無錫市地鐵1號線工程沿蠡湖大道DN2200渾水管遷改方案研究

蔣智慧

（無錫市政設計研究院有限公司，江蘇無錫214072）

1 沿蠡湖大道站點及區間設置概況

無錫市軌道交通1號線工程在線路南端主要沿蠡湖大道呈南北走向位于道路東側的綠化帶內。線路由觀山路西端以300 m曲線半徑穿越順馳天鵝湖地塊后向南轉向蠡湖大道東側綠化帶內，保持與蠡湖大道基本平行并于吳越路北側設置大學城站；線路繼續向南基本平行于蠡湖大道設置，在規劃震澤路南側綠化帶內設置雪浪站，車站內凈長度279 m，站后設出入場線連接雪浪停車場；雪浪站預留向南延伸條件，延伸線路同樣沿蠡湖大道東側設置于綠化帶內，于停車場西側設置橫山站，站后延伸線路穿越蠡湖大道后轉向南泉。

線路由觀山路轉向蠡湖大道后直至大學城站區間盾構隧道頂覆土厚度為15.8 m～8.7 m，盾構區間主要穿越⑤層粉質粘土層、⑥1層粘土層。大學城站為地下兩層車站，明挖順做法施工，車站底板埋深16.4 m，開挖深度范圍內③3粉土夾粉質粘土層對車站施工影響較大。大學城-雪浪站盾構區間隧道頂覆土厚度為8.2 m～13.9 m，盾構區間主要穿越③3粉土夾粉質粘土層、⑤層粉質粘土層、⑥1層粘土層。雪浪站為地下兩層車站，明挖順做法施工，車站底板埋深15.2 m，開挖深度范圍內③3粉土夾粉質粘土層對車站施工影響較大。出入場線采用明挖順做法施工，基坑深度15.2 m～1.2 m，出入場線由雪浪站后至接地點長度約為523 m。

2 沿蠡湖大道DN2200渾水管現狀

根據無錫華毅管道有限公司提供的資料，沿蠡湖大道東側綠化帶內的DN2200渾水管為PCCP管材。

PCCP是一種預應力鋼筒混凝土管，由預應力鋼絲、鋼筒、混凝土構成的復合管材，這種管材是在帶鋼筒的混凝土管芯上，環向纏繞預應力鋼絲，最后在管外部施噴水泥砂漿保護層而制成的，詳見圖1所示。PCCP接頭采用公差配合，采用鋼質承口圈和插口圈，密封橡膠圈填充在凹槽內，PCCP密封接頭形式見圖2所示。PCCP接頭是一種半剛性接頭，其接頭能夠轉動一定的角度，直徑2200 mm的管道允許相對轉角一般不超過0.5°。這種管材克服了鋼管的抗腐蝕能力差和混凝土管抗滲能力差的缺點。

圖1 PCCP標準結構圖

圖2 PCCP管密封接頭示意圖

根據無錫市自來水總公司介紹，DN2200渾水管一般要求管底鋪設200 mm厚的砂墊層，管頂覆土厚度要求大于800 mm。

軌道交通1號線在蠡湖大道段與道路東側的南泉水源廠渾水輸水管線平行并在其下方穿越。受影響的DN2200渾水管基本與蠡湖大道平行敷設于道路東側綠化帶內，影響范圍從蠡湖大道北端觀山路開始一直到南端橫山路站后渾水管轉向道路西側為止，長度約3.6 km。

按照目前線路坡度，湖濱路站-大學城站區間盾構隧道距離渾水管豎向凈距最小處約6.2 m，大學城站-雪浪站區間盾構隧道距離渾水管豎向凈距最小處約4 m。盾構區間與渾水管剖面關系見圖3所示。

表1為蠡湖大道東側渾水管情況匯總表。

表1 渾水管基本情況匯總表（單位：m）

3 沿蠡湖大道DN2200渾水管遷改方案

根據軌道交通1號線盾構區間及車站與渾水管的相對位置關系，以及DN2200渾水管現狀，對軌道交通施工受到影響的渾水管進行遷改，遷改方案一為渾水管整體遷移避開軌道交通1號線的施工影響范圍，遷改方案二為局部改遷，對車站范圍內受到影響的渾水管進行遷改，區間施工受到影響的渾水管進行局部加固保護。

