工程运营对邻近构筑物的影响

1计算模型情况

整体有限元网格如图4所示。东环高速及大观路高架桩基、盖梁及连续梁结构、广园快速路及广深铁路路基路面结构同输水管道及支护结构的网格如图5所示。其中管道直径DN1800，管材为预应力钢筒混凝土管（PCCP），根据管线纵断面可知管道中心点距离地表的埋深为6.38m。由于东环高速、大观路高架桩基尺寸、长度及材料等信息不详，因此根据现场勘踏情况，以及工程经验对其进行确定。该模型中两者桩基长度为22m，直径为800mm，桥梁柱高为7m，直径为800mm，盖梁及连续梁截面为800mm×800mm；材料为C30混凝土。根据输水管道设计方案，建立了考虑土层、输水管线、广园快速路及广深铁路路基路面结构、东环高速及大观路高架桩基、连续梁、盖梁和柱体的整体模型。

其中，东环高速及大观路高架桩基、连续梁、盖梁和柱体采用梁单元模拟；输水管线、广园快速路及广深铁路路基路面结构采用板单元模拟；管中水、回填混凝土、原状土采用实体单元模拟。整体模型沿管道横截面方向计算长度为103.2m、沿管道纵向方向计算长度为180m、竖向方向计算深度为45m。共有81626个单元，42944个节点。土体采用摩尔-库伦本构模型。在荷载方面，计算时除考虑土体及结构本身的自重，另考虑了输水管道上方广园快速路及广深铁路路基路面结构荷载，以及大观路、东环高速桥梁的荷载。按照现行的桥梁荷载相关规范并通过换算，该节点中的东环高速盖梁承受的竖向线性荷载为462.5kN/m，大观路路面荷载为25kN/m2。而在边界条件方面，对于左右两侧以及模型底部均分别约束对应法向方向的平动位移自由度。而前后两侧则施加对称为Y平面的约束（即除约束法向平动自由度外，另约束X、Z轴的旋转自由度）。

2计算结果及分析

2.1管道内充水情况对广深铁路及邻近结构的影响

为了研究管道正常运营过程中内部充水情况对周边敏感物的影响，该项目按照管道内部的充水高度分别为1/4D、1/2D、3/4D、D（D为管道内径，该节点处管道内径为1.8m）进行整体计算（断面示意见图6所示），以得到不同充水情况下东环高速结构的位移情况。当管道内充水高度分别为1/4D、1/2D、3/4D、D情况下东环高速结构的水平及竖向位移数量见表2所列（不计入前期施工过程中造成的结构位移）。当充水高度为D时的位移分布见图7所示。由表2的数据可知，随着管道内充水高度的增加，广深铁路等邻近结构的水平及竖向位移均在增加，但是即使当管道内充满水时，造成邻近结构的水平及竖向位移也仅为0.14mm及0.83mm，远不会对结构造成结构性损害。

2.2管道下土体强度变化对广深铁路及邻近构筑物的影响

考虑到在输水管道运营过程中，有可能由于接头漏水、交通往复荷载震动等方面的原因导致管道下方持力层土体发生土质流失松弛进而强度降低的现象。为了对管道下方持力层土体的强度变化导致管道产生的附加受力及变形情况进行研究，该项目对该节点处管道下方的粉质粘土层（具体区域见图8所示。由于粉质粘土层下方为粗砂层，水稳定性很好，发生土质流失松弛的可能性极小，因此不予考虑其强度的降低）的弹性模量、粘聚力，以及内摩擦角进行等比例折减，分别在原有强度参数（即强度系数为1.0）的基础上，另建立强度系数为0.8、0.6、0.4共四组计算模型（具体参数见表3所列），得到下方持力土层强度减少后该节点及东环高速结构的变形情况。

表4为不同强度系数时整体模型及邻近桥梁及道路的位移情况。图9及图10分别为通过对管道下方土体未弱化及强度参数弱化为0.4时（即强度指标折减为最初的40%），该节点处整体模型的水平及竖向位移分布情况。由表4可知，管道下方土体强度参数折减为原模型的0.8及0.6时，整体模型及邻近结构的变形情况基本无变化。而当管道下方土体强度参数折减为原模型的0.4时，整体水平及竖向位移较原模型出现较大的增加，最大值主要发生在管道下方附近的土体区域；而邻近桥梁及道路的水平及竖向位移有所增加，其中水平及竖向位移分别为0.80mm及2.00mm。

由此可见，管道下卧粉质粘土层流失松弛导致的强度降低并未对邻近的广深铁路、东环高速、大观路高架,以及广园快速路等结构造成破坏性影响。由于管道下卧粉质粘土层下方存在较为稳定的粗砂层，因此管道总体而言发生严重沉陷的风险较小。根据经验，因管道自身原因导致管道下方土体强度降低至40%的可能性不大。可以认为，二期干线管道与广深铁路、广园快速路与交会处的管道下卧粉质粘土层流失松弛导致的强度降低并未对邻近的广深铁路、东环高速、大观路高架,以及广园快速路等的结构造成破坏性影响。由于管道下卧粉质粘土层下方存在较为稳定的粗砂层，因此管道总体而言发生严重沉陷的风险较小。

3结论

本文结合广州市北部水系建设沙河涌等三条河涌联合补水工程的实际情况，对输水管道穿越广深高速等邻近构筑物处节点在运营期间管内输水流量、管道渗漏导致下方基础强度降低等情况下造成周边构筑物的变形特性的影响进行了分析。研究表明：（1）随着管道内充水高度的增加，邻近结构的水平及竖向位移均在增加，但是即使当管道内充满水时，造成临近结构的水平及竖向位移也仅为0.14mm及0.83mm，远不会对结构造成结构性损害。（2）二期干线管道与广深铁路等邻近构筑物交会处的管道下卧粉质粘土层流失松弛导致的强度降低并未对邻近的广深铁路等构筑物结构造成破坏性影响。