【系統(tǒng)設(shè)計論文】地下綜合管廊健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研究

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1、【系統(tǒng)設(shè)計論文】地下綜合管廊健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研究 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地，其工程性質(zhì)較差，且地下水具有一定的腐蝕性，這對管廊的后期運營提出了挑戰(zhàn)。為了確保運營的安全性，設(shè)計了健康監(jiān)測系統(tǒng)，對管廊艙體的橫向及縱向變形，對伸縮縫的變形進行監(jiān)測，并對軟土場地可能存在的不均勻沉降問題，對管廊的扭轉(zhuǎn)變形進行了監(jiān)測。本健康監(jiān)測系統(tǒng)可以為類似工程提供參考。 一、管廊運營安全問題分析 （一）管廊結(jié)構(gòu)運營過程中的普遍性問題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)置過密、不均勻沉降等原因，致使地下綜合管廊運營期普遍出現(xiàn)滲漏

2、現(xiàn)象。在國內(nèi)某綜合管廊建成后，在約50公里總里程內(nèi)發(fā)現(xiàn)滲漏點超過500個，嚴重影響綜合管廊的運營，同時也帶來了很大的安全隱患。長期滲漏水會導致結(jié)構(gòu)剝落、風化、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、燃氣管等特殊管線，若管廊內(nèi)滲水嚴重可能會造成電纜短路的事故。若滲漏水中含有腐蝕介質(zhì)，還有可能造成燃氣管道破裂的事故，嚴重影響生產(chǎn)及人身安全。2.軟土地層管廊結(jié)構(gòu)長期變形軟土地層中的管廊在長期使用中受到滲漏、施工擾動、約束差異以及周邊環(huán)境變化等各種因素的影響，會產(chǎn)生不均勻沉降。我國沿海一帶軟土分布廣泛，軟土地層中的管廊變形問題已經(jīng)成為普遍遇到并亟待解決的問題。

3、 （二）徐圩新區(qū)管廊結(jié)構(gòu)運營過程中的主要問題連云港徐圩新區(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，對地下綜合管廊后期沉降和結(jié)構(gòu)變形會造成較大影響。在此環(huán)境中，地下綜合管廊在長期的自然環(huán)境和使用環(huán)境雙重作用下，結(jié)構(gòu)不均勻沉降的風險較大，這種結(jié)構(gòu)變形可直接導致管廊伸縮縫錯臺、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。伸縮縫過度張開或擠壓將損壞接縫處止水帶，進而導致結(jié)構(gòu)滲漏水，甚至導致混凝土結(jié)構(gòu)碎裂。因此經(jīng)過分析認為，徐圩新區(qū)地下綜合管廊運營過程中面臨的主要問題有以下幾點：1.地質(zhì)條件差，深厚淤泥層中長距離管廊結(jié)構(gòu)易發(fā)生縱向不均勻沉降

4、在徐圩新區(qū)地下綜合管廊一期工程中，最長的江蘇大道地下綜合管廊長度為8.4公里。管廊下方為淤泥層，雖然進行了粉噴樁地基加固，但仍存在基礎(chǔ)不均勻的問題，管廊結(jié)構(gòu)在運營過程中受周邊環(huán)境（如水位、動荷載等）變化會發(fā)生縱向和橫向不均勻沉降問題。此外，管廊周圍土體的自身變形或受人類工程活動擾動變形，也會對管廊的自身結(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動、左右傾斜等問題。2.多艙管廊尺寸大，易發(fā)生橫向扭轉(zhuǎn)本項目管廊包括2艙、3艙、4艙，結(jié)構(gòu)橫向?qū)挾容^大，最大達到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、運營過程中的荷載分布以及環(huán)境影響有直接相關(guān)，會導致結(jié)

5、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，當局部的防水失效后，海水腐蝕對管廊結(jié)構(gòu)耐久性有一定影響，從而影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對管廊內(nèi)管線的運行都有很大的威脅。4.管廊滲漏管廊為線性結(jié)構(gòu)，全線大約按30米長度設(shè)置一條伸縮縫，分縫較多。當伸縮縫防水材料的彈性變形量不能適應縫隙要求以及長期使用導致伸縮縫防水材料老化失效等，都是導致管廊漏水的重要原因。管廊漏水將帶來一系列結(jié)構(gòu)病害風險。 二、健康監(jiān)測內(nèi)容分析 （一）不均勻沉降監(jiān)測徐圩新區(qū)地下

