市政道路电力管线施工安全评估研究

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摘要：为了降低市政道路电力管线迁改施工安全风险，本文依托某高速公路清湖南段市政道路工程110kV电力管线迁改工程，在遵循相关评估政策的前提下，通过有限元分析评价该工程中基坑开挖对桥台桩基的影响，分析结果表明，桥梁桩基最大变形其水平位移均满足相关规范的要求，并结合相关经验，提出了相应的施工安全控制措施，为后续类似市政道路电力管线迁改施工风险评估提供一定的理论指导。

关键词：桥梁桩基；电力管线迁改；施工；安全评估；控制

1工程概况

为配合某高速公路清湖南段市政道路工程建设，将影响道路、桥梁及综合管廊建设施工的现状110kV腾民Ⅰ、Ⅱ线及110kV龙恒Ⅰ、Ⅱ架空线进行迁改处理。主要工程量包括：改建电缆沟3002m、新敷设1×800型号电缆4220m、1×1200型号电缆19150m、新建铁塔2座、拆除铁塔7座、拆除架空导线28.26t。本工程A50-A51段110m10kV电缆沟改110kV电缆综合沟，沿五和大道东侧人行道从某高速桥底穿越。改10kV电缆沟为110kV电缆综合沟，开挖宽度2.1m。施工区域为人行道，不存在占用机动车道情况。穿越桥底长度约45m，离桥墩距离0.3m，开挖深度2m。项目位置见图1。

2工程地质及水文地质

2.1工程地质

场地范围内揭露地层自上而下依次为：人工填土（素填土、杂填土、人工填石），其下为第四系新近湖积淤泥质黏土、全新统冲洪积粉质黏土、淤泥质土、砾砂，上更新统湖沼沉积淤泥质黏土，晚～中更新统坡积黏土，中更新统残积砾质黏性土，构造岩及燕山期全～微风化粗粒花岗岩。各岩土层的工程特性如下：①人工填土层：本线址揭露的人工填土层有素填土、杂填土、人工填石。素填土呈松散状或稍经压实，开挖后需进行承载力及变形验算，不能满足要求时需进行处理；杂填土及人工填石，呈松散状，未经处理不宜作为路基持力层，作为基坑开挖坑壁土体时，易坍塌。②第四系新近湖积淤泥质黏土层：本线址范围内零星分布。该层土属灵敏性较高的软土，土的工程性质差，开挖时易变形、滑塌，土的可挖性等级为Ⅰ级。该层失水固结后易造成地面发生沉降、建筑物开裂、倾斜。施工时应重点做好防护措施，充分注意该层较差的物理力学性质对工程的影响。③粉质黏土层：本线址局部有分布，呈可～硬塑状态，土的工程性质一般，开挖时可能产生变形、滑塌现象。就作为基底土层时需进行承载力及变形验算，不能满足要求时需进行处理。④砾砂层：本线址局部分布，为赋水地层，地层渗透性为弱～中等。施工时可能产生流砂现象，进而引发地面沉降，基坑开挖时，该层会出现基坑突涌、流沙、坑壁崩塌等现象，造成基坑坍塌等施工事故。开挖时应做好支护、支撑措施。砾砂层作为基底土层时需进行承载力及变形验算，不能满足要求时需进行处理。⑤坡积黏土、残积砾质黏性土、全风化岩：该层土承载力较高，变形小，土的工程性质较好，水理性质差，遇水易崩解，承载力降低，出现砂土性质，容易出现流沙、管涌现象。在无支撑开挖时可能出现崩塌、拱顶塌落的现象，开挖时应做好支护、支撑措施。小，工程力学性质较好，水理性质差，遇水后出现砂土性质，容易出现流沙、管涌现象。开挖时拱顶可能出现塌落、掉块现象，应做好支护、支撑措施。该层具较高强度，变形较小，厚度较大且较稳定，可作为桩基持力层。但遇水浸泡后易软化，强度降低。⑦中等风化粗粒花岗岩：该层地基承载力高，压缩变形小，工程力学性质较好。在岩石裂隙较发育，地下水较丰富，属较软岩。该层强度高，可以作桩基持力层，但局部埋藏深，岩面起伏大。⑧微风化粗粒花岗岩：该层地基承载力高，压缩变形小，工程力学性质较好。岩石裂隙稍发育，地下水较贫乏，属于较硬岩。该层强度很高，是良好的桩基持力层，但埋深大。

2.2水文地质

根据本工程沿线地下水赋存条件、含水介质及水力特征分析，地下水主要有第四系松散层中的孔隙潜水和基岩裂隙水两种。孔隙潜水：主要赋存表层第四系松散地层中，其主要含水层为填土层和砾砂层，水量丰沛，透水性好。孔隙潜水主要靠大气降水补给，水位因季节、降雨变化情况而有所变化。基岩裂隙承压水：基岩裂隙水发育程度、含水性、透水性，受岩体的结构和构造、基岩风化程度、裂隙发育程度、裂隙贯通性等影响。由于岩体的各向异性，加之局部岩体破碎、节理裂隙发育，导致岩体富水程度与渗透性也不尽相同。岩体的节理、裂隙发育地带，地下水相对富集，透水性也相对较好，反之亦然。总体上，基岩裂隙水发育具非均一性。基岩裂隙水主要赋存于岩石强、中等风化带中，全风化岩及土状强风化岩含水弱，富水性差，微风化岩的导水性和富水性主要受构造裂隙控制，具各向异性。另外，岩体破碎带含水量相对较丰富。根据本次勘察地表水试样水质分析结果，线路内地表水腐蚀性综合评定如下：对混凝土结构具微腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。

