用双液注浆加固的长度约为250 m；采用水泥浆液注浆加固的长度约为600 m。

注浆加固保护示意图如图4所示。

图4 注浆加固保护示意图(单位：mm)

4 浑水管迁改方案技术经济比较

从技术可行性来讲，整体迁改方案和局部迁改加局部保护方案都是可行的，整体迁改方案需在轨道交通施工之前尽早完成整体迁改管线敷设，并投入使用，原水管废弃，但在与地铁施工冲突的区段需要将废弃浑水管挖除，整体迁改工程量较大，工期较长，会在一定程度上影响到轨道交通的建设工期；局部迁改加局部保护方案同样需要提前完成管线迁改，但是局部迁改的工程量较小，工期较短，可为车站的提前施工创造条件，在进行车站施工的同时再进行局部加固保护施工，对轨道交通的建设工期影响较小。

从经济上对两个方案进行比较如下。

方案一：整体迁改总长度约为3 596 m，据自来水总公司提供的整体改迁费用1.1万元/延米，浑水管迁改费用为3 955.6万元；迁改涉及到一处2层楼房的拆迁，按照0.5万元/m2，房屋面积为320 m2，拆迁费用为160万元。方案一的总费用约为4 115.6万元。

方案二：局部迁改总长度约为2 031 m，据自来水总公司提供的局部改迁费用1.5万元/延米，浑水管迁改费用为3 046.5万元；双液注浆加固费用按照480元/m3计算，水泥注浆加固费用按照270元/m3计算，根据局部保护方案涉及到双液注浆量为5 460 m3，水泥注浆量为26 200 m3，注浆加固保护费用约为969.5万元。方案二的总费用约为4 016万元。

方案一的估算总费用比方案二的总费用多99.6万元。

5 建议

根据以上分析所述，两种方案各有优缺点。

如果考虑到轨道交通建设工期较紧而采用方案二时，必须实行以监测反馈为基础的信息化设计与施工。目前，对盾构距离大直径管线近距离施工，在现在的技术和经验条件下，必须实行信息化施工，要把盾构施工参数的调整优化和监测反馈数据紧密地结合起来，随时根据反馈信息调整优化盾构施工参数；必须有合理的辅助技术措施，包括注浆加固等其它一些技术措施。通过轨道减震措施、设计中采取良好的防止杂散电流的措施等手段来尽量减少地铁对浑水管长期的振动影响和电化学腐蚀作用。

如果从尽量避免以后轨道交通运营对管线的长期影响来考虑而采用方案一时，则需要尽快摸清蠡湖大道西侧的管线敷设条件，以及房屋拆迁的可操作性，以便浑水管迁改工程尽早开工，为无锡市轨道交通1号线的开工作好充分准备。