微信扫一扫联系
盖挖逆作法施工对地下管线的影响
本工程拟建地点位于某市M大街地下位置，主体总长约为 804m，主体宽为 19.6m
与 20.0m，总建筑面积约为 17500m2。两条供水管线位于工程南侧，距离工程主体分别为 4m 和 7m。工程基坑距离南侧供水管线很近，根据建设单位提供的资料，该供水管线为引水工程的重要管線，这就需要详细研究与分析基坑开挖对其的影响，并在实践中保证基坑开挖不会破坏该供水管线。
分析基坑南侧的 2 根管线在盖挖逆作地下街各个施工步序下水平位移的变化情况，由于地下管线与基坑边缘的位置关系为平行关系，故只需取管线截面分析不同节点水平位移即可，本文取管线截面上下左右四点的位移情况进行分析。为了便于分析，该处分析管材取排水 T 型接口球墨铸铁管。
对模型数据进行提取，整理位移曲线如图1：
（a）1 号管线水平位移曲线(b)2 号管线水平位移曲线
图 1盖挖逆作法管线水平位移曲线
综合整个施工过程来看，两根管线的水平位移达到最大值时均为覆土开挖之后，顶板施工之前这个阶段。
2大开挖法施工对地下管线的影响
2.1 大开挖地下结构施工步序
为了直观的表述大开挖施工过程，现将建模过程中各个施工工况说明：
工况 1：初始应力场模拟阶段；工况 2：支护桩施工；工况 3：开挖覆土2m 厚；工况 4：开挖土体部分 1；工况 5 ：开挖土体部分 2；工况 6 ： 开挖土体部分 3；工况 7 ： 开挖土体部分 4；工况 8：开挖土体部分 5；工况 9：施工底板；工况 10：施工侧墙和柱子；工况 11：施工顶板；工况 12 ：覆土回填，恢复路面。
大开挖施工过程开挖土方量大，对地层土体扰动作用明显，导致基坑变形值相对较大，坑底隆起变形凸出，现对在大开挖施工地下街情况下，考虑施工过程对邻近管线的影响。
2.2管线的水平位移分析
(a)1 号管线水平位移曲线(b)2 号管线水平位移曲线
图2 大开挖法管线水平位移分析
通过对图 2的观察发现，大开挖施工各个工序对靠近基坑一侧的 1 号管线水平位移影响略大于远端的 2 号管线，但差别不大，1 号管线最大沉降位移为 19mm，2 号管线最大沉降位移为 17mm，沉降差为 2mm，随着施工步序的进行，位移曲线变化率大，覆土开挖阶段管线沉降位移明显，在此工况竖向沉降位移骤降 5mm，伴随着坑内土体的分层开挖，管线继续下沉，此过程也是对土体扰动最为厉害的阶段，土体卸荷作用明显，大大改变原有土体的应力场，由于管土的相互作用力，管线沉降达到了最大值 19mm，接下来的工况进行底板、顶板施工，加大了基坑水平支撑力，增加了其水平刚度，柱子、侧墙的施工，增加了基坑竖向的整体刚度，引起管线位移回弹，最后进行的覆土回填使得管线水平位移差值大大减小，对比 4 个控制点位移的情况来看，管线最大位移点发生在较近基坑方向的 B 处，最小发生在远端的 D 处，但是差值很小，1 号和 2 号管线对比来看，水平位移变化情况一致，1 号管线最大位移比2 号管线大 2mm，整体来看，大开挖施工对管线水平位移差值影响较大，从 0到 19mm，影响比较明显。
2.3管线的竖向位移分析
