排水管线穿河工程对河道的影响分析.pdf

河道作为人类赖以生存的自然资源，为生态环境承担了很多重要的功能，如蓄水、调节径流、防洪、通航、景观等。而排水工程的建设与周边道路、河道有着紧密的联系，工程建设中应尽量减少对此类现状基础设施的影响。文章以上海浦东新区海滨资源再利用中心项目为例，结合上海市跨、穿、沿河构筑物河道管理技术规定相关要求，通过公式计算分析其排水管线以顶管型式穿越东引河和工作井建设对东引河的影响，并进行东引河土坡护岸稳定复核，在此基础上得出排水管工程对河势稳定性基本不会产生不利影响。关键词：排水管线；河道；穿河工程；顶管Abstract:As a natural resource for human survival,the river channel has undertaken many important functions for the ecological environment,such as water storage,runoff regulation,flood control,navigation,landscape and so on.The construction of drainage engineering is closely related to the surrounding roads and river channels,and the influence on such current infrastructure should be minimized as much as possible in engineering construction.Taking Shanghai Pudong New District Seaside Resource Reuse Center project as an example,combined with relevant requirements of Technical Regulations for River Channel Management of Structures Over,Across,and Along Rivers in Shanghai,the influence of the drainage pipeline crossing Dongyin River in the form of pipe jacking and the construction of the working well on Dongyin River is analyzed through formula calculation,and the stability of the soil slope revetment of 排水管线穿河工程对河道的影响分析丁婷婷上海浦东建筑设计研究院有限公司，上海 200120Analysis on the Influence of Drainage Pipeline Crossing River Engineering on River ChannelsDING TingtingShanghai Pudong Architectural Design&Research Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200120,China006.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.随着城市经济的高速发展，跨河、穿河、沿河等建设工程越来越多，在其建设及运行过程中对河道的防洪影响不可忽略1。穿河管线的增多，可能对河流水文情势和变化规律产生影响，除此之外还可能产生冲刷或淤积影响河床河势2。浦东新区海滨资源再利用中心项目基地所在区域周边河网密布，具有良好的直流冷却供水条件，其建设及运行离不开河道的依托。文章将以此项目为例，通过计算分析其排水管线穿河工程对河道河势、行洪除涝等的影响，并提出相关建议。1 工程概况拟建浦东新区海滨资源再利用中心项目，采用直流供水系统，主要包括取水工程、配水工程、排放工程及河道工程。其中，取水工程的直流冷却水，基于绿色循环利用的理念，先利用海滨污水处理厂尾水，不足部分由中港河内河取水补充，直流冷却水升温后通过温排水管道排入长江。排水管管径为 DN2700，管线采用顶管施工，沿线下穿东引河。