天津地下直徑線深埋地下管線測深的研究

裴世建 郝 明

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司,天津 300142)

在擬建天津地下直徑線鐵路里程DK2+266處慈海橋北側,有一路采用非開挖方式鋪設的35 kV高壓動力電纜,與擬建天津地下直徑線交叉。在交叉處電力管線埋深約15 m左右,設計盾構頂埋深為16.3 m。為保證擬建天津地下直徑線盾構順利通過,必須查明該電力管線在盾構上方準確深度,為設計提供可靠的設計依據。

1 測區概況

1.1 電力管道基本情況

(1)HDPE材質8孔 φ200 mm和2孔 φ110 mm 拉管;

(2)已用孔2孔為35 kV高壓動力電纜2根;

(3)電力管線采用非開挖方式鋪設,導孔尺寸φ1 100 mm,埋深呈弧形狀穿越子牙河,預計線位附近埋深13～15 m。

1.2 測區條件和地球物理特性

該電力拉管地處天津市紅橋區慈海橋與子牙河西岸新建道路的交口處,地下管線較復雜,主要包括通信、上水、給水、燃氣、雨污水管道和電力電纜等;該處為新建道路,車流量不大;地層一般為粉質黏土、黏土等,土層含水量高,地下水埋深約3 m;巖土層地下水含量較高,巖土層電阻率較低并且隨著深度的增加電阻率降低,并趨向穩定;動力電纜為低阻良導體,本身帶電,能產生電磁場;電力管道有預留管,可以在預留管道內放入導線。現場平面位置見圖1,電力拉管與地鐵盾構剖面示意見圖2。

2 探測方法研究與可行性分析

電力管道鋪設太深,直接開挖驗證很難實施且不經濟,需要采用其他方法確定該管道在地鐵盾構上方的準確深度(精度要求 ±1.5 m)。

2.1 電磁波法

測區巖土層電阻率低,管道內有動力電纜,采用電磁波原理進行探測(如管線探測儀、地下定位系統等),無法保證測深精度。

圖1 電力拉管平面位置示意

圖2 電力拉管與地鐵盾構立面示意

2.2 孔中磁法

由于該管道內有兩根動力電纜,在電纜周圍會產生磁場,利用孔中磁法可以取得較好效果。該方法實施需在管道附近布設2～3個孔深為25 m左右的鉆孔,由于管線埋設太深,利用管線儀或地下定位系統只能初步確定管道平面位置,無法保證鉆孔安全。

2.3 孔中測斜法

孔中測斜法是利用測斜原理,將測斜儀放進管道預留管內,根據每次前進時的傾角計算兩點高差,測量精度較高。但由于測試期間,測斜儀一直處在電力管線的磁場下,將影響測斜儀精度;如果做隔磁改進,測試成本太高。

通過試驗對比分析,最終用孔中測斜法,對測斜探頭作隔磁處理后,進行電力管道埋設深度測試。

3 孔中測斜法的實施

3.1 測量過程

先用穿線器在擬探測的HDPE材質孔中穿一根測繩,在端頭井附近設水準基點,用水準儀測定基準點的高程。然后測量水準基標點至孔口的相對高程,再將測斜探頭固定在測繩上,人工牽引測繩,帶動探頭在HDPE材質管孔中移動,同時測定探頭在不同位置的高程。測點間距控制在1 m,重復測量6次,每次起點間隔0.2 m。根據測量結果繪制管線的垂度曲線,并給出管線距離。

3.2 測試質量控制

(1)實際測量中,同一測點、同一次測量讀數不少于3次,且其較差不大于10 mm。

(2)單點測量繩索距離誤差不大于10 mm。

(3)探測過程中,同一位置測點偏差超過30 mm時,增加測量次數。

(4)單次測量結束后重新檢校儀器,如果發現儀器偏離標準狀態,重新校準儀器,重新探測管線,直到探測前后儀器校準狀態正常。

(5)對多次測量數據進行統計分析,提供實測高程平均值,最低高程值。需要時可提供保證值。

4 數據處理

4.1 測斜高程計算

如圖3所示,測斜探頭高程按下式計算

圖3 測斜測量高程計算示意

式中 H0——高程基準點至孔口高/m;

Hb——井口基準點高程/m;

h0——井口基準點液壓測量高差讀數/m。

各測點高程按下式計算

式中 Hi——第i個測點的高程/m;

hi——第i個測點液壓測量高差讀數/m。

4.2 水平距離計算

根據測量中的電纜長度步距(本次測量為1 m),和相鄰兩測點的高差,可按下式計算水平距離

式中 Δli——探頭移動1步的水平距離/m;

Δci——探頭移動 1 步線纜長度步距 (Δci=1)/m;

Δhi——探頭移動1步的高差 (相鄰讀數的差值)/m;

li——第i個測點距端頭井的水平距離/m。

4.3 測量管與電纜管豎向高差分析

端頭井內觀測到的管孔排列如圖4所示。拉管導孔直徑為1 100 mm,各管孔在導孔中最不利的分布如圖5所示。測量管孔位于最上面,而電纜管位于最下面。為安全起見,應在實測高程減去1.1 m作為管道的高程。

圖4 管口端頭井排列示意

圖5 線纜在管道中排列示意

4.4 測量數據的統計分析

根據6次重復測量的高程數據,計算出各測點高程的平均值和標準差,并統計出各測點高程的最小值。對上述值減去1.1 m,得到相應的電纜高程值。根據各點高程繪制斷面圖如圖6所示。

5 結束語

目前此段地鐵盾構按照預期設計深度已經順利通過,證明液壓法測量結果可靠。由于現在地鐵盾構施工或其他非開挖方式施工過程中碰到此類特深管線較多,采用直接開挖驗證基本不能實施,采用有效的探測方法驗證特深管道鋪設深度已經迫在眉睫。本次孔中測斜法的施測經驗,在以后此類特深管線探測中具有推廣價值。

圖6 電纜管道測量縱斷面

[1]CJJ—2003 城市地下管線探測技術規程[S]