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地下管道的埋設環(huán)境與安全

文檔作者：吳寶玲1 郭清平2 文檔來源： 1．北京建業(yè)通工程檢測技術有限公司 2．北京市市政專業(yè)設計院有限責任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月17日
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地下管道的埋設環(huán)境與安全
吳寶玲1。郭清平2
管線工程器
Pipeline Engineering
(1．北京建業(yè)通工程檢測技術有限公司，北京102600；2．北京市市政專業(yè)設計院有限責任公司，北京100037)
摘要：地下管道是城市的生命線，地下管道的安全運營關系到社會的安全和穩(wěn)定。重點論述了地下管道的埋設環(huán)境及
埋設環(huán)境對地下管線安全的影響，并提出了消除地下管線安全隱患的辦法。
關鍵詞：地下管道；埋設；環(huán)境；安全
中圖分類號：U 175．5 文獻標志碼：B 文章編號：1009—7767(2011)02-0061-04
The Embedment Environment and Safety of Under—ground Pipeline
Wu Baoling，Guo Qingping
地下管道的安全包括管道的結構性安全和功能
性安全兩大方面。以埋地剛性給水、排水管道為例，其
結構安全主要是指：管道完好、接口完好，沒有出現(xiàn)危
及安全的裂縫；其功能安全主要是指：管道通暢、無泄
漏，接口密閉性完好，可以滿足輸送介質的正常使用
要求【11。
1埋設環(huán)境對地下管道安全的影響
除了部分地下管道埋在特設的溝槽里，大多數(shù)地
下管道都是直接埋設在地層中的(根據(jù)不同的地質情
況有的管道完全直接埋設、有的管道設有砂基或其他
基礎等)。目前，地下管道的結構設計主要是圍繞管體
在平面應變狀態(tài)下的環(huán)向結構受力進行的，所以可以
說。地下管道的環(huán)向受力安全主要是由結構設計保證
的，而地下管道的縱向結構安全則主要是由吊運措施
和施工措施予以保證的。這自然導致了工程界對地下
管道自身環(huán)向結構安全的重視超過對地下管道軸向
結構安全的重視、對地下管道自身結構安全的重視超
過對地下管道接口安全的重視的兩種傾向。
但是地下管道屢遭損壞的案例證明．絕大多數(shù)地
下剛性管道的損壞并不是由于外荷載的增加導致承載
能力的喪失而直接引發(fā)管道環(huán)向結構的損壞(見圖1)，
而是由于管道埋設環(huán)境的改變惡化了地下管道的受
力狀態(tài)、特別是縱向受力狀態(tài)，從而導致了地下管道
的損壞(見圖2)。
對于地下管道受力狀態(tài)影響最大的是管體周邊
圖l埋地鋼筋混凝土管在荷載作用下的環(huán)向破壞形狀
a)縱向斷裂損壞示意圖b)接口損壞示意圖
圖2埋地鋼筋混凝土圓管縱向斷裂和接口損壞示意圖
土體中出現(xiàn)的非密實區(qū)(孔洞或疏松區(qū))和局部積水
區(qū)(也稱為水囊)。它們的出現(xiàn)，不但使管道的環(huán)向受力
模式發(fā)生了變化。而且破壞了地下管道縱向基礎的均
勻性。迫使地下管道產(chǎn)生過大的局部位移．管道發(fā)生
彎曲變形，導致管道折斷或接口遭受破壞，造成地下
管道的結構性和功能性損壞。
2011第2期(3一)$29拳啼葒投術一盯61
燃繕
萬方數(shù)據(jù)
器管線工程
Pipeline Engineering
地下管道周邊土體中的非密實區(qū)和水囊的出現(xiàn)主
要有以下原因：
1．1與管道施工有關
1)施工工藝原因。以北京地區(qū)傳統(tǒng)的排水管明挖
