论拖拉管施工对城市已有基础设施的影响及保护措施

论拖拉管施工对城市已有基础设施的影响及保护措施

朱兵华、李再彪

（武汉市市政建设集团有限公司 湖北武汉 430000）

摘要：随着当前城市基础建设力度进一步加大，拖拉管施工的应用更加广泛，但拖拉管施工对城市已有基础设施可能造成破坏的潜在风险也不容忽视。作者结合拖拉管下穿武汉市发展大道高架桥的实例，对拖拉管施工对城市已有基础设施的影响及保护措施进行了总结。

关键词：拖拉管；影响；保护措施

1、工程概况

武汉赵家条220kV输电线路沿中一路向东走行下穿京广铁路涵洞后横穿发展大道，结构为（12+2）*250电力专用管群。该工程对缓解武汉市汉口部分中心城区供电”卡口”问题和改善武汉电力管网建设具有重要作用。武汉市发展大道地处繁华的武汉市主干道，为了不影响城市交通，克服施工工期紧张，根据设计要求及现场实际情况，横穿发展大道高架段采取拖拉管方式施工。

2、施工准备

进场后调查拖拉管施工范围内地上、地下条件，地上条件包括地形地貌、邻近建筑物及道路，地下条件包括地下管线、地下水、地质结构等，摸查清楚后才能进行施工。

3、影响分析及保护措施

3.1拖拉管下穿发展大道保证桥梁安全的施工措施

3.1.1拖拉管与桥梁桩基的位置关系

本拖拉管工程下穿发展大道高架，拖拉管中心距离发展大道桥墩最小间距为8.5m，工作井与桥墩的最小间距为16.64m。

拖拉管埋深在发展大道高架桥段落最大埋深约9.0m。竖直方向上，拖拉管与桥墩的相对位置关系见下图。

图1 拖拉管穿发展大道高架桥剖面图

参照水平定向钻进管线铺设工程技术规程，拖拉管铺设管线与建筑物水平距离不小于1.5m，本项目满足要求。

3.1.2 拖拉管施工对桥梁桩基的影响分析

（1）地质条件

根据收集到的发展大道地质资料，拖拉管主要穿越土层为：①-1杂填土。③-1淤泥质粉质黏土夹粉土。

（2）拖拉管引起地表及桩基变形原因分析

拖拉管成孔过程中引起土体损失、钻进及回拖过程中正面推力及摩擦力等因素对周边土体的扰动是引起地表及周边建构筑物变形的主要原因。

1）土体损失。由土体开挖卸荷引起周边土体坍塌松动，并向周边扩散衰减。

2）拖拉管挤土。钻进及回拖时与扰动前开挖面水土压力难以达到平衡，不可避免出现超欠挖。正面推力引起土体坍塌或挤压，并向周边扩散衰减。

3）摩擦力。施工过程中与周边土体相对运动趋势不同，继而产生摩擦力，导致周边土体移动，扰动土体。

发展大道高架桥桥梁桩基为摩擦桩，拖拉管施工引起桩周土体的松动降低桩基的承载能力。土体开挖引起的土体扰动效应可粗略按下图判断。下图表明，桥墩基础位于其卸荷扰动区之外，土体扰动对桥梁基础影响很小。由于桥梁采用群桩基础，其水平方向抗推刚度较大，桩基主要承受竖向力，桩基位于其卸荷扰动区外，拖拉管开挖对桩基桩摩阻力的发挥无太大影响。且发展大道高架桥已通车多年，基础沉降已趋于稳定，桩顶小区域的扰动对于整个桥墩基础的影响较弱。

由于拖拉管距离发展大道高架桥较近，为确保拖拉管施工过程中发展大道高架桥的墩顶水平位移、基础变位和沉降在安全范围之内，拟对拖拉管下穿发展大道高架桥制定相应的施工技术措施，并加强拖拉管下穿桥梁区域过程中对墩顶水平位移、基础水平位移及沉降的监控量测。

3.1.3 拖拉管下穿发展大道高架桥施工措施

（1）根据地质情况选用适宜的泥浆粘度

泥浆粘度应能确保孔壁稳定，并能将钻屑携带至地表，根据收集到的地质资料，拖拉管在三环线高架桥段落的主要地层为①-1杂填土，③-1淤泥质粉质黏土夹粉土，参考相关技术规程，对相关地层参照采用下表泥浆粘度。泥浆PH值控制在8~10，钻进过程中保持稳定的泥浆环流。

表1 泥浆粘度表

钻进液回收、循环利用时，从钻孔中返回的钻进液首先要经过泥浆沉淀池或泥浆净化设备处理，达到使用性能要求后才能重新使用。其中，处理后的钻进液含沙量应小于3%。

（2）发展大道高架桥段落位于钻进过程中的水平段，进入水平段采用轻压慢转，减少对土层的扰动。根据地层变化和钻进深度，适时调整钻进参数。在导向过程中，密切注意钻进过程中有无扭矩、钻压突变、泥浆漏失等异常情况，发现问题立即停止施工。待查明原因，并采取相应措施后，方可施工。在导向过程中，要做好深度和角度、方向角的记录。

（3）反向扩孔及孔的改善。

为防止地面沉降，扩孔采用均匀旋转回拉和泥浆射流相结合的方法。这样，既能保证扩孔孔壁的厚度，又能排出过多的泥土；既能达到顺利回拉铺管的目的，又能保证铺管之后被挤压的泥土在应力的作用下自然回填，使孔内不留下空隙， 地面不发生沉降。扩孔时，应使用根据地层实际情况配置的泥浆，确保孔壁稳定，泥浆流动顺畅。当第一级扩孔时，减慢扩孔速度，同时减小泵压，增大转速。扩孔完成后，再用DN1500清孔器对孔进行一次清孔处理，以排出孔内多余渣土，对成孔内壁做进一步稳固。在回扩过程中，要做好施工原始记录。记录内容包括：钻进时间，扭矩、拉力，泥浆泵压力、土质情况等。在回扩过程中，还要密切注意钻进过程中无扭矩、钻压突变等异常情况，发现问题即停止施工，待查明原因，并采取相应措施后，方可施工。

