市政道路電力管線施工安全評估研究

1、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(fēng)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(guān)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(jié)果表明，橋梁樁基最大變形其水平位移均滿足相關(guān)規(guī)范的要求，并結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗，提出了相應(yīng)的施工安全控制措施，為后續(xù)類似市政道路電力管線遷改施工風(fēng)險評估提供一定的理論指導(dǎo)。關(guān)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(shè)，將影響道路、橋梁及綜合管廊建設(shè)施工的現(xiàn)狀110kV騰民、線及110kV龍恒、架空線進行遷改處理。主要

2、工程量包括：改建電纜溝3002m、新敷設(shè)1800型號電纜4220m、11200型號電纜19150m、新建鐵塔2座、拆除鐵塔7座、拆除架空導(dǎo)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(cè)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(qū)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(zhì)及水文地質(zhì)2.1工程地質(zhì)場地范圍內(nèi)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(zhì)黏土、全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土

3、、礫砂，上更新統(tǒng)湖沼沉積淤泥質(zhì)黏土，晚中更新統(tǒng)坡積黏土，中更新統(tǒng)殘積礫質(zhì)黏性土，構(gòu)造巖及燕山期全微風(fēng)化粗?；◢弾r。各巖土層的工程特性如下：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(jīng)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(jīng)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。第四系新近湖積淤泥質(zhì)黏土層：本線址范圍內(nèi)零星分布。該層土屬靈敏性較高的軟土，土的工程性質(zhì)差，開挖時易變形、滑塌，土的可挖性等級為級。該層失水固結(jié)后易造成地面發(fā)生沉降、建筑物開裂、傾斜。施工時應(yīng)重點做好防護措施，充分注意該層較差的物

4、理力學(xué)性質(zhì)對工程的影響。粉質(zhì)黏土層：本線址局部有分布，呈可硬塑狀態(tài)，土的工程性質(zhì)一般，開挖時可能產(chǎn)生變形、滑塌現(xiàn)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。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(chǎn)生流砂現(xiàn)象，進而引發(fā)地面沉降，基坑開挖時，該層會出現(xiàn)基坑突涌、流沙、坑壁崩塌等現(xiàn)象，造成基坑坍塌等施工事故。開挖時應(yīng)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。坡積黏土、殘積礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化巖：該層土承載力較高，變形小，土的工程性質(zhì)較好，水理性質(zhì)差，遇水易崩解，承載力降低，出現(xiàn)砂土性質(zhì)，容易出現(xiàn)流沙、

5、管涌現(xiàn)象。在無支撐開挖時可能出現(xiàn)崩塌、拱頂塌落的現(xiàn)象，開挖時應(yīng)做好支護、支撐措施。小，工程力學(xué)性質(zhì)較好，水理性質(zhì)差，遇水后出現(xiàn)砂土性質(zhì)，容易出現(xiàn)流沙、管涌現(xiàn)象。開挖時拱頂可能出現(xiàn)塌落、掉塊現(xiàn)象，應(yīng)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(wěn)定，可作為樁基持力層。但遇水浸泡后易軟化，強度降低。中等風(fēng)化粗?；◢弾r：該層地基承載力高，壓縮變形小，工程力學(xué)性質(zhì)較好。在巖石裂隙較發(fā)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。微風(fēng)化粗?；◢弾r：該層地基承載力高，壓縮變形小，工程力學(xué)性質(zhì)較好。巖石裂隙稍發(fā)育，地下水較貧乏，屬于較硬巖。該層強度很高，是良

6、好的樁基持力層，但埋深大。2.2水文地質(zhì)根據(jù)本工程沿線地下水賦存條件、含水介質(zhì)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?？紫稘撍褐饕x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?？紫稘撍饕看髿饨邓a給，水位因季節(jié)、降雨變化情況而有所變化?；鶐r裂隙承壓水：基巖裂隙水發(fā)育程度、含水性、透水性，受巖體的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、基巖風(fēng)化程度、裂隙發(fā)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(jié)理裂隙發(fā)育，導(dǎo)致巖體富水程度與滲透性也不盡相同。巖體的節(jié)理、裂隙發(fā)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(fā)育

