研究大直徑泥水平衡盾構(gòu)穿越市政管道的防護(hù)措施

馮志勇

(重慶賽迪工程咨詢有限公司 四川 重慶 400010)

研究大直徑泥水平衡盾構(gòu)穿越市政管道的防護(hù)措施

馮志勇

(重慶賽迪工程咨詢有限公司 四川 重慶 400010)

隨著我國(guó)綜合實(shí)力的不斷提升，科技水平的不斷發(fā)展，國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的穩(wěn)定上漲，但隨之而來的是城市道路越來越擁堵，未為緩解此問題，許多城市開始向地下發(fā)展交通，城市發(fā)展公共交通地鐵，作為緩解交通擁擠的措施之一，在地鐵施工的過程中，城市部分市政主干管是大直徑盾構(gòu)近距離穿越的，無論是使用階段還是施工階段，在穿越市政管道時(shí)會(huì)有極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此為了確保安全地將盾構(gòu)穿越市政管道中，我們應(yīng)該將市政管道防護(hù)中的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制，減少地層的損失。下文將結(jié)合工程案列對(duì)盾構(gòu)穿越市政管道采取防護(hù)介紹，并對(duì)市政管道與隧道之間的位置進(jìn)行介紹，主要是對(duì)大直徑泥水平衡盾構(gòu)穿越市政管道之間的影響和防護(hù)措施進(jìn)行研究。

大直徑泥水平衡盾構(gòu)；穿越；市政管道；防護(hù)措施

引言：如今城際鐵路已經(jīng)發(fā)展在地下線，城市的鐵路隧道穿越到城市最繁華的地段，為了能夠確保在建設(shè)時(shí)對(duì)周邊環(huán)境影響以及施工安全，我們需要在建工時(shí)采用盾構(gòu)法施工。地鐵不可避免的穿越市政管道，一般都是將盾構(gòu)施工工藝進(jìn)行控制，便于將地面加固加以保護(hù)。由于大直徑泥水平衡盾構(gòu)方法會(huì)穿越市政管道，所以，在使用此方法時(shí)一定建立在保障城市建筑物的安全的基礎(chǔ)上。這就要求盾構(gòu)施工必須有嚴(yán)謹(jǐn)且合理的施工方案，保證盾構(gòu)可以科學(xué)、合理的進(jìn)行。

一、大直徑泥水平衡盾構(gòu)的介紹

大直徑隧道在開發(fā)時(shí)由于挖面較大，施工時(shí)會(huì)存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。我們要根據(jù)大直徑隧道泥水量的數(shù)值進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，并隨之開發(fā)出更強(qiáng)的抑制分散能力。盾構(gòu)在穿越市政管道底，在施工的時(shí)候可能面臨很多風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)法主要依賴的是機(jī)械設(shè)備，尤其是在洞內(nèi)掘進(jìn)階段，要非常強(qiáng)的技術(shù)性能和可靠的措施，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取不斷完善盾構(gòu)施工工藝。時(shí)代不斷發(fā)展的當(dāng)下，在城市的繁華地帶的地下工程不可避免的受到地上高樓、橋梁以及河流、建筑物的影響。

二、大直徑泥水平衡盾構(gòu)與市政管道之間的影響分析

1、施工階段的風(fēng)險(xiǎn)

