【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(yùn)營提出了挑戰(zhàn)。為了確保運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(yùn)營安全問題分析 （一）管廊結(jié)構(gòu)運(yùn)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(yùn)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(yán)重影響綜合管廊的運(yùn)營，同時也帶來了很大的安全隱患。長期滲漏水會導(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)夤艿榔屏训氖鹿剩瑖?yán)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(yùn)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(fēng)險較大，這種結(jié)構(gòu)變形可直接導(dǎo)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(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)過分析認(rèn)為，徐圩新區(qū)地下綜合管廊運(yùn)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(jìn)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(yùn)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(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)營過程中的荷載分布以及環(huán)境影響有直接相關(guān)，會導(dǎo)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(dāng)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(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。管廊漏水將帶來一系列結(jié)構(gòu)病害風(fēng)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(dǎo)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(fēng)險，本次監(jiān)測系統(tǒng)建立“全線監(jiān)測”來準(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(dǎo)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(jìn)行監(jiān)測有利于把握管廊在運(yùn)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(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)測經(jīng)濟(jì)性較差，分析認(rèn)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(biāo)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(yuǎn)期進(jìn)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(yùn)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(yīng)針對這一病害進(jìn)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(fēng)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(yuǎn)期進(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(jì)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(yù)留，后期如有需要再補(bǔ)充相應(yīng)測點。全線監(jiān)測采用水平向和傾斜向兩個位移計進(jìn)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(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(xì)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(jìn)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(dāng)斷面發(fā)生扭轉(zhuǎn)時產(chǎn)生相應(yīng)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(xì)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(yùn)營保駕護(hù)航。