平基施工方法為例，該方法采用平口鋼筋混凝土排水
圓管，接口形式為鋼絲網(wǎng)水泥砂漿抹帶接口。這樣敷設
的管道存在“先天不足”——接口外包砂漿收縮于裂導
致流水的滲漏；土體沉降會使條基折斷、接El錯動、造
成流水的大量泄漏；地下管道的滲漏沖刷會淘空管體
周邊土體中的細小顆粒，在管道周邊特別是管道下方
形成空洞和水囊。雖然這種落后的施工方法已被廢
止，但是北京城市地下數(shù)百公里施工質量低劣的地下
管線所造成的隱患卻難以立即排除。
2)施工質量原因。近期推行的砂礫墊層柔性接口
管道鋪設工藝，具有環(huán)保、方便快捷的優(yōu)點，特別適合
于大城市地下管道的快速裝配化施工。但是施工階段
砂礫基礎和腋角的壓實度很難檢查和控制。后期沉降
有可能會使地下管道發(fā)生過大的位移，也會使管道和
檢查井的相對沉降過大，造成承插口損壞或漏泄。
1．2與管道周邊土體的擾動有關
深基坑施工、地下頂管施工、地下鐵道施工、地下
結構施工都會擾動一定范圍內的土體．對相鄰地下管
道和地面建筑造成一定的影響。除了造成周邊土體沉
降之外．施工還會在新建地下結構的周圍形成空洞或
土體疏松區(qū)，使周邊土體內的既有地下管線產(chǎn)生強迫
位移，造成漏泄，形成局部積水現(xiàn)象。
除此之外，地下管道的合槽施工、在既有管道附
近鋪設新管道、穿越現(xiàn)況管線施工，都是常見的施工
形式。而上述每一種施工都不可避免對原有管線產(chǎn)生
擾動，施工不當都會造成管道損害或泄漏。城市道路的
頻繁塌陷說明，在同一斷面存在多種管線的情況下，其
中一條管道的泄漏往往成為其他管道發(fā)生連鎖損壞
的誘因。
1．3與地面荷載有關
城市里的地下管道大多埋設在道路下方．道路翻
建、加鋪施工往往會造成原有地下管道承受的外荷載
增加：
1)道路施工通常要先挖后鋪，地下管道上所承受
的活荷載是隨覆土深度的增加呈雙曲線形式遞減。施
工過程中管頂覆土層的減薄使得運輸機械、道路碾壓
機械等活荷載的作用明顯增加。往往超出地下管道的
62 ．事葒投木一ET 2011 No．2(Mar．)V01．29
正常使用荷載。
2)道路加鋪會增加管道上方的自重荷載，改造后
的通行車輛等級提高會增加管道承受的活荷載。
由此可見，道路翻建、加鋪施工如處理不當。外荷
載的增加必然造成地下管道開裂或接口損壞．引起管
道周邊疏松區(qū)和水囊的出現(xiàn)。
考慮地下管線周邊土體對荷載的傳遞作用、土體
和管道的相互作用、相鄰地下管線之間的相互作用，地
下管線的損壞可以分為原生損害和次生損害兩種形
式。但是，無論屬于哪一種損壞，地下管道埋設環(huán)境的
惡化，特別是非密實區(qū)和水囊的出現(xiàn)，對于地下管道
的安全運營都會構成最直接的的威脅(見圖3)。
圖3地下管道、管道埋設環(huán)境和城市建筑相互作用示意圖
2地下管道埋設環(huán)境安全隱患的檢測和評估
為消除埋設環(huán)境的惡化對地下管道安全所造成
的威脅，保證城市地下管道的正常運營．必須要對地
下管道埋設環(huán)境中存在的非密實區(qū)和水囊等隱患進
行必要的檢測，并對其危害程度進行評估，及時消除
這些隱患。
2．1地下管道埋設環(huán)境的檢測
地下管道屬于隱蔽工程。地下管道自身完好狀態(tài)
和地下管道埋設環(huán)境中的缺陷都是難于直接觀察的。
這也正是目前國內外地下管道養(yǎng)護、維修技術落后于
道路、橋梁養(yǎng)護、維修技術的主要原因。通常只有借助
于儀器，采用地質勘察或城市工程地球物理探測方法
才能初步判別地下管道埋設環(huán)境中的缺陷。其中主要
包括：地下管道基礎的損壞程度、管壁和土體間的脫
空區(qū)、周邊土體中的空洞和水囊等等。
目前，對地下管道埋設環(huán)境進行探查的方法主要
有動力觸探試驗、地質雷達掃描、淺層地震法、電導率