6、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)變形可直接導致管廊節(jié)段之間發(fā)生錯臺，密封墊失效，從而引發(fā)滲漏水、內(nèi)部設(shè)備腐蝕等問題。因此開展不均勻沉降監(jiān)測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險，本次監(jiān)測系統(tǒng)建立“全線監(jiān)測”來準確反映結(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，伸縮縫過量變形會直接導致密封墊的防水作用減弱，且對管廊的結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生較大影響。針對伸縮縫變形量進行監(jiān)測有利于把握管廊在運營過程中的結(jié)構(gòu)變形特征，在重大

7、病害發(fā)生之前及時發(fā)現(xiàn)并進行修復。地下綜合管廊伸縮縫分布于工程全線，但全線監(jiān)測經(jīng)濟性較差，分析認為，管廊伸縮縫過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)點處。因此，對該指標僅開展關(guān)鍵斷面的“重點監(jiān)測”，根據(jù)近期“全線監(jiān)測”的情況在遠期進行實施。 （三）斷面扭轉(zhuǎn)監(jiān)測徐圩新區(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，大斷面使管廊運營期易出現(xiàn)橫向沉降量不均，從而發(fā)生橫向扭轉(zhuǎn)，而扭轉(zhuǎn)會損壞地下綜合管廊內(nèi)部設(shè)備。因此，應針對這一病害進行監(jiān)測。與伸縮縫變形量的監(jiān)測方式類似，管廊斷面扭轉(zhuǎn)往往發(fā)生在風險較大的位置，如穿越道路、河流等，因此該項目也采取“重

8、點監(jiān)測”，根據(jù)近期“全線監(jiān)測”的情況在遠期進行實施。 三、健康監(jiān)測工作布置 （一）監(jiān)測工作概況徐圩新區(qū)地下綜合管廊項目需要對150個全線接縫進行沉降和張開量監(jiān)測，共計需要300只位移傳感器，另外還需要對30個重點監(jiān)測點加強監(jiān)測，共計需要60只位移傳感器和30只高差計。本次健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計從經(jīng)濟性和合理性考慮，僅考慮監(jiān)測項目超過警戒值對結(jié)構(gòu)危害大、發(fā)生概率高，且發(fā)生后需及時處理的監(jiān)測項目。具體包括不均勻沉降、伸縮縫變形量、斷面扭轉(zhuǎn)。對于結(jié)構(gòu)滲漏水，本次僅做接口預留，后期如有需要再補充相應測點。全線監(jiān)測采用水平向和傾斜向兩個位移計進行監(jiān)測，均布設(shè)于管廊一側(cè)側(cè)墻中部，

9、距底板距離約為1.6米，兩個位移計疊合安裝，其中一個水平9向布設(shè)，另一個傾斜約70布設(shè)。疊合高差＞2毫米。 （二）安裝細則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)測采取交叉式安裝，此安裝方式可同時監(jiān)測沉降與軸向的變形。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)，均在其一個側(cè)面安裝傳感器，既能有效監(jiān)測管廊的結(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，同時也降低了監(jiān)測傳感器及傳輸光纜的安裝與敷設(shè)。圖4為安裝細節(jié)圖。2.伸縮縫張開量位移傳感器布設(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

10、面和側(cè)面，不論是軸向拉伸或壓縮，還是縱向錯位，均可有兩個位置的傳感器監(jiān)測到。具體安裝如圖8，通過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，安裝時盡量保持與安裝面平行。3.斷面扭轉(zhuǎn)高差計布設(shè)管廊的斷面扭轉(zhuǎn)采用高差計進行監(jiān)測，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高差計，當斷面發(fā)生扭轉(zhuǎn)時產(chǎn)生相應高度差。高差計安裝時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)時高差計的測量結(jié)果為0。圖12為安裝細節(jié)圖。地下綜合管廊的建設(shè)在我國方興未艾，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，針對海相軟土場地的特殊條件，設(shè)計了管廊健康監(jiān)測系統(tǒng)，為管廊的運營保駕護航。