3.1 渾水管遷改方案一（整體遷移）

無錫市軌道交通1號線工程在蠡湖大道段設計與南泉水源廠渾水輸水管線DN2200 PCCP管平行并在其下方穿越，軌道交通對渾水管的影響主要有以下幾點：

（1）地鐵隧道在管線下方穿越，可能造成管線基礎下沉變動或撓動，進而造成管線局部下沉或移位，一般管節接頭相對轉角超過0.5°時就會產生管線輸水的漏水或脫節。

（2）供水管線鋪設好后在輸水過程中隨著管線內水壓的變化而產生的流量變化而引起管線的震動和抖動。該管線設計的工作壓力為1.0 MPa，壓力較高，引起的震動和抖動主要靠管線周圍的土和管外水泥砂漿保護層之間的摩擦來穩定管線，管線的大彎管部位由于側向推力需靠管線安裝時澆注的混凝土支墩來穩定。由于地鐵隧道在管線下方平行穿越，地鐵隧道施工，以及地鐵列車高速運行也會產生震動，同時地鐵施工過程中如果遇到管線基礎下沉，可能會使管線周邊的土及彎管處的支墩松動，給管線在輸水過程中產生的震動擴大了空間，給管線的穩定帶來嚴重的影響，在管線輸水產生的振動及地鐵運行產生的振動共同作用下，供水管線處于一種不穩定的狀態。

（3）地鐵運行一般為電力驅動，除了雜散電流會對PCCP管材內部的預應力鋼絲產生電化學腐蝕外，正常運行的電流磁力線也會在預應力鋼絲中感生出電勢差，從而產生電化學腐蝕，大大縮短供水管線的使用壽命。

綜合以上幾點，在地鐵施工和運行過程中對DN2200 PCCP管線的安全運行將帶來很大的影響，輸水管線一旦發生漏水事故，會影響到無錫市的供水安全和地鐵施工和運營的安全。無錫華毅管道有限公司建議地鐵隧道與DN2200 PCCP管道的水平距離應保持大于50 m，以保證地鐵隧道與輸水管各自都能安全運行。因此，對整個蠡湖大道東側綠化帶內的DN2200渾水管作了了整體遷移方案。

整體遷移方案介紹如下：

將橫山站至觀山路之間的蠡湖大道東側現狀DN2200渾水管遷移至蠡湖大道西側綠化帶內；新排管線管位原則上距蠡湖大道最西側管線凈距不小于4 m；新排管線距車站出入口結構外墻凈距不小于5 m；部分路段穿越現狀重要道路采用頂管施工；管線轉彎角度不大于30°，局部路段采用連續彎頭設計；對于兩次斜穿蠡湖大道的一路DN2000管，由于未影響站點，故這次未進行遷改；該方案涉及一處民房拆遷，面積160 m2。整體改遷長度約3 596 m。

3.2 渾水管遷改方案二（局部遷移）

開挖引起的地層損失和隧道周圍地層受到撓動或剪切破壞的再固結是管線產生變形和位移的根本原因。在地鐵隧道建設中，地下管線因周圍土體受到施工撓動引起管線不均勻沉降和水平位移而產生附加應力，同時管線的剛度又遠大于土體，必然會對周圍土體的移動產生抵抗作用。當隧道掘進方向平行于管線延伸方向時，對管線的影響主要表現為周圍土體對管線的軸向拉壓作用；當隧道掘進方向垂直于管線延伸方向時，對管線的影響主要表現在管線周圍土體的縱向位移引起管線彎曲應力的增加及接頭轉角的增大。而管線對土體移動的抵制作用主要與管線的管徑、剛度、接頭類型及所處位置有關。臨近施工的管線，為了確定施工過程中采用何種相關措施確保管線安全，必須對已有的地下管線受施工影響產生的變形和受力狀態進行預測。目前預測方法主要有解析法、數值模擬法和土工離心模型試驗法。其中數值模擬法能夠較為方便地考慮隧道開挖引起的地層變形與管線的相互作用，得到較為滿意的結果。盾構開挖面到地下管線不同距離對地下管線的影響是一個動態的過程，盾構推進過程中，注漿壓力、注漿量、注漿漿液強度變化都會對地下管線位移產生影響。

為了考慮盾構推進對渾水管的影響，分別計算了渾水管與隧道凈距6.2 m及4 m的情況下，盾構隧道掘進施工引起渾水管的沉降量。

3.2.1 凈距6.2 m（隧頂覆土11 m）情況

（1）施工右線隧道完成時，渾水管最大沉降22.71 mm（管底處），地面沉降20.37 mm；施工左線隧道完成時，渾水管最大沉降達到29.82 mm（管底處），地面沉降30.09 mm。

（2）對隧道周圍土體考慮加固效果，渾水管周圍土體進行加固，施工右線隧道完成時，渾水管最大沉降9.53 mm（管底處），地面沉降8.51 mm；施工左線隧道完成時，渾水管最大沉降11.41 mm（管底處），地面沉降11.92 mm。

3.2.2 凈距4 m（隧頂覆土11 m）情況

（1）施工右線隧道完成時，渾水管最大沉降23.76 mm（管底處），地面沉降20.83 mm；施工左線隧道完成時，渾水管最大沉降30.56 mm（管底處），地面沉降30.17 mm。

（2）對隧道周圍土體考慮加固效果，施工右線隧道完成時，渾水管最大沉降10.01 mm（管底處），地面沉降8.53 mm；施工左線隧道完成時，渾水管最大沉降11.71 mm（管底處），地面沉降11.93 mm。

