道路改建工程對其下既有管線的影響分析

劉 睫

(上海市城市建設設計研究總院(集團)有限公司，上海 200125)

0 引言

近幾年，隨著交通需求的不斷增加，大中城市交通擁堵現象明顯，為完善并提升交通路網，對既有道路的改建擴建迫在眉睫。既有道路周邊往往管線錯綜復雜，其中不乏航油管、煤氣管、污水管等重要管線，在道路改造工程建設的過程中不可避免地會遇到重要管線無法搬遷的情況。道路改建后引起的荷載增加會對既有管線產生影響，因而采取有效的保護措施，控制管線變形在相關權屬部門的限值要求內顯得尤為重要。

蔬菜苗期的猝倒病、立枯??；茄果類的早疫病、晚疫??；瓜類的枯萎病、炭疽病等都是通過床土傳染的。而床土是培育蔬菜壯苗的基礎，好的床土必須是肥沃：養(yǎng)分完全、保肥力強；疏松透氣，既能保蓄一定的水分，又能使空氣流通；而且也應無病原菌、蟲卵和草籽。

1 工程概況

上海某道路改建項目路線全長13.85 km，采用高架快速路+地面主干路形式敷設。道路紅線寬度60 m，主線高架為城市快速路，采用整幅式斷面形式、雙向六車道規(guī)模；地面道路為城市主干路，采用雙向六快兩慢。根據物探報告，本工程南側存在一條重要管道，管徑324 mm，埋深1.0 m～3.0 m，位于人行道或綠化帶下，該管道為東西走向與該改建道路走向基本一致，不具備搬遷條件。

原管道位于道路南側綠化帶內，改造工程實施后，管線可能位于綠化帶、人行道或非機動車道下方。其中，位于非機動車道下方的管線將承受較大的附加荷載。該工程標準路段非機動車道寬度取值3.5 m，人行道寬度取值2.5 m。地面非機動車道新建路面結構如下：4 cm AC-13C細粒式瀝青混凝土；8 cm AC-25C粗粒式瀝青混凝土；1 cm橡膠瀝青應力吸收層；20 cm C20水泥混凝土；15 cm礫石砂?？偤穸?8 cm(見圖1)。

一是制定健康河湖標準。深入研究健康河湖的概念和內涵，結合湖北省經濟社會和自然環(huán)境特點，建立一套科學規(guī)范、操作性強的評價指標體系。針對不同的河湖類型，提出不同的健康指標，形成湖北省健康河湖標準體系。

2 工程地質

根據《城市人行天橋與人行地道技術規(guī)范》，人群荷載取3 kPa。路面結構厚度取0.5 m，路床整治深度取0.8 m。根據CJJ 11—2011城市橋梁設計規(guī)范蓋板上車輛荷載按城—A級車輛荷載考慮，不計汽車沖擊荷載。采用Plaxis軟件模擬，計算模型及網格劃分見圖2。

3 有限元計算分析

土層名稱比貫入阻力Ps/MPa直剪固快(峰值)C/kPaΦ/(°)設計值fd/kPa特征值fak/kPa②褐黃～灰黃色粉質粘土0.532116.08080③灰色淤泥質粉質粘土0.47918.54545③t灰色粘質粉土1.07628.58585

根據水務公司智慧水務戰(zhàn)略規(guī)劃與建設計劃，水務公司從物聯數據采集、水廠生產、管網調度與維護、客戶服務與營銷、工程管理、協同辦公、企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新等多方面全面落實推進智慧水務建設?；谖锫摼W、互聯網、移動應用、云計算、大數據等信息化手段改變傳統自來水公司的運營管理模式及經營模式，通過構建全面深入的數據在線、管理在線、員工在線、客戶在線來全面提升水務企業(yè)各業(yè)務板塊的智慧水務水平，實現智慧客服、智慧生產、智慧管網、智慧工程，以及高效無紙化協同辦公的智慧水務總體建設目標。進而提升企業(yè)全流程節(jié)能降耗水平，提升城鄉(xiāng)供水各環(huán)節(jié)水質安全，全面提升用戶用水滿意度，打造安全、優(yōu)質、高效、低碳、環(huán)保的供水新模式。

3.1 計算模型及參數

結合實際，本工程擬采用以下方法對既有無法搬遷的管線進行保護：

分別對現狀及改建后位于非機動車道下方的管線進行有限元模擬，得出道路改建加載后管線的應力和變形值。

表2 材料計算參數

地基土自上而下主要為第①1-1層雜填土、第①1-2層素填土、第①2層淤泥、第②層粉質粘土、第③層淤泥質粉質黏土、第③t灰色粘質粉土。擬建場地地下水設計時按地下水位0.5 m計算。本工程主要涉及土層包括①1-1,①1-2,②，具體土層參數詳見表1。

3.2 分析結果

計算結果見圖3～圖8。

現狀管道位于人行道下方，頂面X向位移約0.9 mm，Y向位移約1.8 mm，總位移約2.01 mm，管頂應力約為70 kN/m2；改建后管道位于非機動車道下方，車輛荷載直接作用于其上方路面板上，管道頂面X向位移約0.7 mm，Y向位移2.95 mm，總位移約3 mm，管頂應力約為120 kN/m2。由于該管線極為重要，管線權屬部門要求對該管道進行保護。

4 管道保護方案

4.1 現行地下管線保護措施

1)對于改建后位于原地面下的管線，由于其上荷載沒有變化，故無需采取保護措施；2)對于改建后位于人行道下方的管線，如地面標高抬高，秉承管線上方荷載不增加的原則，采用超挖換填輕質土的方法，換填及回填材料采用泡沫輕質土；3)對于改建后位于非機動車道下方的管線，擬采用預制蓋板涵卸載的方式對管線進行保護。具體尺寸如圖9所示。

4.2 本工程管線保護方案

模型中地下管線為等直徑、等壁厚的鋼管,管道中心到地面的距離為2.8 m,管道外徑D=0.324 m,厚度t=4 mm，采用隧道單元模型；土體采用三角形單元網格，土體的初始應力假定為自重應力場?？紤]各結構與土體共同作用。結構與土之間設接觸面單元。材料相關參數如表2所示。

相關研究表明，城市建設對地下管線的影響主要表現在受力和變形兩個方面，因此,實際工程中對管線的保護也是從這兩個方面采取相應措施。常用管線保護措施有隔離法、懸吊或支撐法、對管線進行加固處理(如鋼筋混凝土方包加固)、卸載保護法等等。

運動微分式(38)所包含的方程個數等于節(jié)點位移向量的維數，但該方程中還包含了另外一個未知函數，即軸線的運動量w0(t)，因此需要補充一個方程。為此，對車輪的垂向運動應用動量定理。

5 結語

在道路改建工程中，管線保護不可避免。本文以上海某道路改建工程為研究背景，對道路加載情況下管線受力及變形進行有限元模擬分析，提出采用預制蓋板涵的保護措施。該方法安全可靠，可有效控制管道的位移并大幅減小管道變形。

對既有管線的保護應引起各方的重視。首先從設計開始，從總體布置到細部設計對此進行充分分析和研究，設計方案在滿足總體經濟合理的前提下，盡可能對既有管道進行避讓。

此外，施工過程中施工單位必須嚴格施工項目管理，做好施工組織及各項準備工作，施工組織方案應進行專項評審，通過后方可進行施工。施工中應加強施工檢測，對出現的問題必須盡快聯系相關單位，及時解決，切實保證質量，將出現問題的概率降到最小。