市政道路電力管線施工安全評估研究

摘要：為了降低市政道路電力管線遷改施工安全風險，本文依托某高速公路清湖南段市政道路工程110kV電力管線遷改工程，在遵循相關評估政策的前提下，通過有限元分析評價該工程中基坑開挖對橋臺樁基的影響，分析結果表明，橋梁樁基最大變形其水平位移均滿足相關規范的要求，并結合相關經驗，提出了相應的施工安全控制措施，為后續類似市政道路電力管線遷改施工風險評估提供一定的理論指導。

關鍵詞：橋梁樁基；電力管線遷改；施工；安全評估；控制

1工程概況

為配合某高速公路清湖南段市政道路工程建設，將影響道路、橋梁及綜合管廊建設施工的現狀110kV騰民Ⅰ、Ⅱ線及110kV龍恒Ⅰ、Ⅱ架空線進行遷改處理。主要工程量包括：改建電纜溝3002m、新敷設1×800型號電纜4220m、1×1200型號電纜19150m、新建鐵塔2座、拆除鐵塔7座、拆除架空導線28.26t。本工程A50-A51段110m10kV電纜溝改110kV電纜綜合溝，沿五和大道東側人行道從某高速橋底穿越。改10kV電纜溝為110kV電纜綜合溝，開挖寬度2.1m。施工區域為人行道，不存在占用機動車道情況。穿越橋底長度約45m，離橋墩距離0.3m，開挖深度2m。項目位置見圖1。

2工程地質及水文地質

2.1工程地質

場地范圍內揭露地層自上而下依次為：人工填土（素填土、雜填土、人工填石），其下為第四系新近湖積淤泥質黏土、全新統沖洪積粉質黏土、淤泥質土、礫砂，上更新統湖沼沉積淤泥質黏土，晚～中更新統坡積黏土，中更新統殘積礫質黏性土，構造巖及燕山期全～微風化粗粒花崗巖。各巖土層的工程特性如下：①人工填土層：本線址揭露的人工填土層有素填土、雜填土、人工填石。素填土呈松散狀或稍經壓實，開挖后需進行承載力及變形驗算，不能滿足要求時需進行處理；雜填土及人工填石，呈松散狀，未經處理不宜作為路基持力層，作為基坑開挖坑壁土體時，易坍塌。②第四系新近湖積淤泥質黏土層：本線址范圍內零星分布。該層土屬靈敏性較高的軟土，土的工程性質差，開挖時易變形、滑塌，土的可挖性等級為Ⅰ級。該層失水固結后易造成地面發生沉降、建筑物開裂、傾斜。施工時應重點做好防護措施，充分注意該層較差的物理力學性質對工程的影響。③粉質黏土層：本線址局部有分布，呈可～硬塑狀態，土的工程性質一般，開挖時可能產生變形、滑塌現象。就作為基底土層時需進行承載力及變形驗算，不能滿足要求時需進行處理。④礫砂層：本線址局部分布，為賦水地層，地層滲透性為弱～中等。施工時可能產生流砂現象，進而引發地面沉降，基坑開挖時，該層會出現基坑突涌、流沙、坑壁崩塌等現象，造成基坑坍塌等施工事故。開挖時應做好支護、支撐措施。礫砂層作為基底土層時需進行承載力及變形驗算，不能滿足要求時需進行處理。⑤坡積黏土、殘積礫質黏性土、全風化巖：該層土承載力較高，變形小，土的工程性質較好，水理性質差，遇水易崩解，承載力降低，出現砂土性質，容易出現流沙、管涌現象。在無支撐開挖時可能出現崩塌、拱頂塌落的現象，開挖時應做好支護、支撐措施。小，工程力學性質較好，水理性質差，遇水后出現砂土性質，容易出現流沙、管涌現象。開挖時拱頂可能出現塌落、掉塊現象，應做好支護、支撐措施。該層具較高強度，變形較小，厚度較大且較穩定，可作為樁基持力層。但遇水浸泡后易軟化，強度降低。⑦中等風化粗粒花崗巖：該層地基承載力高，壓縮變形小，工程力學性質較好。在巖石裂隙較發育，地下水較豐富，屬較軟巖。該層強度高，可以作樁基持力層，但局部埋藏深，巖面起伏大。⑧微風化粗粒花崗巖：該層地基承載力高，壓縮變形小，工程力學性質較好。巖石裂隙稍發育，地下水較貧乏，屬于較硬巖。該層強度很高，是良好的樁基持力層，但埋深大。

2.2水文地質

根據本工程沿線地下水賦存條件、含水介質及水力特征分析，地下水主要有第四系松散層中的孔隙潛水和基巖裂隙水兩種。孔隙潛水：主要賦存表層第四系松散地層中，其主要含水層為填土層和礫砂層，水量豐沛，透水性好。孔隙潛水主要靠大氣降水補給，水位因季節、降雨變化情況而有所變化。基巖裂隙承壓水：基巖裂隙水發育程度、含水性、透水性，受巖體的結構和構造、基巖風化程度、裂隙發育程度、裂隙貫通性等影響。由于巖體的各向異性，加之局部巖體破碎、節理裂隙發育，導致巖體富水程度與滲透性也不盡相同。巖體的節理、裂隙發育地帶，地下水相對富集，透水性也相對較好，反之亦然。總體上，基巖裂隙水發育具非均一性。基巖裂隙水主要賦存于巖石強、中等風化帶中，全風化巖及土狀強風化巖含水弱，富水性差，微風化巖的導水性和富水性主要受構造裂隙控制，具各向異性。另外，巖體破碎帶含水量相對較豐富。根據本次勘察地表水試樣水質分析結果，線路內地表水腐蝕性綜合評定如下：對混凝土結構具微腐蝕性，對混凝土結構中的鋼筋具弱腐蝕性。