施工階段我們可能會(huì)由于施工的地質(zhì)條件不好而面臨安全風(fēng)險(xiǎn)極大的情況。一般情況下，市政管道的抵抗變形能力不是很強(qiáng)，特別是城市老城區(qū)，管線復(fù)雜，部分管道施工質(zhì)量不佳，時(shí)間久遠(yuǎn)，很可能在施工階段遭遇變形或者移位，盾構(gòu)通過地層以富水砂卵石為主時(shí)，其自穩(wěn)性差。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)擾動(dòng)周圍土體，容易造成地層出現(xiàn)疏松、孔洞等現(xiàn)象，從而地表沉降、開裂，造成管線滲漏水及結(jié)構(gòu)受損，如果控制不當(dāng)，很可能造成管道破裂,由于破裂后漏水將造成地層塌陷，釀成災(zāi)害。因此如果在市政管道上方出現(xiàn)土體隆起的現(xiàn)象，或者是淤泥、污水發(fā)生堵塞，我們要應(yīng)對(duì)這些安全隱患。盾構(gòu)穿越污水管時(shí)，由于土體的作用污水管可能會(huì)向上移，部分污水管采用的承插式，會(huì)造成管道接縫處會(huì)有很大的錯(cuò)縫，這些錯(cuò)縫的出現(xiàn)會(huì)使大量的污水進(jìn)入管道中，這會(huì)使管道發(fā)生嚴(yán)重堵塞，隧道周圍的土體可能因?yàn)槭姓艿赖脑蚨霈F(xiàn)壓縮或者沉降，管道之間存在一些縫隙，造成安全事故。

某地鐵工程在盾構(gòu)始發(fā)段準(zhǔn)備掘進(jìn)隧道時(shí)，發(fā)生洞門上方止水簾布外翻漏水情況。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查，雨水管管徑為1.0m，管道為平口管，管節(jié)長(zhǎng)度2m，采用360°C15砼帶基加固；污水管管徑為0.8m，管道為平口管，管節(jié)長(zhǎng)度2m，采用360°C15砼帶基加固；此污水管為附近生活污水排放管道，不同時(shí)間段內(nèi)其水流量大小不同。造成此次事故發(fā)生原因就是由于盾構(gòu)始發(fā)端上方經(jīng)過改遷的直徑為0.8m承插式污水管發(fā)生滲漏，同時(shí)盾構(gòu)掘進(jìn)處于始發(fā)階段，洞門未能封閉注漿，導(dǎo)致污水管中污水在簾布密封薄弱處漏出。污水管在前期評(píng)估時(shí)未列入重大危險(xiǎn)源，在施工調(diào)查時(shí)，未對(duì)雨污水管排水量高低峰情況摸排清楚，且在盾構(gòu)施工超方后未能充分預(yù)估到該污水管的危害性，在盾構(gòu)始發(fā)階段對(duì)該處污水管重視不足，未能及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理，是導(dǎo)致本次事件發(fā)生的間接原因。

施工方采取了以下措施：在污水管上游進(jìn)行引排施工，聯(lián)通污水管和流向楠桿堰的雨水管，切斷洞門漏水來源。對(duì)盾構(gòu)下穿段污水管編制專項(xiàng)施工方案，進(jìn)行地面注漿加固處理。專業(yè)施工單位對(duì)始發(fā)段內(nèi)污水管上下游檢查井進(jìn)行封堵，確保管內(nèi)無水，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。污水井至盾構(gòu)井端頭約范圍內(nèi)，為防止出現(xiàn)空洞留下安全隱患，進(jìn)行打孔排查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的空洞注入砂漿或混凝土進(jìn)行回填密實(shí)，不留隱患，加固完成后進(jìn)行鉆芯取樣檢測(cè)加固質(zhì)量。

由此事件可以看出管線調(diào)查、提前做好有針對(duì)性的管線保護(hù)方案也是確保市政管道安全十分重要的一環(huán)。這就要求我們?cè)谧龊檬┕るA段安全措施，探查管線位置與盾體的相對(duì)管線，制定相應(yīng)的措施，將安全措施不斷加強(qiáng)，才能為城市建筑以及地下工程帶來安全保障。

2、運(yùn)營(yíng)階段的風(fēng)險(xiǎn)

運(yùn)營(yíng)階段城市管道與軌道交通兩者之間的影響也非常大，需要我們要時(shí)刻防范。地下工程的建造是城市不斷發(fā)展的顯示，在運(yùn)營(yíng)階段，由于列車運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，對(duì)已經(jīng)建好的地下工程有很大的影響，有時(shí)候列車運(yùn)行還會(huì)對(duì)城市上邊的建筑造成影響。在列車不斷震動(dòng)的時(shí)候市政管道會(huì)之間的連接處可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的情況，這樣的話市政管道中的水會(huì)通過管道之間的錯(cuò)縫不斷向外涌去，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)在地下隧道的周圍形成水囊，隧道在施工時(shí)采取了防水措施，但是隧道中形成的大水囊會(huì)降低隧道的防水能力。這樣的水囊對(duì)管道中的管片也有很大的影響，會(huì)使得管道中的管片有腐蝕的可能，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)有潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。如今我國(guó)各地的市政管道使用情況都不甚良好，我們要在市政管道正常使用的情況下，在一定時(shí)期對(duì)市政管道進(jìn)行更換，確保市政管道的長(zhǎng)久使用。

