深基坑开挖对邻近次高压燃气管变形监测分析_李衍航.pdf

广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年3月第30卷 第3期MAR 2023Vol.30 No.3DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.03.025作者简介：李衍航（1984-），男，硕士研究生，高级工程师，主要从事工程检（监）测工作。E-mail：0引言随着我国经济迅速崛起，城市建设规模与建筑高度呈几何式增长，城市地下空间应用也随之向大体量与深基础发展1，基坑对周边环境的影响显得尤为突出。基坑开挖不可避免的造成周围土体的滑动或位移，地下管线也随之受到影响发生位移，严重时会使管线变形过大从而发生破坏现象2。近年来，燃气管线泄漏后可燃气体扩散至地下空间发生爆炸事故时有发生，对区域公共安全造成了较大威胁。2020年深圳市修订了 深圳市燃气条例3，条例中明确了在燃气管道安全保护范围内建造建筑物、构筑物或者从事打桩、挖掘、顶进、爆破以及其他可能影响燃气管道及设施安全的作业，建设单位应当会同施工单位与燃气企业签订燃气管道及设施安全保护协议，并由燃气企业指派技术人员进行安全保护指导。建筑基坑工程监测技术标准：GB 5049720194中规定了一至三级土体基坑影响范围内管线沉降为应测项目，可知基坑施工过程中管线沉降监测的重要性。本文结合深圳某深基坑周边燃气管线沉降监测案例，通过对管线沉降预警前后及相关周边监测项目数据联合分析，并针对预警区域进行的空洞勘探5和管线应力检测6进一步相互验证，有效验证了监测数据的准确性，确保了管线安全，预防了事故的发生，为类似工程的设计、施工提供科学价值的经验。1工程概况1.1工程情况本基坑支护总长约为766 m，支护面积约37 380 m2，开挖深度最大为17.25 m，采用明挖顺作法施工，南侧分布有燃气、雨水、电信、污水管线，且燃气管线有两条分别为次高压和中压，离基坑约4.75 m。南侧结构剖面如图1所示。1.2地质条件根据勘察结果，工程场区地面以下地层按其沉积年代及工程性质可分为5类：层人工堆积层，厚约为3.1 m；层第四系全新统冲洪积层，层厚约为2.1 m；层第四系上更新统冲洪积层，层厚约为6.8 m；层第四系残积层，厚约为6.1 m；层早白垩系燕山四期粗粒花岗岩。燃气管线埋深约 3 m，位于杂填土层。根据勘察报告各岩土层力学参数建议值如表1所示。1.3水文条件本项目地下水埋深0.44.0 m，水位标高为58.1164.99 m，年变化幅度为23 m，含水层主要为砾砂层深基坑开挖对邻近次高压燃气管变形监测分析李衍航，黄坤，周才文（深圳市房屋安全和工程质量检测鉴定中心深圳518000）摘要：为了研究深基坑开挖对邻近管线的影响规律，以深圳某深基坑开挖对临近次高压燃气管的变形为研究载体，运用沉降监测及空洞勘探和管线应力检测手段得出管线的变形状况，再结合基坑的施工工期及其他监测项目数据进行综合分析，得出以下结论：管线监测点的正确埋设方法；管线监测在深基坑施工的重要性；基坑监测各项目具有一定的关联性；管线沉降的原因主要是施工和土质影响；基坑的变形具有阶段性特征。关键词：深基坑；管线沉降；空洞勘探；管道应力检测中图分类号：P258文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）03-107-05Monitoring and Analysis of Deformation of Adjacent Sub High Pressure Gas PipeMonitoring and Analysis of Deformation of Adjacent Sub High Pressure Gas Pipeduring Deep Foundation Pit Excavationduring Deep Foundation Pit ExcavationLI Yanhang，HUANG Kun，ZHOU Caiwen（Shenzhen Building Safety and Construction Quality Testing and Appraisal CenterShenzhen 51800，China）AbstractAbstract：In order to study the influence law of deep foundation pit excavation on adjacent pipelines，taking the deformation of adjacentsub-high-pressure gas pipelines caused by a deep foundation pit excavation in Shenzhen