盾構下穿埋深較大的管線監(jiān)測與分析

文/徐亞軍

1 工程概況

盾構下穿埋深較大的燃氣管線位于常州地鐵1 號線一期工程延政大道站至長虹路站區(qū)間（SK12+686.432 至SK13+322.829，上行線貫通里程）范圍內(nèi)，區(qū)間盾構埋深范圍為9.5～13.3m，線路中線間距約為14～17.6m。隧道施工采用小松土壓平衡盾構機，盾體外直徑為φ6.34m，主機長8.68m，整機長度為58.24m，最大推力3773T。 襯砌管片采用內(nèi)徑為5.5m，厚度0.35m，寬度1.2m。盾構區(qū)間地層為：①填土、②3 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、②41 粉質(zhì)粘土、③1 粘土、③2 粘土、④1 粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土、⑤1 砂質(zhì)粉土、⑤2砂質(zhì)粉土、⑥1 粉質(zhì)粘土、⑥2 粉質(zhì)粘土、⑥3 粘土、⑥4粉質(zhì)粘土；區(qū)間的地下水有淺部土層中的潛水、承壓水，承壓水分第一層承壓水和第二層承壓水。盾構施工由長虹路站始發(fā)，延政大道接收，下行線先行施工[1]。

區(qū)間隧道上、下行線平行下穿燃氣管線，盾構下穿里程：下行線為XK13+296.92m，上行線為XK13+296.68m，屬于正交下穿，線路下穿段落為直線。下穿管線為：牽引管法施工，燃氣Φ160mmPE 材質(zhì)管線，與盾構區(qū)間隧道交匯處最大深埋深約8.5m，相應盾構隧道（頂部）埋深為9.5m，管線處于④1 黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土中，相應位置盾構機處于④1 黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑤1 砂質(zhì)粉土、⑥2 粉質(zhì)粘土，隧道位于第一層承壓含水層中，對工程影響很大。

2 主要風險

盾構區(qū)間下穿燃氣管線涉及地層有④1 粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土、⑤1 砂質(zhì)粉土、⑥2 粉質(zhì)粘土，該層土在動水壓力條件下極易發(fā)生流砂或管涌現(xiàn)象。在該類土層中進行盾構掘進時若掘進面失穩(wěn)，將會引起突發(fā)性涌水和流砂，對工程建設本身及周邊環(huán)境造成重大事故。

盾構下穿燃氣管線主要風險：管線開裂、破損、泄露等，此燃氣管線距離盾構隧道頂部最小凈距1m，施工風險較大，盾構下穿此段落施工階段關閉管線兩端閥門，以降低施工風險[2]。

3 監(jiān)測分析

3.1 監(jiān)測布設

由于燃氣管線位于花園街正下方，管線埋深較大，且管線為PE 管材質(zhì)，無法對管線直接進行沉降監(jiān)測，因此在盾構施工時，主要通過管線上方間接監(jiān)測點及地表監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析管線的沉降變形。主要影響區(qū)監(jiān)測點位：燃氣管線監(jiān)測點為MC20、MC21、MC22、MC23，其他監(jiān)測點為盾構施工21 環(huán)監(jiān)測斷面地表監(jiān)測點，管線與隧道位置及主要監(jiān)測點如圖1 所示[3]。

圖1 管線與隧道位置及主要監(jiān)測點圖

3.2 監(jiān)測分析

3.2.1 線路于2016年5月17日掘進面靠近管線時，首先進入的是XD21 隧道所在的監(jiān)測斷面，且XD21 監(jiān)測點距離MC21 監(jiān)測點距離為1.8m，監(jiān)測數(shù)據(jù)反映XD21、XD21-4、XD21-6 及MC21 監(jiān) 測點出現(xiàn)變化速率及累計變化量超過設計控制值，沉降明顯；監(jiān)測斷面地表監(jiān)測點變化量最大的點為XD21，累計沉降量為-55.45mm，變化量為-51.55mm；管線監(jiān)測點MC21，累計沉降量為-32.15mm，變化量為-29.85mm；其余主要監(jiān)測點數(shù)據(jù)穩(wěn)定可控[4]。

