黑龍江哈爾濱地下輸水管道突然破裂對地鐵隧道的影響

楊 逾 ，周小科

（遼寧工程技術大學 土 木與交通學院，遼寧 阜 新 1 23000）

0 引言

城市管線作為城市正常運行的命脈，遍布城市各處，工程建設管線問題往往不可避免，突發的管線破裂泄漏會導致工程周圍地質環境的改變，從而影響基礎結構的力學特性，對局部或整體工程安全構成威脅［1-3］。

哈爾濱地鐵處于市內繁華地帶，由于哈爾濱市地處我國東北，屬于凍土地區，地下工程眾多，地下管線分布錯綜復雜，冬夏溫差較大，導致地質條件不穩定性較其他地區復雜，同時加上施工的擾動，管線時常發生破裂泄漏，這嚴重影響了地鐵隧道的建設，因此，研究管線開裂造成泄露對地鐵隧道的影響具有重要的意義［4］。

1 工程概況

1.1 工程概況

哈爾濱市地鐵一期土建工程七標段起于鐵路局站，沿西大直街穿過紅軍街進入博物館站，再沿東大直街先后進入龍江街站及煙廠站，繼續沿東大直街轉入一曼街進入工程大學站，共計三站：博物館站、龍江街站、煙廠站；四區間：鐵路局站—博物館站、博物館站—龍江街站、龍江街站—煙廠站、煙廠站—工程大學站。標段起訖里程為：SK9+973.33～SK13+523.936，全長 3550.606m。

1.2 工程地質

鐵路局站—博物館站區間里程SK9+973.330～SK10+818.407，區間全長 845.077m，全部為既有7381隧道利用段。該區間位于西大直街路下，場地地形略有起伏，地面高程在135.34～138.59m，場地地貌單元屬崗阜狀平原。

隧道主要穿過粉質④1 t2、④1、④2粘土層，④2t2、④2t2粉砂層，④2 t粉土層等。圍巖級別均為Ⅵ級，土石可挖等級均為Ⅱ級。結構頂板附近均為粉質粘土層，側墻附近均粉砂層、粉質粘土層等。

地下水位于結構底板附近，水位低于結構底板，施工時應注意地下水的防治工作［5-7］。同時局部地段上部土層由于管線泄露存在上層滯水，會對區間隧道造成災害。場地水對混凝土無腐蝕性，對鋼結構有弱腐蝕性，對混凝土結構中鋼筋無腐蝕性。

單邊擴挖法（CD工法）施工，先破除側墻混凝土并及時施作初期支護，后破除仰拱及填充混凝土并及時施作初期支護，初期支護與7381隧道結構間應及時封閉成環，確保安全。

2 地表沉降監測結果分析

2.1 確定滲流源

在對隧道地表監測的過程中，除了在道路邊緣沿線進行布點外，還需在十字路口或轉盤等重要位置重點監測［8］。在對哈爾濱地鐵七標段鐵路局站—博物館站區間地表沉降的監測過程中，發現西大直街與海關街的交叉口處有兩點（D3、D6）沉降速率突然加大。認真分析，重復測量后確定，此兩點沉降速率達到1.0mm/h和1.5mm/h。在查閱相關工程資料后，初步判斷為管線泄露造成，并隨即加密布點。如圖1所示，圖中 D10、D11、D12、D13為加密監測點，其余各點為常規監測的部分點。其中 D4、D5里程為 SK10+507.325，與隧道拱頂沉降和隧道凈空收斂監測點基本處于同一豎直斷面上，D4與 D5、D3間隔為3m，D10與其周圍四點均相距1.5m。

圖1 地表沉降監測點布置示意圖Fig.1 The surface subsidence monitoring point arrangement plan

加密布點完成取得初始值，監測頻率為1次/h，8h后改為1次/2h，在93h內地表累計沉降如圖2所示，圖中為了描述清晰采用間隔4h的曲線圖。

圖2 地表沉降變化曲線Fig.2 The ground surface settlement curve

從圖中可以看出累計沉降最大的為D10，其次為D12點，可確定滲漏點在D10附近靠近D12的位置。準確位置確定后，精確開挖，發現為地下輸水管線開裂造成水的涌出。

2.2 滲流對地表的影響

從圖2可以得出，D10在 50h后，超過警戒值24mm，隨后 D12、D3也超過警戒值，D3、D10、D12在75h后超過允許沉降值30mm，緊接著 D13、D6也超過警戒值，并且D11也逼近允許沉降值，且沉降速率加快。從圖2中可知，滲流方向大致為D10附近流向D13。經分析，非飽和砂土在水的作用下強度降低，并隨后趨于穩定，并在周圍土體穩定性改變時發生二次應力重分布，導致沉降速率再次加快，圖中20～40h有一段平緩期，隨后又繼續快速沉降，在80h后又趨于穩定。

