超短區(qū)間盾構(gòu)下穿燃?xì)夤苁┕ぜ夹g(shù)要點(diǎn)

司威振

(中鐵十六局集團(tuán)軌道公司，北京 101100)

0 引言

近年來(lái)國(guó)內(nèi)城市基礎(chǔ)建設(shè)迅速發(fā)展，盾構(gòu)法施工技術(shù)相對(duì)成熟，尤其在安全性和高效性方面，目前在城市隧道施工中得到了廣泛的應(yīng)用。文章通過(guò)分析杭州地鐵8號(hào)線橋頭堡站～盾構(gòu)轉(zhuǎn)換井區(qū)間，在超短區(qū)間無(wú)試驗(yàn)段情況下，下穿φ813高壓燃?xì)夤艿某晒Π咐?，?duì)錢塘江富水粉砂層下穿既有管線的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)類似盾構(gòu)區(qū)間施工提供參考。

1 工程概況及分析

1.1 工程概況

杭州地鐵8號(hào)線一期工程施工總承包土建工區(qū)一項(xiàng)目橋頭堡站～盾構(gòu)轉(zhuǎn)換井區(qū)間（以下簡(jiǎn)稱橋～轉(zhuǎn)區(qū)間，如圖1所示），屬于超短區(qū)間，區(qū)間長(zhǎng)度僅有116.89 m，共計(jì)97環(huán)，共投入兩臺(tái)鐵建重工公司生產(chǎn)的ZTE6410土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，從橋頭堡站始發(fā)，盾構(gòu)轉(zhuǎn)換井接收，隧道采用平板型鋼筋混凝土

圖1 橋～轉(zhuǎn)區(qū)間平面

管片，隧道內(nèi)徑5.5 m，外徑6.2 m，環(huán)寬1.2 m，厚

0.35 m。區(qū)間埋深9.7～10.8 m，線間距10.12～15.7 m。

其中橋～轉(zhuǎn)區(qū)間沿線分布主要有三聯(lián)橫河、省天然氣杭甬線管道。左右線隧道分別在31環(huán)、33環(huán)位置下穿杭甬φ813高壓燃?xì)夤艿?，其中左線隧道距離管線凈距7.5 m，交叉角度86°；右線隧道距離管線凈距6.3 m，交叉角度76°。

1.2 工程地質(zhì)及水文情況

本工程場(chǎng)地地貌單元為錢塘江現(xiàn)代（含早期）江灘地貌。地層一般為現(xiàn)代（含早期）堆積粉砂性土，松散～稍密狀為主，厚度一般為19～24 m左右。

區(qū)間涉及地表水主要為場(chǎng)地南側(cè)的三聯(lián)橫河，實(shí)測(cè)河水面標(biāo)高為3.83 m，場(chǎng)地潛水主要賦存于淺（中）部填土層、粉（砂）性土中。區(qū)間距離錢塘江約600 m。

2 施工風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 超短區(qū)間掘進(jìn)施工

通常盾構(gòu)初始掘進(jìn)段前100 m為試掘進(jìn)段,在試掘進(jìn)階段，盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)不穩(wěn)定，面臨著停機(jī)，坍塌發(fā)生、冒頂各樣的風(fēng)險(xiǎn)，整體掘進(jìn)需要磨合。根據(jù)試掘進(jìn)階段數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為后續(xù)掘進(jìn)起到了重要的指導(dǎo)作用。然而橋轉(zhuǎn)盾構(gòu)區(qū)間總長(zhǎng)度為116.89 m，在此超短區(qū)間，無(wú)試掘進(jìn)段的數(shù)據(jù)支持的前提下，下穿燃?xì)夤?，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，如前期盾構(gòu)姿態(tài)偏差，施工過(guò)程糾偏難度大，地面沉降風(fēng)險(xiǎn)大幅度提高。

2.2 杭甬φ813高壓燃?xì)夤鼙Ｗo(hù)

已建省公司省天然氣杭甬線管道起于寧波春曉首站，終于杭州崇賢末站，主要承接?xùn)|氣，共計(jì)309 km。本管道為“西氣東輸”主管道，沉降控制要求高，如出現(xiàn)泄露，影響范圍及危險(xiǎn)系數(shù)極高。

