1、1盾构隧道穿越地下管线施工技术摘要：随着社会的发展与进步，重视盾构隧道穿越地下管线施工技术对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍盾构隧道穿越地下管线施工技术的有关内容。 关键词盾构；隧道；工程；地下管线；施工；技术； 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 引言 通常情况下，隧道施工都是在城市热闹的地区，附近有很多的建筑物，再加上地下管线分布也比较复杂。所以，对隧道施工提出了较高的要求，既要确保施工安全，又不会影响周围建筑或者设施的正常运行。也就是说在隧道施工过程中，应该尽量减少土体开挖对附近建筑物、环境等的影响。通过大量实践证明，盾构法是隧道施工最主要的施工方法，特别是在软土区
2、段，使用更为广泛。 一、工程概况 某工程隧道全长 2 416.175 m, 其中上行线 1 220.283 m, 下行线 1 195.892 m。隧道覆土厚度为 8.32 m18.67 m, 隧道最小埋深,约 8.3 m。最小平曲线半径为 R=599.882 m, 最大纵坡为 2.006%, 纵坡走向呈“V”型坡。隧道采用装配式单层衬砌结构, 内外直径分别为 5 500 mm, 6 200 mm, 采用长 1 200 mm、厚 350 mm 的 C55 和 S10 钢筋混凝土衬2砌管片, 管片与盾构间隙采用同步注浆液和二次补注浆填充。根据地质报告显示: 原水管主要位于淤泥质黏土中, 盾构推进主
3、要位于1 灰色黏土层、2 灰色砂质粉土两层土中(如图 1) 。 图 1 地质剖面图 二、盾构隧道施工的诸多优点分析 盾构法隧道施工的优点主要包含以下几点：第一，当前很多施工作业竣工都是在地下完成的，这样一来，不仅不会对环境造成影响，而且也确保地面交通的正常运行，与此同时，又可以减少对周围居民的施工影响；第二，对地上与地下铺设物带来的影响是非常小的；第三，盾构法更加便于管理，需要的施工人员偏少，气候的变化不会对施工产生一定的影响，施工进度较快；第四，更加适用于软土地段，特别是在土质差、水位过高的地段铺设隧道，盾构法具有较强的优势。盾构法的上述这些特点已经得到了全世界的认可，同时得到了广泛推广和应
4、用。尽管盾构法有很高的安全性，但是，在隧道施工过程中，因受土层压力、超挖等因素的影响，很容易引起土体发生变形，如果土体变形过于明显，会使路面出现沉降或隆起，以至于影响正常的交通运行，一旦地下管线出现变形，势必会出现严重的安全事故。所以，盾构挖掘造成的土体变形控制是提高盾构掘进质量的主要标准。 二、盾构穿越水管施工技术分析 3.1 前期准备工作 3.1.1 技术交底 3在穿越原水管前, 对所有施工人员进行技术交底, 使每一个参加施工的工作人员清楚了解盾构与原水管之间的相对位置以及应当采取的不同技术措施。 3.1.2 试验段掘进 在盾构穿越原水管之前的施工过程中, 准确掌握盾构所穿越土层的地质条件
5、, 掌握这种地质条件下土压平衡盾构推进施工的方法, 掌握盾构推进施工参数和同步压浆量, 并且通过实践不断地对其进行优化( 特别是盾构施工到达原水管前 20 m 的施工参数的优化) , 以求达到盾构以最合理的施工参数穿越原水管。为确保盾构顺利穿越原水管, 项目部做了大量前期准备工作, 尤其是将穿越前 50 环150 环作为穿越管线的试掘进区间, 通过在此区间内的试推进, 来摸索盾构推进参数和地面沉降变形规律, 以保证盾构穿越原水管期间, 采取最合理的施工参数, 将原水管的沉降控制在允许的变化范围内。 3.1.3 机械设备保证 在盾构进入原水管影响范围之前, 对盾构机、行车、电机车、注浆系统等进行
6、检查和维护, 对于存在故障和故障隐患的机械一律进行维修,对压浆管路进行一次彻底的清洗, 保证穿越原水管过程中不发生机械故障和压浆管路堵塞情况。 3.1.4 人员保证 在穿越前配备足够的人员, 在现场配备监测人员, 在隧道内配备值班人员, 隧道内人员与现场人员通过电话进行联络, 及时将测量信息传达给隧道内的值班人员及盾构司机。 43.2 穿越阶段盾构施工参数设定 3.2.1 土压力设定 根据试验段的土压力设定估算试验段内土体静止倒向系数 Ko, 并参照地面沉降监测报表, 利用公式 P=Koh 推算穿越原水管时的设定土压力初值。但要充分考虑到以下几个条件: (1) 原水管上部回填土较松散, 而理论
7、土压力值推算是按照原状土来计算, 两种土质的物理力学指标差别较大, 因此土压力计算上产生较大误差。 (2) 推算穿越原水管土压力时, 管内考虑为满水状态, 而实际管内是否满水, 直接影响到穿越期间的土压力设定值, 如果为未满水状态, 则实际土压力设定势必要比理论计算值偏小。 (3) 原水管与土体属于两种不同介质, 又是通过经验公式的估算, 因此土压力的理论计算值与实际值存在一定的差异。 3.2.2 压注泡沫剂改良土体 由于在穿越原水管时, 盾构处于1 层灰色黏土层与2 层砂质粉土, 2 层砂质粉土是盾构推进较为不利的土层, 其较高的强度会对盾构推进产生一定的阻力, 且其透水性好, 在水头压力作