軌道交通運營期間對渾水管的影響可以通過軌道減震措施、設計中采取良好的防止雜散電流的措施等手段來減少地鐵對渾水管的振動影響和電化學腐蝕作用。

局部遷移方案介紹如下：

橫山站至雪浪站之間(包括車站及區間)的蠡湖大道東側現狀DN2200渾水管均不具備加固保護條件，故將該段遷移至蠡湖大道中分帶內，新排管線穿越地下通道、河道等均采用鋼管（由于震澤路下穿蠡湖大道，故設計要求震澤路下立交頂板覆土不小于3.5 m），該段遷移長度約1 815 m；雪浪站至大學城站區間的現狀DN2200渾水管擬進行加固保護，不進行遷改；大學城站段現狀DN2200渾水管遷改至蠡湖大道東側輔道內,該段遷移長度約216 m；大學城站以北至觀山路區間段現狀渾水管擬進行加固保護，不進行遷改；個別路段角度過大時，擬采用連續彎頭設計，并加設止推樁。

大學城站以北至觀山路區間段現狀渾水管加固保護措施如下：渾水管中心線兩側各3 m范圍內管底土采用雙液注漿加固，加固深度3 m；右線盾構隧道采用二次注漿加固隧道上半圓外側土體，加固土層厚度為徑向3 m；同時盾構施工過程中需控制好掘進參數，加強監測以反饋設計與施工。加固土體強度要求qu[28]＞1.0 MPa，滲透性系數K＜10-7cm/s。該段加固保護長度約為350 m。

雪浪站至大學城站區間的現狀渾水管加固保護措施如下：渾水管中心線兩側各3 m范圍內管底土采用雙液注漿或水泥漿液注漿加固，加固深度3 m；右線盾構隧道采用二次注漿加固隧道上半圓外側土體，加固土層厚度為徑向3 m；同時盾構施工過程中需控制好掘進參數，加強監測以反饋設計與施工。加固土體強度要求qu[28]＞1.0 MPa，滲透性系數K＜10-7cm/s。按照盾構隧道與DN2200渾水管凈距小于4 m則采用雙液注漿加固。該區段采用雙液注漿加固的長度約為250 m；采用水泥漿液注漿加固的長度約為600 m。

注漿加固保護示意圖如圖4所示。

圖4 注漿加固保護示意圖(單位：mm)

4 渾水管遷改方案技術經濟比較

從技術可行性來講，整體遷改方案和局部遷改加局部保護方案都是可行的，整體遷改方案需在軌道交通施工之前盡早完成整體遷改管線敷設，并投入使用，原水管廢棄，但在與地鐵施工沖突的區段需要將廢棄渾水管挖除，整體遷改工程量較大，工期較長，會在一定程度上影響到軌道交通的建設工期；局部遷改加局部保護方案同樣需要提前完成管線遷改，但是局部遷改的工程量較小，工期較短，可為車站的提前施工創造條件，在進行車站施工的同時再進行局部加固保護施工，對軌道交通的建設工期影響較小。

從經濟上對兩個方案進行比較如下。

方案一：整體遷改總長度約為3 596 m，據自來水總公司提供的整體改遷費用1.1萬元/延米，渾水管遷改費用為3 955.6萬元；遷改涉及到一處2層樓房的拆遷，按照0.5萬元/m2，房屋面積為320 m2，拆遷費用為160萬元。方案一的總費用約為4 115.6萬元。

方案二：局部遷改總長度約為2 031 m，據自來水總公司提供的局部改遷費用1.5萬元/延米，渾水管遷改費用為3 046.5萬元；雙液注漿加固費用按照480元/m3計算，水泥注漿加固費用按照270元/m3計算，根據局部保護方案涉及到雙液注漿量為5 460 m3，水泥注漿量為26 200 m3，注漿加固保護費用約為969.5萬元。方案二的總費用約為4 016萬元。

方案一的估算總費用比方案二的總費用多99.6萬元。

5 建議

根據以上分析所述，兩種方案各有優缺點。

如果考慮到軌道交通建設工期較緊而采用方案二時，必須實行以監測反饋為基礎的信息化設計與施工。目前，對盾構距離大直徑管線近距離施工，在現在的技術和經驗條件下，必須實行信息化施工，要把盾構施工參數的調整優化和監測反饋數據緊密地結合起來，隨時根據反饋信息調整優化盾構施工參數；必須有合理的輔助技術措施，包括注漿加固等其它一些技術措施。通過軌道減震措施、設計中采取良好的防止雜散電流的措施等手段來盡量減少地鐵對渾水管長期的振動影響和電化學腐蝕作用。

如果從盡量避免以后軌道交通運營對管線的長期影響來考慮而采用方案一時，則需要盡快摸清蠡湖大道西側的管線敷設條件，以及房屋拆遷的可操作性，以便渾水管遷改工程盡早開工，為無錫市軌道交通1號線的開工作好充分準備。