淺談城市淺埋盾構隧道地下管線保護措施

2011-03-01 04:25:10周澤民

黑龍江交通科技 2011年7期

關鍵詞：施工

周澤民

(中鐵隧道集團二處有限公司)

1 工程概況

盾構始發井位于云錦路與云錦路交叉口南側，到達井位于水西門大街與云錦路交叉口西南側的人行道內。盾構隧道線路沿云錦路走向，從規劃的云錦路下穿隧道西側以R=500 m半徑曲線穿過，為避開云錦路與集慶門大街交叉口處下方110 kV電纜線，隧道在該處以3道500 m半徑繞行，盾構隧道總長度850 m。隧道向北分別以1%和0.2%的坡度下坡，在云錦路路面下管線較多，包括雨水管、污水管、電力電纜、通信電纜、自來水管、燃氣管等。

2 工程地質、水文條件

2.1 地質條件

在建隧道位于南京河西地區。地貌單元屬長江漫灘，場地地層呈二元結構，上部以淤泥質粉質粘土為主，下部以粉土、粉細砂為主。隧道地質條件差。

隧道主要穿過②-2b4、②-3b3-4淤泥質粉質粘土地層。其中②-2b4淤泥質粉質粘土為隧道穿過的主要地層，有明顯河湖相沉積特征，具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低強度，易產生土體流動、開挖面不穩等現象。

2.2 水文地質

根據地質勘探資料，結合區域地質條件，長江漫灘沉積物呈二元結構，上部主要以淤泥質粉質粘土為主，下部以砂性土為主，賦存于粘性土中的地下水類型屬孔隙潛水，賦存于下部粉土、砂性土中的地下水具一定的承壓性。地下水主要補給來源為大氣降水及生產、生活用水的入滲。深部承壓含水層中地下水與長江及秦淮河均有一定的水力聯系。

綜上所述，由于此軟弱地層，其流塑性大、自穩性差。盾構上層覆土較淺，盾構在此地層中掘進時，對其上方的管線有一定的影像。因此在盾構通過該段時，必須采取一定的措施對管線進行保護。

3 管線保護措施

3.1 盾構施工對市政管線的影響分析

根據管線制造材料、接口構造、管節長度等不同情況，地下管線大致可分為剛性管線和柔性管線兩種。它們對于隧道施工中不可避免的地層沉降的反應是不同的。對于剛性管線來說，當地層移動時，主要考慮的是是否會引起管道的斷裂破壞，而對于柔性管線來說，地層移動造成的影響則主要是管線接頭的斷裂或泄漏引起的破壞。在施工中地下管線的破壞，特別是煤氣管和給排水管等，一旦破壞將會造成難以預料的嚴重后果。因此，在施工前，必須詳細查清沿線受施工影響范圍內的各種地下管線的情況，分析預測地層沉降對管線的影響，并在施工中加強監測。針對不同的管線及其與隧道的不同位置關系，采取合理的保護措施。

隧道施工對管線的影響主要是，由于施工引起的地表沉降而對管線造成影響，其主要因素包括以下幾個方面:(1)掘進(推進)施工時，周圍土體受擾動液化，產生下沉。(2)壓力過大對管線造成破壞。(3)超出理論值，引起地表下降，管線變形撓度超過允許值，易產生斷裂。(4)面車輛較多，活荷載大，容易引起管線損壞。(5)(推進)，埋深越來越大，隧道周圍土體塑性區不斷下移，管片受力發生變化，造成管片變形過大。(6)過大，容易引起隧道成型管片發生側移。

