黑龙江哈尔滨地下输水管道突然破裂对地铁隧道的影响

杨 逾 ，周小科

（辽宁工程技术大学 土 木与交通学院，辽宁 阜 新 1 23000）

0 引言

城市管线作为城市正常运行的命脉，遍布城市各处，工程建设管线问题往往不可避免，突发的管线破裂泄漏会导致工程周围地质环境的改变，从而影响基础结构的力学特性，对局部或整体工程安全构成威胁［1-3］。

哈尔滨地铁处于市内繁华地带，由于哈尔滨市地处我国东北，属于冻土地区，地下工程众多，地下管线分布错综复杂，冬夏温差较大，导致地质条件不稳定性较其他地区复杂，同时加上施工的扰动，管线时常发生破裂泄漏，这严重影响了地铁隧道的建设，因此，研究管线开裂造成泄露对地铁隧道的影响具有重要的意义［4］。

1 工程概况

1.1 工程概况

哈尔滨市地铁一期土建工程七标段起于铁路局站，沿西大直街穿过红军街进入博物馆站，再沿东大直街先后进入龙江街站及烟厂站，继续沿东大直街转入一曼街进入工程大学站，共计三站：博物馆站、龙江街站、烟厂站；四区间：铁路局站—博物馆站、博物馆站—龙江街站、龙江街站—烟厂站、烟厂站—工程大学站。标段起讫里程为：SK9+973.33～SK13+523.936，全长 3550.606m。

1.2 工程地质

铁路局站—博物馆站区间里程SK9+973.330～SK10+818.407，区间全长 845.077m，全部为既有7381隧道利用段。该区间位于西大直街路下，场地地形略有起伏，地面高程在135.34～138.59m，场地地貌单元属岗阜状平原。

隧道主要穿过粉质④1 t2、④1、④2粘土层，④2t2、④2t2粉砂层，④2 t粉土层等。围岩级别均为Ⅵ级，土石可挖等级均为Ⅱ级。结构顶板附近均为粉质粘土层，侧墙附近均粉砂层、粉质粘土层等。

地下水位于结构底板附近，水位低于结构底板，施工时应注意地下水的防治工作［5-7］。同时局部地段上部土层由于管线泄露存在上层滞水，会对区间隧道造成灾害。场地水对混凝土无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性，对混凝土结构中钢筋无腐蚀性。

单边扩挖法（CD工法）施工，先破除侧墙混凝土并及时施作初期支护，后破除仰拱及填充混凝土并及时施作初期支护，初期支护与7381隧道结构间应及时封闭成环，确保安全。

2 地表沉降监测结果分析

2.1 确定渗流源

在对隧道地表监测的过程中，除了在道路边缘沿线进行布点外，还需在十字路口或转盘等重要位置重点监测［8］。在对哈尔滨地铁七标段铁路局站—博物馆站区间地表沉降的监测过程中，发现西大直街与海关街的交叉口处有两点（D3、D6）沉降速率突然加大。认真分析，重复测量后确定，此两点沉降速率达到1.0mm/h和1.5mm/h。在查阅相关工程资料后，初步判断为管线泄露造成，并随即加密布点。如图1所示，图中 D10、D11、D12、D13为加密监测点，其余各点为常规监测的部分点。其中 D4、D5里程为 SK10+507.325，与隧道拱顶沉降和隧道净空收敛监测点基本处于同一竖直断面上，D4与 D5、D3间隔为3m，D10与其周围四点均相距1.5m。

图1 地表沉降监测点布置示意图Fig.1 The surface subsidence monitoring point arrangement plan

加密布点完成取得初始值，监测频率为1次/h，8h后改为1次/2h，在93h内地表累计沉降如图2所示，图中为了描述清晰采用间隔4h的曲线图。

图2 地表沉降变化曲线Fig.2 The ground surface settlement curve

从图中可以看出累计沉降最大的为D10，其次为D12点，可确定渗漏点在D10附近靠近D12的位置。准确位置确定后，精确开挖，发现为地下输水管线开裂造成水的涌出。

2.2 渗流对地表的影响

从图2可以得出，D10在 50h后，超过警戒值24mm，随后 D12、D3也超过警戒值，D3、D10、D12在75h后超过允许沉降值30mm，紧接着 D13、D6也超过警戒值，并且D11也逼近允许沉降值，且沉降速率加快。从图2中可知，渗流方向大致为D10附近流向D13。经分析，非饱和砂土在水的作用下强度降低，并随后趋于稳定，并在周围土体稳定性改变时发生二次应力重分布，导致沉降速率再次加快，图中20～40h有一段平缓期，随后又继续快速沉降，在80h后又趋于稳定。