法、彈性波層隙成像法、地震波一電磁波復合探測法
等等，但是各種方法都有特定的應用范圍和一定的局
限性。
由于城市道路不適合進行大面積鉆孑L探查，限制
萬方數(shù)據(jù)
了動力觸探方法的應用；城市地下障礙物較多，彈性
波反射紊亂。影響了淺層地震法的使用；城市地鐵、電力
電訊雜散電流影響嚴重，干擾了電導率法的實施；．．?·。
相對而言，地質雷達法目前已成為城市道路基層安全
隱患和城市地下管線安全隱患探查的最普遍應用的
方法。
地質雷達具有顯示地下淺層內的異物、空洞和非
密實區(qū)域的功能，但是限于技術水平。目前地質雷達
熒光屏上顯示的只是偽電平圖譜。沒有經(jīng)過專業(yè)培訓
的技術人員難以準確判讀。目前國內可供參考的技術
規(guī)范僅有GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》和TB
10223—2004《鐵路隧道襯砌質量無損檢測規(guī)程》2種。
按上述規(guī)程只能得到關于被探查區(qū)域的粗略的、相對
的評定。而難于得出更精細的量化的缺陷描述。地質
雷達的應用受到天線形式、土質、土體密實程度、土體
含水率等因素的影響．有效探查深度往往只能達到4～
5 m。當前，城市重力流地下管道的埋深常常超過6～
8 m。而大型地下工程頂部覆土深度常常超過20 m，所
以地質雷達的應用也存在一定的局限性。對于大口徑
非金屬管道和大型深埋地下工程。常常把雷達內掃描
作為判斷周邊土體有無空穴或非密實區(qū)的實用方法【21。
根據(jù)《城市工程地球物理探測規(guī)范》的規(guī)定，采用
城市工程地球物理探測方法進行檢測時，為得到明晰
管線工程器
Pipeline Engineering
可信的檢測結果。應采取相應的探查手段對探測結果
驗證或核實。在對地下給排水管道埋設環(huán)境進行探測
時，最常見的核實手段是鉆孔取土(樣芯)、鉆孔配合
內窺鏡拍照、挖探坑或探槽進行核查【3】。
2．2通過技術調查和現(xiàn)場勘察獲得資料
對地下管道的技術調查分為資料調查和現(xiàn)場勘察
兩個方面。
有關地下給排水管道設計和施工情況的資料大
多是從資料調查過程獲得的。其中主要包括：管道直
徑、管材類型、接口形式、管道基礎、管道埋深、施工質
量、搶險大修情況等。一般需要通過查閱設計資料、竣
工資料、養(yǎng)護資料或走訪相關單位獲得。
有關地下給排水管道埋設區(qū)域的環(huán)境要素。如：地
下水位變動、地上建筑情況、地下在施T程情況、地面
交通情況，管道確切位置和走向、相鄰管道分布情況、
地面排水設施情況等．必須經(jīng)過現(xiàn)場勘察才能獲得。
2．3采用分層加權評估法進行定量評估·
除了地下管線埋設環(huán)境之外，地下管道的管體材
料強度退化情況、相鄰管線分布情況、地面活荷載變
動情況、非密實區(qū)域和管線的距離等因素對地下管道
的安全也有一定的影響。以地下給排水管道為例，上述
因素可以歸納為5個主要的影響方面和若干影響因
素(見表1)。
表l 對地下管道安全有重要作用的各主要影響方面和各主要影響因素t，
i序號主要影響方面主要影響因素：
l 埋設環(huán)境缺陷空洞、疏松區(qū)、水囊、缺陷與管道相對位置、相鄰管道分布
2 管道自身技術狀態(tài)管道及接口完好情況、服役年限、鋪設方式、施工質量、養(yǎng)護大修情況
3 管道承受的內荷載輸送介質、管道內壓、水錘效應
4 管道承受的的外荷載管道敷設位置、工程地質情況、地下水、道路結構、車輛荷載、交通量、道路排水設施
5 受周邊在施工程的影響在施工程情況、在施工程與管道相對位置、在施工程風險源識別及控制情況
上述5個影響方面給地下管線帶來的風險影響并
不相同。每個影響方面中各個因素給地下管線帶來的
風險大小也不相同?？梢圆捎帽本┦惺姓こ萄芯吭?
