深基坑開挖對鄰近超高伏電壓線影響研究

黃克

（南寧地源市政工程有限公司，南寧 530201）

0 引言

隨著城市化的進一步發(fā)展，城市建設來到新階段，由原來的擴展建設變?yōu)榫植扛隆Ｓ纱艘矊е鲁霈F(xiàn)了大量在密集建筑群中建設的建筑，上海城區(qū)大量老舊建筑的更新即屬于這一類建設工程。新建建筑緊鄰已有建筑的同時，周圍分布大量關系城市安全運營的市政工程管線，新建建筑基坑開挖引起的周圍地層位移，不僅對鄰近建筑產(chǎn)生影響，對周圍市政管線也是嚴重威脅，過大的變形可能導致管線斷裂破壞，嚴重影響城市的正常運行。分析深基坑開挖對鄰近管線的影響規(guī)律是控制基坑工程施工對管線影響的有效手段。國內(nèi)外學者和工程技術人員對此做了大量的研究［1-5］。胡潮鋼等［6］運用商業(yè)有限元軟件，建立了青山湖湖底隧道基坑開挖對鄰近管線影響的數(shù)值模型，分析了基坑支護形式、管線種類和基坑距離的影響。劉學鋒［7］以某三角形基坑為例，通過數(shù)值模擬的方法研究了基坑開挖對黑河管線的影響。郭曉君［8］分析了狹窄施工場地內(nèi)深基坑開挖對大直徑給水管線的影響，并研究了鋼板樁隔離、壓密注漿、鋼托架倒吊等保護措施的效果。王英楠和王江鋒［9］建立了鄭州某地鐵基坑施工有限元模型，研究了管線與基坑的相對位置對管線變形的影響。過洪赟和趙延林［10］建立了某深基坑工程圍護結(jié)構(gòu)-管線-土體三維有限元模型，分析了管線與基坑距離、管線埋深、管線材料性質(zhì)等因素的影響。郭研輝等［11］運用理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對基坑支護結(jié)構(gòu)，管道受力和變形等進行了分析。可以看出，已有研究大多數(shù)是采用數(shù)值模擬的方法開展研究，但數(shù)值模擬會收到計算機計算能力、材料參數(shù)選取和網(wǎng)格劃分等的影響，使得計算結(jié)果不夠精確。現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)能真實反應實際結(jié)構(gòu)和管線在基坑開挖過程中的變形，對分析基坑開挖對鄰近管線的影響具有重要的參考意義。文中以上海地區(qū)某深大基坑為例，運用現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析了基坑開挖對鄰近超高伏電壓線垂直位移和水平位移的影響規(guī)律，為今后類似工程的設計施工提供參考。

1 工程概況

源深路1111號研發(fā)樓項目，位于源深路以東、楊源路以北；桃林公園二期項目東至220V源深路變電站、南至楊源路、西至源深路、北至桃林公園一期。基坑總面積為13598m2，周圈邊長496m，其中源深路1111號研發(fā)樓：基坑面積為5432.2m2，基坑挖深為11.2m；桃林公園二期：基坑總面積為8166m2，基坑挖深為11.2m，基坑平面圖如圖1所示。研發(fā)樓基坑采用地下連續(xù)墻+三軸攪拌樁槽壁加固+兩道混凝土支撐，局部落深區(qū)增加一道609鋼支撐；桃林二期公園采用鉆孔灌注樁擋土+三軸攪拌樁止水+兩道混凝土支撐。研發(fā)樓和桃林二期地下結(jié)構(gòu)工程采用同步施工，施工階段如表1所示。

