文 / 北京市政建設集團有限責任公司 付天宇 包余陽

引言

城市發(fā)展中很多大基坑應運而生，開挖過程中對地下管道帶來很大的影響，要有效的避免地下管道遭到破壞，必須對其采取合理的加固措施，分析基坑降水對地下管線的變形性狀有應用的現(xiàn)實意義。

地下管道變形狀態(tài)的相關指標

進行地下管道的施工中，管線安裝的安全性其主要的決定因素是其沉降的差異及線管的應力，其中柔性管道的接頭可以進行轉(zhuǎn)動，會經(jīng)常會因為接頭變形的因素出現(xiàn)變形度情況。而剛性管道不能進行轉(zhuǎn)動，則不容易發(fā)生變形的情況。

作者通過利用管線沉降梯度與管線接頭的張開度數(shù)值的因素來進行科學的判定，通過合理指標對管線的變形狀態(tài)進行分析。

管線沉降所需求的梯度

利用換代分析法作為參考進行坐標的建立，其管線一側(cè)的端點設置為O 點，沿管線的方向作為 X 軸，管線沉降方向作為 Y 軸，將管線沉降后的每個點都看出單獨的坐標（如圖1 所示），將O 點當成原來的起點，每隔0． 2S沿X 軸取新的坐標( X，X) ( j = 1，2，3……n)，從而得到相鄰兩個縱橫坐標差的比值，我們將它看作管線沉降的梯度。

管線接頭的張開度數(shù)值

（見圖2 所示），將地基沉降曲率的半徑設為R，其管道節(jié)的長度為L，將管線接頭的張開度數(shù)值設為Δ，通過幾何關系計算而得出：Δ/D = L/R，將管線的允許張開度數(shù)值設為[Δ]，通過公式（2）可以得出允許的曲率為：1 /［R］=［Δ］/( L·D)，并通過基坑降水中管線的沉降曲線求出管線的接頭曲率，以此來對管線的破損程度進行預判，如圖3 所示。

建立有限元的分析模型

工程概況

某市有一深基坑的長度是156m，寬度是65m，深度為14m，深坑外圍的靜止水位是7m，預埋管線位于基坑的西側(cè)，預埋方向與基坑保持平行，中心處的埋深為3m，中心線與坑邊緣的距離為6m。

計算的相關參數(shù)

通過巖石的工程勘驗報告顯示，計算出土層的分布與模擬參數(shù)的取值如表1 所示。此次計算的土體材料的屈服性借助了Drucker － Prage 的屈服標準，并充分結(jié)合當?shù)氐氖┕そ?jīng)驗，將自重應力下5 別的壓縮模量當成土層的彈性基礎來進行計算。還考慮了接觸面管道與土壤的相互性作用，將其摩擦系數(shù)取值為0．25。

模擬結(jié)果的分析

管道基坑的開挖過程中會面臨眾多影響地下管道導致其變形的形狀，其中包含了降水的靜止深度、埋管位置的土壤性質(zhì)、地表的沉降問題、管線的直徑大小、開挖法計算方法與土壤的彈性模量等因素，因為基坑的降水深度給管道的變形影響效果比較大，因此選擇此因素進行對應的數(shù)值模擬。

進行數(shù)值模擬的過程中，取其降水深度為8～28m范圍內(nèi)，間隔4m 選取其中一個深度值，選擇6 個深度值來對降水深度的基坑給地下管道帶來的影響進行分析。

管線沉降

當降水深度在8m 位置時，測試柔性管道的管線沉降曲線圖形如圖4 所示，由圖4 可以看出，當降水深度在8m 位置的時候，降水漏斗的中軸線與柔性管線的位置進行了重合，其管線的沉降量處于最大的位置，當漏斗的中軸線與管線的間距逐漸拉開，其管線的沉降量會持續(xù)的下降，隨即其下降的速度呈現(xiàn)先增后減的形態(tài)。當管線的沉降變成“s”型時，當中拐點處于降水漏斗中軸線與管線的間距在98m的位置上。

當基坑的降水深度處于8～28m 米范圍內(nèi)，基坑臨近的地下管線沉降范圍如圖5 所示，當?shù)紫鹿芫€的總沉降量不能均衡時，沉降量會由于降水深度的增大而提高。

管線的沉降梯度

當降水量為8m 的位置時，其管線的梯度處于最小值，當管線逐漸與降水漏斗的間距拉開時，管線的沉降梯度也得到了不斷地增大，在簡約處于70m 左右的位置其梯度處于最大值，隨后間距的增加中其梯度又逐漸的變小。

結(jié)語

加固區(qū)是基坑相鄰管線的受力變形最大的位置，其中與柔性管線相鄰的重點加固區(qū)域在降水區(qū)域邊界線范圍內(nèi)，其降水面積的深度越小，其加固區(qū)域與降水區(qū)域的邊界線越近；而剛性管線的重點加固范圍則是降水漏斗的中軸線附近。當降水區(qū)域的邊界線處于40m 時，柔性管線的接頭曲率出現(xiàn)了極值，所以將此區(qū)域看成柔性管線的重點加固區(qū)域。而剛性管線的降水區(qū)域邊界線是周邊40m 范圍內(nèi)為受壓區(qū)域，而其它區(qū)域則會承受拉力。