天津地下直径线深埋地下管线测深的研究

裴世建 郝 明

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

在拟建天津地下直径线铁路里程DK2+266处慈海桥北侧,有一路采用非开挖方式铺设的35 kV高压动力电缆,与拟建天津地下直径线交叉。在交叉处电力管线埋深约15 m左右,设计盾构顶埋深为16.3 m。为保证拟建天津地下直径线盾构顺利通过,必须查明该电力管线在盾构上方准确深度,为设计提供可靠的设计依据。

1 测区概况

1.1 电力管道基本情况

(1)HDPE材质8孔 φ200 mm和2孔 φ110 mm 拉管;

(2)已用孔2孔为35 kV高压动力电缆2根;

(3)电力管线采用非开挖方式铺设,导孔尺寸φ1 100 mm,埋深呈弧形状穿越子牙河,预计线位附近埋深13～15 m。

1.2 测区条件和地球物理特性

该电力拉管地处天津市红桥区慈海桥与子牙河西岸新建道路的交口处,地下管线较复杂,主要包括通信、上水、给水、燃气、雨污水管道和电力电缆等;该处为新建道路,车流量不大;地层一般为粉质黏土、黏土等,土层含水量高,地下水埋深约3 m;岩土层地下水含量较高,岩土层电阻率较低并且随着深度的增加电阻率降低,并趋向稳定;动力电缆为低阻良导体,本身带电,能产生电磁场;电力管道有预留管,可以在预留管道内放入导线。现场平面位置见图1,电力拉管与地铁盾构剖面示意见图2。

2 探测方法研究与可行性分析

电力管道铺设太深,直接开挖验证很难实施且不经济,需要采用其他方法确定该管道在地铁盾构上方的准确深度(精度要求 ±1.5 m)。

2.1 电磁波法

测区岩土层电阻率低,管道内有动力电缆,采用电磁波原理进行探测(如管线探测仪、地下定位系统等),无法保证测深精度。

图1 电力拉管平面位置示意

图2 电力拉管与地铁盾构立面示意

2.2 孔中磁法

由于该管道内有两根动力电缆,在电缆周围会产生磁场,利用孔中磁法可以取得较好效果。该方法实施需在管道附近布设2～3个孔深为25 m左右的钻孔,由于管线埋设太深,利用管线仪或地下定位系统只能初步确定管道平面位置,无法保证钻孔安全。

2.3 孔中测斜法

孔中测斜法是利用测斜原理,将测斜仪放进管道预留管内,根据每次前进时的倾角计算两点高差,测量精度较高。但由于测试期间,测斜仪一直处在电力管线的磁场下,将影响测斜仪精度;如果做隔磁改进,测试成本太高。

通过试验对比分析,最终用孔中测斜法,对测斜探头作隔磁处理后,进行电力管道埋设深度测试。

3 孔中测斜法的实施

3.1 测量过程

先用穿线器在拟探测的HDPE材质孔中穿一根测绳,在端头井附近设水准基点,用水准仪测定基准点的高程。然后测量水准基标点至孔口的相对高程,再将测斜探头固定在测绳上,人工牵引测绳,带动探头在HDPE材质管孔中移动,同时测定探头在不同位置的高程。测点间距控制在1 m,重复测量6次,每次起点间隔0.2 m。根据测量结果绘制管线的垂度曲线,并给出管线距离。

3.2 测试质量控制

(1)实际测量中,同一测点、同一次测量读数不少于3次,且其较差不大于10 mm。

(2)单点测量绳索距离误差不大于10 mm。

(3)探测过程中,同一位置测点偏差超过30 mm时,增加测量次数。

(4)单次测量结束后重新检校仪器,如果发现仪器偏离标准状态,重新校准仪器,重新探测管线,直到探测前后仪器校准状态正常。

(5)对多次测量数据进行统计分析,提供实测高程平均值,最低高程值。需要时可提供保证值。

4 数据处理

4.1 测斜高程计算

如图3所示,测斜探头高程按下式计算

图3 测斜测量高程计算示意

式中 H0——高程基准点至孔口高/m;

Hb——井口基准点高程/m;

h0——井口基准点液压测量高差读数/m。

各测点高程按下式计算

式中 Hi——第i个测点的高程/m;

hi——第i个测点液压测量高差读数/m。

4.2 水平距离计算

根据测量中的电缆长度步距(本次测量为1 m),和相邻两测点的高差,可按下式计算水平距离

式中 Δli——探头移动1步的水平距离/m;

Δci——探头移动 1 步线缆长度步距 (Δci=1)/m;

Δhi——探头移动1步的高差 (相邻读数的差值)/m;

li——第i个测点距端头井的水平距离/m。

4.3 测量管与电缆管竖向高差分析

端头井内观测到的管孔排列如图4所示。拉管导孔直径为1 100 mm,各管孔在导孔中最不利的分布如图5所示。测量管孔位于最上面,而电缆管位于最下面。为安全起见,应在实测高程减去1.1 m作为管道的高程。

图4 管口端头井排列示意

图5 线缆在管道中排列示意

4.4 测量数据的统计分析

根据6次重复测量的高程数据,计算出各测点高程的平均值和标准差,并统计出各测点高程的最小值。对上述值减去1.1 m,得到相应的电缆高程值。根据各点高程绘制断面图如图6所示。

5 结束语

目前此段地铁盾构按照预期设计深度已经顺利通过,证明液压法测量结果可靠。由于现在地铁盾构施工或其他非开挖方式施工过程中碰到此类特深管线较多,采用直接开挖验证基本不能实施,采用有效的探测方法验证特深管道铺设深度已经迫在眉睫。本次孔中测斜法的施测经验,在以后此类特深管线探测中具有推广价值。

图6 电缆管道测量纵断面

[1]CJJ—2003 城市地下管线探测技术规程[S]