圖1 基坑平面圖及超高伏電壓線位移測點布置

表1 基坑施工階段匯總

勘察成果表明，擬建場地地基土屬第四紀上更新世及全新世積物，主要由粘性土、粉性土和砂土組成，分布較穩(wěn)定，一般具有成層分布的特點：第①層填土，上部為碎石、碎磚，局部為混凝土地坪，下部以粘性土為主，含有機質(zhì)、植物根莖等，土質(zhì)松散、不均勻；第②層灰黃色粉質(zhì)粘土；第③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；第④層灰色淤泥質(zhì)粘土；第⑤層灰色粉質(zhì)粘土；第⑥層暗綠～灰綠色粉質(zhì)粘土。按照地質(zhì)時代、水動力條件和成因等類型，擬建場地勘探深度內(nèi)主要地下水類型為淺部土層中的潛水及深部第⑦、⑨層中的承壓水。工程基坑最大開挖深度約12.0m，第⑦層層頂埋深約28.1～29.0m，處于基坑開挖深度2.5倍范圍內(nèi)，第⑦層承壓水對工程基坑有一定影響。

高壓電力管線為22萬伏和11萬伏，分別通往世紀大道地鐵站、人民廣場等，楊源路超高伏電壓線到基坑邊線最近距離為2.55m，源深路超高伏電壓線到基坑邊線距離最近為5.25m。電纜溝寬度約1.5m，上部距離地面約0.9m，下部埋深約2m。根據(jù)現(xiàn)場物探及開挖情況，電纜溝里面已被水淹沒。超高壓溝槽斷面示意圖如圖2所示，其下部為混凝土墊層，上部為槽型構(gòu)件。楊源路、源深路共有3個檢修井，檢修井為混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)場開挖情況，現(xiàn)其內(nèi)部水位同地下水齊平。超高壓管線引起參建各方高度重視，保護要求如下：

圖2 超高伏電壓線電纜溝

（1） 管線上部不得有施工機械等重物碾壓，施工過程中絕不容許機械開挖碰撞。

（2） 現(xiàn)場已經(jīng)根據(jù)超高壓要求，設置了地面防護網(wǎng)，防止機械隨意進入電纜保護區(qū)。

（3） 楊源路及源深路大門區(qū)域，車輛通行將制定專項車輛通行方案。

（4） 為便于后期檢修，超高壓管線溝槽內(nèi)禁止進入泥漿。

（5） 超高壓將采取必要的技術方式，包括事先調(diào)松管線等保護措施，防止變形引起的管線受到不良影響。

（6） 按照權屬單位的要求，針對超高壓電力管線進行全過程監(jiān)測，必要時實施加密監(jiān)測。

2 監(jiān)測方案

文中主要研究基坑開挖對超高伏電壓線的影響，因此這里僅介紹超高伏電壓線的監(jiān)測方案。

超高伏電壓線監(jiān)測點布置，楊源路及源深路采用直接埋設的方法，其他區(qū)域采用間接測點埋設的方法。管線距離基坑圍護邊線15m范圍內(nèi)5m布設1個測點，管線距離基坑圍護邊線15m范圍以外的15m布設1個測點，共布設66個監(jiān)測點，對超高伏電壓線的垂直和水平位移進行監(jiān)測，監(jiān)測點布置如圖1所示。超高壓電力監(jiān)測報警值為變化速率2mm（連續(xù)3d均為2mm），累計預警值為8mm，累計報警值為10mm。累計預警值表示變形達到預警值時，需要重點關注，加大監(jiān)測頻率；累計報警值表示變形達到報警值時，需要上報項目部，采取相關措施進行控制。監(jiān)測數(shù)據(jù)以累計報警值為控制指標。

3 監(jiān)測結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

3.1 超高伏電壓線垂直位移分析

圖3（a）、圖3（b）和圖3（c）所示分別為楊源路、源深路、靈山路三側(cè)超高伏電壓線垂直位移隨施工階段的變化圖。

圖3 超高伏電壓線垂直位移實測數(shù)據(jù)