日常監測這些監測點沉降量均小于1cm，此次滲漏引起的沉降已經遠遠超出了隧道施工引起的地表沉降，通過及時監測可快速確定相應措施。

3 滲流對隧道拱頂沉降的影響分析

3.1 隧道開挖及支護

鐵博區間隧道位于西大直街道路下，采用單邊擴挖法（CD工法）施工，先破除側墻混凝土并及時施作初期支護（圖3、圖4），后破除仰拱及填充混凝土并及時施作初期支護，初期支護與7381隧道結構間及時封閉成環，確保安全。

3.2 隧道拱頂沉降

西大直街與海關街交叉處隧道實際埋深16.5m，監測布點間距為10～15m，其中位于海關街下的拱頂監測點為 G33（里程為 SK10+493.081）、G34（里程為SK10+507.453）和 D35（里程為 SK10+522.617）。地下輸水管線破裂時，隧道已經完成隧道邊墻的破除，并且及時完成初期支護（圖4）。水平凈空收斂點處于拱腰位置。

圖3 隧道邊墻破除監測示意圖Fig.3 Tunnel wall broken monitoring arrangement plan

圖4 施作邊墻支護完成監測示意圖Fig.4 Sidewall supporting completed monitoring arrangement plan

圖5 泄露發生后隧道拱頂各點累計沉降值Fig.5 Total settlement values of tunnel vault point after the leakage

通過現場監測數據，發現地表沉降加快前，隧道拱頂沉降變化幾乎為零［9］，說明沉降基本穩定，發現地表沉降加快后及時加大監測頻率加密監測點（新增點 G33-1、G33-2、G34-1、G34-2），并在管線修復后繼續進行監測，各點累計變化值如圖5所示。為避免重疊，選取其中G33、G34、G35三點進行描述，其曲線變化趨勢如圖6所示。從圖中可以看出，從滲漏發生四天內最大累計沉降達到0.35cm。

圖6 泄露發生后隧道拱頂沉降變化圖Fig.6 Tunnel vault settlement change chart after the leakage

4 滲流對隧道凈空收斂的影響

隧道凈空收斂監測點與拱頂監測點處于同一橫截面，布置圖如圖3、圖4所示。同樣加密布點。在凈空變位采用相對水平收斂值，每次進行收斂量測時都參考測量環境溫度的影響。修正溫度的參考計算公式為：ΔLc=K×ΔT×L。在 TB33、TB35這個區間內，位于中間的TB34水平凈空收斂值變化最大，累計變化達到0.70cm，如圖7、圖8所示。

圖7 泄露發生后隧道凈空收斂累計值Fig.7 Tunnel head room convergence accumulative total value after the leakage

通過對比圖6和圖8可知，水平凈空收斂開始快速變化要晚于隧道拱頂的變化，具有一定量的滯后性，這里可以看出滯后約12h，當管線修復后，水流停止，拱頂先與隧道拱腰趨于穩定，此時隧道拱腰穩定滯后約16h。滯后時間長短與地質條件和水流量大小有關。

圖8 泄露發生后隧道凈空收斂變化圖Fig.8 Tunnel headroom convergence change chart after the leakage

5 結論

（1）加密布點監測可以快速有效精確找出城市道路下地鐵隧道地表突發沉降的具體位置，減小路面大面積開挖帶來的影響。

（2）地鐵隧道開挖過程中，隧道地表沉降不一定小于拱頂沉降，具體關系應根據具體情況而定。

（3）隧道CD法施工中，雖然有鋼支撐存在，如不及時找出源頭，仍會造成拱頂沉降和水平凈空的顯著變化，直至對結構造成損害。在拱頂沉降發生變化的72h內，隧道拱頂最大沉降達到0.35cm，隧道水平凈空收斂達到0.70cm以上。

（4）泄露發生后，拱頂沉降先發生異常變化，隧道水平凈空收斂在約12～24h后才發生顯著變化。當泄露消失后，隧道拱頂先趨于穩定，拱腰在約16～28h后趨于穩定。這與流量、流速和地質條件等因素有關。

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