8、用下, 易产生管涌或流沙, 导致开挖面失稳, 进而影响到原水管。穿越时将采用通过加注泡沫剂改良土体( 或膨润土等其他添加剂) , 起到保护刀盘以及保证盾构螺旋出土机的正常出土的作用。改良土体具体方法为每隔一定距离在盾构前方压注泡沫剂, 通过盾构机注水口注入。泡沫注入正面土体与之混合, 达到维持正面土体稳定、土压平衡的作用。泡沫剂用量 18 L/环25 L/5环。 3.2.3 推进速度 从理论上来讲, 盾构机的推进速度越慢对周边土体产生的扰动越小, 有利于土体沉降的控制, 推进速度的设定主要根据试验段推进速度经验值来控制, 总之, 在穿越原水管期间推进速度还是以低速推进为宜。在穿越施工过程中,
9、盾构按照 1 cm/min1.5 cm/min 速度掘进。每推进 25 cm 左右, 停顿 30 min, 进行应力释放, 然后再继续推进。尽量保持推进速度稳定, 确保盾构均衡、匀速地穿越原水管, 以减少对周边土体的扰动, 以免对原水管产生不利影响。 3.2.4 出土量控制 出土量与土压力一样, 也是影响地面沉降的重要因素。盾构机开挖面为 31.55 m2, 管片长为 1.2 m, 每环理论出土量为 37.86 m3 左右, 保证盾构切口上方土体能有微量的隆起, 以便抵消一部分土体的后期沉降量,从而使原水管沉降控制在最小范围内, 确保原水管的安全。 3.2.5 同步注浆与多次补注浆 同步注浆量
10、的设定和调整也是以地面监测报表为依据, 根据其沉降隆起变化情况, 适当增减注浆量。同步注浆压力控制在 0.3 MPa 左右, 每环的注浆量控制在 3.3 m33.6 m3(为建筑空隙的 200%220%) 。由于穿越原水管时盾构处于2 层砂性粉土层, 在穿越期间, 当衬砌脱出盾尾时结合双液浆进行二次补注浆, 每隔 35 环在隧道周围形成一道“环箍”, 使隧道纵向形成间断的止水隔离带。再在各“环箍”分隔所形成的每一段进行补注浆, 之后结合监测的具体沉降情况, 每隔 57 6环再进行适当补注浆。注浆的浆液要有一定的黏度, 凝固要快, 收缩要小, 对土体的加固作用明显。双液浆采取的配合比为: m(
11、水) m( 水泥) m( 水玻璃) =0.51.00.03。 3.2.6 姿态控制 在穿越区域, 隧道平面方向 R=1 000 m 的平曲线上, 竖曲线方向为+0.86%的坡度, 对盾构轴线控制的难度不大。因此要控制盾构姿态, 减少纠偏量, 以减少对周围土体的扰动而引起的沉降。 3.2.7 管片拼装 在盾构处于拼装状态时, 千斤顶的收缩会引起盾构机的微量后退,因此在盾构推进结束之后不要立即拼装, 等待几分钟之后, 到周围土体与盾构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩, 回缩的千斤顶数量尽可能少, 减少拼装的时间, 缩短盾构停顿的时间, 减少土体沉降, 拼装过程中发现前方土压力下降, 可以采用螺旋机
12、反转的方法, 将螺旋机内的土体反填到盾构机的前方, 起到维持土压力的作用, 拼装结束后, 尽可能快地恢复推进, 减少土体沉降。 3.2.8 信息化施工 实行跟踪监测可以及时了解原水管的沉降变化情况, 对盾构施工进行实时监控, 一旦出现较大变化可以及时反馈信息; 以中央控制室为中心, 通过对讲机、内线电话等工具联系监测与盾构推进操作面, 可以及时有效地了解施工参数与原水管沉降数据的变化, 接收监测数据并迅速进行分析, 调整施工参数 , 来完成对管线沉降的控制 , 通过勤测勤纠, 确保顺利穿越, 73.3 穿越原水管应急保护措施 3.3.1 原水管应急保护区范围 原水管保护区为管前后线路方向 10
13、 m, 保护区两侧 40 m 为控制区(见图 2) 。 图 2 原水管保护区 3.3.2 原水管应急保护措施 为防止盾构穿越原水管过程中, 由于土体沉降变化过大而可能引起的原水管损坏, 在原水管两侧地面分别准备 4 排劈裂注浆孔, 为应急时可能采取的注浆措施做好准备, 范围为隧道中心两侧各 10 m 宽, 孔间间隔 1 m, 孔深由现场具体标高而定。预计注浆深度约为 15 m( 至管底下 3m) , 注浆厚度为 8 m, 浆液为水泥、水玻璃构成的双液浆。一旦原水管沉降变形过大, 发生险情, 驻守现场注浆队伍立即利用现场配备的注浆设备对原水管底部压注双液浆, 维持管底土体稳定。若原水管有破损漏水
14、现象发生, 则利用此注浆管压注聚氨酯, 起到止水堵漏效果。另外, 隧道内备有两套注浆设备, 如有险情发生, 可利用隧道上方管片预留注浆孔进行双液浆压注, 加固原水管下部土体, 确保原水管稳定。 结束语 由于本工程施工准备充分, 技术方案得当, 保障措施有力, 盾构机分别在上行线和下行线两次安全、平稳、顺利地穿越了原水管, 确保原水管完好无损, 为盾构隧道穿越地下管线积累了宝贵经验。 参考文献 81 周文波.盾构法隧道施工技术及应用M .北京: 中国建筑工业出版社, 2004. 2 DGJ 08- 2361999 市政地下工程施工及验收规程S .北京: 中国计划出版社, 1999. 3 SZ- 082000 上海地铁基坑工程施工规范S .上海: 上海市建设委员会, 2005. 4林存刚.软土地层盾构隧道施工引起的地面隆陷研究J.岩石力学与工程学报,2011(12).
