地下綜合管廊健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
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江蘇省連云港市徐圩新區(qū)地下綜合管廊臨海建設(shè)，位于典型的海相軟土場(chǎng)地，其工程性質(zhì)較差，且地下水具有一定的腐蝕性，這對(duì)管廊的后期運(yùn)營(yíng)提出了挑戰(zhàn)。為了確保運(yùn)營(yíng)的安全性，設(shè)計(jì)了健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)管廊艙體的橫向及縱向變形，對(duì)伸縮縫的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)軟土場(chǎng)地可能存在的不均勻沉降問(wèn)題，對(duì)管廊的扭轉(zhuǎn)變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。本健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以為類似工程提供參考。
一、管廊運(yùn)營(yíng)安全問(wèn)題分析
（一）管廊結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的普遍性問(wèn)題1.地下綜合管廊結(jié)構(gòu)滲漏由于地下綜合管廊變形縫設(shè)置過(guò)密、不均勻沉降等原因，致使地下綜合管廊運(yùn)營(yíng)期普遍出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。在國(guó)內(nèi)某綜合管廊建成后，在約50公里總里程內(nèi)發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)超過(guò)500個(gè)，嚴(yán)重影響綜合管廊的運(yùn)營(yíng)，同時(shí)也帶來(lái)了很大的安全隱患。長(zhǎng)期滲漏水會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剝落、風(fēng)化、可靠性降低，影響管廊的耐久性。此外，由于管廊內(nèi)敷設(shè)有各種類型的管線，包括有電纜、燃?xì)夤艿忍厥夤芫€，若管廊內(nèi)滲水嚴(yán)重可能會(huì)造成電纜短路的事故。若滲漏水中含有腐蝕介質(zhì)，還有可能造成燃?xì)夤艿榔屏训氖鹿?，?yán)重影響生產(chǎn)及人身安全。2.軟土地層管廊結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期變形軟土地層中的管廊在長(zhǎng)期使用中受到滲漏、施工擾動(dòng)、約束差異以及周邊環(huán)境變化等各種因素的影響，會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降。我國(guó)沿海一帶軟土分布廣泛，軟土地層中的管廊變形問(wèn)題已經(jīng)成為普遍遇到并亟待解決的問(wèn)題。
（二）徐圩新區(qū)管廊結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的主要問(wèn)題連云港徐圩新區(qū)處于富水軟土環(huán)境中，這種地質(zhì)具有蠕變特性，一般表現(xiàn)為流塑狀態(tài)，壓縮性高、土質(zhì)差，對(duì)地下綜合管廊后期沉降和結(jié)構(gòu)變形會(huì)造成較大影響。在此環(huán)境中，地下綜合管廊在長(zhǎng)期的自然環(huán)境和使用環(huán)境雙重作用下，結(jié)構(gòu)不均勻沉降的風(fēng)險(xiǎn)較大，這種結(jié)構(gòu)變形可直接導(dǎo)致管廊伸縮縫錯(cuò)臺(tái)、密封墊失效，從而發(fā)生滲漏水、內(nèi)部設(shè)備腐蝕等一系列后果。伸縮縫過(guò)度張開(kāi)或擠壓將損壞接縫處止水帶，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)滲漏水，甚至導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)碎裂。因此經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為，徐圩新區(qū)地下綜合管廊運(yùn)營(yíng)過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：1.地質(zhì)條件差，深厚淤泥層中長(zhǎng)距離管廊結(jié)構(gòu)易發(fā)生縱向不均勻沉降在徐圩新區(qū)地下綜合管廊一期工程中，最長(zhǎng)的江蘇大道地下綜合管廊長(zhǎng)度為8.4公里。