合流污水箱涵保护性监测技术研究

谷 川，王敏华，刘云朋

（上海同济建设工程质量检测站，上海市 2 00092）

合流污水箱涵保护性监测技术研究

谷 川1，王敏华2，刘云朋3

（上海同济建设工程质量检测站，上海市 2 00092）

合流污水箱涵承担着城市污水的外排任务，保证其安全运行极其重要。城市化进程中地下空间的开发难免对既有城市基础设施产生不利影响。如何在新建工程施工过程中对既有污水箱涵进行保护性监测，确保及时发现问题并进行预警以确保不发生更大的损失是一个值得研究的课题。以一个比较典型的实际工程项目为例，说明了邻近项目地下工程施工过程中如何对既有合流污水干线箱涵进行保护性监测。有关经验可供相关专业人员参考。

保护性监测；合流污水箱涵；监测点布置；报警值；监测频率

0 引 言

合流污水箱涵作为城市生命线工程的一部分，发挥着城市的污水输送外排功能，与市民的日常生活息息相关，其重要程度不言而喻。干线箱涵更是承担着市区大量污水的输排任务，服务范围很广，其正常工作尤为重要，因此保证其安全运行极其重要。

随着我国城市化进程的推进，城市空间日益紧张，转而开发利用地下空间资源已经成为一个理所当然的选择。21世纪是开发利用地下空间的世纪早已成为共识，当今地下空间的开发利用正如火如荼。桩基工程、基坑工程等地下空间开发的基础性工程，对周边环境的影响是难以避免的，如何在新建工程的过程中保护好邻近既有建（构）筑物就成为了十分重要的课题。在很多工程中，对周边环境保护的重要性已经超出了基坑本身的安全保护要求。这个课题，对于工程项目各参建方和城市管理者都是一个重要的研究内容。

上海作为我国东部沿海发达城市，其城市建设和地下空间的开发均走在全国的前列。为了保护既有的城市基础设施，保障城市的正常运行，相关管理部门出台了一系列管理要求和技术标准等，例如，《上海市轨道交通安全保护区暂行管理规定》[1]、《城市桥梁、隧道安全保护区域技术标准》[2]、《城市轨道交通结构监护测量规范》[3]。这些文件，对于邻近地块施工过程中的城市轨道交通和重要的市政桥梁、隧道保护起到了非常重要的保护作用。

针对合流污水管道保护也有相应文件出台，例如《上海市合流污水治理设施管理办法细则》[4]，规定了在合流污水管道一定范围内的桩基和基坑工程等施工应经过许可后方可进行。但是，还缺乏具体的、可操作性的技术要求和规定，类似的工程实施还缺乏参考依据。

本文以一个邻近合流雨污干线箱涵的地下车库工程为实际案例，说明在箱涵邻近地块桩基施工、基坑开挖过程中箱涵的保护性监测技术要求和实施方法。对于类似的重要箱涵保护性监测，以及其他类似工程，例如地道、隧道和综合管廊等在运营期内周边地块施工过程中的保护性监测亦具有一定的参考价值。

1 项目概况

1.1 新建工程概况

某停车场项目由一栋4层综合楼和其他一些配套工程组成，综合楼地下一层为停车场。综合楼地下一层车库建筑面积1 837 m2，建筑物场边长约45 m，短边约为40.25 m，基坑开挖深度约4.95 m，集水井局部区域开挖深度6.55 m。

桩基础均为钻孔灌注桩，综合楼主楼桩长36 m，数量174根；综合楼坡道桩长23 m，共61根。基坑围护采用SMW工法桩作为围护结构形式，即三轴搅拌桩内插H型钢围护结构形式，采用Φ650@450三轴搅拌桩，内插H500×300×11×18型钢，采用钢筋混凝土围檩，一道钢支撑。

基坑北侧为现状道路，道路下方有一根合流雨污箱涵。基坑围护平面布置以及和合流雨污箱涵相对位置见图1。

图1 基坑围护以及和箱涵相对位置关系

1.2 邻近雨污干线箱涵概况

合流雨污箱涵从基坑北侧道路下方穿过，箱涵结构外尺寸（宽×高为3.2 m×2.6 m），箱涵顶板顶距地面1.15 m。钻孔灌注桩与干线污水箱涵最近距离为2.81 m。箱涵结构外边线于综合楼地下车库基坑北侧围护结构外边线最近距离为1.88 m，最远处2.73 m。由于距离太近，综合楼的基坑及桩基施工不当将会影响污水输送干线的正常运行。