2.3110kV電力管溝開挖設計方案

本工程為110kV電力管溝開挖，開挖斷面為寬2.1m，深2.0m，采用厚度20mm鋼板支護，用φ100mm的鋼支撐兩側鋼板，立面每隔0.5m設置一道，平面每隔1.5m設置一道，其支護結構斷面示意圖見圖2。

3評估政策依據

為加強涉路工程建設和管理，促進公路事業發展，保障公路工程可靠、運營安全，與環境協調，可持續發展，國家、交通部以及各級地方政府和相關行業部門頒布了一系列法律、法規和規范標準。與本項目安全性評估相關的主要法律法規和規范標準有：《廣東省涉路工程許可安全技術評價辦法》、2011年7月1日施行的《公路安全保護條例》《中華人民共和國公路法》《路政管理規定》《公路工程技術標準》（JTGB01-2014）以及《給水排水管道工程施工及驗收規范》（GB50268—2008）。上述一系列的法律法規和規范標準中對市政道路電力管線遷改中所涉及的管線埋設深度、交叉角度、橋下穿越時周邊橋墩的水平凈距等，以及相關的設計和施工方案、技術評價報告、應急方案等評價標準都有明確的規定。

4電力管線遷改安全評估

秉承公正、客觀、科學的立場，遵循“安全、經濟”的原則，對110kV電力管溝開挖對某高速公路（東段）上碎石路分離式立交橋橋梁樁基安全性進行評估。

4.1周邊環境分析

距離某高速公路（東段）上碎石路分離式立交橋橋墩最近約0.3m，該橋梁上部結構為4×20m裝配式預應力混凝土空心板。半幅橋橫向布置12片板，板高0.90m。下部結構橋墩采用三圓柱墩，灌注樁基礎；橋臺采用樁柱式橋臺，灌注樁基礎。管溝與橋墩示意圖見圖3。

4.2基坑開挖對橋梁樁基影響的評估分析

通過建立有限元模型計算基坑開挖前后樁頂位移變化情況，分析基坑開挖對樁基的影響。土層采用摩爾庫倫彈塑性模型，建立有限元分析模型進行計算，模型寬度約30m，地層深度約30m，樁長20m，樁徑1.2m。分析過程主要分為以下幾個階段：①初始地應力；②樁基施工（添加橋梁荷載）；③鋼板樁施工；④開挖第一層土；⑤施做第一道支撐；⑥開挖第二層土；⑦施做第二道支撐，直至施做第三道支撐并開挖至基坑底。由于分析模型尺寸較大，僅截取基坑部分進行展示。橋梁樁基豎向位移云圖見圖4。

4.3分析結果

基坑開挖引起橋梁樁基最大水平位移為-2.0mm，最大沉降為-0.7mm，開挖后橋梁樁基水平向位移云圖見圖5。橋梁樁基變形計算結果見表2。

5施工安全控制措施

5.1變形控制要求根據不同規范及工程經驗，結合本工程某高速公路（東段）上，20m橋跨碎石路分離式立交橋，位移控制指標如表3所示。

5.2加強現場監測及預警

5.2.1臺風季節雨季風險監測及預警臺風或強降雨天氣要做好現場巡視、監測等工作，指派專人值班，及時掌握施工現場情況、現場監測以及巡視情況等，并在巡視過程中做好安全防護措施；增加現場監測頻率，及時反饋監測信息，如有異常的情況及時發送預警，結合數據變化原因和辨別下階段變形趨勢進行分析，并提出相關施工建議；成立搶險應急小組，準備好設備、物資以及人員，加強信息反饋，保持應急狀態，如有險情第一時間進入搶險現場，保障工程的安全。5.2.2施工過程風險監測及預警當在監測過程中發現險情時，應遵循“迅速、準確”的原則，及時通知業主和監理，并在第一時間組織和調動應急響應小組人員、設備、車輛到達工地現場采集數據，并組織相關專家對基坑的現況做出分析，采取合理的監測加密方案，并督促土建承包商采取相應搶險方案；指派有經驗的監測人員駐現場，加大監測頻率直到險情得到控制，危險解除，可以施工為止。

6結論

通過上述分析，本文根據某高速公路（東段）上碎石路分離式立交橋竣工資料、工程地質及水文地質資料以及110kV電力管溝開挖設計方案，通過有限元軟件分析模擬基坑開挖對某高速公路（東段）上碎石路分離式立交橋橋墩影響。通過分析結果表明，橋梁樁基最大變形其水平位移為-2.0mm，沉降為-0.7mm，滿足相關規范的要求。為此，針對此次施工安全風險評估提出以下兩點建議：①施工階段根據設計文件和本評估報告，制定專項施工方案、意外險情處置及應急預案，采取切實有效措施保障施工階段橋梁結構的安全。②施工期間應加強橋梁樁基的變形監測，確保現場施工安全。

參考文獻：

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