管廊下方為淤泥層，雖然進(jìn)行了粉噴樁地基加固，但仍存在基礎(chǔ)不均勻的問(wèn)題，管廊結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中受周邊環(huán)境（如水位、動(dòng)荷載等）變化會(huì)發(fā)生縱向和橫向不均勻沉降問(wèn)題。此外，管廊周圍土體的自身變形或受人類工程活動(dòng)擾動(dòng)變形，也會(huì)對(duì)管廊的自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，造成管廊的局部不均勻沉降、管廊結(jié)構(gòu)單元之間相互上下錯(cuò)動(dòng)、左右傾斜等問(wèn)題。2.多艙管廊尺寸大，易發(fā)生橫向扭轉(zhuǎn)本項(xiàng)目管廊包括2艙、3艙、4艙，結(jié)構(gòu)橫向?qū)挾容^大，最大達(dá)到15.35米。結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性在淤泥質(zhì)土中與地基加固的均勻性、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的荷載分布以及環(huán)境影響有直接相關(guān)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生橫向不均勻沉降，從而使管廊結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，破壞止水設(shè)施。3.距離海邊較近，防水失效后引發(fā)結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題由于連云港徐圩新區(qū)位于海邊，距海岸線最近處只有3公里。海水的腐蝕作用很大，當(dāng)局部的防水失效后，海水腐蝕對(duì)管廊結(jié)構(gòu)耐久性有一定影響，從而影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對(duì)管廊內(nèi)管線的運(yùn)行都有很大的威脅。4.管廊滲漏管廊為線性結(jié)構(gòu)，全線大約按30米長(zhǎng)度設(shè)置一條伸縮縫，分縫較多。當(dāng)伸縮縫防水材料的彈性變形量不能適應(yīng)縫隙要求以及長(zhǎng)期使用導(dǎo)致伸縮縫防水材料老化失效等，都是導(dǎo)致管廊漏水的重要原因。管廊漏水將帶來(lái)一系列結(jié)構(gòu)病害風(fēng)險(xiǎn)。
二、健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容分析
（一）不均勻沉降監(jiān)測(cè)徐圩新區(qū)地下綜合管廊地質(zhì)條件較差，發(fā)生不均勻沉降的概率較大，這種結(jié)構(gòu)變形可直接導(dǎo)致管廊節(jié)段之間發(fā)生錯(cuò)臺(tái)，密封墊失效，從而引發(fā)滲漏水、內(nèi)部設(shè)備腐蝕等問(wèn)題。因此開(kāi)展不均勻沉降監(jiān)測(cè)具有非常重要的意義。不均勻沉降病害分布于管廊全線，也是淤泥質(zhì)黏土地層條件下管廊面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)，本次監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立“全線監(jiān)測(cè)”來(lái)準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)不均勻沉降的情況。
（二）伸縮縫變形量監(jiān)測(cè)伸縮縫變形是地下工程普遍面臨的病害之一，一般由結(jié)構(gòu)荷載變化、地基沉降、混凝土收縮與徐變等造成，伸縮縫過(guò)量變形會(huì)直接導(dǎo)致密封墊的防水作用減弱，且對(duì)管廊的結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生較大影響。針對(duì)伸縮縫變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)有利于把握管廊在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變形特征，在重大病害發(fā)生之前及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行修復(fù)。地下綜合管廊伸縮縫分布于工程全線，但全線監(jiān)測(cè)經(jīng)濟(jì)性較差，分析認(rèn)為，管廊伸縮縫過(guò)渡變形的位置一般發(fā)生在荷載突變、下穿工程等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處。因此，對(duì)該指標(biāo)僅開(kāi)展關(guān)鍵斷面的“重點(diǎn)監(jiān)測(cè)”，根據(jù)近期“全線監(jiān)測(cè)”的情況在遠(yuǎn)期進(jìn)行實(shí)施。