编制方案前与建设、设计、施工等参建单位一同走访了箱涵运营管理单位，通过竣工图查阅、专项补充物探、现场开挖样洞等技术手段，弄清了污水箱涵的管位和标高、沉降缝位置、混凝土强度以及箱涵的完好程度等，并了解了干线污水箱涵管的内水压力及其变化规律。

雨污合流管涵于上世纪80年代初建成，钢筋混凝土结构。穿过本工程规划用地，在本工程所在区域为东西走向。干线钢筋混凝土箱涵经过30 a的运行，缓凝土的结构腐蚀现象比较严重，现状结构已相当脆弱，而且埋深仅1 m多，近年来经常出现污水冒溢需紧急抢修的情况，故其承受上部荷载和变形的能力极其有限。

考虑到雨污合流箱涵的重要性极高和现状很差，环境保护等级明确为一级，相应的箱涵保护性监测等级确定为一级。

2 监测方案制定

监测范围确定为合流雨污箱涵沿长度方向从本工程向外延伸至左右两侧处于本工程影响范围之外的第一条变形缝。考虑到箱涵深度较浅和长期处于运行状态，按照每节长度25 m的原则从邻近的泵站推算变形缝位置并通过样洞开挖最终确认。工程影响范围取值为基坑开挖影响范围的2倍基坑开挖深度（约10 m）。

2.1监测项目确定

监测内容主要有：（1）仪器监测部分

a.箱涵结构及邻近土体地面垂直、水平位移

箱涵结构及邻近土体的垂直位移、水平位移可以比较直观地反映新建工程施工对箱涵的影响，是非常重要的监测项目。

b.土体深层水平位移（测斜）

基坑开挖将引起坑外土体沿深度方向发生水平位移，土体的水平位移会引起箱涵的位移，监测土体深层水平位移同样可以起到提前预报、控制箱涵位移的目的。

c.地下潜水水位

周边基坑开挖过程的降水作业及基坑围护结构渗漏水都可能引起坑外地层水位的降低，地层水位降低是引起箱涵结构沉降变形重要因素，因此水位监测非常必要。

d.土体分层垂直位移

由于沉桩、基坑开挖等作业，引起坑外土体产生竖向和水平向的位移，加之地下水位变化，使坑外土体在不同深度位置产生垂直位移，通过监测土体分层垂直位移，可以直接了解管涵埋设深度土体的垂直位移状况。

（2）视检查

巡查内容包括：环卫停车场基坑北侧围护墙后地面裂缝、围护渗漏水情况；环卫停车场北侧地下管线位移和公路地面裂缝情况等；合流雨污箱涵有无污水渗漏，观察有渗水、冒泡并注意有无污水异味，检查监测设施是否完好等。

2.2 监测点埋设

（1）箱涵结构及邻近土体位移监测点

测点埋设方法：管涵位移监测点拟布设直接监测点，直接反映管涵结构的位移情况，通过混凝土浇筑埋设至箱涵顶部，用PVC管保护并接至上方，上方做好保护工作；邻近土体中位移监测点深度埋设至箱涵深度的一半，采用钻孔埋设，同样用PVC管保护，上方做好保护工作。

位移监测点埋设位置与箱涵、基坑围护关系示意见图2。

（2）土体深层水平位移（测斜）

土体深层水平位移监测孔布设在箱涵临近基坑一侧，并与箱涵变形缝两侧和每段箱涵的中间部位相对应。

（3）地下潜水水位

潜水水位监测孔布设在箱涵临近基坑一侧，并与箱涵变形缝两侧部位相对应。

图2 位移监测点与箱涵相对位置示意图

（4）土体分层垂直位移

土体分层垂直位移监测孔布设在箱涵临近基坑一侧，并与箱涵变形缝两侧和每段箱涵的中间部位相对应，见图3。

图3 土体分层沉降测孔布置示意图

监测点数量统计见表1。

表1 监测点数量统计

监测点平面布置见图4。

2.3 监测报警值

图4 监测点平面布置示意图

监测报警值由变化速率与累计变化值控制，本工程监测报警值指标见表2。

表2 箱涵保护性监测报警值

2.4 监测频率

本工程从桩基施工开始，持续到工程地上结构封顶以后6个月为止。监测频率的确定以准确反映工程结构本身和周边环境动态变化为前提，采用定时和跟踪监测。本工程现场监测频率见表3。

