地铁施工影响邻近管线的研究现状与展望

王中伟

摘要：随着城镇化进程的加速，为了有效缓解地上交通问题，地铁化建设应运而生。地下管线作为城镇化进程中的重要一环，是城市居民赖以生存与发展的重要基础设施，城市轨道交通的施工过程必然会对附近的管线产生一定的影响，或者产生损害，所以，在地铁施工过程中，必须首先对周边的管线进行认真分析，制定合适的施工方案，确保对邻近管线的影响下降到最低或可控范围。随着城市化进程中地铁线路网布局的加快，地铁施工对邻近管线的研究具有重要的实践意义。

关键词：地铁施工;邻近管线

地下交通路线的大规模建设，给城市化带来便利的，也引发了安全问题，除地铁工程本身安全问题外还包括对周边环境的破坏可能引起的安全问题。地铁建设的前期要经历地面建设和地下管线建设，地铁开挖形成的空槽使得地面底层受损，从而导致地基一定程度的下降，进而导致地下管线的位移，如果前期勘查工作不足或防范措施不到位，将会影响地下管线的正常使用甚至造成重大安全事故。并且管线的安全与工程的施工成本具有重要的联系，因此深入研究地铁施工对管线的影响，具有重要的价值意义。

一、地铁施工研究现状

地铁施工对邻近管线的影响表现在两个方面：一是隧道开挖前期对地层的损失，引起地层沉降;二是现行的地下管线变形后，地层沉降和地下管线变形的作用机理。

1.1地铁施工对地层沉降的影响

国内外学者采用的研究方法主要有经验法、模型法、分析法等，Martos在大量现场勘探实验的基础上，得出正态分布公式，即隧道开挖引起的地层沉降呈凹字形。Peck创立了Peck公式，此公式在统计数据的基础山得出，并提出了“地层损失”。侯学渊教授在Peck公式的基础上加入了施工因素影响元素。段光杰对Peck公式进行了进一步修正，建立了更加简便的计算公式，通过地表最大沉降值和半径就能计算出沉降值。Kimura通过离心模型试验考虑了地层的因素，推导出不同地层的不同沉降值。Atkinson通过物理模型试验成拱效应对减少地表沉降有一定的作用，可用作施工过程中的优化设计。陈静在数值模拟研究中，以某浅埋暗挖隧道为例，利用有限元软件，对隧道幵挖进行仿真模拟，分析了变形机理，得出沉降变化规律，并提出保护措施。杨晓杰以北京某隧道工程为研究对象，研究了隧道施工引起的地表沉降，研究表明，数值模拟计算的结果和现场实测基本一致。

1.2隧道施工对地下管线的影响

Singhal在实验的基础上，以离心球墨铸铁为研究对象，得出了轴心抗拉力强度、弯曲所需要的力矩和使物体发生扭转的力矩公式。李大勇在Singhal的基础上，考虑多因素的耦合作用，进行三维模拟，计算了受幵挖引起的地下管线的位移，发现柔性管线一般为接头破坏，刚性管一般位于基坑端部位置。路建军以北京地铁4号线黄庄站为研究对象，利用数值模拟预测管线的安全性，得出管线能够满足变形控制要求。毕继红釆用有限分析软件，考虑了埋藏深度、材料质地、位于持力层以下的地层的刚度等条件。研究发现距离隧道越近的管线，受到隧道开挖的影响越大;埋藏深度一样的管线，硬度越大，变形越小。

二、地层与地下管线的相互影响

2.1地下管线

地下管线是城市基础设施的重要组成部分，随着城市化进程的日益加快和城市化水平的提高，地下管线的种类也逐渐庞大，功能主要有给水、热力、工业、燃气、地理、排水等管道和电力电缆等七大类。按硬度分为柔性和刚性管;按铺设方式分为上埋、沟埋、隧道式三类。

2.2管线的初始应力

地下管线在受到隧道开挖引起地层震动前的应力称为初始应力。一般情况下，埋入地下的管道所受的主要负荷为内外压力。当管径较小且埋深较浅时，内压力和外压力引起的径向和环向应力较小，对安全不起控制作用，可以只考虑纵向弯曲和接头脱开应力。

2.3管线的受力机理

径向应力：一般由内压和外压决定，铸铁管、混凝土管的抗压强度高，管线受到的径向应力小于其他两个方向的应力，所以，可以忽略。

纵向应力：地下管线受到一定的纵向推力将会产生纵向收缩，一般管线的地基是均匀的，当压力和管径较小时，纵向推力较小，在管线的直线部位产生的纵向应力可忽略。相反，在管线的弯曲、接头部位将会产生较大的縱向推力。

环向应力：外压容易使管线变形，由此产生的应力不仅与外压的大小有关，而且与管线的材质、埋深、地基密实程度有关。

三、展望

3.1理论研究需进一步加强

地铁网的布局已经成为城镇化建设过程中必不可少的一环，随着地铁的大规模举步实施，尤其是在城镇化建设初期未充分考虑到后期施工因素影响的城市，对隧道开挖引起邻近管线变形的研究更为迫切，本文通过查阅大量文献，对已有的研究成果进行分类总结，结合解析分析，研究了隧道开挖对邻近管线影响的一般规律，得到一些初步结论，但是地下施工作业的复杂性和不确定因素众多，以及当前理论的不成熟性，很多问题要进一步研究。同时地下水、地层运动、城镇化改造等等量变因素的影响都无疑会发生日积月累的变化，数值分析不能完全模拟隧道开挖，也不能做到具体问题具体分析，因此加强土体本构方程等理论与计算机软件开发地有效结合尤为重要。

3.2管线沉降标准需制定统一标准

我国尚未出台制定统一的管线沉降标准，大多数标准是靠实际施工过程中的经验总结

基础上得到的，所以管线的沉降控制标准急需进一步研究。现阶段隧道开挖对管线的影响不确定因素太多，所以开挖前期的地下勘察、管线的安全风险评估，准确及时的监测反馈，以及应急预案和保护措施显得尤为重要。施工前期的评估是一种静态评估，隧道工程的设计及施工特点是：动态设计、施工，随着开挖的进行，安全风险的类型、数量、发生的概率等均会不断变化，前期预期到的风险可能发生，也可能不发生，而可能出现预测外的风险，因此，加强地铁施工工程中对管线的动态监测更是重中之重。

四、结束语

地铁建设是一项复杂的经济行为，需要综合考虑土质因素、管道安全以及地下环境等诸多因素，尤其在近年安全形势日益严峻的情况下，地铁安全事故更是防范措施不足，因此必须加强安全管理，地铁开挖过程中附近管线的安全必须提到安全管理日程，以确保地铁项目建设的平稳运行。

参考文献：

[1]王霆，刘维宁，李兴高，何海健.地铁施工影响邻近管线的研究现状与展望[J].中国铁道科学，2006：119-125.