市政道路電力管線施工安全評(píng)估研究

摘要：為了降低市政道路電力管線遷改施工安全風(fēng)險(xiǎn)，本文依托某高速公路清湖南段市政道路工程110kV電力管線遷改工程，在遵循相關(guān)評(píng)估政策的前提下，通過(guò)有限元分析評(píng)價(jià)該工程中基坑開(kāi)挖對(duì)橋臺(tái)樁基的影響，分析結(jié)果表明，橋梁樁基最大變形其水平位移均滿足相關(guān)規(guī)范的要求，并結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，提出了相應(yīng)的施工安全控制措施，為后續(xù)類似市政道路電力管線遷改施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供一定的理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：橋梁樁基；電力管線遷改；施工；安全評(píng)估；控制

1工程概況

為配合某高速公路清湖南段市政道路工程建設(shè)，將影響道路、橋梁及綜合管廊建設(shè)施工的現(xiàn)狀110kV騰民Ⅰ、Ⅱ線及110kV龍恒Ⅰ、Ⅱ架空線進(jìn)行遷改處理。主要工程量包括：改建電纜溝3002m、新敷設(shè)1×800型號(hào)電纜4220m、1×1200型號(hào)電纜19150m、新建鐵塔2座、拆除鐵塔7座、拆除架空導(dǎo)線28.26t。本工程A50-A51段110m10kV電纜溝改110kV電纜綜合溝，沿五和大道東側(cè)人行道從某高速橋底穿越。改10kV電纜溝為110kV電纜綜合溝，開(kāi)挖寬度2.1m。施工區(qū)域?yàn)槿诵械?，不存在占用機(jī)動(dòng)車道情況。穿越橋底長(zhǎng)度約45m，離橋墩距離0.3m，開(kāi)挖深度2m。項(xiàng)目位置見(jiàn)圖1。

2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.1工程地質(zhì)

場(chǎng)地范圍內(nèi)揭露地層自上而下依次為：人工填土（素填土、雜填土、人工填石），其下為第四系新近湖積淤泥質(zhì)黏土、全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、礫砂，上更新統(tǒng)湖沼沉積淤泥質(zhì)黏土，晚～中更新統(tǒng)坡積黏土，中更新統(tǒng)殘積礫質(zhì)黏性土，構(gòu)造巖及燕山期全～微風(fēng)化粗?；◢弾r。各巖土層的工程特性如下：①人工填土層：本線址揭露的人工填土層有素填土、雜填土、人工填石。素填土呈松散狀或稍經(jīng)壓實(shí)，開(kāi)挖后需進(jìn)行承載力及變形驗(yàn)算，不能滿足要求時(shí)需進(jìn)行處理；雜填土及人工填石，呈松散狀，未經(jīng)處理不宜作為路基持力層，作為基坑開(kāi)挖坑壁土體時(shí)，易坍塌。②第四系新近湖積淤泥質(zhì)黏土層：本線址范圍內(nèi)零星分布。該層土屬靈敏性較高的軟土，土的工程性質(zhì)差，開(kāi)挖時(shí)易變形、滑塌，土的可挖性等級(jí)為Ⅰ級(jí)。該層失水固結(jié)后易造成地面發(fā)生沉降、建筑物開(kāi)裂、傾斜。施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)做好防護(hù)措施，充分注意該層較差的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)工程的影響。③粉質(zhì)黏土層：本線址局部有分布，呈可～硬塑狀態(tài)，土的工程性質(zhì)一般，開(kāi)挖時(shí)可能產(chǎn)生變形、滑塌現(xiàn)象。就作為基底土層時(shí)需進(jìn)行承載力及變形驗(yàn)算，不能滿足要求時(shí)需進(jìn)行處理。④礫砂層：本線址局部分布，為賦水地層，地層滲透性為弱～中等。施工時(shí)可能產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)地面沉降，基坑開(kāi)挖時(shí)，該層會(huì)出現(xiàn)基坑突涌、流沙、坑壁崩塌等現(xiàn)象，造成基坑坍塌等施工事故。開(kāi)挖時(shí)應(yīng)做好支護(hù)、支撐措施。礫砂層作為基底土層時(shí)需進(jìn)行承載力及變形驗(yàn)算，不能滿足要求時(shí)需進(jìn)行處理。⑤坡積黏土、殘積礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化巖：該層土承載力較高，變形小，土的工程性質(zhì)較好，水理性質(zhì)差，遇水易崩解，承載力降低，出現(xiàn)砂土性質(zhì)，容易出現(xiàn)流沙、管涌現(xiàn)象。在無(wú)支撐開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)崩塌、拱頂塌落的現(xiàn)象，開(kāi)挖時(shí)應(yīng)做好支護(hù)、支撐措施。小，工程力學(xué)性質(zhì)較好，水理性質(zhì)差，遇水后出現(xiàn)砂土性質(zhì)，容易出現(xiàn)流沙、管涌現(xiàn)象。開(kāi)挖時(shí)拱頂可能出現(xiàn)塌落、掉塊現(xiàn)象，應(yīng)做好支護(hù)、支撐措施。該層具較高強(qiáng)度，變形較小，厚度較大且較穩(wěn)定，可作為樁基持力層。但遇水浸泡后易軟化，強(qiáng)度降低。⑦中等風(fēng)化粗粒花崗巖：該層地基承載力高，壓縮變形小，工程力學(xué)性質(zhì)較好。在巖石裂隙較發(fā)育，地下水較豐富，屬較軟巖。該層強(qiáng)度高，可以作樁基持力層，但局部埋藏深，巖面起伏大。⑧微風(fēng)化粗?；◢弾r：該層地基承載力高，壓縮變形小，工程力學(xué)性質(zhì)較好。巖石裂隙稍發(fā)育，地下水較貧乏，屬于較硬巖。該層強(qiáng)度很高，是良好的樁基持力層，但埋深大。