as the research carrier，the deformation of pipelinesis obtained by means of settlement monitoring，cavity exploration and pipeline stress detection.Combined with the construction period offoundation pit and other monitoring project data，the following conclusions are drawn：the correct embedding method of pipeline monitoringpoints；the importance of pipeline monitoring in deep foundation pit construction；the foundation pit monitoring projects have certain relevance；the main reasons of pipeline settlement are construction and soil influence.The deformation of foundation pit has stage characteristics.Key wordsKey words：deep foundation pits；pipeline settlement；cavity exploration；pipe stress detection107李衍航，等：深基坑开挖对邻近次高压燃气管变形监测分析MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期及强中风化层，主要接受大气降水、地表水垂向补给，主要以大气蒸发、地下径流方式排泄，地下水动态受大气降水量的大小的影响较大。2监测数据分析2.1监测预警值根据 建筑基坑工程监测技术规范：GB 5049720097的要求及设计单位提供的预警值，本工程的监测预警值如表2所示。2.2管线监测点埋设本基坑的周边管线沉降点共有间接法、直接法两种埋设方法，其中间接法是在管线上方需采用抽芯方式布设，抽芯孔直径约120 mm，深度50 mm，先将测点钢筋埋入孔内深度约80 cm，并保证钢筋低于路面1015 mm。然后用细沙石将护壁套管与测点钢筋之间的空隙填充、夯实，并保证细沙石面低于测点钢筋，最后加上保护盖，确保不影响道路行车，布点示意图如图2所示，共埋设11个；直接法是采用定制的抱箍将测杆直接固定于燃气管之上，布点示意图如图2所示，共埋设4个，本基坑管线沉降监测点埋设在管线节点之上，间距约为25 m。2.3监测结果分析2.3.1管线沉降数据分析基坑南侧燃气管线在施工期间变形严重，故对基坑南侧监测数据进行分析。根据设计及现场监测点埋设数量及位置情况（见图3），其中点号为GX的监测点是初始埋设的间接监测点，点号为X的监测点是中期管线预警后增设的直接监测点。从图4可以看出基坑南侧管线发生较大沉降，根据现场施工进度结合监测数据情况可分为3个阶段：基坑施工前期数据的稳定期，在基坑施工前期（2019 年 1 月 4 日2020年1月15日）管线沉降数据虽然处于下降趋势但是变形较为缓慢，沉降量最大的监测点为G09下降20.58 mm，未超预警值，此段时间现场工况为支护桩及土方开挖中（开挖深度为06 m），未见土体干扰及支护桩侧壁漏水情况。图1基坑南侧结构剖面Fig.1Structural Cross-sectional View of the South Sideof the Foundation Pit（mm）杂填土黏土砂砾3100砾质黏性土全风化粗粒花岗岩210068008100民康路3100 210066.500m安全护栏用地红线支护边线地下室外轮廓线200厚挡板柱顶冠梁1.21.0m65.300m污水雨水雨水燃气电信腰梁8001000支撑梁10001000腰梁10001000支撑梁1000120049.250m基坑底标高排水沟咬合桩素桩1.2m1.8m嵌入坑底以下4m咬合桩素桩1.2m1.8m嵌入坑底以下10m立柱桩1.0m嵌入坑底以下13m（在设计嵌固长度范围内如遇中微风化岩入岩0.5 m即可终孔）55.300m61.000m50050005400630017250表1各岩土层力学参数建议值Tab.1Suggested Values for Mechanical Parameters of Each Rock and Soil