三、大直徑泥水平衡盾構(gòu)穿越市政管道的防護(hù)措施研究

1、地面防護(hù)措施研究

施工前應(yīng)對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)路線上的所有管線全面排查，識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，有必要編制管線保護(hù)手冊(cè)，對(duì)不清楚的線路必須與產(chǎn)權(quán)單位聯(lián)系，確定有效的保護(hù)方案。對(duì)于盾構(gòu)穿越雨污水管段區(qū)間隧道的埋深、地質(zhì)情況以及與管線的空間關(guān)系，制定盾構(gòu)穿越管段施工的指導(dǎo)思想為：“安全、連續(xù)、快速均衡通過管線”，并確立“壓力合理、快速掘進(jìn)、注漿充分、嚴(yán)密監(jiān)測(cè)、快速反饋、預(yù)案恰當(dāng)”的施工原則，編制對(duì)應(yīng)的專項(xiàng)方案或措施。在盾構(gòu)穿越雨污管道時(shí)可采用分流的方法引排污水，盡量減小水壓對(duì)掘進(jìn)過程的影響，同時(shí)優(yōu)化掘進(jìn)參數(shù)、及時(shí)跟進(jìn)同步及二次注漿、渣土改良、出渣量控制、地面及洞內(nèi)加固、加強(qiáng)對(duì)污水管及地面的監(jiān)控量測(cè)等措施進(jìn)行指導(dǎo)施工。

另外盾構(gòu)始發(fā)、接收端都會(huì)提前降水以確保盾構(gòu)掘進(jìn)安全，但降水過程會(huì)造成沙土流失，極易造成地面塌陷，會(huì)對(duì)下部管道造成極大破壞，因此在盾構(gòu)掘進(jìn)前必須將存在風(fēng)險(xiǎn)的管線探挖出來，與產(chǎn)權(quán)單位協(xié)商可實(shí)施的保護(hù)措施，可以采用懸吊保護(hù)等隔離措施，若不能懸吊的管線可以通過攪拌加固、注漿加固等方法進(jìn)行進(jìn)一步鞏固。地面加固改良（注漿加固、攪拌加固、旋噴加固、樁基加固等），主要是對(duì)工程中發(fā)現(xiàn)的性質(zhì)不好的地層改變土體結(jié)構(gòu)，不斷增強(qiáng)其承載力，從而將其穩(wěn)定性增高。除了地層改良，我們還要對(duì)隧道和建筑物之間進(jìn)行隔離措施，通過設(shè)立隔離樁，將建筑物和施工地進(jìn)行隔離，從而保護(hù)建筑物。

2、洞內(nèi)措施

洞內(nèi)措施是根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的技術(shù)性能采取的可靠措施，分為工程措施和工藝措施。盾構(gòu)選型的合理性和關(guān)鍵參數(shù)的準(zhǔn)確確定是盾構(gòu)法工程施工成敗的關(guān)鍵，適應(yīng)施工地段的地質(zhì)情況，結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)參數(shù)，計(jì)算出掘進(jìn)區(qū)間最大的推進(jìn)阻力、最大刀盤回轉(zhuǎn)阻力矩等，選取合適的儲(chǔ)備系數(shù)，確定盾構(gòu)最大推力和刀盤裝備扭矩選擇適宜盾構(gòu)機(jī)，避免因機(jī)型與地質(zhì)不適合造成安全隱患。