7、具非均一性?；鶐r裂隙水主要賦存于巖石強、中等風(fēng)化帶中，全風(fēng)化巖及土狀強風(fēng)化巖含水弱，富水性差，微風(fēng)化巖的導(dǎo)水性和富水性主要受構(gòu)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(jù)本次勘察地表水試樣水質(zhì)分析結(jié)果，線路內(nèi)地表水腐蝕性綜合評定如下：對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。2.3110kV電力管溝開挖設(shè)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100mm的鋼支撐兩側(cè)鋼板，立面每隔0.5m設(shè)置一道，平面每隔1.5m設(shè)置一道，其支護結(jié)構(gòu)斷面示意圖見圖2。3評估政策依據(jù)為加強涉路工程建設(shè)和管理，促進公路事業(yè)發(fā)

8、展，保障公路工程可靠、運營安全，與環(huán)境協(xié)調(diào)，可持續(xù)發(fā)展，國家、交通部以及各級地方政府和相關(guān)行業(yè)部門頒布了一系列法律、法規(guī)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。與本項目安全性評估相關(guān)的主要法律法規(guī)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有：廣東省涉路工程許可安全技術(shù)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(guī)定公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTGB01-2014）以及給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范（GB502682008）。上述一系列的法律法規(guī)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中對市政道路電力管線遷改中所涉及的管線埋設(shè)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(guān)的設(shè)計和施工方案、技術(shù)評價報告、應(yīng)急方案等評價標(biāo)準(zhǔn)都有明確的規(guī)定。4電力管線遷

9、改安全評估秉承公正、客觀、科學(xué)的立場，遵循“安全、經(jīng)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(huán)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(jié)構(gòu)為420m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土空心板。半幅橋橫向布置12片板，板高0.90m。下部結(jié)構(gòu)橋墩采用三圓柱墩，灌注樁基礎(chǔ)；橋臺采用樁柱式橋臺，灌注樁基礎(chǔ)。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3

10、0m，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：初始地應(yīng)力；樁基施工（添加橋梁荷載）；鋼板樁施工；開挖第一層土；施做第一道支撐；開挖第二層土；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(jié)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(jié)果見表2。5施工安全控制措施5.1變形控制要求根據(jù)不同規(guī)范及工程經(jīng)驗，結(jié)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(biāo)如表3所示。5.2

11、加強現(xiàn)場監(jiān)測及預(yù)警5.2.1臺風(fēng)季節(jié)雨季風(fēng)險監(jiān)測及預(yù)警臺風(fēng)或強降雨天氣要做好現(xiàn)場巡視、監(jiān)測等工作，指派專人值班，及時掌握施工現(xiàn)場情況、現(xiàn)場監(jiān)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(xiàn)場監(jiān)測頻率，及時反饋監(jiān)測信息，如有異常的情況及時發(fā)送預(yù)警，結(jié)合數(shù)據(jù)變化原因和辨別下階段變形趨勢進行分析，并提出相關(guān)施工建議；成立搶險應(yīng)急小組，準(zhǔn)備好設(shè)備、物資以及人員，加強信息反饋，保持應(yīng)急狀態(tài)，如有險情第一時間進入搶險現(xiàn)場，保障工程的安全。5.2.2施工過程風(fēng)險監(jiān)測及預(yù)警當(dāng)在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)險情時，應(yīng)遵循“迅速、準(zhǔn)確”的原則，及時通知業(yè)主和監(jiān)理，并在第一時間組織和調(diào)動應(yīng)急響應(yīng)小組人員、設(shè)備、車輛到達工

12、地現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，并組織相關(guān)專家對基坑的現(xiàn)況做出分析，采取合理的監(jiān)測加密方案，并督促土建承包商采取相應(yīng)搶險方案；指派有經(jīng)驗的監(jiān)測人員駐現(xiàn)場，加大監(jiān)測頻率直到險情得到控制，危險解除，可以施工為止。6結(jié)論通過上述分析，本文根據(jù)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(zhì)及水文地質(zhì)資料以及110kV電力管溝開挖設(shè)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(jié)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(guān)規(guī)范的要求。為此，針對此次施工安全風(fēng)險評估提出以下兩點建議：施工階段根據(jù)設(shè)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(yīng)急預(yù)案，采取切實有效措施