盾構機下穿高壓燃氣管道施工技術

王建峰

（中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510310）

對于地鐵工程而言，隧道采用盾構法施工以后，其結構必將和各種地下管線形成上跨方式或者下穿方式的立體交叉[1-2]。因此，在具體施工中，盾構機在進行下穿地下管線施工特別是遭遇壓力管道的時候，會面臨較高的施工風險，需采取相應的技術措施。

1 工程概況

廈門市軌道交通2號線二期工程一工區線路全長4.6km，共3站2區間、1個車輛段出入段線區間，工程造價約7.77億，合同工期共791d。具體如表1所示。

表1 土建二期一工區區間結構及施工方法匯總表 單位：m

該處地質主要由素填土、粉質黏土、中粗砂、砂混淤泥、淤泥、殘積砂質黏性土、凝灰熔巖殘積黏性土等構成。盾構下穿區域地層主要為殘積砂質黏性土、凝灰熔巖殘積黏性土、全風化凝灰熔巖、散體狀強風化凝灰熔巖等，分布不連續。該區間不良地質主要有5處孤石及180m基巖突起，經詳勘后綜合論證，該孤石及基巖突起無需處理。

2 施工中面臨的主要風險

通過盾構機進行下穿高壓燃氣管道施工是其中一個重點的風險源，如果采取的技術和管理措施不合適，一旦其中的高壓燃氣管道沉降不均勻，便會出現燃氣泄漏現象，對周邊的生產和生活造成影響，甚至可能出現傷亡事故[3]。所以，在進行下穿高壓燃氣管道的時候必須提前進行技術論證，以便采取最為可靠、安全的技術措施。

3 關鍵施工技術

3.1 掘進參數控制技術

（1）土倉壓力參數控制。施工過程中必須控制好土倉壓力，結合盾構機在埋深、地下水位、土質等方面情況進行計算，采取相應的措施確保其土倉壓力保持平穩狀態，以防其土倉壓力出現大幅度波動，并結合監測數據對土倉壓力值進行調整，減少對土體的擾動。盾構機下穿高壓燃氣管道施工過程中，土倉壓力最好控制在0.1～ 0.15MPa。

（2）掘進速度參數控制。對于盾構機而言，其推進速度會對直地面部分的沉降變形造成直接的影響，如果速度過快，會對四周土體產生較大的擾動，易導致地表沉降，甚至使高壓燃氣管道發生折斷或者開裂現象。所以，盾構機在進行下穿燃氣管道施工的時候需控制其推進速度，盡量以恒定、勻速速度進行推進。據經驗可知，其推進速度宜保持在20～27mm/min。

（3）刀盤轉速參數和推力參數控制。為減小對土體產生的擾動，應盡量采取“一低兩小”的原則，即轉速要低、扭矩要小、推力也要小，使其刀盤轉速保持在1.0～1.3r/min，扭矩保持在1800～2300kN/m，推力小于12000kN。

（4）出土量參數控制。盾構施工時應嚴格控制其出土量，確保實際和理論上的出土量保持平衡，并對其嚴密觀察，以免超量。其中，每環出土量由式（1）計算。

式中：K為土體方面的松散系數，通常要結合土質情況、盾構掘進參數以及該土體部分的改良情況等進行確定，K的經驗取值應在1.15～1.2；D為盾構機直徑，該工程盾構機直徑為6.48m；L為管片部分的每環長度，該工程中L值為1.5m。

（5）盾構機殼外注漿減阻參數控制。在盾構機進行下穿高壓燃氣管道施工中，為減小其機殼和四周土體產生的側向摩擦力及擾動量，可在其機殼外面注入膨潤土漿液，以保持其機殼和周圍土體間的潤滑。