盾構(gòu)隧道鉆進(jìn)施工涉及地鐵工程盾構(gòu)施工對(duì)天然氣管道的影響。主要是由于施工對(duì)地層產(chǎn)生擾動(dòng)而出現(xiàn)的管道與地層一起沉降、隆起，這樣既破壞管道埋深恒壓狀態(tài)，又引起管道彎曲、變形，若管道與地層出現(xiàn)不同步沉降，有可能破壞管道的外防腐層，造成安全隱患，當(dāng)管道沉降、隆起超過(guò)管道的變形極限時(shí)，則管道將出現(xiàn)拉裂，從而引起管道失效，造成天然氣泄漏，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故[1]。

3 盾構(gòu)下穿管線施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

本區(qū)間較短，且下穿重大管線，區(qū)間隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)全部加密布設(shè)，區(qū)間軸線點(diǎn)按照每5環(huán)布設(shè)一點(diǎn)，每10環(huán)布設(shè)一個(gè)地表沉降大斷面。

本次管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置采用間接點(diǎn)布設(shè)+直埋式埋設(shè)方法施工。盾構(gòu)下穿管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置原則：主要布置在管線之間連接位置，管線線性變化位置，管線所處地面易沉降變形位置。本次施工管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置以盾構(gòu)機(jī)和管線正交段每5 m布設(shè)一點(diǎn)，并向兩側(cè)延伸布點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)共布置了16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中12個(gè)間接監(jiān)測(cè)點(diǎn)+4個(gè)直接監(jiān)測(cè)點(diǎn)。本次管線直接點(diǎn)布設(shè)主要采用管道上方用膠體把監(jiān)測(cè)導(dǎo)棒固定在外部套pvc管進(jìn)行保護(hù)。間接點(diǎn)布設(shè)將測(cè)點(diǎn)設(shè)在靠近管線軸線附近相應(yīng)土體中，布設(shè)期間應(yīng)注意對(duì)保護(hù)管線。

3.2 盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)措施

3.2.1 開(kāi)挖面土壓力控制技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)推力和土倉(cāng)壓力對(duì)管道的作用，推力和土倉(cāng)壓力，過(guò)大會(huì)對(duì)地層造成擠壓，迫使地層出現(xiàn)被動(dòng)位移；土倉(cāng)壓力過(guò)小，土體會(huì)出現(xiàn)主動(dòng)位移，不管哪種位移都對(duì)管道造成影響，具體考驗(yàn)管體的抗沖擊和抗拉性能，最嚴(yán)重將使管道拉裂。因此土倉(cāng)壓力的管理對(duì)于開(kāi)挖面的穩(wěn)定至關(guān)重要。

3.2.2 盾構(gòu)掘進(jìn)速度控制

對(duì)于超短區(qū)間掘進(jìn)速度控制原則為：在下穿管線過(guò)程中“中低速掘進(jìn)，快速穿越”，即降低掘進(jìn)速度，加快拼裝速度，在確保土倉(cāng)壓力的情況下，快速完成穿越。合適的掘進(jìn)速度的選取，能都使土體將盾構(gòu)掘進(jìn)所產(chǎn)生的應(yīng)力充分釋放，避免由于掘進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力過(guò)大或過(guò)于集中，而對(duì)高壓燃?xì)夤茉斐捎绊憽?/p>

由于本區(qū)間屬于超短區(qū)間，過(guò)程中很難進(jìn)行糾偏，特別是盾構(gòu)下穿高壓燃?xì)膺^(guò)程中，盾構(gòu)始發(fā)前調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，避免在掘進(jìn)過(guò)程糾偏。

在掘進(jìn)過(guò)程盾構(gòu)姿態(tài)變化不能過(guò)大、過(guò)頻、隧道軸線和折角變化不超過(guò)4‰。折角變化過(guò)大將引起土層的超挖，不利于沉降的控制。推進(jìn)時(shí)不急糾、不猛糾，要做到“勤測(cè)，勤糾”，多注意觀察管片和盾尾的間隙，以減少盾構(gòu)施工對(duì)地層的影響。

3.2.3 同步注漿

盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中由于管片與盾尾存在空隙，如果這部分空隙不加以填充，土體將產(chǎn)生應(yīng)力釋放，導(dǎo)致周邊地基變形，引起管線的沉降。同步注漿能夠及時(shí)有效地填充此部分空隙。