3.2.2 盾構在19 環(huán)至23 環(huán)平均土倉壓力及注漿量如表1 所示。

表1 土倉壓力及注漿量統(tǒng)計表

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行原因分析，盾構自長虹路站始發(fā)，剛出加固區(qū)進入?yún)^(qū)間施工，累計推進22 環(huán)（其中加固區(qū)長度10m），處于盾構參數(shù)調(diào)整試驗階段。由于加固區(qū)和非加固區(qū)地層結構不同，在加固區(qū)推進過程中土倉壓力較大，出加固區(qū)后進行掘進參數(shù)調(diào)整，在掘進19 環(huán)時土倉壓力凸顯偏低，盾構掘進土倉壓力與掘進面前方土體土壓力不匹配，進而導致開挖面失衡，出土量過大，且地層損失過大；另外，在下穿管線段落時降低了土倉壓力，導致沉降監(jiān)測點下沉值較大。

盾構法施工中地層損失、盾構施工區(qū)域土體受擾動或重塑土再固結是引起地面沉降的主要因素。盾構注漿是在管片拼裝完成后，隨著盾構的推進，管片與洞體之間出現(xiàn)空隙，如不及時充填，地層應力會得以釋放而產(chǎn)生變形，其結果發(fā)生地面沉降，鄰近建（構）筑物沉降、變形或破壞等。注漿的主要作用就是抑制隧道周邊地層松弛，防止地層變形，及早使管片環(huán)安定，千斤頂推力平滑地向地層傳遞，作用于管片的土壓力平衡，減小作用于管片的應力和管片變形，盾構的方向控制，形成有效的防水層等作用。結合監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過注漿量統(tǒng)計表分析，下穿管線段落存在注漿量不足的問題，造成了監(jiān)測點沉降量較大[5]。

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)及盾構掘進參數(shù)綜合分析，造成沉降的原因為盾構施工土倉壓力、注漿量不足。燃氣管線位于21 環(huán)、22 環(huán)上方，MC21 監(jiān)測點沉降量較大，且XD21、XD21-4、XD21-6 沉降量較大。

4 采取措施及效果

結合監(jiān)測數(shù)據(jù)及盾構掘進參數(shù)綜合分析，采取加強二次注漿，并增大注漿壓力及注漿量等措施。通過加 強 二 次 注 漿，在2016年5月18日，MC21、XD21、XD21-4、XD21-6 監(jiān)測點均有不同程度回升；之后，由于土體固結效應，略有沉降，并逐漸趨于平穩(wěn)；地表進行探孔檢測以及注漿加固處理，MC21、XD21、XD21-4、XD21-6 主要監(jiān)測點變化如圖2 所示。結合監(jiān)測數(shù)據(jù)對盾構掘進參數(shù)進行調(diào)整，通過調(diào)整土倉壓力值、嚴格控制同步注漿壓力、掘進速度等措施，后續(xù)施工監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

圖2 監(jiān)測點變化圖

5 結語

本文就盾構下穿埋深較大的管線在監(jiān)測、盾構施工等方面進行闡述，結合施工過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)對盾構施工進行指導，總結如下：

對于重大風險源，需對其制定專項施工方案、監(jiān)測方案，必要時應對其進行專項設計。本次盾構下穿Φ160mm 燃氣管線，管線埋深約8.5m，相應盾構隧道埋深為9.5m，制定專項監(jiān)測方案，并且在盾構下穿管線施工階段，關閉兩端閥門[6]。

盾構施工造成地表土層的隆沉主要源于土層損失和土體擾動，在下穿施工前應進一步核實風險源與隧道的相互關系；下穿管線時，尤其埋深較大的管線，應及時調(diào)整土倉壓力，減少管線隆沉，防止管線開裂。

在下穿管線施工中建議：在下穿管線施工前，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)修正掘進參數(shù)，保持土壓平衡；在下穿通過時，應至少保持前環(huán)正常掘進的土倉壓力，也可以根據(jù)管線材質(zhì)，適當增加土倉壓力。由于管線是允許微小變形的（具體根據(jù)管線材質(zhì)及管線性質(zhì)確定），在施工中稍有隆起，注漿后，由于土體效應，之后回落；在下穿管線施工時，若減小土倉壓力等，致使管線下沉，雖然通過二次注漿，即使增大了注漿壓力，也同樣很難恢復到正常位置。