安吉兩庫引水工程管道基坑開挖對周邊環境影響評價

胡健，王芳，李超珍，張艷

(1.湖州職業技術學院，浙江 湖州 313000；2.湖州市綠色建筑技術重點實驗室，浙江 湖州 313000；3.核工業湖州勘測規劃設計院研究院有限公司，浙江 湖州 313000）

1 工程概況

安吉兩庫引水工程引水線路位于安吉縣與湖州市區之間，經安吉縣、長興縣、吳興區、經濟技術開發區，最終到達湖州規劃西部水廠。引水線路共分布3段，均布置地勢平坦山間沖積平原部位，其中1#管道長6.01km，2#管道長3.73km，3#管道長1.40km。文章主要以2#管道為例進行分析。2#管道布置起點始于2#隧洞出口后沈埠村柴塢村，往東北方向敷設至S306省道西側，采用頂管過S306省道之后，沿后沈埠村現狀村道西側敷設至申嘉湖高速（避村附近）南側，通過高速公路下的涵洞采用明挖埋管方式穿過，然后向右轉向沿高速公路一側敷設，最后左轉向東北方向至3#隧洞進口。管道線路主要以明挖埋管方式敷設，輸水管采用鋼管，管頂覆土一般為2m～2.5m。對穿越跨度大的河道，以及高速樞紐、城市主干道等部位，采用頂管施工方案，穿越其他低等級道路及溪流渠道采用明挖方式穿越。引水工程線路及位置見圖1。

圖1 引水工程線路及位置圖

2#管道段長度3730m采用直徑DN2200(Q235）的鋼管。其中在S306道處設有頂管一座，頂管段長度為123.6m，一處過申嘉湖高速，穿過兩道天然氣管道線，兩處過當地公路，高壓線塔4座。供水管線包括頂管段和明挖段，其中橫穿S306省道頂管段全長123.6m，直徑DN2200，套管管徑DN2600，采用工藝；穿路工藝管為Q235B焊接鋼管（Φ2200×20），穿路套管為“F”型D2600鋼筋混凝土頂管專用管（Ⅲ級）、“F”型鋼承口接口。明挖段全長3572m，設計管徑DN2200。所有管段均采用Q235B焊接鋼管（Φ2200×20），鋼管的連接均為焊接連接。此施工段包含的主要施工內容有：土、石方開挖、淤泥開挖、鋼板樁支護、穿越省天然氣管道、穿過川氣東輸管道管橋、穿越申嘉湖高速公路橋涵通道。

2 工程自然條件

2#埋管段布置區為寬緩的河谷平原地貌，地形平緩開闊，局部略有起伏，地面標高一般為4m～19m不等，多墾為農田、魚塘等。其間點綴孤丘崗地，各崗丘或山坡坡腳地形較平緩，自然坡度一般小于15°，植被較茂密，以竹林、桑樹林為主。根據本工程地質詳細勘察報告可知該線路主要由八層土構成，各層土的物理力學參數詳見表1，各層土性描述如下。

引水線路土體主要物理力學參數表 表1

①填土。為新近回填土，結構松散，成分雜，性質差異較大，未經處理，不宜利用，管道沿線均有分布，厚度不大。

②粉質粘土。軟塑～可塑狀，局部硬可塑狀，具中等壓縮性，韌性、干強度中等，均勻性較好，管道沿線分布較廣，局部缺失，可作為基礎持力層。

③淤泥質粉質粘土。含水量高，軟塑～流塑狀，壓縮性高，承載力低，局部分布，主要分布于G2K0+635～G2K0+804一帶，為特殊性巖土，未經處理不能作為基礎持力層，分布于基槽開挖側壁時，穩定性差，應進行相應處理。

④粉質粘土夾細砂、含礫粉質粘土、粉質粘土夾碎石。可塑狀，中壓縮性，承載力尚可，在2#埋管段大范圍分布，埋深、厚度適中，是良好的基礎持力層。

⑤礫砂。含水量高，濕～飽和狀，中密，工程性能較好，但分布不均勻，僅個別鉆孔揭露，成層性較差，透鏡狀斷續分布，可作為基礎持力層，需考慮不均勻沉降的影響。

⑥圓礫。雜色，含水量高，濕～飽和狀，中密，顆粒級配良好，砂質充填，分選性一般，承載力較高，工程性能好，淺埋處是較好的淺基礎持力層。

⑦全風化層。較密實，呈可塑～硬塑狀，壓縮性中等，干強度中等，均勻性較好，工程性能較好，是較好的基礎持力層，但分布范圍小，僅局部分布，厚度也小，需考慮不均勻沉降的影響。

⑧強風化及以下巖層。全場分布，強度高，均勻性好，工程性能好，是較好的基礎持力層，因其強度高，施工開挖難度大。

3 控制點分析計算

基坑開挖深度4.8m～7m，寬度4m。基坑支護體系采用拉森鋼板樁+鋼管支撐聯合支護。本工程溝槽局部采用拉森鋼板樁支護，采用SP-Ⅲ拉森鋼板樁進行支護。如圖2左適用于開挖深度不大于5m的9m長鋼板樁支撐，圖2右適用于開挖深度不大于5m～6m的9m長鋼板樁支撐。鋼管內支撐嚴格按照分層開挖，先撐后挖原則，土方開挖應分層連續施工。

