安吉两库引水工程管道基坑开挖对周边环境影响评价

胡健，王芳，李超珍，张艳

(1.湖州职业技术学院，浙江 湖州 313000；2.湖州市绿色建筑技术重点实验室，浙江 湖州 313000；3.核工业湖州勘测规划设计院研究院有限公司，浙江 湖州 313000）

1 工程概况

安吉两库引水工程引水线路位于安吉县与湖州市区之间，经安吉县、长兴县、吴兴区、经济技术开发区，最终到达湖州规划西部水厂。引水线路共分布3段，均布置地势平坦山间冲积平原部位，其中1#管道长6.01km，2#管道长3.73km，3#管道长1.40km。文章主要以2#管道为例进行分析。2#管道布置起点始于2#隧洞出口后沈埠村柴坞村，往东北方向敷设至S306省道西侧，采用顶管过S306省道之后，沿后沈埠村现状村道西侧敷设至申嘉湖高速（避村附近）南侧，通过高速公路下的涵洞采用明挖埋管方式穿过，然后向右转向沿高速公路一侧敷设，最后左转向东北方向至3#隧洞进口。管道线路主要以明挖埋管方式敷设，输水管采用钢管，管顶覆土一般为2m～2.5m。对穿越跨度大的河道，以及高速枢纽、城市主干道等部位，采用顶管施工方案，穿越其他低等级道路及溪流渠道采用明挖方式穿越。引水工程线路及位置见图1。

图1 引水工程线路及位置图

2#管道段长度3730m采用直径DN2200(Q235）的钢管。其中在S306道处设有顶管一座，顶管段长度为123.6m，一处过申嘉湖高速，穿过两道天然气管道线，两处过当地公路，高压线塔4座。供水管线包括顶管段和明挖段，其中横穿S306省道顶管段全长123.6m，直径DN2200，套管管径DN2600，采用工艺；穿路工艺管为Q235B焊接钢管（Φ2200×20），穿路套管为“F”型D2600钢筋混凝土顶管专用管（Ⅲ级）、“F”型钢承口接口。明挖段全长3572m，设计管径DN2200。所有管段均采用Q235B焊接钢管（Φ2200×20），钢管的连接均为焊接连接。此施工段包含的主要施工内容有：土、石方开挖、淤泥开挖、钢板桩支护、穿越省天然气管道、穿过川气东输管道管桥、穿越申嘉湖高速公路桥涵通道。

2 工程自然条件

2#埋管段布置区为宽缓的河谷平原地貌，地形平缓开阔，局部略有起伏，地面标高一般为4m～19m不等，多垦为农田、鱼塘等。其间点缀孤丘岗地，各岗丘或山坡坡脚地形较平缓，自然坡度一般小于15°，植被较茂密，以竹林、桑树林为主。根据本工程地质详细勘察报告可知该线路主要由八层土构成，各层土的物理力学参数详见表1，各层土性描述如下。

引水线路土体主要物理力学参数表 表1

①填土。为新近回填土，结构松散，成分杂，性质差异较大，未经处理，不宜利用，管道沿线均有分布，厚度不大。

②粉质粘土。软塑～可塑状，局部硬可塑状，具中等压缩性，韧性、干强度中等，均匀性较好，管道沿线分布较广，局部缺失，可作为基础持力层。

③淤泥质粉质粘土。含水量高，软塑～流塑状，压缩性高，承载力低，局部分布，主要分布于G2K0+635～G2K0+804一带，为特殊性岩土，未经处理不能作为基础持力层，分布于基槽开挖侧壁时，稳定性差，应进行相应处理。

④粉质粘土夹细砂、含砾粉质粘土、粉质粘土夹碎石。可塑状，中压缩性，承载力尚可，在2#埋管段大范围分布，埋深、厚度适中，是良好的基础持力层。

⑤砾砂。含水量高，湿～饱和状，中密，工程性能较好，但分布不均匀，仅个别钻孔揭露，成层性较差，透镜状断续分布，可作为基础持力层，需考虑不均匀沉降的影响。

⑥圆砾。杂色，含水量高，湿～饱和状，中密，颗粒级配良好，砂质充填，分选性一般，承载力较高，工程性能好，浅埋处是较好的浅基础持力层。

⑦全风化层。较密实，呈可塑～硬塑状，压缩性中等，干强度中等，均匀性较好，工程性能较好，是较好的基础持力层，但分布范围小，仅局部分布，厚度也小，需考虑不均匀沉降的影响。

⑧强风化及以下岩层。全场分布，强度高，均匀性好，工程性能好，是较好的基础持力层，因其强度高，施工开挖难度大。

3 控制点分析计算

基坑开挖深度4.8m～7m，宽度4m。基坑支护体系采用拉森钢板桩+钢管支撑联合支护。本工程沟槽局部采用拉森钢板桩支护，采用SP-Ⅲ拉森钢板桩进行支护。如图2左适用于开挖深度不大于5m的9m长钢板桩支撑，图2右适用于开挖深度不大于5m～6m的9m长钢板桩支撑。钢管内支撑严格按照分层开挖，先撑后挖原则，土方开挖应分层连续施工。