泥水室內的泥水壓力與地層土壓力和水壓力不平衡造成的地表影響如圖1、圖2所示。

圖1 盾構泥水室內壓力小于水壓力及土壓力之和

圖2 盾構泥水室內壓力大于水壓力及土壓力之和

3.2 管線保護施工措施

施工區域內分布有多種管線，根據管線的位置及施工對其影響采用保護措施，確保施工影響范圍內地下管線的安全。

本工程采用盾構法施工，施工中應加強管理，嚴格按設計要求施工，加強監控量測，控制地表變形沉降不大于30 mm，隆起不大于10 mm，確保城市交通暢通和管線安全。

(1)通過管線前的準備工作。

在全路段管線每個承重柱布設補勘點以掌握更準確、全面的地質情況。對隧道沿線(距離隧道中線30m范圍內)管線進行詳細調查。用醒目的標記標清楚其在水平面的分布，查閱資料，弄清楚實際埋深，與在建隧道的距離等。準備支頂加固材料、注漿加固材料、搶險機具設備、車輛、警戒標識物等以備用。在盾構掘進通過地下管線時，協調外部關系，對隧道上方道路進行管制，在掘進時，上方路段實行分段封閉，以減小活荷載對隧道的影響。對盾構機進行全面檢修，減少停機檢修的風險，著重對堵塞的同步注漿管進行疏通處理。

(2)通過時的掘進控制。

掘進過程的施工技術要求盾構在通過地下管線時有序、平衡、平穩。

①有序。

人、機、料的配置合理，工序的安排、銜接有序。各工種密切配合，盡量較少盾構機停機等待時間。機械保養定人、定期、專業、規范，做到無遺漏、標準化。保證盾構掘進過程不出大故障，少出小故障。技術交底、作業交底按部就班，從經理部至作業面指令暢通、信息反饋準確、及時、迅速。

②平衡。

嚴格控制掌子面壓力，盡量保持土壓平衡，不要出現過大的波動。

嚴格控制出土量，做到進尺量與出土量均衡。本隧道開挖直徑3 201 mm，考慮盾構姿態變化或其他原因引起的巖土損失和巖土的松散系數，每環出土量約8 m3。除量的控制外，還要堅持對每環碴樣進行地質水文分析，發現與開挖斷面地質情況不符時，則馬上采取措施。

除考慮注漿處的水土壓力，還要考慮后方來水、開挖面來水的水壓，故注漿壓力是在注漿處水土壓力基礎上提高1～2 kg/cm2，且應使漿液不到達掌子面和壓壞管片和不因注漿壓力過大造成地表隆起。

考慮漿液失水固結、盾構推進時殼體帶土使開挖斷面大于盾構外徑、部分漿液劈裂到周圍地層，采用理論值的150% ～200%進行注漿，即為2.1～2.8 m3.要保證漿液配置與地質水文條件、掘進速度相適應，過本段時漿液配比設置為:水∶水泥∶砂∶膨潤土∶粉煤灰 =760∶310∶418∶62∶108(kg)，漿液稠度控制在78～85 mm，砂采用細砂，減少沉淀，凝膠時間控制在5 h以內。

③平穩。

盾構姿態平穩。推進過程應保持盾構機有良好的姿態，避免蛇行，每環姿態變化控制在±5 mm內。千斤頂A區、C區油缸油壓值差宜保持統一、恒定性，不宜出現過大的波動。

管片姿態平穩。做好管片選型，現場對盾尾間隙實測實量，控制下部盾尾間隙在70 mm以內，注意管片拼裝的橢圓度，防止盾尾刷與管片摩擦碰撞導致盾尾密封、鉸接密封損壞及管片變形。

推進速度平穩。掘進過程中嚴格控制循環漿，改善其性能，提高漿液的流動性和止水性，防止涌水流砂、結泥餅和噴涌現象，有利于保持速度的穩定。推進速度保持在25～40 mm/min，日均進尺7～9 m。每掘進一環，必須注漿一次，每次注漿量為2.1～3.2m3，在保證安全和質量的前提下，盡量掘進，保證工期。在機械設備完好，物資供應充足的情況下，不得無故拖延，盡量保證盾構機在靜止狀態下不要停留過長時間。

(3)通過后的補強措施。

①二次注漿。

盾構同步注漿后，由于漿液的脫水，漿液體積收縮會加劇地表的后期沉降量，又由于盾構推力，襯砌和土層間會相互分離，二次注漿能有效地進一步充實背襯和提高止水能力。如果地表沉降過大，則必須進行二次注漿。

②三次復緊。

為防止因管片的變形引起地層的過度擾動，對管片螺栓擰緊要求三次復緊。

即拼裝管片時一次擰緊，推出盾尾后二次擰緊，后續盾構掘進至每環管片拼裝前，對相鄰已成環的3環范圍內管片螺栓進行全面檢查并復緊。