2.2水文地質(zhì)

根據(jù)本工程沿線地下水賦存條件、含水介質(zhì)及水力特征分析，地下水主要有第四系松散層中的孔隙潛水和基巖裂隙水兩種?？紫稘撍褐饕x存表層第四系松散地層中，其主要含水層為填土層和礫砂層，水量豐沛，透水性好?？紫稘撍饕看髿饨邓a(bǔ)給，水位因季節(jié)、降雨變化情況而有所變化?；鶐r裂隙承壓水：基巖裂隙水發(fā)育程度、含水性、透水性，受巖體的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、基巖風(fēng)化程度、裂隙發(fā)育程度、裂隙貫通性等影響。由于巖體的各向異性，加之局部巖體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育，導(dǎo)致巖體富水程度與滲透性也不盡相同。巖體的節(jié)理、裂隙發(fā)育地帶，地下水相對(duì)富集，透水性也相對(duì)較好，反之亦然?？傮w上，基巖裂隙水發(fā)育具非均一性?；鶐r裂隙水主要賦存于巖石強(qiáng)、中等風(fēng)化帶中，全風(fēng)化巖及土狀強(qiáng)風(fēng)化巖含水弱，富水性差，微風(fēng)化巖的導(dǎo)水性和富水性主要受構(gòu)造裂隙控制，具各向異性。另外，巖體破碎帶含水量相對(duì)較豐富。根據(jù)本次勘察地表水試樣水質(zhì)分析結(jié)果，線路內(nèi)地表水腐蝕性綜合評(píng)定如下：對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。

2.3110kV電力管溝開(kāi)挖設(shè)計(jì)方案

本工程為110kV電力管溝開(kāi)挖，開(kāi)挖斷面為寬2.1m，深2.0m，采用厚度20mm鋼板支護(hù)，用φ100mm的鋼支撐兩側(cè)鋼板，立面每隔0.5m設(shè)置一道，平面每隔1.5m設(shè)置一道，其支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面示意圖見(jiàn)圖2。

3評(píng)估政策依據(jù)

為加強(qiáng)涉路工程建設(shè)和管理，促進(jìn)公路事業(yè)發(fā)展，保障公路工程可靠、運(yùn)營(yíng)安全，與環(huán)境協(xié)調(diào)，可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家、交通部以及各級(jí)地方政府和相關(guān)行業(yè)部門頒布了一系列法律、法規(guī)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。與本項(xiàng)目安全性評(píng)估相關(guān)的主要法律法規(guī)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有：《廣東省涉路工程許可安全技術(shù)評(píng)價(jià)辦法》、2011年7月1日施行的《公路安全保護(hù)條例》《中華人民共和國(guó)公路法》《路政管理規(guī)定》《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2014）以及《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50268—2008）。上述一系列的法律法規(guī)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)市政道路電力管線遷改中所涉及的管線埋設(shè)深度、交叉角度、橋下穿越時(shí)周邊橋墩的水平凈距等，以及相關(guān)的設(shè)計(jì)和施工方案、技術(shù)評(píng)價(jià)報(bào)告、應(yīng)急方案等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)都有明確的規(guī)定。

4電力管線遷改安全評(píng)估

秉承公正、客觀、科學(xué)的立場(chǎng)，遵循“安全、經(jīng)濟(jì)”的原則，對(duì)110kV電力管溝開(kāi)挖對(duì)某高速公路（東段）上碎石路分離式立交橋橋梁樁基安全性進(jìn)行評(píng)估。