Layer地层名称及成因代号杂填土黏土粉细砂砾砂砾质黏性土粗粒花岗岩层号1121234岩土状态松散可塑稍中密稍中密可塑硬塑全风化强风化中风化微风化容重/kNm-318.318.518.619.618.620.521.025.026.0粘聚力c/kPa616-202632-内摩擦角/12122028182425-粘聚力ccu/kPa1020-22-内摩擦角cu/1512-20-岩土与锚固体极限粘结强度标准值qsik/kPa205560190701202609001 500表2监测预警指标Tab.2Monitoring and Early Warning Indicators序号1234监测项目桩顶竖向位移地下水位周边道路沉降刚性压力管道沉降累计值/mm预警值163 0002824控制值203 5003530变化速度/mmd-1350033图2管线沉降监测点埋设示意图Fig.2Schematic Diagram of the Buried MonitoringPoint of Pipeline Settlement间接监测点直接监测点间接测点地下管线土体混凝土108广东土木与建筑MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期 基坑开挖时的数据骤降期，在施工中期（2020年1月15日2021年4月15日）管线沉降数据急剧下降，沉降量最大的间接监测点为G08，下降129.43 mm，已超控制值，直接法监测点于2020年9月19日采集初始值，截止2021年3月29日沉降量最大的监测点为X09，下降了34.50 mm，此段时间现场工况为土方开挖中（开挖深度为6.0017.25 m），发现支护桩侧壁有明显漏水情况。基坑底板封闭后的数据稳定期。在基坑施工后期（2021年4月15日后），由于底板封闭后形成封闭环境，沉降数据较为稳定，沉降量最大的间接监测点为 G08，下降 119.66 mm，已超控制值，但与基坑开挖时相比，沉降累计增量上升9.77 mm，直接法监测点沉降量最大的是 X09，下降 26.49 mm，沉降累计增量为上升8.01 mm，可以知道该时段的数据趋于平缓，数据增量较小，此段时间现场工况为基坑底板施工完毕后，未见土体干扰及支护桩侧壁漏水情况。通过以上数据可以看出管线从开挖期时变形开始加剧，数据超过设计预警值，底板施工完毕后变形累计量较大，但变形趋势减小。2.3.2周边监测项目数据分析根据设计及现场监测点埋设数量及位置情况，如图5所示，其中点号为SW的监测点是地下水位，点号为WY的是坑顶竖向位移监测点，点号为D的是周边道路监测点。从图6图8可以看出基坑南侧整体已发生较大变形。在3个阶段变形情况分别如下所示：基坑施工前期数据的稳定期，在基坑施工前期（2019年1月4日2020年1月15日）各项数据较为稳定，地下水位沉降量最大的监测点为 SW03，下降图3南侧管线监测点平面布置Fig.3Layout of the Monitoring Point of the South Pipeline图4管线沉降时程变化曲线Fig.4Pipeline Settlement Time Course Change Curve直接法间接法2020-9-19-25.0-5.00.0累计沉降量/mm日期X06-20.05.0X072020-11-8-15.0X08-10.0X092020-12-28-40.0-35.02021-2-16-30.02021-4-7 2021-5-27 2021-7-16 2021-9-4 2021-10-242021-12-132019-1-4-20.00.0累计沉降量/mm日期G08-80.020.0G092019-5-4-60.0G10-40.0G112019-9-1-140.0-120.02019-12-30-100.02020-4-8 2020-8-26 2020-12-24 2021-4-23 2021-8-21 2021-12-19图5南侧监测点平面布置Fig.5Floor Plan of the Monitoring Point on the South Side图6地下水位时程变化曲线Fig.6Temporal Change Curve of Groundwater Level2019-5-19-2000.00.0累计沉降量/mm日期SW022000.0SW032019-8-17SW04-4000.02019-11-15-14000.02020-2-13 2020-5-13 2020-8-11 2020-11-92021-2-72021-5-8 2021-8-6-6000.0-8000.0-12000.0-10000.0图7桩顶竖向位移时程变化曲线Fig.7Vertical Displacement Time Course ChangeCurve of Pile