电力隧道下穿南水北调配套工程的安全影响评价

苗 露

科技创新

电力隧道下穿南水北调配套工程的安全影响评价

苗 露

以石家庄西岭供热2#泵站供电工程新建电力隧道下穿石津小运河工程为例，提出工程安全评价的思路与方法，为类似工程建设提供参考。

配套工程；电力隧道；施工方案

随着经济社会快速发展，供电工程下穿南水北调配套工程持续增多。下穿供电工程布局合理，南水北调配套工程结构安全，下穿施工方案可行，监测评价准确到位，对工程建设至关重要。在设计中对此进行安全评估，是配套工程运行安全、工程安全和水质安全的有力保障。现以石家庄西岭供热2#泵站供电工程新建电力隧道下穿石津小运河工程为例，探讨电力隧道下穿南水北调配套工程安全评价要点，为日后工程运行提供技术支持，为类似工程建设提供借鉴参考。

1.工程概况

石家庄西岭供热2#泵站供电工程电力隧道采用泥水平衡式顶管下穿石津小运河，与石津小运河水平交角为90°。电力隧道管材为预制钢筋混凝土专用Ⅲ级管，管内径为2.20m，管壁厚0.22m，管外径2.64m，长136m。石津小运河左岸新修始发井1座，始发井尺寸为6m×9m，距渠坡外边31.61m（距石津小运河中心线46.67m）；石津小运河右岸新修接收井1座，接收井尺寸为5.5m×4.5m，距渠坡外边74.73m（距石津小运河中心线89.32m）。下穿位置石津小运河渠底标高76.9m，电力隧道外顶标高64m，与石津小运河渠底最小净距12.9m。

2.配套工程设计

石津小运河为石家庄市引水入市改善环境北线工程的一部分，作为向石家庄电厂供水和石津灌区灌溉高峰期使用的输水渠道，下穿段石津小运河断面设计如下。

渠道采用复式断面，小槽为梯形断面，底宽8m，边坡1∶2。采用现浇混凝土板衬砌，子槽渠底衬砌厚度为0.08m，其余部分为0.1m。主槽近似为矩形断面，两岸设浆砌石挡土墙。主槽设计蓄水深1m，平台高程78.23m，设计纵坡为零。挡土墙高程为设计蓄水位以上加0.5m超高，挡土墙顶宽0.4m，底宽1m，临渠测边坡为1：0.4，外侧设预制混凝土块封顶。

3.安全影响评价

3.1 工程布置合理性分析

3.1.1下穿工程方式的合理性

考虑下穿石津小运河有水的影响等不稳定因素，结合石津小运河工程具体情况、地形、地质条件等，拟建电力隧道进行矿山法暗挖隧道和顶管方式施工的方案比选。经分析比较，遵循对石津小运河影响最小的原则，认为顶管法施工方案下穿石津小运河施工较为合理。

3.1.2长度的合理性

下穿配套工程明渠段时，进出口及检修井应布置在渠道两侧永久征地线以外不小于5m，且距渠道上口线不宜小于15m。石津小运河永久征地范围为中心线两侧各40m。工程在石津小运河左岸新修9m×6m的始发井，距渠坡外边31.61m，距石津小运河中心线46.67m；右岸新修5.5m×4.5m的接收井，距渠坡外边74.73m，距石津小运河中心线89.32m，满足要求。

3.1.3交角的合理性

西岭供热2#泵站供电工程下穿电力隧道下穿位置位于石津小运河设计桩号0+780处，与石津小运河交角为90°，满足“其交角不宜小于70°”的要求。

3.1.4埋深的合理性

拟建电力隧道采用顶管下穿石津小运河，电力隧道外顶标高64m，管外径2.66m，下穿位置石津小运河渠底最低设计标高76.9m，渠底距管顶最小净距为12.90m，管道埋深大于下穿管道（或隧道）最大外径（2.66m）的2倍5.32m，且不小于5m。

3.2 结构设计合理性分析

评定石津小运河安全影响，选取电力隧道下穿石津小运河段，模拟电力隧道的顶进过程，建立三维模型进行分析计算。根据实际工程在有限元软件ANSYS中建立模型，导入FLAC3D 6.0进行计算，建立三维数值模拟模型，对电力隧道施工的竖向和水平位移分析计算。