圖2 控制點平面位置圖

土層參數參考表1取值，本工程未揭露到地下水，不需考慮基坑降水工作。基坑周邊荷載按照地面超載計算，東側基坑一段平臺后有高速公路放坡，高速公路行車荷載按照1m土重考慮。綜合考慮距離高速公路距離，基坑開挖深度以及基坑附近房屋的影響，由圖紙資料分析可知k2+648.98、k3+102.27處高速放坡高差最大；k3+040處管道上覆土厚度最厚達到3.6m；此外雖然k2+749.95處西側高速放坡坡高僅為1m左右，但在明挖埋管基坑開挖西側存在一較高放坡。故此確定k2+648.98、k3+102.27、k3+040、k2+749.95四處危險斷面進行驗算，其中前三斷面驗算高速車載及高邊坡對基坑開挖穩定性及沉降影響，后一斷面驗算明挖埋管基坑開挖施工是否對邊坡穩定性存在影響，各控制點平面位置如圖2。

采用《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）借助理正深基坑7.0版進行計算，為便于指定設計工況，采取增量法計算。支護結構安全等級為二級，重要性系數取為1.0，基坑深度、嵌固深度根據地形地質和設計要求確定，采用彈性m法計算，先假定m值進行內力計算，得到基坑底面的位移值；然后將位移代入估算公式計算，并可結合經驗最終得到m值。開挖分三層施做兩層支錨計五步工況予以計算，可知開挖至第1層層底施做支錨前（對應工況1）、開挖至第2層層底施做支錨前（對應工況3）、開挖至基坑底（對應工況5）為三個相對危險的工況，計算過程中土壓力調整系數取1.0，彎矩、剪力折減系數分別取0.85和1.00，荷載分項系數取1.25。k2+648.98斷面控制內力計算結果見表2，由表可知，彈性法計算所得內力值大約在經典法的1.2～1.6倍左右，可見將土體視為土彈簧之后計算結果偏安全，這是因為規范做出了此法確定的分布土反力不能超過被動土壓力的規定。此外，經基坑內外側抗彎和抗剪驗算可知均滿足設計要求。

k2+648.98截面彎矩 表2

分別采用了三角形法、指數法和拋物線法分析了基坑開挖對管道周邊環境的影響，k2+648.98、k3+102.27、k3+040三處控制點周圍的地表沉降圖，如圖3～圖5。

圖3 k2+648.98斷面周邊地表沉降圖

圖4 k3+102.27斷面周邊地表沉降圖

圖5 k3+040斷面周邊地表沉降圖

經計算分析可知，k2+648.98、k3+102.27、k3+040三處危險斷面采取現有支護方式下的截面驗算、整體穩定、抗隆起、嵌固深度以及土反力均滿足設計要求。k2+648.98基坑邊緣位置發生的最大位移近4mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影響范圍為距離基坑邊緣8m范圍以內，因此高速坡腳處（距基坑邊緣28m）不受明挖施工影響。K3+102.27基坑邊緣位置發生的最大位移近9mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影響范圍為距離基坑邊緣9m范圍以內，因此高速坡腳處（距基坑邊緣11.6m）不受明挖施工影響。K3+040基坑邊緣位置發生的最大位移近8mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影響范圍為距離基坑邊緣8.5m范圍以內，因此高速坡腳處（距基坑邊緣15m）不受明挖施工影響。

k2+749.95處斷面（圖2d）西側高速放坡坡高很小（近1m），可忽略其對穩定性的影響。但在基坑附近西側接近5m處存在一高差較大的邊坡，采取了理正巖土邊坡模塊分析了其穩定性，由于場地為粘性土或軟巖，滑面形狀假定為圓弧，抗震烈度取7度，綜合影響系數取0,25，重要性修正系數取1.0，水平地震系數取0.1，水平加速度系數假定位矩形分布，依據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）采用簡化Bishop法分析可得最危險畫面對應的剩余下滑力和抗滑力分別為211.575kN和489.740kN，可知最危險滑動面對應的最小安全系數為2.315，穩定性滿足要求。基坑埋管開挖邊緣處于最危險滑動面影響范圍之外，施工對其穩定不構成影響。

4 結語

安吉兩庫引水工程2#供水管線主要以明挖段開挖，深度在5m以上，考慮土體性質、上覆土厚、放坡高度、水平間距等影響因素后確定了四處危險斷面進行分析，得出以下結論。

①k2+648.98、k3+102.27、k3+040三處危險斷面采取現有支護方式下的截面驗算、整體穩定、抗隆起、嵌固深度以及土反力均滿足設計要求。

②采取現有支護方式下，三處危險斷面中k2+648.98基坑邊緣位置發生的最大位移近4mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影響范圍為距離基坑邊緣8m范圍以內，因此高速坡腳處（距基坑邊緣28m）不受明挖施工影響。K3+102.27基坑邊緣位置發生的最大位移近9mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影響范圍為距離基坑邊緣9m范圍以內，因此高速坡腳處（距基坑邊緣11.6m）不受明挖施工影響。K3+040基坑邊緣位置發生的最大位移近8mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影響范圍為距離基坑邊緣8.5m范圍以內，因此高速坡腳處（距基坑邊緣15m）不受明挖施工影響。

③k2+749.95處斷面西側高速放坡坡高很小（近1m），可忽略其對穩定性的影響。但在基坑附近西側接近5m處存在一高差較大的邊坡，經穩定性分析可知，最危險滑動面對應的最小安全系數為2.315，穩定性滿足要求。基坑埋管開挖邊緣處于最危險滑動面影響范圍之外，施工對其穩定不構成影響。