公路基坑降水引起鄰近地下管線變形性狀

文 / 北京市政建設集團有限責任公司 付天宇 包余陽

引言

城市發展中很多大基坑應運而生，開挖過程中對地下管道帶來很大的影響，要有效的避免地下管道遭到破壞，必須對其采取合理的加固措施，分析基坑降水對地下管線的變形性狀有應用的現實意義。

地下管道變形狀態的相關指標

進行地下管道的施工中，管線安裝的安全性其主要的決定因素是其沉降的差異及線管的應力，其中柔性管道的接頭可以進行轉動，會經常會因為接頭變形的因素出現變形度情況。而剛性管道不能進行轉動，則不容易發生變形的情況。

作者通過利用管線沉降梯度與管線接頭的張開度數值的因素來進行科學的判定，通過合理指標對管線的變形狀態進行分析。

管線沉降所需求的梯度

利用換代分析法作為參考進行坐標的建立，其管線一側的端點設置為O 點，沿管線的方向作為 X 軸，管線沉降方向作為 Y 軸，將管線沉降后的每個點都看出單獨的坐標（如圖1 所示），將O 點當成原來的起點，每隔0． 2S沿X 軸取新的坐標( X，X) ( j = 1，2，3……n)，從而得到相鄰兩個縱橫坐標差的比值，我們將它看作管線沉降的梯度。

管線接頭的張開度數值

（見圖2 所示），將地基沉降曲率的半徑設為R，其管道節的長度為L，將管線接頭的張開度數值設為Δ，通過幾何關系計算而得出：Δ/D = L/R，將管線的允許張開度數值設為[Δ]，通過公式（2）可以得出允許的曲率為：1 /［R］=［Δ］/( L·D)，并通過基坑降水中管線的沉降曲線求出管線的接頭曲率，以此來對管線的破損程度進行預判，如圖3 所示。

建立有限元的分析模型

工程概況

某市有一深基坑的長度是156m，寬度是65m，深度為14m，深坑外圍的靜止水位是7m，預埋管線位于基坑的西側，預埋方向與基坑保持平行，中心處的埋深為3m，中心線與坑邊緣的距離為6m。

計算的相關參數

通過巖石的工程勘驗報告顯示，計算出土層的分布與模擬參數的取值如表1 所示。此次計算的土體材料的屈服性借助了Drucker － Prage 的屈服標準，并充分結合當地的施工經驗，將自重應力下5 別的壓縮模量當成土層的彈性基礎來進行計算。還考慮了接觸面管道與土壤的相互性作用，將其摩擦系數取值為0．25。

模擬結果的分析

管道基坑的開挖過程中會面臨眾多影響地下管道導致其變形的形狀，其中包含了降水的靜止深度、埋管位置的土壤性質、地表的沉降問題、管線的直徑大小、開挖法計算方法與土壤的彈性模量等因素，因為基坑的降水深度給管道的變形影響效果比較大，因此選擇此因素進行對應的數值模擬。

進行數值模擬的過程中，取其降水深度為8～28m范圍內，間隔4m 選取其中一個深度值，選擇6 個深度值來對降水深度的基坑給地下管道帶來的影響進行分析。

管線沉降

當降水深度在8m 位置時，測試柔性管道的管線沉降曲線圖形如圖4 所示，由圖4 可以看出，當降水深度在8m 位置的時候，降水漏斗的中軸線與柔性管線的位置進行了重合，其管線的沉降量處于最大的位置，當漏斗的中軸線與管線的間距逐漸拉開，其管線的沉降量會持續的下降，隨即其下降的速度呈現先增后減的形態。當管線的沉降變成“s”型時，當中拐點處于降水漏斗中軸線與管線的間距在98m的位置上。

當基坑的降水深度處于8～28m 米范圍內，基坑臨近的地下管線沉降范圍如圖5 所示，當底下管線的總沉降量不能均衡時，沉降量會由于降水深度的增大而提高。

管線的沉降梯度

當降水量為8m 的位置時，其管線的梯度處于最小值，當管線逐漸與降水漏斗的間距拉開時，管線的沉降梯度也得到了不斷地增大，在簡約處于70m 左右的位置其梯度處于最大值，隨后間距的增加中其梯度又逐漸的變小。

結語

加固區是基坑相鄰管線的受力變形最大的位置，其中與柔性管線相鄰的重點加固區域在降水區域邊界線范圍內，其降水面積的深度越小，其加固區域與降水區域的邊界線越近；而剛性管線的重點加固范圍則是降水漏斗的中軸線附近。當降水區域的邊界線處于40m 時，柔性管線的接頭曲率出現了極值，所以將此區域看成柔性管線的重點加固區域。而剛性管線的降水區域邊界線是周邊40m 范圍內為受壓區域，而其它區域則會承受拉力。