Top2019-6-410.00.0累计沉降量/mm日期WY0120.0WY022019-8-18WY03-10.02019-11-12020-1-152020-3-302020-6-132020-8-272020-11-102021-1-242021-4-9-20.0-30.0WY04 WY05 WY06 WY07 WY082020-11-202021-6-232021-9-6图8地表沉降时程变化曲线Fig.8Surface Settlement Time Course Change Curve2019-1-40.0累计沉降量/mm日期D08D092019-5-4D10-40.02019-9-1 2019-12-30 2020-4-28 2020-8-26 2020-12-24 2021-4-23-20.0-60.0D11D12D132021-12-192021-8-21-100.0-80.0-120.0-140.0-160.0109李衍航，等：深基坑开挖对邻近次高压燃气管变形监测分析MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期4 666 mm，超预警值3 000 mm，坑顶竖向位移沉降量最大的监测点为 WY07，下降 5.9 mm，未超预警值，周边道路沉降量最大的监测点为 D11，累计沉降19.41 mm，未超预警值。基坑开挖时的数据骤降期，在施工中期（2020年1月15日2021年4月15日）开挖深度为7 m，数据变化变形较大，地下水位沉降量最大的监测点为SW03，下降10 850 mm，超预警值，坑顶竖向位移沉降量最大的监测点为WY05，下降24.2 mm，超预警值，周边道路沉降量最大的监测点为D09，下降139.03 mm，超预警值。基坑底板封闭后的数据稳定期。在基坑施工后期（2021年4月15日后）数据变化较为稳定，相对于基坑开挖期时数据增量较小，地下水位沉降量最大的监测点为SW03，下降10 810 mm，超预警值，坑顶竖向位移沉降量最大的监测点为WY06，下降21.5 mm，超预警值，周边道路沉降量最大的监测点为D09，下降131.78 mm，超预警值。通过以上各项数据可知各监测项与燃气管线的变形存在趋同性，且与基坑的施工工期紧密相关，体现出基坑施工中的时空效应。3空洞勘探及管道应力检测分析3.1空洞勘探及分析3.1.1勘探设备及方法在管线沉降监测点预警后现场于2020年8月30日，对变形较大燃气管埋设所在区域进行了空洞勘探，空洞勘探采用仪器是 HPTEM18 型高精度瞬变电磁系统，使用了瞬变电磁法进行勘探。在基坑南侧测区内布置了5条等值反磁通瞬变电磁剖面测线。3.1.2勘探结果测区内共布置5条测线，勘探数据情况如图9所示。图9中横坐标表示测线里程，纵坐标为反演深度，其中蓝色系代表低阻、红色系代表高阻。从勘探数据来看测线整体表层视电阻率较低，按深度往下呈增长趋势。红色框选区域存在等值线下凹趋势，测区内较多区域地下存在空洞及土体松弛现象。3.1.3勘探结果结合监测数据分析将等值反磁通瞬变电磁反演曲线与管线沉降数据结合分析，结果如下：第一个位置是里程2230区域，该区域埋设有管线监测点G11，在进行勘探时沉降数值为-25.44 mm，超出设计预警值24 mm；第二个位置是里程 5664 区域，该区域埋设有管线监测点G10，在进行勘探时沉降数值为-56.70 mm，超出设计预警值24 mm；第三个位置是里程8896区域，该区域埋设有管线监测点 G09，在进行勘探时沉降数值为-69.54 mm，超出设计预警值24 mm；第四个位置是里程120128区域，该区域埋设有管线监测点G08，在进行勘探时沉降数值为-76.66 mm，超出设计预警值24 mm。通过数据结合分析可以看出管线沉降较大区域下方较多区域存在水土流失现象，周边形成土体松弛区，管线沉降监测数据与空洞勘探结果表现一致性。3.2管道应力检测及分析3.2.1监测设备及方法在管线沉降监测点预警后，现场于2020年10月27日对基坑南侧次高压燃气管线进行了开挖及管道应力检测，管道应力检测采用了爱斯特应力技术有限公司研发的DD-12 型应力检测仪，使用了X射线衍射法进行应力检测。在基坑南侧选取3个坑位。3.2.2检测结果分析由图14可知测区内共布置3个测坑，主要检测管道的应力，检测结果如表3所示。