日常监测这些监测点沉降量均小于1cm，此次渗漏引起的沉降已经远远超出了隧道施工引起的地表沉降，通过及时监测可快速确定相应措施。

3 渗流对隧道拱顶沉降的影响分析

3.1 隧道开挖及支护

铁博区间隧道位于西大直街道路下，采用单边扩挖法（CD工法）施工，先破除侧墙混凝土并及时施作初期支护（图3、图4），后破除仰拱及填充混凝土并及时施作初期支护，初期支护与7381隧道结构间及时封闭成环，确保安全。

3.2 隧道拱顶沉降

西大直街与海关街交叉处隧道实际埋深16.5m，监测布点间距为10～15m，其中位于海关街下的拱顶监测点为 G33（里程为 SK10+493.081）、G34（里程为SK10+507.453）和 D35（里程为 SK10+522.617）。地下输水管线破裂时，隧道已经完成隧道边墙的破除，并且及时完成初期支护（图4）。水平净空收敛点处于拱腰位置。

图3 隧道边墙破除监测示意图Fig.3 Tunnel wall broken monitoring arrangement plan

图4 施作边墙支护完成监测示意图Fig.4 Sidewall supporting completed monitoring arrangement plan

图5 泄露发生后隧道拱顶各点累计沉降值Fig.5 Total settlement values of tunnel vault point after the leakage

通过现场监测数据，发现地表沉降加快前，隧道拱顶沉降变化几乎为零［9］，说明沉降基本稳定，发现地表沉降加快后及时加大监测频率加密监测点（新增点 G33-1、G33-2、G34-1、G34-2），并在管线修复后继续进行监测，各点累计变化值如图5所示。为避免重叠，选取其中G33、G34、G35三点进行描述，其曲线变化趋势如图6所示。从图中可以看出，从渗漏发生四天内最大累计沉降达到0.35cm。

图6 泄露发生后隧道拱顶沉降变化图Fig.6 Tunnel vault settlement change chart after the leakage

4 渗流对隧道净空收敛的影响

隧道净空收敛监测点与拱顶监测点处于同一横截面，布置图如图3、图4所示。同样加密布点。在净空变位采用相对水平收敛值，每次进行收敛量测时都参考测量环境温度的影响。修正温度的参考计算公式为：ΔLc=K×ΔT×L。在 TB33、TB35这个区间内，位于中间的TB34水平净空收敛值变化最大，累计变化达到0.70cm，如图7、图8所示。

图7 泄露发生后隧道净空收敛累计值Fig.7 Tunnel head room convergence accumulative total value after the leakage

通过对比图6和图8可知，水平净空收敛开始快速变化要晚于隧道拱顶的变化，具有一定量的滞后性，这里可以看出滞后约12h，当管线修复后，水流停止，拱顶先与隧道拱腰趋于稳定，此时隧道拱腰稳定滞后约16h。滞后时间长短与地质条件和水流量大小有关。

图8 泄露发生后隧道净空收敛变化图Fig.8 Tunnel headroom convergence change chart after the leakage

5 结论

（1）加密布点监测可以快速有效精确找出城市道路下地铁隧道地表突发沉降的具体位置，减小路面大面积开挖带来的影响。

（2）地铁隧道开挖过程中，隧道地表沉降不一定小于拱顶沉降，具体关系应根据具体情况而定。

（3）隧道CD法施工中，虽然有钢支撑存在，如不及时找出源头，仍会造成拱顶沉降和水平净空的显著变化，直至对结构造成损害。在拱顶沉降发生变化的72h内，隧道拱顶最大沉降达到0.35cm，隧道水平净空收敛达到0.70cm以上。

（4）泄露发生后，拱顶沉降先发生异常变化，隧道水平净空收敛在约12～24h后才发生显著变化。当泄露消失后，隧道拱顶先趋于稳定，拱腰在约16～28h后趋于稳定。这与流量、流速和地质条件等因素有关。

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