超短區(qū)間盾構(gòu)下穿燃氣管施工技術(shù)要點

司威振

(中鐵十六局集團軌道公司，北京 101100)

0 引言

近年來國內(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。文章通過分析杭州地鐵8號線橋頭堡站～盾構(gòu)轉(zhuǎn)換井區(qū)間，在超短區(qū)間無試驗段情況下，下穿φ813高壓燃氣管的成功案例，對錢塘江富水粉砂層下穿既有管線的技術(shù)參數(shù)進行分析，總結(jié)經(jīng)驗，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號線一期工程施工總承包土建工區(qū)一項目橋頭堡站～盾構(gòu)轉(zhuǎn)換井區(qū)間（以下簡稱橋～轉(zhuǎn)區(qū)間，如圖1所示），屬于超短區(qū)間，區(qū)間長度僅有116.89 m，共計97環(huán)，共投入兩臺鐵建重工公司生產(chǎn)的ZTE6410土壓平衡盾構(gòu)機，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高壓燃氣管道，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地南側(cè)的三聯(lián)橫河，實測河水面標(biāo)高為3.83 m，場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)險分析

2.1 超短區(qū)間掘進施工

通常盾構(gòu)初始掘進段前100 m為試掘進段,在試掘進階段，盾構(gòu)機各項技術(shù)參數(shù)不穩(wěn)定，面臨著停機，坍塌發(fā)生、冒頂各樣的風(fēng)險，整體掘進需要磨合。根據(jù)試掘進階段數(shù)據(jù)進行分析，為后續(xù)掘進起到了重要的指導(dǎo)作用。然而橋轉(zhuǎn)盾構(gòu)區(qū)間總長度為116.89 m，在此超短區(qū)間，無試掘進段的數(shù)據(jù)支持的前提下，下穿燃氣管，施工風(fēng)險較大，如前期盾構(gòu)姿態(tài)偏差，施工過程糾偏難度大，地面沉降風(fēng)險大幅度提高。

2.2 杭甬φ813高壓燃氣管保護

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，影響范圍及危險系數(shù)極高。

盾構(gòu)隧道鉆進施工涉及地鐵工程盾構(gòu)施工對天然氣管道的影響。主要是由于施工對地層產(chǎn)生擾動而出現(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、隆起超過管道的變形極限時，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

3.1 管線監(jiān)測點布置

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

本次管線監(jiān)測點布置采用間接點布設(shè)+直埋式埋設(shè)方法施工。盾構(gòu)下穿管線監(jiān)測點布置原則：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)測點布置以盾構(gòu)機和管線正交段每5 m布設(shè)一點，并向兩側(cè)延伸布點，現(xiàn)場共布置了16個監(jiān)測點，其中12個間接監(jiān)測點+4個直接監(jiān)測點。本次管線直接點布設(shè)主要采用管道上方用膠體把監(jiān)測導(dǎo)棒固定在外部套pvc管進行保護。間接點布設(shè)將測點設(shè)在靠近管線軸線附近相應(yīng)土體中，布設(shè)期間應(yīng)注意對保護管線。

3.2 盾構(gòu)掘進技術(shù)措施

3.2.1 開挖面土壓力控制技術(shù)

盾構(gòu)機推力和土倉壓力對管道的作用，推力和土倉壓力，過大會對地層造成擠壓，迫使地層出現(xiàn)被動位移；土倉壓力過小，土體會出現(xiàn)主動位移，不管哪種位移都對管道造成影響，具體考驗管體的抗沖擊和抗拉性能，最嚴重將使管道拉裂。因此土倉壓力的管理對于開挖面的穩(wěn)定至關(guān)重要。

3.2.2 盾構(gòu)掘進速度控制

對于超短區(qū)間掘進速度控制原則為：在下穿管線過程中“中低速掘進，快速穿越”，即降低掘進速度，加快拼裝速度，在確保土倉壓力的情況下，快速完成穿越。合適的掘進速度的選取，能都使土體將盾構(gòu)掘進所產(chǎn)生的應(yīng)力充分釋放，避免由于掘進時產(chǎn)生的應(yīng)力過大或過于集中，而對高壓燃氣管造成影響。

由于本區(qū)間屬于超短區(qū)間，過程中很難進行糾偏，特別是盾構(gòu)下穿高壓燃氣過程中，盾構(gòu)始發(fā)前調(diào)整好盾構(gòu)機姿態(tài)，避免在掘進過程糾偏。

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

3.2.3 同步注漿

盾構(gòu)在掘進過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，實際上是無法給定一個確定的值，通常按理論進行計算，再根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)用二次注漿進行補充。每環(huán)的壓漿量一般為建筑空隙的140%～220%。每推進一環(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)時間，提高其強度、耐久性，有效減少施工對地層的影響。并且通過采取注漿壓力與注漿量來衡量注漿效果，通過觀測監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整注漿，確保同步注漿飽滿，不會出現(xiàn)地表的隆起沉降[2]。

經(jīng)統(tǒng)計后確定為實際注漿量為理論注漿量的190%，注漿壓力0.2～0.3 MPa時同步注漿施工停止。配合比采用見表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）壓漿是彌補同步注漿的不足，是減少盾構(gòu)過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、涌水及軟土地段時補壓注漿至關(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，同時能夠起到一定的防水效果。

根據(jù)盾構(gòu)下穿的地層及時調(diào)整注漿壓力，二次注漿能有效減少地層間空隙，減少沉降，同時也要考慮注漿壓力過大導(dǎo)致對地層的擾動。本區(qū)間在下穿燃氣管受到影響掘進段進行每環(huán)注漿，其他標(biāo)準(zhǔn)段每5環(huán)進行一次注漿，二次補充注漿壓力控制在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漿能夠達到預(yù)期效果，確保燃氣管線的安全，本區(qū)間每10環(huán)進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高壓燃氣管（30環(huán)～36環(huán)），期間根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖2所示，盾構(gòu)機刀盤掘進至管線監(jiān)測點正下部前，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示分析累計沉降不大于2 mm；盾體下穿燃氣管時，累計沉降達到4～8 mm；盾尾脫出后，沉降趨于穩(wěn)定，累計最大沉降值為13.6 mm。根據(jù)盾構(gòu)下穿管線整個過程中的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，沉降規(guī)律為：刀盤到達前對管線影響相對比較小、盾體下穿通過時管線沉降量驟增、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)測點沉降數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

（1）對于超短區(qū)間，由于對初始數(shù)據(jù)采集有限，始發(fā)前一定調(diào)整好盾構(gòu)機姿態(tài)，盡量減少在掘進過程糾偏；管線監(jiān)測點布置采用布設(shè)直接監(jiān)測點+間接監(jiān)測點的布置方法，并加強監(jiān)測點監(jiān)測頻率，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整優(yōu)化盾構(gòu)掘進參數(shù)。

（2）下穿管線前，要保證盾構(gòu)機持續(xù)、穩(wěn)定的保壓推進，掘進過程中，土倉壓力保持比理論值高0.15～0.2 bar。

（3）盾構(gòu)機下穿管線過程中，管線沉降最嚴重的階段，此階段要加強同步注漿，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。下穿過程采用新型惰性漿液，縮短同步注漿漿液凝結(jié)時間，提高其強度、耐久性。

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