4.1周邊環(huán)境分析

距離某高速公路（東段）上碎石路分離式立交橋橋墩最近約0.3m，該橋梁上部結(jié)構(gòu)為4×20m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。半幅橋橫向布置12片板，板高0.90m。下部結(jié)構(gòu)橋墩采用三圓柱墩，灌注樁基礎(chǔ)；橋臺(tái)采用樁柱式橋臺(tái)，灌注樁基礎(chǔ)。管溝與橋墩示意圖見(jiàn)圖3。

4.2基坑開(kāi)挖對(duì)橋梁樁基影響的評(píng)估分析

通過(guò)建立有限元模型計(jì)算基坑開(kāi)挖前后樁頂位移變化情況，分析基坑開(kāi)挖對(duì)樁基的影響。土層采用摩爾庫(kù)倫彈塑性模型，建立有限元分析模型進(jìn)行計(jì)算，模型寬度約30m，地層深度約30m，樁長(zhǎng)20m，樁徑1.2m。分析過(guò)程主要分為以下幾個(gè)階段：①初始地應(yīng)力；②樁基施工（添加橋梁荷載）；③鋼板樁施工；④開(kāi)挖第一層土；⑤施做第一道支撐；⑥開(kāi)挖第二層土；⑦施做第二道支撐，直至施做第三道支撐并開(kāi)挖至基坑底。由于分析模型尺寸較大，僅截取基坑部分進(jìn)行展示。橋梁樁基豎向位移云圖見(jiàn)圖4。

4.3分析結(jié)果

基坑開(kāi)挖引起橋梁樁基最大水平位移為-2.0mm，最大沉降為-0.7mm，開(kāi)挖后橋梁樁基水平向位移云圖見(jiàn)圖5。橋梁樁基變形計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

5施工安全控制措施

5.1變形控制要求根據(jù)不同規(guī)范及工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程某高速公路（東段）上，20m橋跨碎石路分離式立交橋，位移控制指標(biāo)如表3所示。

5.2加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及預(yù)警

5.2.1臺(tái)風(fēng)季節(jié)雨季風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)及預(yù)警臺(tái)風(fēng)或強(qiáng)降雨天氣要做好現(xiàn)場(chǎng)巡視、監(jiān)測(cè)等工作，指派專人值班，及時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)情況、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)以及巡視情況等，并在巡視過(guò)程中做好安全防護(hù)措施；增加現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息，如有異常的情況及時(shí)發(fā)送預(yù)警，結(jié)合數(shù)據(jù)變化原因和辨別下階段變形趨勢(shì)進(jìn)行分析，并提出相關(guān)施工建議；成立搶險(xiǎn)應(yīng)急小組，準(zhǔn)備好設(shè)備、物資以及人員，加強(qiáng)信息反饋，保持應(yīng)急狀態(tài)，如有險(xiǎn)情第一時(shí)間進(jìn)入搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)，保障工程的安全。5.2.2施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)及預(yù)警當(dāng)在監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，應(yīng)遵循“迅速、準(zhǔn)確”的原則，及時(shí)通知業(yè)主和監(jiān)理，并在第一時(shí)間組織和調(diào)動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)小組人員、設(shè)備、車輛到達(dá)工地現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，并組織相關(guān)專家對(duì)基坑的現(xiàn)況做出分析，采取合理的監(jiān)測(cè)加密方案，并督促土建承包商采取相應(yīng)搶險(xiǎn)方案；指派有經(jīng)驗(yàn)的監(jiān)測(cè)人員駐現(xiàn)場(chǎng)，加大監(jiān)測(cè)頻率直到險(xiǎn)情得到控制，危險(xiǎn)解除，可以施工為止。

6結(jié)論

通過(guò)上述分析，本文根據(jù)某高速公路（東段）上碎石路分離式立交橋竣工資料、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)資料以及110kV電力管溝開(kāi)挖設(shè)計(jì)方案，通過(guò)有限元軟件分析模擬基坑開(kāi)挖對(duì)某高速公路（東段）上碎石路分離式立交橋橋墩影響。通過(guò)分析結(jié)果表明，橋梁樁基最大變形其水平位移為-2.0mm，沉降為-0.7mm，滿足相關(guān)規(guī)范的要求。為此，針對(duì)此次施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出以下兩點(diǎn)建議：①施工階段根據(jù)設(shè)計(jì)文件和本評(píng)估報(bào)告，制定專項(xiàng)施工方案、意外險(xiǎn)情處置及應(yīng)急預(yù)案，采取切實(shí)有效措施保障施工階段橋梁結(jié)構(gòu)的安全。②施工期間應(yīng)加強(qiáng)橋梁樁基的變形監(jiān)測(cè)，確保現(xiàn)場(chǎng)施工安全。

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