2.3110kV电力管沟开挖设计方案

本工程为110kV电力管沟开挖，开挖断面为宽2.1m，深2.0m，采用厚度20mm钢板支护，用φ100mm的钢支撑两侧钢板，立面每隔0.5m设置一道，平面每隔1.5m设置一道，其支护结构断面示意图见图2。

3评估政策依据

为加强涉路工程建设和管理，促进公路事业发展，保障公路工程可靠、运营安全，与环境协调，可持续发展，国家、交通部以及各级地方政府和相关行业部门颁布了一系列法律、法规和规范标准。与本项目安全性评估相关的主要法律法规和规范标准有：《广东省涉路工程许可安全技术评价办法》、2011年7月1日施行的《公路安全保护条例》《中华人民共和国公路法》《路政管理规定》《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）以及《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268—2008）。上述一系列的法律法规和规范标准中对市政道路电力管线迁改中所涉及的管线埋设深度、交叉角度、桥下穿越时周边桥墩的水平净距等，以及相关的设计和施工方案、技术评价报告、应急方案等评价标准都有明确的规定。

4电力管线迁改安全评估

秉承公正、客观、科学的立场，遵循“安全、经济”的原则，对110kV电力管沟开挖对某高速公路（东段）上碎石路分离式立交桥桥梁桩基安全性进行评估。

4.1周边环境分析

距离某高速公路（东段）上碎石路分离式立交桥桥墩最近约0.3m，该桥梁上部结构为4×20m装配式预应力混凝土空心板。半幅桥横向布置12片板，板高0.90m。下部结构桥墩采用三圆柱墩，灌注桩基础；桥台采用桩柱式桥台，灌注桩基础。管沟与桥墩示意图见图3。

4.2基坑开挖对桥梁桩基影响的评估分析

通过建立有限元模型计算基坑开挖前后桩顶位移变化情况，分析基坑开挖对桩基的影响。土层采用摩尔库伦弹塑性模型，建立有限元分析模型进行计算，模型宽度约30m，地层深度约30m，桩长20m，桩径1.2m。分析过程主要分为以下几个阶段：①初始地应力；②桩基施工（添加桥梁荷载）；③钢板桩施工；④开挖第一层土；⑤施做第一道支撑；⑥开挖第二层土；⑦施做第二道支撑，直至施做第三道支撑并开挖至基坑底。由于分析模型尺寸较大，仅截取基坑部分进行展示。桥梁桩基竖向位移云图见图4。

4.3分析结果

基坑开挖引起桥梁桩基最大水平位移为-2.0mm，最大沉降为-0.7mm，开挖后桥梁桩基水平向位移云图见图5。桥梁桩基变形计算结果见表2。

5施工安全控制措施

5.1变形控制要求根据不同规范及工程经验，结合本工程某高速公路（东段）上，20m桥跨碎石路分离式立交桥，位移控制指标如表3所示。

5.2加强现场监测及预警

5.2.1台风季节雨季风险监测及预警台风或强降雨天气要做好现场巡视、监测等工作，指派专人值班，及时掌握施工现场情况、现场监测以及巡视情况等，并在巡视过程中做好安全防护措施；增加现场监测频率，及时反馈监测信息，如有异常的情况及时发送预警，结合数据变化原因和辨别下阶段变形趋势进行分析，并提出相关施工建议；成立抢险应急小组，准备好设备、物资以及人员，加强信息反馈，保持应急状态，如有险情第一时间进入抢险现场，保障工程的安全。5.2.2施工过程风险监测及预警当在监测过程中发现险情时，应遵循“迅速、准确”的原则，及时通知业主和监理，并在第一时间组织和调动应急响应小组人员、设备、车辆到达工地现场采集数据，并组织相关专家对基坑的现况做出分析，采取合理的监测加密方案，并督促土建承包商采取相应抢险方案；指派有经验的监测人员驻现场，加大监测频率直到险情得到控制，危险解除，可以施工为止。

6结论

通过上述分析，本文根据某高速公路（东段）上碎石路分离式立交桥竣工资料、工程地质及水文地质资料以及110kV电力管沟开挖设计方案，通过有限元软件分析模拟基坑开挖对某高速公路（东段）上碎石路分离式立交桥桥墩影响。通过分析结果表明，桥梁桩基最大变形其水平位移为-2.0mm，沉降为-0.7mm，满足相关规范的要求。为此，针对此次施工安全风险评估提出以下两点建议：①施工阶段根据设计文件和本评估报告，制定专项施工方案、意外险情处置及应急预案，采取切实有效措施保障施工阶段桥梁结构的安全。②施工期间应加强桥梁桩基的变形监测，确保现场施工安全。

参考文献：

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[3]陈志敏，范长海，文勇，等.超浅埋隧道下穿管线沉降变形及控制基准研究[J]公路，2021（09）：371-378.

作者：王斌彬 单位：深圳高速工程检测有限公司