大开挖过程由于坑内土体短时间内集中被挖出，导致坑底卸荷作用明显，管线隆起变形变化突然而且变形较大，这也正是由于大开挖土体卸载使得基坑隆起变形过大的原因。覆土开挖过程是施工开始段管线竖向位移斜率最大的时候，1 号管线竖向隆起位移在第三工况进行结束时已达到 8mm，基坑远端的 2 号管线竖向位移此时也达到了 4mm 左右，随着挖土的进行隆起位移继续增大，在第八工况结束，即坑内土体开挖完毕时，隆起位移达到峰值，1 号管线最大位移达到了 20mm，2 号管线竖向位移达到10mm，坑内土体开挖完毕进行地下结构部分的施工过程，坑底由于竖向和水平构件刚度的增加，隆起位移也逐渐减小，直到覆土回填完毕，坑内土体新的应力场形成，坑底的隆起值趋近于零，管线的竖向位移发生了稳定的沉降量，1号管线沉降量为 4mm，2 号管线为 2mm 左右，由上述分析可知，大开挖施工过程对 1,2 号管线水平位移的影响差值不大，但是对其竖向位移的影响差值明显，1 号管线的最大竖向位移大致为 2 号管线最大书上位移的两倍，由此可见，大开挖施工过程对邻近管线的水平位移的影响范围要大于对竖向位移的影响范围，管线离基坑边缘的距离越远，竖向位移越小，而且变化明显，同时也可发现，大开挖施工过程对管线隆起位移变化明显，变化值跨度大约有 25mm 之多。
3对比分析
3.1 管线水平位移对比分析
两种施工方式都是从覆土开挖阶段，管线水平位移发生变化，覆土的开挖使得管线有趋向基坑方向的水平位移，但盖挖逆作法情况下，此时 1 号管线水平位移为 2.5mm，而在大开挖施工情况下，1 号管线水平位移达到了 6mm，随着盖挖逆作施工过程顶板施工和覆土回填，管线的水平位移基本回到初始状态，后续施工步序对管线的水平位移影响不大，而在大开挖情况下，随着坑内土体的继续开挖，管线不断向基坑方向靠近，管线的水平位移值也相应的不断增加，直到施工结束管线的水平位移值都在较大的变形范围内，由于大开挖施工作业周期长，管线长期经受到施工过程的影响，这样不利于地下管线的安全，反观盖挖逆作法施工过程，虽然施工步序较多，但仅仅在第三步覆土开挖阶段对管线的水平位移有一定影响，相比较此阶段大开挖覆土开挖时 1 号管线水平位移的 6mm，盖挖逆作施工此阶段管线水平位移的2.5mm 已大为降低，纵观整个施工过程，盖挖逆作时管线最大水平位移值为2.5mm，大开挖时管线最大水平位移值为 19mm，而后期施工对管线水平位移扰动之小也较之大开挖有强大的优势。
3.2管线竖向位移对比分析
大开挖情况下各个工况引起管线竖向位移的变化值都远大于盖挖逆作法施工各个工况的管线竖向位移，大开挖引起管线最大位移值为盖挖逆作法施工引起管线最大位移值的 5 倍左右，而且大开挖过程使得管线位移变化陡起陡落现象明显，相比于盖挖逆作法各个工况条件下管线竖向位移变化的平缓性质来讲，大开挖施工不稳定因素更多，盖挖逆作法施工更为稳定，对地下管线的安全性保障更强。
表 1 不同施工方式时管线控制点最大位移
4结束语
本文为新建地下工程考虑不同施工方法对邻近地下管线影响的数值模拟分析，首先根据有限元理论、Midas/GTS 软件的相关及建模方法结合实际工程概况建立了数值分析模型，阐述了各个施工工况的主要内容，分别考虑在大开挖和盖挖逆作法施工地下工程过程中对邻近地下管线的影响情况，根据数值模拟的计算结果，分析了在不同施工方法下，各个工况施工对地下管线位移的影响情况。
通过本文的研究可以看出，大开挖施工比盖挖逆作法施工对邻近地下管线的位移影响要大很多，在不考虑工程造价、施工条件等外界因素的情况下，仅对地下管线影响来讲，盖挖逆作法施工地下结构无疑是能够做到对位移影响较小，地下管线的安全保障性更高，由于大开挖过程对土体扰动能力强，地下管线的陡变性也大大增加，这对于地下管线的影响是不利的，故在实际工程操作中，考虑施工方法的时候，应多加考虑。