3.2 注漿技術

（1）同步注漿技術。盾構掘進施工時，應及時同步注漿，并保持注漿量充足，以便填充盾構管片四周土體部分的空隙。與此同時，為使漿液更快凝固，施工時需結合實際工況，適當提高水泥用量和漿液黏稠度，有效降低由于漿液凝固所導致的不均勻沉降以及損失[4]。其中，采用同步注漿技術，其充填率應達到150%，并將注漿壓力維持在0.3～0.35MPa范圍內。同步注漿技術采用雙控措施，以對注漿壓力進行控制為主，對注漿量進行控制為輔，保證漿液的飽滿度。此外，應提前檢查盾尾刷，確保其密封度，不可產生漏水和漏漿現象。在施工的時候應檢查螺旋輸送機，確保其在輸送過程中不出現噴涌工作。據相關試驗經驗，對該工程所采用的漿液的配比如表2所示。

表2 同步注漿技術中漿液配比（kg/m3）

（2）二次注漿技術或多次補漿技術。為防止不均勻沉降導致高壓燃氣管道出現開裂現象或折斷現象，在下穿施工時需及時對其二次注漿，甚至多次補漿。該工程使用的二次注漿技術主要是后方注漿的方式，即在后3～5環部位的注漿孔實施壁后注漿，其注漿壓力通常保持在0.3～0.4MPa，選用水泥漿和水玻璃體積配比為1∶1的雙漿液進行注漿。結合地質實際情況對其管道周圍進行補漿，使其更堅固，在加固的時候應對其注漿孔角度參數和注漿壓力參數進行嚴密控制。

3.3 隧道軸線控制技術

（1）精準控制盾構掘進的各項技術參數，如果土壓過低，不僅易導致地層的沉降，還會對盾構軸線的相關控制造成影響[5]；如果注漿壓力太大，也不利于對隧道軸線進行控制。

（2）合理編組盾構千斤頂，并對分區油壓進行嚴格控制。千斤頂的選擇會直接影響盾構軸線的軌跡，所以需對軸線位置，正確編組千斤頂。

（3）對于盾構機而言，需正確使用其鉸接裝置，當通過調整千斤頂和控制去其分區油壓也無法達到目的的時候，可利用盾構鉸接裝置來糾正。

3.4 刀盤土壓力設定技術

在設定刀盤正面平衡壓力值時，按式（2）計算。

式中：K0為計算點處側壓力系數，如果是黏性土，K0取值在0.5～0.7；γ為上覆土層的天然容重，g/cm3；h為土層厚度，cm。

平衡壓力的設定值：P設定值=1.1×P計算值

盾構機在實際進行掘進是過程中，結合地面降沉相關監測信息，適時修訂對設定值。假如刀盤前方部分的地面出現下沉現象，需將平衡壓力值上調；反之，假如刀盤前方部分的地面出現隆起現象，則需將平衡壓力值下調，以控制前方地面隆起2mm內為宜。

3.5 渣土改良技術

實施渣土改良技術，對刀盤前方部分土體具有的流塑性進行改善，并降低泥餅形成，以此確保進出土的順暢。針對膨潤土漿液以及泡沫添加劑進行試驗，以此確定最佳配合比，然后利用盾構機或其刀盤自身具備的泡沫系統，向其前方土體部分注入泡沫劑，起到提前改良土體的作用，進而提升渣土方面的保水性能及穩定性能。

3.6 施工監測技術

在施工過程中為了解燃氣管道具體情況，可在土體注漿進行加固階段和盾構機下穿燃氣管道階段，應實時監測燃氣管道，以便檢查施工是否對其造成安全影響[6]。利用對穿越區域進行實時監測，掌握其施工過程中周圍地層部分和燃氣管道有關沉降方面數據變化，對其周圍環境產生的變形規律以及可能的發展趨勢進行分析，及時采取相應的解決措施，對施工工藝進行改進，以減少環境變形的程度，保證盾構法施工的順利進行。

4 結束語

綜上所述，該工程在盾構機下穿高壓燃氣管道施工過程中，利用各種合理有效的施工技術措施，對其整個施工過程進行實時監測，對土倉壓力進行及時調整，以此確保燃氣管道不出現沉降現象、盾構隧道軸線的偏移量保持在設計許可范圍內。