3.2.1电力隧道工程对配套工程的影响

管道顶进过程中会导致渠道和石清路产生沉降，经计算，地表土体沉降较大，约为5.4mm位于电力隧道正上方。水渠坡中最大沉降值为3mm，渠底中部沉降值为2.6mm，石清路最大沉降为4.6mm，最大值均位于电力隧道正上方。通过对比分析，石家庄市城市轨道交通2号线一期工程北站外电源隧道下穿石津小运河工程最大沉降值为5.99mm，考虑本工程施工工艺及顶管埋深与上述工程相似，因此工程计算结果基本合理，且沉降值满足“渠道地面（含渠底）或配套管道管顶的计算及实测累计沉降量均不应超过10mm”的要求。

3.2.2始发井、接收井工程对石津小运河的影响

在竖井开挖过程中，周围土体会不同程度的发生沉降和向竖井方向的水平位移，渠道会因为竖井开挖地层应力释放发生微隆起现象，后期固结沉降会消除，模拟结果反映：一是渠道底部随着电力隧道开挖发生隆起现象，主要是由于竖井开挖后，渠道下方土体发生地应力释放，竖井开挖深度增加，地应力释放逐渐趋于稳定，随着后期土体稳定，隆起值会降低，对结果影响不大。二是渠边中点随着开挖应力释放先发生隆起，达到最大隆起值约为0.6mm，此处应力释放先于渠道底部，后期发生沉降，最终隆起值约为0.1mm，几乎没有影响。

3.3 施工方案可行性分析

施工方案的可行性分析主要包括：施工场地布置，施工工艺，施工临时设施对石津小运河输水的影响，施工期环境保护，施工期安全监测和施工应急预案等方面，主要方面如下所述。施工场地和施工临时设施布置在河道管理范围以外;施工工艺通过方案比选，确定顶管下穿方案;施工期的泥浆对环境和配套工程水质影响较大，工程对泥浆外溢采取了有效措施，并对泥浆进行可靠处理;施工期监测的范围包括以下两大部分,地面以上监测地面沉降和地面建筑物的沉降、位移和损坏。地面以下监测在顶管扰动范围内的地下构筑物、各种地下管线的沉降、水平位移及漏水、漏气。

3.4 安全监测评价分析

3.4.1监测项目、监测方法、测点布置及监测设备的合理性

施工期安全监测项目包括：支护桩（墙）、边坡顶部竖向位移、支护桩（墙）、边坡顶部水平位移、地表沉降、竖井井壁支护结构净空收敛、管节竖向位移、管节水平位移。采用的监测设备有：水准仪、经纬仪、全站仪、收敛计等。监测点布置能够满足“顺水流方向沉降变形监测点宜在左、右岸的堤顶、迎水面、堤外坡脚以外各布设3排、共6排沉降变形监测点，每排布设范围应涵盖下穿结构外轮廓及两侧1.5倍管底埋深的区域；沿下穿工程轴线布设的沉降变形监测点宜涵盖下穿工程进口到出口的区域”的要求。

3.4.2安全监测值控制标准的合理性

项目监测按“分区、分级、分阶段”的原则制定监控量测控制标准，按黄色、橙色和红色3级预警进行反馈和控制。渠道地面累计沉降安全监测值的控制值最大为7mm，不超过10mm，满足要求。

3.4.3监测频次的合理性

在无数据异常和事故征兆的情况下，施工期监测频次宜为1d/次，运行期前3个月、后9个月的监测频次宜为2次/月、1次/月。

对于竖井井壁支护结构净空收敛监测频率，在竖井开挖及井壁支护结构施工期间应1次/d；竖井井壁支护结构整体完成7d后宜1次/2d；30d后宜1次/7d；经数据分析确认井壁净空收敛达到稳定后可1次/(15d～30d)。

4.结语

对电力隧道下穿南水北调配套工程安全影响评价要点进行探讨，以石家庄西岭供热2#泵站供电工程新建电力隧道下穿石津小运河工程安全影响评价报告为例，结合专家评审意见发现，顶管穿越工程施工过程中引起的地面沉降，对南水北调配套工程安全有重要影响。目前，针对沉降变形计算的方法有应力面积法、Peck理论法和三维数值模拟法，对沉降值进行复核计算时，除采用以上方法计算外，还应类比类似工程施工方案，进一步分析计算成果的合理性，同时应做好施工期及运营初期安全监测评价。采用合理的方法对沉降值进行复核，将成为今后电力隧道下穿南水北调配套工程安全评价的重要工作内容。

2022-04-15

苗 露，女，汉族，宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司河北分公司，工程师。