表3 箱涵保护性监测频率

3 监测结果

合流雨污箱涵保护专项监测工作总历时约1年零2个月，累计报送监测报表88期。监测期间箱涵结构及邻近土体地面垂直和水平位移、土体深层水平位移（测斜）、地下潜水水位、土体分层垂直位移均未出现报警情况，现场巡视亦未发现明显异常情况。

桩基和围护施工过程中受现场施工条件限制，来往重型工程车辆对箱涵上方道路造成碾压，大部分监测点被破坏。箱涵结构和邻近土体地面部分位移监测点垂直位移数据明显过大。鉴于此，我们对监测数据进行了合理性分析，保留其合理部分并通过现场专家会议通过后重新布点并严格实施箱涵上方道路交通管制后进行基坑开挖作业。

截至监测结束，各监测项目最大值累计汇总见表4。

表4 各监测项目最大值累计汇总表

文章篇幅限制，仅绘制出箱涵结构垂直、水平位移时程曲线图供参考，见图5、图6。

图5、图6中可看出，基坑开挖施工对污水箱涵有明显影响，其垂直和水平位移均比较明显，基坑底板浇筑完成后，箱涵位移速率明显减缓并基本趋于稳定。这与我们平时的工程经验也是基本一致的。

图5 箱涵结构垂直位移时程曲线图

图6 箱涵结构水平位移时程曲线图

4 总结和建议

项目开工前，本项目的箱涵专项保护方案和应急措施、监测方案通过市水务局科技委专家评审，在吸取多方意见的基础上形成了本文的监测技术方案。在该项目的开展过程中，由于该合流雨污干线箱涵极其重要，运营管理单位领导和专家多次到现场督察，管养单位每天安排技术人员进行现场巡视。

通过这个项目的实际操作，对类似城市基础设施工程在邻近地块地下工程施工过程中的保护性监测，提出如下的建议供参考。

（1）着手编制监测技术方案前，应与运行管理单位和维护单位进行工作对接和深入交流，搜集竣工图和当前状态等资料，并配合物探、开样洞等现场手段，摸清箱涵位置、标高、沉降缝位置、混凝土强度、箱涵完好程度等重要相关信息。

（2）切实分析清楚各工况下的重大风险源并做好监测上的应对措施，桩基、围护施工过程中应注意挤土效应和坍孔（槽）风险，降水施工应注意止水帷幕漏水，开挖过程中要注意防范基坑围护墙变形过大引起箱涵位移过大等。

（3）监测点布设时箱涵位移监测点应布设直接测点，并在监测过程中加强保护。箱涵保护监测要和基坑施工监测测点要有对应关系，数据之间相互验证和补充，数据应进行联动分析，有异常情况应进行深入的分析，与现场情况进行对照。以得到更加科学、准确的结论。

（4）检测过程中要加强巡视，重点关注对箱涵安全有影响的施工行为，例如箱涵上方堆载、重车通行等，并且注意观察箱涵有无渗漏、冒气泡、异味渗漏出等异常情况。

（5）建立好联络机制和报警机制，监测数据和巡视情况要及时反馈给新建工程各相关单位和箱涵运行管理、养护单位。异常情况下应第一时间通知各方并提示启动应急预案，争取把损失控制在最低限度。

城市生命线工程关系到千家万户，其安全运行不容有失，本文的内容希望能对城市生命线工程的保护和安全运行起到一定的积极作用。

[1]上海市轨道交通安全保护区暂行管理规定（2013年修订版）[Z]. 2013.

[2]上海市城乡建设和交通委员会.城市桥梁、隧道安全保护区域技术标准[S].2010.

[3]DG/TJ08-2170-2015,上海市工程建设规范.城市轨道交通结构监护测量规范[S].

[4]上海市合流污水治理设施管理办法细则（2001年修订版）[Z]. 2001.

U449

A

1009-7716（2017）01-0145-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.042

2016-10-21

谷川（1983-），男，山东嘉祥人，高级工程师，从事建设工程检测、监测工作。