從圖3（a）、圖3（b）和圖3（c）可以看出，基坑開挖引起的超高伏電壓線垂直位移主要以向下的位移為主，向下的位移最大值接近50mm。同時對比不同開挖階段的豎向位移可以發(fā)現(xiàn)，開挖第一、第二層土引起的向下的垂直位移遠小于開挖第三層土體引起的向下的垂直位移，這表明深層土體的開挖卸荷對管廊的豎向位移影響較大。底板澆筑后基本抑制了向下的垂直沉降的發(fā)展，說明底板對于控制基坑外土層變形具有重要作用。拆除第一第二道支撐，超高伏電壓線垂直位移變化幅度較小，這是由于在拆除支撐的同時也在進行地下結(jié)構(gòu)的施工，地下結(jié)構(gòu)的自重有效的抑制了坑外的土層位移。

同時圖3（a）和圖3（b）均顯示，對于基坑一條邊上的測點，位于基坑邊中部位置的測點垂直位移顯著大于位于基坑邊兩端位置的位移，這是由于基坑變形的空間效應引起的。角點處基坑兩條邊成為相互的橫向支撐，使得該處的剛度較大，因此坑外土層的變形較小，使得超高伏電壓線垂直位移也較小；而邊長中點處橫向支撐較為薄弱，支護結(jié)構(gòu)變形較大，導致坑外土層位移較大，使超高伏電壓線垂直位移也較大。

分析圖3（a）可以看出，測點GL18～GL20處的超高伏電壓線垂直位移明顯減小，結(jié)合圖1的測點布置圖，可以發(fā)現(xiàn)測點GL18～GL20處基坑外墻向內(nèi)有凹槽，該處的超高伏電壓線距離基坑外墻較遠。同時，圖3（b）也表明測點GL59～GL68明顯小于其他位置的測點處的超高伏電壓線垂直位移，這也是由于該處測點距離基坑邊線較遠的原因。對比圖3（a）、圖3（b）和圖3（c）可以看出，靈山路一側(cè)的測點的超高伏電壓線垂直位移相對于楊源路及源深路側(cè)的超高伏電壓線垂直位移較小，僅為楊源路及源深路側(cè)的30%～40%左右，這主要也是由于靈山路側(cè)的測點距離基坑邊線較遠的緣故。以上規(guī)律均表明，距基坑邊線距離是影響超高伏電壓線垂直位移重要因素，隨著距離的增加，超高伏電壓線垂直位移明顯減小。

3.2 超高伏電壓線水平位移分析

圖4分別為楊源路、源深路、靈山路三側(cè)超高伏電壓線水平位移隨施工階段的變化圖。

圖4 超高伏電壓線水平位移實測數(shù)據(jù)

從圖4中可以看出，基坑開挖引起坑外超高伏電壓線出現(xiàn)指向基坑側(cè)的水平位移，且隨著基坑開挖略有增加，但趨勢并不明顯，最大值小于10mm。后期支撐拆除和地下結(jié)構(gòu)施工階段會引起超高伏電壓線水平位移擾動，但沒有明確的變化規(guī)律。同時對比圖3和圖4可以看出，超高伏電壓線水平位移顯著小于超高伏電壓線垂直位移，這是由于基坑開挖主要引起坑外土體產(chǎn)生沉降導致的。

對比圖4仍可以看出靈山路一側(cè)的超高伏電壓線水平位移明顯小于楊源路與源深路側(cè)的測點水平位移，表明距離基坑邊線距離也是影響超高伏電壓線的重要因素，隨著距離的增加，超高伏電壓線水平位移顯著減小。

4 結(jié)語

經(jīng)分析基坑圍護結(jié)構(gòu)三側(cè)超高伏電壓線測點的垂直位移和水平監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以得到以下結(jié)論：

（1） 基坑開挖引起超高伏電壓線產(chǎn)生向下和向內(nèi)的位移，隨著坑內(nèi)土體開挖卸荷，位移增加明顯，水平位移小于垂直位移，且深部土體的開挖，對超高伏電壓線垂直位移影響明顯。

（2） 由于基坑邊線的空間效應，角點處測點的超高伏電壓線垂直位移明顯小于基坑邊中點處測點的超高伏電壓線垂直位移。

（3） 測點距基坑邊線距離對超高伏電壓線垂直位移和水平位移都具有顯著影響，隨著距離的增加，垂直位移和水平位移均顯著減小。