提出的多因素分層加權綜合評估方法【4】。對地下管道
的風險進行量化評估(見圖4)。
與以往的只給出管線埋設環(huán)境(不密實區(qū)域)情況
的粗略評估方法相比。上述量化評估方法有兩個最明
顯的優(yōu)點：
1)綜合考慮了管線自身技術條件、歷史情況和外
界其他因素的影響，可以比較全面地對地下管線風險
根據(jù)各影響要素的損害對管線
安全影響的程度大小，賦予各影響
要素不同的權重
根據(jù)待評估的地下管線風險
分值確定該管線的風險等級
根據(jù)各影響方面的技術缺陷對
管線安全影響的程度大小，賦予
各影響方面不同的權重
根據(jù)對各影響要素的檢測結果及相關
技術資料逐級、分層加權進行計算得到
待評估的地下管線風險分值
圖4對地下管道風險進行量化評估的流程圖
因素進行量化評估，明顯地降低了主觀因素的影響，提
高了評估的科學性。
2011年2期(3一)第29巷辛葒投木一盯63
萬方數(shù)據(jù)
器管線工程
Pipeline Engineering
2)在同一地下斷面有多種地下管線存在的情況下，
可以做到對其中的某一條單獨進行風險評估。更接近
工程實際情況，可以更好地為城市地下管線風險管理
提供依據(jù)。
目前，北京市市政市容管理委員會和北京市路政
局已把重點路段道路基礎和地下管道安全隱患檢測
作為常規(guī)的消除隱患工作逐年安排進行。在該項檢測
工作中，地質雷達掃描技術和多因素分層加權綜合評
估方法逐漸推廣應用．在北京的奧運安全保障和國慶
60周年慶典活動中取得了良好效果，得到北京市政府
的好評。
3消除地下管道埋設環(huán)境安全風險的措施
根據(jù)多因素分層加權評估法的分析，在對地下管
線安全有主要影響的幾大方面因素中，地下管道安全
受埋設環(huán)境(包括受到相鄰環(huán)境范圍在施工程的擾動)
的影響所產(chǎn)生的風險占到全部主要風險75％以上(見
圖5)。這充分說明，消除地下管道安全隱患，首先要
從消除地下管道埋設環(huán)境的安全隱患人手。
圖5地下管道主要安全風險影響因素分析圖
為此．要從以下幾個方面進行工作：
1)堅決執(zhí)行京建發(fā)[20101326號文件——《關于發(fā)
布北京市推廣、限制和禁止使用建筑材料目錄(2010版)》
的要求，立即停止落后的承插式剛性接口鑄鐵管和平
口鋼筋混凝土圓管的使用：推廣應用包括柔性接口排
水管快速施T技術、預制裝配式混凝土檢查井技術、市
政混凝土模塊技術等項地下管線施工的成熟技術。從
總體上提高地下管道的施工水平，增強地下管道對不
利因素影響的抵抗能力。
2)深入開展對城市既有地下管道自身技術狀態(tài)(結
構應力累加值、材料強度退化程度、現(xiàn)況接口漏泄量、
現(xiàn)況變形容許值等)檢測技術的研究，把科學的量化
評估方法引入城市地下管道養(yǎng)護技術規(guī)范。
3)配合管道施工工藝的改進，研制新的地下管道
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施工機械和檢測設備(接口機、試壓機、墊層及腋角振
實機、砂礫墊層壓實度現(xiàn)場快速檢測儀器等)，切實加
強地下管道施工的質量控制。
4)加強城市多種地下管道的建設單位、規(guī)劃單位、
設計單位、施工單位的協(xié)調配合。以全面規(guī)劃、綜合設
計、科學施工為目標。減少后期管道施工對城市既有
地下管道的不利影響。
5)城市道路翻建、加鋪前應按規(guī)定對原有地下管
線狀況進行詳細調查，并對其承載能力進行檢算，由設
計單位提出管道加固專項方案。
6)地下工程、深基坑工程施工前。應按北京市住
建委有關要求把鄰近的地下管道作為可能的風險因
素進行環(huán)境安全前評估．并制定切實可行的保護措施
及應急處置方案，施工完成后進行安全后評估。
7)在與城市地下管道鄰近的區(qū)域內有道路、管道、
地下工程、深基坑等工程進行施工時．應按照有關單
位提出的控制值、預警值和對既有地下管道的變形、位
移、開裂、滲漏等情況進行有效監(jiān)測，保證施工階段地
下管道的安全和環(huán)境安全。
4結語
地下管道是城市的生命線。地下管道的安全運營
關系到社會的安全和穩(wěn)定。地下管道意外事故的案例
證明，埋設環(huán)境的缺陷對地下管道的安全存在極其重
要的影響。首先應采用先進工藝。提高地下管道總體質
量水平，其次要提高檢測技術，加強對地下管道周邊
土體中非密實區(qū)和水囊等風險因素的探測和評估．第
三要采取必要措施，及時消除地下管道安全運營的風
險因素，保證城市地下管道的安全。函鲴
參考文獻：
【l】北京市政建設集團有限責任公司．GB 50268—2007給水排水
工程施工及驗收規(guī)范『S1。北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008．
【2】中國鐵路t程總公司．TB 10223—2004鐵路隧道襯砌質量無
損檢測規(guī)程『S1．北京：中國鐵道出版社，2007．
【31建設綜合勘察研究設計院．CJJ 7-2007城市工程地球物理探
測規(guī)范【S】．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007．
【4】北京市市政工程研究院．2008年度北京奧運重點地區(qū)市政
地下管道運行環(huán)境調查總結報告in]．北京：北京市市政工程
研究院，2008：90—110．
收稿日期：2011_ol—14
作者簡介：吳寶玲(1967一)，女，北京市人，工程師，學士，主要從
事工程檢測和工程管理等方面的工作。
萬方數(shù)據(jù)

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