综合管廊施工对周边既有管线的影响分析与安全控制技术

引言

管廊多处于城市比较繁华的地段，一旦发生故障或破坏都将造成巨大的经济损失，并引发各种次生灾害。当管廊周边有大型地下工程施工时，将不可避免的对管廊周边土体竖向应力和水平应力造成影响，进而容易造成管廊的差异性沉降。

然而，城市地下空间中既有给水、排水、燃气、电力等各类管线密布，综合管廊施工不可避免地会对周边既有管线产生影响，引发管线沉降、变形、破裂等安全事故，导致停水、停气等城市运行中断问题。当前，综合管廊施工对既有管线的影响评估与安全控制仍面临地质条件复杂、管线分布不明、施工方法多样等挑战，亟需从多维度进行系统性研究。因此，研究综合管廊施工对周边既有管线的影响分析与安全控制技术，对保障城市基础设施安全与地下空间有序开发具有重要意义。

一、综合管廊施工对既有管线的影响因素与作用机制

（一）施工方法差异导致的影响特性分化

综合管廊施工方法的不同直接导致对既有管线的影响特性存在显著差异。明挖法施工通过大开挖形成管廊基坑，基坑降水与边坡支护会引发周边土体应力重分布，导致既有管线随土体位移产生沉降或水平位移；盾构法施工中盾构机推进产生的土压与注浆压力会对周边土体产生挤压，形成辐射状应力传递，可能导致管线产生局部弯曲变形；顶管法施工的顶进过程会对土体产生剪切扰动，尤其在软硬不均地层中，易引发管线的不均匀沉降。

（二）地质条件变化引发的影响程度差异

地质条件是决定综合管廊施工对既有管线影响程度的关键因素。在软土地层中，土体含水率高、压缩性大，施工引起的土体扰动易产生较大沉降，且沉降持续时间长，对既有管线的影响更为显著；在砂卵石地层中，土体孔隙大、渗透性强，施工降水易引发颗粒流失，导致局部塌陷，对管线造成突发性破坏；在岩层地区，施工爆破或机械开挖产生的振动会通过岩体传播，使管线承受高频振动荷载，可能导致接头松动或管材疲劳损伤。地质条件的差异性要求对既有管线的影响分析与安全控制必须因地制宜。

二、既有管线影响的系统性分析方法

（一）施工扰动的土体位移场模拟

采用数值模拟方法构建综合管廊施工的土体位移场，为既有管线影响分析提供基础。利用有限元软件如 ANSYS、ABAQUS 等，建立考虑地质条件、施工参数的三维土体模型，模拟明挖基坑的分步开挖与支护过程、盾构机的土压平衡状态、顶管顶进的土体扰动范围，计算施工引起的土体位移、应力变化及孔隙水压力分布。通过将既有管线模型嵌入土体模型中，分析管线在土体位移场中的受力状态，确定管线的最大沉降量、水平位移量及弯曲应力分布，为管线安全评估提供量化依据。数值模拟还可用于不同施工方案的比选，优化施工参数以减小对既有管线的影响。

（二）管线受力的结构响应分析

基于土体位移场模拟结果，开展既有管线的结构响应分析，评估管线的安全性。根据管线材质与截面特性，采用梁模型或壳模型模拟管线受力状态，将土体位移作为边界条件施加于管线模型，计算管线的轴向应力、弯曲应力及接头处的位移差。对于重力流管线，重点分析其坡度变化对排水能力的影响，确保管线不产生倒坡或积水；对于压力流管线，关注其应力是否超过管材的许用应力，避免发生破裂或泄漏。

三、既有管线的安全控制技术体系

（一）施工前的预防性保护措施

在综合管廊施工前，采取预防性保护措施降低对既有管线的潜在影响。开展详细的地下管线勘察，采用物探与人工探挖相结合的方法，准确查明既有管线的位置、材质、管径及埋深，建立三维管线信息模型；根据风险评估结果，对高风险管线进行预防性加固，如采用注浆加固管线周边土体，提高土体强度与稳定性，或对管线本身进行套管保护，增强其抗变形能力；优化综合管廊的施工方案，在管线密集区域调整管廊走向或埋深，避免与既有管线发生冲突，或选择对管线影响较小的施工方法，如用盾构法代替明挖法穿越重要管线区域。

（二）施工中的动态调控与防护技术

在综合管廊施工过程中，采用动态调控与防护技术实时控制对既有管线的影响。安装高精度的沉降观测点与应力传感器，对既有管线进行实时监测，将监测数据与数值模拟结果对比，及时发现异常变形；开发施工参数的动态调控系统，根据监测数据自动调整施工参数，如明挖施工中根据基坑变形速率调整开挖进度与支护强度，盾构施工中根据土体压力变化调整推进速度与注浆量；采用隔离防护技术，在管廊与既有管线之间设置隔离桩或注浆帷幕，阻断土体位移的传播路径，减少管线受到的影响；对于重要管线，可采用临时支托或悬吊系统，将管线荷载转移至临时支撑结构，避免管线直接承受施工扰动荷载。

四、安全控制技术的发展趋势

（一）智能化监测与预警技术的深化应用

未来既有管线的安全控制将更加依赖智能化监测与预警技术。开发基于物联网的实时监测系统，利用光纤传感器、MEMS 传感器等新型传感技术，实现对管线沉降、应力、振动等参数的分布式、高精度监测；引入人工智能算法，对监测数据进行实时分析与预测，建立管线变形的早期预警模型，提前识别潜在风险。

（二）绿色环保与可持续保护技术的创新

随着绿色施工理念的深入，既有管线的安全控制技术将向绿色环保与可持续方向发展。研究环保型注浆材料，如可生物降解的土体加固材料，减少对地下水资源的污染；开发低扰动施工技术，如非开挖施工工艺的创新，降低对周边土体与管线的影响；探索管线保护与城市更新的协同发展模式，在综合管廊施工中同步对老旧管线进行改造升级，提高城市基础设施的整体性能。

结语

综合管廊施工对周边既有管线的影响分析与安全控制是城市地下空间开发中的关键环节。通过系统分析施工方法、地质条件、管线特性等影响因素，采用数值模拟、结构响应分析、风险评估等方法，可准确评估施工对既有管线的影响程度；借助施工前的预防性保护、施工中的动态调控、施工后的恢复评估等技术措施，能有效控制施工对既有管线的影响，保障城市基础设施的安全运行。尽管当前技术仍面临复杂地质条件适应、老旧管线保护等挑战，但随着智能化、绿色化技术的发展，既有管线的安全控制技术将不断完善。未来，需进一步深化多学科交叉融合，创新监测预警与保护技术，推动综合管廊建设与既有管线保护的协调发展，为新型城镇化建设提供坚实的地下基础设施保障。

参考文献

[1]王凯.综合管廊工程施工技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2019.

[2]刘建航，等.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[3]张庆贺，等.盾构隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2018.