（三）斷面扭轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)徐圩新區(qū)地下綜合管廊斷面有2、3、4艙，橫向?qū)挾容^大，在6.55~15.53米之間，大斷面使管廊運(yùn)營(yíng)期易出現(xiàn)橫向沉降量不均，從而發(fā)生橫向扭轉(zhuǎn)，而扭轉(zhuǎn)會(huì)損壞地下綜合管廊內(nèi)部設(shè)備。因此，應(yīng)針對(duì)這一病害進(jìn)行監(jiān)測(cè)。與伸縮縫變形量的監(jiān)測(cè)方式類似，管廊斷面扭轉(zhuǎn)往往發(fā)生在風(fēng)險(xiǎn)較大的位置，如穿越道路、河流等，因此該項(xiàng)目也采取“重點(diǎn)監(jiān)測(cè)”，根據(jù)近期“全線監(jiān)測(cè)”的情況在遠(yuǎn)期進(jìn)行實(shí)施。
三、健康監(jiān)測(cè)工作布置
（一）監(jiān)測(cè)工作概況徐圩新區(qū)地下綜合管廊項(xiàng)目需要對(duì)150個(gè)全線接縫進(jìn)行沉降和張開(kāi)量監(jiān)測(cè)，共計(jì)需要300只位移傳感器，另外還需要對(duì)30個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，共計(jì)需要60只位移傳感器和30只高差計(jì)。本次健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)性和合理性考慮，僅考慮監(jiān)測(cè)項(xiàng)目超過(guò)警戒值對(duì)結(jié)構(gòu)危害大、發(fā)生概率高，且發(fā)生后需及時(shí)處理的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。具體包括不均勻沉降、伸縮縫變形量、斷面扭轉(zhuǎn)。對(duì)于結(jié)構(gòu)滲漏水，本次僅做接口預(yù)留，后期如有需要再補(bǔ)充相應(yīng)測(cè)點(diǎn)。全線監(jiān)測(cè)采用水平向和傾斜向兩個(gè)位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，均布設(shè)于管廊一側(cè)側(cè)墻中部，距底板距離約為1.6米，兩個(gè)位移計(jì)疊合安裝，其中一個(gè)水平9向布設(shè)，另一個(gè)傾斜約70°布設(shè)。疊合高差＞2毫米。
（二）安裝細(xì)則1.沉降和變形位移傳感器安裝布設(shè)沉降量和軸向變形監(jiān)測(cè)采取交叉式安裝，此安裝方式可同時(shí)監(jiān)測(cè)沉降與軸向的變形。圖1~3是管廊的斷面視圖形式，不論二艙結(jié)構(gòu)，還是三艙、四艙結(jié)構(gòu)，均在其一個(gè)側(cè)面安裝傳感器，既能有效監(jiān)測(cè)管廊的結(jié)構(gòu)變形與沉降，又不影響主要管道設(shè)施的布設(shè)與分布，同時(shí)也降低了監(jiān)測(cè)傳感器及傳輸光纜的安裝與敷設(shè)。圖4為安裝細(xì)節(jié)圖。2.伸縮縫張開(kāi)量位移傳感器布設(shè)沿著管廊方向敷設(shè)的位移傳感器可有效監(jiān)測(cè)其目前是處于脫節(jié)或加壓狀態(tài)。如圖5~7所示，位移傳感器分別安裝在頂面和側(cè)面，不論是軸向拉伸或壓縮，還是縱向錯(cuò)位，均可有兩個(gè)位置的傳感器監(jiān)測(cè)到。具體安裝如圖8，通過(guò)兩端的定位卡分別將位移傳感器固定與側(cè)壁和頂面，傳感器保持水平安裝，安裝時(shí)盡量保持與安裝面平行。3.斷面扭轉(zhuǎn)高差計(jì)布設(shè)管廊的斷面扭轉(zhuǎn)采用高差計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其安裝分布如圖9~11所示，在管廊最邊上的兩壁上分別安裝一個(gè)高差計(jì)，當(dāng)斷面發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)高度差。高差計(jì)安裝時(shí)與管廊走向保持水平，安裝好以后要重新調(diào)節(jié)，使得在靜態(tài)時(shí)高差計(jì)的測(cè)量結(jié)果為0。圖12為安裝細(xì)節(jié)圖。地下綜合管廊的建設(shè)在我國(guó)方興未艾，各種建設(shè)技術(shù)均在不斷發(fā)展更新中，本文以連云港市徐圩新區(qū)地下綜合管廊為例，針對(duì)海相軟土場(chǎng)地的特殊條件，設(shè)計(jì)了管廊健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為管廊的運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航。
作者：賈秉志 徐聆溪 胡仿銳 單位：江蘇方洋集團(tuán)有限公司
