地下区域能源管廊的保护性监测技术研究

韩会山

（上海申虹投资发展有限公司，上海市 201106）

0 引言

所谓地下区域能源管廊，即在城市道路地下建造一个集约化的隧道，将燃气、供水排水、热力等多种能源管线集于一处，方便管理和检修，是一种城镇综合管线工程。

近年来，我国大力发展地下能源管廊，其作为城市市政基础设施建设现代化重要标志之一，具有综合利用地下空间，保障地面交通的优点。但地下能源管廊建设成本较高，而邻近工程施工，尤其是基坑工程造成的土体位移，水位下降等问题，可能会引起能源管廊变形，造成巨大的经济损失。通过对能源管廊进行保护性监测，可以了解周边项目施工期间地下能源管廊的变形规律，及时采取应对措施，保障地下能源管廊的运营安全[1-4]。

本文以某地下区域能源管廊保护性监测工程为例，通过分析监测数据，并结合施工工况和安全巡视情况，总结了邻近基坑施工过程中地下能源管廊的变形规律，可为今后类似工程提供一些参考依据。

1 工程概况

1.1 一般概况

本工程能源管廊划分为南片管沟和北片管沟，见图1。主线管廊长约4 462 m，其中顶管段长4 435 m，管道材料分混凝土管和钢管两种，主管管径4 000～4 200 mm，埋深约 9.5～19.0 m。

图1 工程位置及走向示意图

1.2 工程地质和水文地质概况

本工程场地地貌属滨海平原地貌类型。沿线基本为道路、绿化、荒地及施工场地，标高一般在3.68～6.48 m之间。对本工程有影响的地下水类型为地表水、浅部土层中的潜水和深部粉（砂）性土层中的承压（微承压）水组成。场地地下水、地表水和地基土对混凝土结构具有微腐蚀性；对长期浸水条件下的钢筋混凝土结构中钢筋具有弱腐蚀性。

1.3 管沟沿线各地块基坑概况

管廊沿线基坑基本都是深大基坑，开挖深度和开挖面积均较大。各地块基坑概况见表1。

2 监测实施方案

方案编制前期，对本项目能源管廊及沿线地块工程进行了踏勘调研，查阅了能源管廊和周边地块工程资料，并结合能源管廊一期工程保护性监测资料分析了管廊受周边基坑施工影响的变形规律。后期方案进行了专家评审，在吸取了多方意见的基础上，根据《供能管沟结构运营阶段监测要求说明》CCOOC-03-05～06（上海市市政设计研究总院（集团）有限公司），供能管沟二期及周边地块相关设计、施工资料及相关技术规范要求和专家意见拟定了能源管廊保护性监测方案。

表1 管廊沿线各地块基坑概况表

2.1 监测项目确定

2.1.1 仪器监测部分

（1）管廊结构、工作井位移监测

管廊结构、工作井位移包括竖向位移和水平位移。能够直观反映周边地块基坑桩基施工、开挖等等对管廊的影响。

本能源管廊竖向和水平位移监测点为共用点，监测点间距不大于6 m。监测点埋设位置见图2、图 3。

图2 明挖段管沟测点布置图（单位:cm）

图3 主线工作井测点布置图（单位:mm）

竖向位移按国家二等水准技术要求进行往返测，水平位移采用小角法进行观测。

（2）接缝、变形缝监测

本能源管廊顶管段分混凝土管和钢管两种管型，其中混凝土顶管接缝及结构变形缝受周边地块施工影响可能会出现张开、错台现象，造成渗水现象，影响管廊安全。在本工程中，为了解接缝、变形缝变形情况和掌握其发展规律，每日对接缝、变形缝的分布位置、走向、长度、宽度进行观测，以便根据这些资料分析原因，对管沟结构体安全的影响和及时采取有效措施加以处理。

（3）钢顶管应力及收敛监测

周边地块施工会造成管廊受力的变化，引起管廊变形，严重的会导致管廊渗漏水甚至破坏，发生灾难性的后果，因此，在周边地块施工过程中对管廊进行应力和收敛监测是十分必要的。

应力及收敛监测点设置在同一断面，断面设置间距约50 m，在顶管距离工作井20 m处，地块基坑中部对应的管节断面处等典型断面处设置，每个断面设置10个应变片和8个收敛监测点，见图4。