（4）回拖

在回拖过程中，密切注意孔内情况，钻机操作手应密切注意钻机回拖力、扭矩的变化。回拖应平稳、顺利，禁止蛮拖。管材要一次性拖入已成形的孔洞中，中途尽量避免停顿，减少回拖的阻力。并做好回拖拉力、扭矩等原始数据的记录工作。

（5）压浆

注浆施工需确保浆液将管道周边空隙填充密实，如果从管内压浆孔加固效果不好，可采用从地面打孔的方法压浆固结。

（6）（12+2）*250电力管群拖拉管若一次扩孔施工，成孔直径约1.5m。为了减少大孔径拖拉管施工对路面及桥梁结构的影响，分两孔施工，成孔直径0.8m。

3.1.4 发展大道高架桥监控量测方案

拖拉管施工对土体是一个持续的扰动过程，为确保高架桥的安全，可对敏感点进行重点监测，选取与施工管道距离最近的高架桥桥墩的墩顶水平位移及基础变位作为重点监测对象。

墩顶水平位移限值可参考《地铁设计规范》(GB50157-2013)的规定，顺桥向为min(5√L,25)=25mm，横桥向为min(4√L,20)=20mm。由于墩顶水平位移限值包含了桥梁运营引起的位移，因此确定墩顶水平位移限值时，偏安全取上述计算值的1/2。

现行公路规范对桥梁基础变位无明确要求。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）要求，地面处桩基水平方向容许位移值为10mm，对水平方向位移要求较高的结构物取为6mm。桥梁工程从严控制，取桥墩基础处的水平位移限值为6mm。为避免监控埋设点开挖，将承台底（桩顶）监测点上移至桥墩上，偏安全地不考虑桥墩在运营中产生的水平力作用下的挠曲变形，即将墩底的水平位移限值也取为6mm。由于桥梁采用群桩基础，且桩长较长，拖拉管又是从桩基侧面穿过桥梁，因此将基础沉降列为可选监测项目。

1、监测内容

（1）桥墩沉降监测；

（2）桥墩倾斜监测。

2、监测时间

在管线开始穿越之前，至水平位移和沉降达到稳定为止。

3、监测频率

水平段穿越桥梁期间1次/h，其余时段每天3次/d，基本稳定后1次/3d，每次观测应有3~5次稳定读数。

4、监测预警值

除了每次监测数据及时反馈施工控制中心，当出现下列情况时应进行预警和报警。

表2 桥墩水平位移预、报警值

5、监测点布置

（1）墩底（基础顶）水平位移、沉降监测点：为了减少桥梁运营引起的桥墩变形对监测结果的影响，监测点应尽量靠近承台。因此将本项目将监测点布置于距离地面50cm范围内的桥墩上，左、右墩柱上各一个，如下图所示A、B点。监测点安装可采用冲击钻钻孔，孔经冲洗后用水泥浇筑钢质标志，也可用强力粘胶粘贴。

（2）墩顶水平位移监测点：纵向水平位移监测点（下图中C、D点）位于左、右墩柱顶，布置在靠近拖拉管一侧。横向水平位移监测点（下图中E、F点）左、右墩柱各一个，位于墩柱侧面中心线上。

图2 桥墩位移监测点布置图

6、监测方法

变形测量按照《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）中的规定进行，变形测量等级按一等或二等。

基准点布设：

（1）在施工影响范围之外埋设基准点，沉降监测时以建设单位提供的水准点作为高程基准点，每个设施布设3 个沉降基准点。

（2）工作基点布设应避开高层建筑物及大型基础建筑等基础不稳定区，且必须在地下管线施工影响范围以外，为缩短稳定周期，工作基点宜布设于建成年代较久且稳定的建筑物上，即采用墙水准的布设方式，根据现场情况也可埋设浅埋钢管水准标石。

（3）定期对基准点进行检测，数据发生异常时及时联测基准点。

沉降观测：

沉降观测采用闭合水准环线测量方法，具体如下：

（1）利用基准点、工作基点对设施观测点进行连续2次联测，取2次平均值作为观测点初始值。

（2）进行周期性沉降观测时，利用一固定的工作基点对设施所有观测点进行闭合路线测量，以取得一系列数据。

（3）对沿线水准控制网进行周期性的复测工作，以便观测数据能够真实、客观地反映道路设施实际的沉降变形情况。

（4）对于特别重要的监测点，在施工影响范围外使用激光定点照射控制点，由专人巡视，如发生点位光斑偏移，立即采取措施。

水平位移观测：

水平位移监测计算原理见图3。AB为基准线，A为测站点；ZQS-1为水平位移监测点；S为首次观测的距离，以后不再观测，作为固定值；R为观测的角度；L为每次计算得到的监测点到基准线的距离。计算公式为：L=S·sinR。

图3 水平位移监测计算原理图

变形测量也可按照《建筑变形测量规范》中的规定其他测量方法。

4、总结与建议

拖拉管施工与传统管道施工方法相比有着避免开挖、施工方便、工期快、对交通、环境影响小等优点，在现代市政工程工期紧、施工外部环境复杂等特有的条件下，无疑会发挥更广泛的作用。在拖拉管施工施工前应对现场环境作深入具体的调查，保护措施应有很强的针对性、实用性、可操作性，高度重视监控量测工作，让拖拉管工程在进度、质量、经济、安全等方面得到有效管理和控制。

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