同步注漿量除了要受到注漿材料向土體中滲漏及泄露影響外，還要受到曲線施工、超挖、壁厚注漿材料的種類等影響，實(shí)際上是無(wú)法給定一個(gè)確定的值，通常按理論進(jìn)行計(jì)算，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用二次注漿進(jìn)行補(bǔ)充。每環(huán)的壓漿量一般為建筑空隙的140%～220%。每推進(jìn)一環(huán)同步注漿量為即4.2～6.2 m2/環(huán)。本工程采取同步注漿新型惰性漿不同于普通的惰性漿液，在于加入適量的水泥，縮短同步注漿漿液凝結(jié)時(shí)間，提高其強(qiáng)度、耐久性，有效減少施工對(duì)地層的影響。并且通過(guò)采取注漿壓力與注漿量來(lái)衡量注漿效果，通過(guò)觀測(cè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整注漿，確保同步注漿飽滿，不會(huì)出現(xiàn)地表的隆起沉降[2]。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)后確定為實(shí)際注漿量為理論注漿量的190%，注漿壓力0.2～0.3 MPa時(shí)同步注漿施工停止。配合比采用見(jiàn)表1。

表1同步注漿新型惰性漿初步配比

3.2.4 二次注漿

二次（或多次）壓漿是彌補(bǔ)同步注漿的不足，是減少盾構(gòu)過(guò)后土體的后期沉降量的有效輔助手段，特別是盾構(gòu)在穿越地下管線及地面構(gòu)筑物、涌水及軟土地段時(shí)補(bǔ)壓注漿至關(guān)重要。

二次注漿能夠使管片提前支承地層，提高管片襯砌的穩(wěn)定性，減少工后沉降，確保安全，同時(shí)能夠起到一定的防水效果。

根據(jù)盾構(gòu)下穿的地層及時(shí)調(diào)整注漿壓力，二次注漿能有效減少地層間空隙，減少沉降，同時(shí)也要考慮注漿壓力過(guò)大導(dǎo)致對(duì)地層的擾動(dòng)。本區(qū)間在下穿燃?xì)夤苁艿接绊懢蜻M(jìn)段進(jìn)行每環(huán)注漿，其他標(biāo)準(zhǔn)段每5環(huán)進(jìn)行一次注漿，二次補(bǔ)充注漿壓力控制在2.5～3.5 bar。

由于本區(qū)間施工地層富水粉砂層，地層自穩(wěn)定、成拱性極差，為保證同步注漿及二次補(bǔ)漿能夠達(dá)到預(yù)期效果，確保燃?xì)夤芫€的安全，本區(qū)間每10環(huán)進(jìn)行一次盾尾注入聚氨酯的止水環(huán)。

4 管線沉降結(jié)果分析

2020年1月5 日，橋～轉(zhuǎn)區(qū)間順利安全下穿杭甬φ813高壓燃?xì)夤埽?0環(huán)～36環(huán)），期間根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2所示，盾構(gòu)機(jī)刀盤掘進(jìn)至管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)正下部前，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示分析累計(jì)沉降不大于2 mm；盾體下穿燃?xì)夤軙r(shí)，累計(jì)沉降達(dá)到4～8 mm；盾尾脫出后，沉降趨于穩(wěn)定，累計(jì)最大沉降值為13.6 mm。根據(jù)盾構(gòu)下穿管線整個(gè)過(guò)程中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，沉降規(guī)律為：刀盤到達(dá)前對(duì)管線影響相對(duì)比較小、盾體下穿通過(guò)時(shí)管線沉降量驟增、后續(xù)盾尾脫出后沉降速率逐漸趨于穩(wěn)定[3]。

圖2 管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

（1）對(duì)于超短區(qū)間，由于對(duì)初始數(shù)據(jù)采集有限，始發(fā)前一定調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，盡量減少在掘進(jìn)過(guò)程糾偏；管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置采用布設(shè)直接監(jiān)測(cè)點(diǎn)+間接監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置方法，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)頻率，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。

（2）下穿管線前，要保證盾構(gòu)機(jī)持續(xù)、穩(wěn)定的保壓推進(jìn)，掘進(jìn)過(guò)程中，土倉(cāng)壓力保持比理論值高0.15～0.2 bar。

（3）盾構(gòu)機(jī)下穿管線過(guò)程中，管線沉降最嚴(yán)重的階段，此階段要加強(qiáng)同步注漿，逐步增大同步注漿壓力、增大同步注漿量。采用聚氨酯在掘進(jìn)管線正下方前后各5環(huán)位置施做止水環(huán)，確保盾尾位置的密封性和同步注漿的填充壓力。下穿過(guò)程采用新型惰性漿液，縮短同步注漿漿液凝結(jié)時(shí)間，提高其強(qiáng)度、耐久性。

（4）盾尾脫出后，管線沉降風(fēng)險(xiǎn)依然存在，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行二次注漿，管線沉降明顯得到控制，本工程在下穿管線影響段每環(huán)進(jìn)行注漿，注漿孔采用梅花形布置，每環(huán)布置4個(gè)注漿孔。