根据13号坑的检测结果数据表明，平均轴向应力分别为-352 MPa、-256 MPa、237 MPa，根据 输气管道工程设计规范：GB 5025120158，可知该基坑工程为四级地区，强度设计系数取0.3，管道材质为L360，其下屈服极限为 360 MPa，安全应力值为 108 MPa以下，由检测结果可知3个测坑都超过了管道的安全应图9等值反磁通瞬变电磁反演曲线Fig.9Equivalent Antimagnetic Flux TransientElectromagnetic Inversion Curve12线35线推测异常位置-4-13深度/m-1-10-7816112024104里程/m324048566472 8088961281201441361522201501080-4深度/m-1-10-7816112024104里程/m324048566472 80889612812014413615222015010801线2线推测异常位置-3深度/m-15-9816112024104里程/m32 40 48 56 64 72 80 88 9612812014413615238034020601401002201803002603线（民康路）-3深度/m-15-9816112024104里程/m32 40 48 56 64 72 80 88 961281201441361524线（民康路）-3深度/m-15-9816112024104里程/m32 40 48 56 64 72 80 88 961281201441361525线（基坑旁）表3管道应力测试结果Tab.3Pipe Stress Test Results测坑号1号坑2号坑3号坑平均轴向压应力/MPa-352-265-237弯曲拉应力/MPa8114355局部最大压应力/MPa-413-440-283110力值，其中1号坑更是接近下屈服极限值。3.2.3检测结果结合监测数据分析将同时段管道应力测试结果与管线沉降数据结合分析，结果如下：1号坑位置管线监测点为G11，在进行检测时沉降数值为-33.98 mm，超设计预警值24 mm，该区域处于不均匀沉降区域，即上弯与下弯的交界处，所以沉降数据虽然较小但应力较大；2号坑位置管线监测点为G10，在进行检测时沉降数值为-68.89 mm，超设计预警值24 mm，该区域由于对管道区域进行了袖阀管注浆出现局部上弯及轴向受压，3号坑位置管线监测点为G09，在进行检测时沉降数值为-85.16 mm，超设计预警值24 mm，该区域由于对管道区域进行了袖阀管注浆出现局部上弯及轴向受压。通过数据结合分析可已看出次高压燃气管道已发生整体沉降，土体由东向西存在下滑趋势，局部有上弯趋势。管线沉降监测数据与管道应力检测结果相符。4结论论文以深圳某基坑为例，研究了深基坑开挖对临近次高压燃气管线沉降的影响，得出结论如下：管线监测点在条件允许前提下应采用直接法埋设，监测点可使用抱箍或检查井，不允许位置方可采用间接法埋设，埋设位置应在管线的节点、转折点、变坡点、变径点，埋设间距应在1525 m之间；本基坑在管线沉降数值超过设计预警值后采取了空洞勘探及管道应力检测佐证了监测数据，说明管线监测数据真实反映出管线的变形情况，在管线沉降监测指标超限后现场采取了袖阀管注浆、管道切割释放应力等措施，保障了管道的安全，由此可以看出管线沉降监测对指导后续施工有着至关重要的作用；从本基坑南侧的各监测项数据来看同一剖面各监测项的变形具有一定的关联性和同步性；通过空洞勘探及管道应力检测的结果来看，次高压管线沉降较大位置下方有不良地质与周边基坑开挖是构成沉降的主要因素，目前管线的应力已接近极限值，与沉降监测结果相符；将变形时间及变形量联合分析可以将基坑变形可以划分为3个不同时间段，基坑施工初期变形量变形较小；基坑施工中期变形量较大，施工后期封闭底板后变化量较小，需要在基坑施工中期密切关注基坑变形，提前做好安全预案，保障基坑安全。参考文献1 李衍航，谢晓沐，林希贤.建筑深基坑复合支护体系监测控制分析 J.广东土木与建筑，2019，26（9）：39-42.2 周晋.基坑开挖对邻近建筑物影响的数值分析 J.水利与建筑工程学报，2014，12（5）：162-166.3 深圳市人民代表大会常务委员会.深圳市燃气条例 EB/OL.（2020-07-06）2020-08-28.https：/ 建筑基坑工程监测技术标准：GB 504972019 S.北京：中国计划出版社，2019.5 阎述，傅君眉，李正斌.瞬变电磁法探测地下空洞体的有效性 J.煤田地质与勘探，1999，27（2）：64-68.6 贺肖.数字X射线技术在压力管道检测中的应用 J.建筑工程技术与设计，2018（10）：655-656.7 建筑基坑工程监测技术规范：GB 504972009 S.北京：中国计划出版社，2009.8 输气管道工程设计规范：GB 502512015 S.北京：中国计划出版社，2015.广东土木与建筑MAR 2023 Vol.30 No.32023年3月 第30卷 第3期广东土木与建筑 关于投稿方式的通知为了规范审稿流程，提升审稿效率，同时更便于作者投稿、询稿，广东土木与建筑 编辑部于2019年1月1日起正式启用“期刊在线采编系统”，请作者在中国知网本刊采编平台（http：/）首页点击“作者投稿系统”，注册账号登录后进行在线投稿，并可在线实时查询稿件处理状态。自2019年1月1日起，本刊不再接受邮箱投稿。特此通知。111