东引河现状未达规划，工程下穿位置现状河口宽 34 m，现状护岸为土坡护岸。河道东侧为通源东路（主江堤），南侧近拱极东路。作者简介：丁婷婷，女，本科，工程师，研究方向为水工结构设计及涉河影响评价。Dongyin River is reviewed.On this basis,it is concluded that the drainage pipeline engineering will not have adverse effects on the stability of the river regime.Key Words:drainage pipeline;river channel;river crossing engineering;pipe jacking分类号：TU991.3618 工程前沿 2023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究2 涉河工程简述2.1 排水工程方案该排水管管径为 2 700 mm，总长度为 5 257.38 m，全程采用顶管法进行施工。施工采用厚壁钢管顶管法长距离一次顶进，主要穿越的土层为层淤泥质黏土层。拟采用在管道下方加设管道支承的方式减缓土体沉降对管道结构的影响，即采用高压喷射注浆法，在管道底下形成桩柱作为管道支承。该排水管线在下穿规划河道东引河时，管道中心标高为-10.35 m。东引河现状河底高程约 0.90 m，规划河底高程为-1.0 m，故其顶部距规划河底的埋置深度大于 100 cm，可满足上海市跨、穿、沿河构筑物河道管理技术规定（试行）第 3.1 条规定3。顶管工作井采用圆形沉井结构，其中 1 号沉井位于东引河西侧，其结构边线距离现状河口线为 2.5 m，距离规划河口线约 6 m。沉井的直径为 18.8 m，高 18.99 m。沉井底板顶高程为-12.70 m，沉井井壁顶高程为+1.14 m。工作井底土体均为淤泥质土，为防止沉井沉降过大、不均匀沉降，对井底土体均采用 850 高压旋喷桩满堂加固，工作井外侧采用 650 三轴水泥土搅拌桩加固，两侧井壁（顶管侧）后土体均采用压密注浆加固土体，压密注浆深度同沉井深。2.2 2 河道工程方案东引河现状位于规划蓝线以西 30 m，口宽 30 61 m（穿管位置约 34 m）。两岸为现状土坡，且东岸为主江堤内青坎，高程为 4.0 4.5 m，宽度近 40 m。河道东侧属海塘保护范围，根据上海市海塘管理办法，此次仅实施段东引河西岸，并根据上海市跨、穿、沿河构筑物河道管理技术规定（试行）中的 3.4 条规定，河道两岸新建堤防长度确定为 30 m。护岸拟采用生态护坡结构，堤顶高程为 4.20 m：堤顶向河道内按照 1 3 放坡至 2.40 m 高程，并设草皮护坡，且高程 2.40 3.30 m 采用三维水土保护毯防护；坡前设置约 1.2 m 的平台，平台前设置 MA718 1809、长度为 2.5 m 的密排高强度塑钢板桩，塑钢板桩 前为 250 mm250 mm6 000 mm1 386 的 C30 钢筋混凝土方桩，桩顶高程均为 2.0 m；桩前约 1.80 m 高程至河底按 1 3 自然放坡。为减小排水管对今后工程实施的影响，考虑将 C30 钢筋混凝土方桩同步实施，上部结构由后期工程实施。3 排水管线穿河工程对东引河的影响计算分析3.1 顶管建设对东引河岸坡的影响文章根据顶管工程设计标准（DG TJ 082268 2019）第 13.0.2 条进行顶进管道轴线上方的地面沉降量计算：（1）式中：Vs为超挖量，m3，可根据顶管机头的型式取值，采用泥水平衡顶管机头，土体损失率按 1%估算；i 为地面沉降槽宽度系数。其中：0.01sVV=（2）式中：V 为总挖量，m3。（3）式中：Dg为顶管机外径，m。（4）式中：D1为管道外径，m；为顶管土内摩擦角，（）；Hs为管顶到地面的覆土厚度，m。代入数值后，由计算结果可知，该工程顶管施工期间，地面将产生最大约 6.5 mm 的沉降变形。顶管施工引起护岸的最大变形量小于 10 mm，但考虑施工的不确定性，在顶管掘进过程中，施工单位应加强岸坡变形的监测，必要时应采取注浆等措施，严控岸坡的变形。3.2 1#沉井建设对东引河护岸的影响文章采用 PLaxis 软件建模计算，对顶管井施工过程中对东引河护岸的影响进行分析评估。（1）模型设置。