图4 钢顶管应力及收敛监测断面布置示意图

2.1.2 现场巡视

现场巡视是必不可少的监测辅助手段，它有利于获得是否存在不稳定征兆的直观信息。在本工程监测过程中，主要涉及以下现场巡视内容：

（1）既有管沟：接缝、变形缝、深度、数量、走向、剥落体大小、发生位置、发展趋势。总体漏水状态，漏水量、腐蚀现象的观察等。

（2）管沟内接缝、裂缝：观测裂缝位置、形态、尺寸，拍照存档，并对接缝、裂缝发展情况进行评估。

（3）道路、地面：地面开裂，包括裂缝宽度、深度、数量、走向、发生位置、发展趋势；地面沉陷、隆起，包括沉陷深度、隆起高度、面积、位置等。

（4）管沟周边地块施工情况。

2.2 监测频率

本工程监测频率按照规范要求执行，当日变化较大或变形接近报警值时，立即提高监测频率，必要时进行跟踪监测，并及时通知各相关单位，确保管沟结构的安全，见表2。

表2 施工期间监测频率

2.3 监测报警机制

本工程监测报警值由变化速率与累计变化值控制，并设有蓝、黄、红三级报警机制，具体见表3。

表3 监测报警值

3 监测结果

受文章篇幅所限，本文以南区某典型混凝土管沟段和某钢管沟段监测结果为例，对监测情况进行分析。

本管沟段呈东西走向，管沟段西侧及北侧均有基坑，进场时西侧基坑（紧邻管沟段西工作井）正在进行围护桩及工程桩施工，北侧基坑正在进行土方开挖，管沟段东工作井远离基坑施工区域。图5、图6为混凝土管沟段的垂直位移和水平位移变化曲线图，由图可知，西侧基坑打桩阶段，紧邻基坑工作井明显上抬并向基坑南侧挤压，另一端工作井变化较小，管沟段中部受北侧基坑开挖影响呈明显下沉和向基坑内侧移动趋势。直至基坑底板浇筑，管沟变形速率逐渐降低，并趋于稳定。由此可见，邻近地块施工对管沟位移有较大影响。监测点统计见表4、表5。

图5 混凝土顶管部分测点垂直位移累计变化曲线图

图6 混凝土顶管部分测点水平位移累计变化曲线图

表4 钢顶管部分收敛监测点累计值统计表

本段管沟呈南北走向，东西两侧均有基坑，进场时，东侧基坑正在开挖，但离管沟较远，西侧基坑地连墙施工，距离管沟较近。通过分析钢顶管收敛与应力监测数据可知，顶管水平收敛测线及45°方向收敛测线变长，竖向收敛测线变短。应力监测点数据显示顶管纵向及环向应力均未达到报警值，断面竖向整体表现为受拉，横向受压受拉都有，没有明显规律。周边基坑开挖施工必定造成土体扰动，从而使顶管产生轴线偏差，从而引起顶管应力变化。

表5 钢顶管部分应力监测点累计值统计表

4 总结和建议

在该项目的施工过程中，业主、施工及设计等项目相关单位领导和专家多次到现场督察，我公司每天亦安排专业技术人员进行现场安全巡视，足以证明管廊安全的重要性。

通过对本项目地下能源管廊在邻近地块施工过程中的保护性监测，提出如下建议以供参考。

（1）成立监测管理小组，由单位领导和有经验的监测人员组成，在项目开展初期，编制详细的监测实施方案，使监测按计划、有步骤的进行。

（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，工程桩施工、围护施工过程中应注意挤土效应和塌方风险，邻近工作基坑开挖过程中要注意防范基坑围护墙变形过大引起管廊位移过大等情况。

（3）监测点布设要综合考虑，监测数据应能相互验证，并在监测过程中加强保护。管廊保护监测要和邻近工作基坑施工监测测点有对应关系，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）积极运用新技术、新方法、新设备，提高监测精度和效率，保证监测结果的准确性、实时性。

（5）监测过程中要加强巡视，重点关注对管廊安全有影响的施工行为，例如桩基施工、基坑开挖等施工，并且注意观察管廊结构有无裂缝等异常情况。

（6）建立好联络机制和预报警机制，监测数据和巡视情况要及时反馈给各相关单位。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。

地下能源管廊工程关系到国计民生，其安全运行不容有失，本文的内容希望能对国家生命线工程的保护和安全运行起到一定的积极作用。

[1]汪志强.某深基坑开挖对周边环境影响[J].河海大学学报（自然科学版）,2011,39（2）:161-164.

[2]李万辉.城市地下管沟建设的问题与对策分析 [J].城建档案,2011（6）:65-66.

[3]纪广强.某深基坑开挖对周围环境影响的监测[J].水文地质工程地质,2002（5）:29-32.

[4]薛莲.深基坑开挖对临近建筑物的影响研究[J].地下空间与工程学报,2008,4（5）:847-851.