图2 控制点平面位置图

土层参数参考表1取值，本工程未揭露到地下水，不需考虑基坑降水工作。基坑周边荷载按照地面超载计算，东侧基坑一段平台后有高速公路放坡，高速公路行车荷载按照1m土重考虑。综合考虑距离高速公路距离，基坑开挖深度以及基坑附近房屋的影响，由图纸资料分析可知k2+648.98、k3+102.27处高速放坡高差最大；k3+040处管道上覆土厚度最厚达到3.6m；此外虽然k2+749.95处西侧高速放坡坡高仅为1m左右，但在明挖埋管基坑开挖西侧存在一较高放坡。故此确定k2+648.98、k3+102.27、k3+040、k2+749.95四处危险断面进行验算，其中前三断面验算高速车载及高边坡对基坑开挖稳定性及沉降影响，后一断面验算明挖埋管基坑开挖施工是否对边坡稳定性存在影响，各控制点平面位置如图2。

采用《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）借助理正深基坑7.0版进行计算，为便于指定设计工况，采取增量法计算。支护结构安全等级为二级，重要性系数取为1.0，基坑深度、嵌固深度根据地形地质和设计要求确定，采用弹性m法计算，先假定m值进行内力计算，得到基坑底面的位移值；然后将位移代入估算公式计算，并可结合经验最终得到m值。开挖分三层施做两层支锚计五步工况予以计算，可知开挖至第1层层底施做支锚前（对应工况1）、开挖至第2层层底施做支锚前（对应工况3）、开挖至基坑底（对应工况5）为三个相对危险的工况，计算过程中土压力调整系数取1.0，弯矩、剪力折减系数分别取0.85和1.00，荷载分项系数取1.25。k2+648.98断面控制内力计算结果见表2，由表可知，弹性法计算所得内力值大约在经典法的1.2～1.6倍左右，可见将土体视为土弹簧之后计算结果偏安全，这是因为规范做出了此法确定的分布土反力不能超过被动土压力的规定。此外，经基坑内外侧抗弯和抗剪验算可知均满足设计要求。

k2+648.98截面弯矩 表2

分别采用了三角形法、指数法和抛物线法分析了基坑开挖对管道周边环境的影响，k2+648.98、k3+102.27、k3+040三处控制点周围的地表沉降图，如图3～图5。

图3 k2+648.98断面周边地表沉降图

图4 k3+102.27断面周边地表沉降图

图5 k3+040断面周边地表沉降图

经计算分析可知，k2+648.98、k3+102.27、k3+040三处危险断面采取现有支护方式下的截面验算、整体稳定、抗隆起、嵌固深度以及土反力均满足设计要求。k2+648.98基坑边缘位置发生的最大位移近4mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影响范围为距离基坑边缘8m范围以内，因此高速坡脚处（距基坑边缘28m）不受明挖施工影响。K3+102.27基坑边缘位置发生的最大位移近9mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影响范围为距离基坑边缘9m范围以内，因此高速坡脚处（距基坑边缘11.6m）不受明挖施工影响。K3+040基坑边缘位置发生的最大位移近8mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影响范围为距离基坑边缘8.5m范围以内，因此高速坡脚处（距基坑边缘15m）不受明挖施工影响。

k2+749.95处断面（图2d）西侧高速放坡坡高很小（近1m），可忽略其对稳定性的影响。但在基坑附近西侧接近5m处存在一高差较大的边坡，采取了理正岩土边坡模块分析了其稳定性，由于场地为粘性土或软岩，滑面形状假定为圆弧，抗震烈度取7度，综合影响系数取0,25，重要性修正系数取1.0，水平地震系数取0.1，水平加速度系数假定位矩形分布，依据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）采用简化Bishop法分析可得最危险画面对应的剩余下滑力和抗滑力分别为211.575kN和489.740kN，可知最危险滑动面对应的最小安全系数为2.315，稳定性满足要求。基坑埋管开挖边缘处于最危险滑动面影响范围之外，施工对其稳定不构成影响。

4 结语

安吉两库引水工程2#供水管线主要以明挖段开挖，深度在5m以上，考虑土体性质、上覆土厚、放坡高度、水平间距等影响因素后确定了四处危险断面进行分析，得出以下结论。

①k2+648.98、k3+102.27、k3+040三处危险断面采取现有支护方式下的截面验算、整体稳定、抗隆起、嵌固深度以及土反力均满足设计要求。

②采取现有支护方式下，三处危险断面中k2+648.98基坑边缘位置发生的最大位移近4mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影响范围为距离基坑边缘8m范围以内，因此高速坡脚处（距基坑边缘28m）不受明挖施工影响。K3+102.27基坑边缘位置发生的最大位移近9mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影响范围为距离基坑边缘9m范围以内，因此高速坡脚处（距基坑边缘11.6m）不受明挖施工影响。K3+040基坑边缘位置发生的最大位移近8mm，受明挖埋管基坑施工的沉降影响范围为距离基坑边缘8.5m范围以内，因此高速坡脚处（距基坑边缘15m）不受明挖施工影响。

③k2+749.95处断面西侧高速放坡坡高很小（近1m），可忽略其对稳定性的影响。但在基坑附近西侧接近5m处存在一高差较大的边坡，经稳定性分析可知，最危险滑动面对应的最小安全系数为2.315，稳定性满足要求。基坑埋管开挖边缘处于最危险滑动面影响范围之外，施工对其稳定不构成影响。