模型设置采用的是轴对称模型，以 15 节点三角形单元模拟土体，以板单元进行模拟结构。土体与结构物之间采用界面单元进行模拟，土体模型采用 HS 模型。根据上文，此次以 1#顶管井基坑剖面作为分析对象，计算范围结合设计尺寸，最终设置模型深度为 30 m，水平向宽度为 50 m。程基坑开挖深度为 16.2 m，采用沉井施工。沉井结构采用板单元进行模拟，按 1 400 mm 厚考虑。模型左右两侧设置 X 向约束，下侧设置 Y 向约束。（2）施工工况模拟。施工工况可反映结构初始应力状态及基坑开挖的施工过程。计算时应根据不同剖面及其施工步骤进行模拟，此次计算的分析步骤如表 1（见下页）所示。工程前沿19工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月表 1 施工工况计算分析步骤表（3）计算结果。根据分析结果，顶管井施工期间，护岸最大垂直位移约 9.7 mm，最大水平位移约 2.4 mm。顶管井施工引起护岸的最大垂直位移和水平位移均小于 10 mm。施工时应控制沉井下沉速率，并做好监测及应急措施。3.3 东引河土坡护岸稳定性复核此工程排放管横穿东引河，考虑最不利工况，管道穿过滑动面复核其对边坡稳定的影响，河道边坡与管线接触面按软弱土层考虑，计算时考虑管线施工时对周围土体存在扰动，其余土层按最不利工况对土体指标进行折减。（1）计算方法。根据堤防工程设计规范（GB 502862013）规定进行河道边坡稳定分析，护岸边坡整体稳定采用瑞典圆弧滑动条分法进行计算，计算公式如下：()()cossecsintan secsin/WVubQc bKWVMc R+=+（5）式中：W 为土条重力，kN；Q、V 分别为水平和垂直地震惯性力（V 向上为负，向下为正），kN；u 为作用于土条底面的孔隙压力，kN/m2；为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，（）；b 为土条宽度，m；c 为土条底面的有效凝聚力，kN/m2；为有效内摩擦角，（）；Mc为水平地震惯性力对圆心的力矩，kNm；R 为圆弧半径，m4。（2）计算成果。坡稳定计算成果如表 2 所示。表 2 边坡稳定计算成果表由计算结果可知，排水管道位于滑动面下方，管道敷设不改变边坡稳定计算的边界条件，对河道岸坡抗滑稳定基本无影响，经复核，河道边坡稳定可满足规范要求。施工前应及时向相关管理部门报备，施工期间岸顶荷载不超过规范及设计要求。3.4 排水管工程对河势稳定的影响该工程以顶管下穿东引河，管道建成后，不会改变河道规模，也不会造成岸坡和河床冲刷。河道可保持水流通畅，管道穿越及工作井建设不会影响河势与岸坡的稳定，河道的淤积仍为自然演变的方式。故顶管建设对东引河的河势基本无不利影响5。4 结论文章分析海滨资源再利用中心项目排水管线以顶管穿河及工作井对东引河的影响，主要结论如下：（1）拟将穿越东引河的排水管管道影响范围内的河道西侧护岸工程基础结构与主体工程同步实施，可减小管道工程对后期河道整治工程的影响。（2）排水管穿河为顶管的施工方式，穿河管线中心标高为-10.35 m，管顶距离规划河底及现状河底均远大于 100 cm。（3）受用地范围局限，1#沉井距离东引河规划河口线及现状河口线均小于 10 m，不满足上海市跨、穿、沿河构筑物河道管理技术规定第 3.3 条规定。但计算结果表明，顶管及 1#沉井建设引起的河道岸坡变形均控制在 10 mm 以内。（4）1#沉井基坑工程采用的三轴搅拌桩和高压旋喷桩等做法，对土体扰动性很小，可很好地控制周边土体变形。参考文献1 王志斌.室外给水排水系统的合理设计问题J.给水排水,2020,56(S1):870-873.2 张林林.穿河管线防洪影响评价研究探索J.山西水土保持科技,2022(2):13-14,34.3 刘亮,吴永志,张玉龙,等.农村截污管道高程设计方案比选及差值法应用J.中国给水排水,2019,35(18):68-72.4 李姝昱,张清明,李延卓.穿堤管线对工程安全运行的影响分析J.人民黄河,2019,41(S2):117-119.5 马荣君.泥沙河道穿河管线冲刷特性试验研究D.沈阳:沈阳农业大学,2018.工况分析步骤0计算初始应力场1施工沉井结构2 7分层开挖土方至坑底护岸型式工况安全系数规范允许值土坡护岸施工期1.2561.10突击预降期1.4131.20地震期1.3711.05