盾構(gòu)選型后洞內(nèi)掘進(jìn)參數(shù)控制是對(duì)管線防護(hù)最為重要的一環(huán)。而參數(shù)控制是通過掘進(jìn)過程中對(duì)參數(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化調(diào)整，以確保盾構(gòu)機(jī)工藝措施和工程措施完美結(jié)合，以此來達(dá)到施工安全的目的。主要的參數(shù)調(diào)整優(yōu)化措施（本文就土壓式盾構(gòu)而言）如下：（1）采用以滾刀、齒刀、周邊刮刀為主的刀盤切削土層，以低轉(zhuǎn)速推進(jìn)。（2）適當(dāng)提高土倉(cāng)壓力以防止涌砂，并在掘進(jìn)中不斷調(diào)整優(yōu)化。（3）土倉(cāng)壓力通過采取調(diào)整排土量及調(diào)整掘進(jìn)速度兩種方法建立，并應(yīng)維持切削土量與排土量的平衡，以使土倉(cāng)內(nèi)的壓力穩(wěn)定平衡。（4）盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度主要通過調(diào)整盾構(gòu)推力、轉(zhuǎn)速（扭矩）來控制。（5）出土量則主要通過調(diào)整螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。在實(shí)際掘進(jìn)施工中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、排出的碴土狀態(tài)，以及盾構(gòu)機(jī)的各項(xiàng)工作狀態(tài)參數(shù)等動(dòng)態(tài)地調(diào)整優(yōu)化。（6）掘進(jìn)時(shí)采取碴土改良措施增加碴土的流動(dòng)性和止水性，密切觀察螺旋輸送機(jī)的栓塞和出土情況以調(diào)整泡沫的摻量。（7）在盾構(gòu)掘進(jìn)速度一定的情況下，主要通過調(diào)整螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)整出土量的大小，以達(dá)到維持土倉(cāng)壓力的平衡。做好出土量管理工作，對(duì)每環(huán)出土量進(jìn)行測(cè)定，出土量控制在一定范圍內(nèi)，保持盾構(gòu)機(jī)良好的姿態(tài)。

對(duì)地層進(jìn)行打孔以及壓注漿液工藝措施是盾構(gòu)工藝中十分先進(jìn)的工藝之一，盾構(gòu)工藝措施是盾構(gòu)工藝中十分先進(jìn)的工藝之一，其對(duì)于泥水參數(shù)調(diào)控有很大的幫助。工程中的同步注漿、二次注漿是非常重要的。同步注漿采用水泥砂漿，即水泥砂漿作為同步注漿材料，具有凝結(jié)時(shí)間較短、強(qiáng)度高、耐久性好和抗腐蝕性好等特點(diǎn)，能有效填充管片外側(cè)間隙，有利于防止和減少地層變形，減少管線段地層的擾動(dòng)，穿越過程須確保最大程度利用同步注漿填充滿管片背后的間隙。若土體參數(shù)異常可能會(huì)對(duì)管線造成破壞，須進(jìn)行單液或雙液二次注漿以加強(qiáng)防護(hù)措施，確保施工安全。

四、結(jié)束語

隨著我國(guó)科技水平的不斷提升，經(jīng)濟(jì)能力的穩(wěn)定上漲，我國(guó)如今城市地下空間以及城際鐵路的不斷發(fā)展，城際鐵路的設(shè)計(jì)也慢慢變成了地下線設(shè)計(jì)，如今的隧道形式可以穿越城市的繁華地段。在施工之前，我們需要綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)措施，對(duì)可能誘發(fā)重大地質(zhì)災(zāi)害的體系進(jìn)行提前預(yù)警，并及時(shí)采取有效的措施。隨著我國(guó)科技的不斷發(fā)展，對(duì)于地下空間建設(shè)的安全需要更多的關(guān)注，我們要將工程施工中發(fā)生安全事故的可能性降到最低，為我國(guó)地下工程建設(shè)提供更多發(fā)展動(dòng)力，為祖國(guó)建設(shè)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)獻(xiàn)添磚加瓦。

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1007-6344（2017）02-0273-02

馮志勇，男，1981年10月，四川簡(jiǎn)陽人，大專，工程師，主要從事工程監(jiān)理工作。