盾構近距離下穿高壓燃氣管道的加固措施及施工參數控制

李元坤、劉奇

（中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066）

0 引言

隨著我國城市軌道交通建設的不斷發展，面臨的施工問題也日益增多。盾構法是目前地鐵修建中最安全、快捷、經濟的方法，在我國城市軌道交通建設中得到了廣泛應用[1]。然而，盾構穿越地層過程中不可避免需要下穿地下管線，施工參數控制不當等都極易造成地下管線的變形過大，而導致燃氣泄漏、爆炸等事故的發生[2]。由此，有必要開展盾構近距離下穿高壓燃氣管線的加固措施及施工參數控制等相關研究。

本文依托成都軌道交通18 號線興隆站至天府新站區間工程，基于FLAC 3D 對盾構近距離下穿高壓燃氣管線進行三維數值模擬，提出V 型隔離加固及施工參數控制，為類似工程施工提供了借鑒和參考。

1 工程概況

本項目依托成都軌道交通18 號線，線路總長約66.8km，其中興隆站至天府新站，全長6.4km（雙線延長），由興天區間、天龍區間及出入段線區間三個區間組成，區間內需近距離下穿高壓燃氣管線。為了保護高壓燃氣管線，現場采用Φ42 鋼花管傾斜45o鉆孔注漿加固，對高壓燃氣管線形成一個V 型注漿保護體。

2 數值模擬

2.1 模型建立

采用FLAC 3D 建立三維數值模型，其尺寸為70m×70m×43.83m（長×寬×高），如圖1所示。依據現場實際情況，土層自上而下分別為素填土、粉質黏土、圓礫石、卵石土、泥巖和砂巖，其中隧道主要位于泥巖中[3]。

圖1 三維數值模型

2.2 計算參數

土體滿足摩爾庫倫本構模型，土體的計算參數見表1。盾構襯砌管片采用C50 混凝土材料，隧道、燃氣管道和注漿體為線彈性材料，其中隧道和燃氣管道采用shell 單元模擬，其余采用實體單元模擬。

表1 土體的計算參數

3 模擬結果及分析

3.1 無加固措施的結果分析

無加固措施下的隧道和高壓燃氣管線受力及變形情況如圖2所示。

從圖2 中可以看出，隧道掘進通過管線強影響區后，隧道管片最大主應力（拉應力）為0.315MPa，根據《鐵路隧道設計規范》（TB 10003—2016）中關于混凝土極限強度及容許應力的要求，地鐵區間隧道管片通過管線強影響區后，結構的應力均需小于C50 混凝土的彎曲及偏心受壓應力和彎曲拉應力的允許值。

圖2 無加固時隧道受力圖

在無加固措施的情況下，高壓燃氣管線最大豎向位移為-1.94cm（下沉），出現在距離隧道最近的位置。最大水平位移為0.254cm、-0.215cm，分別出現在高壓燃氣管線中部兩側，表明管線由于隧道開挖，中部下沉后帶動兩側高壓燃氣管線朝中部水平位移[4]。

3.2 加固措施后的結果分析

在地面采用V 型傾斜鉆孔注漿對管線進行隔離加固后，隧道管片受力狀態如圖3所示。

圖3 加固后的隧道受力圖

從圖3 中可以看出，對管線進行V 型隔離注漿加固，隧道掘進通過管線強影響區，隧道管片最大主應力（拉應力）為0.314MPa，根據《鐵路隧道設計規范》（TB 10003—2016）中關于混凝土極限強度及容許應力的要求，地鐵區間隧道管片通過管線強影響區后，結構的應力均需小于C50 混凝土的彎曲及偏心受壓應力和彎曲拉應力的允許值。

加固措施后的高壓燃氣管線變形情況如圖4所示。

圖4 加固后的管線受力變形圖

從圖4 看出，經過V 型注漿隔離加固的情況下，高壓燃氣管線最大豎向位移為-1.12cm（下沉），出現在距離隧道最近的位置。最大水平位移為0.162cm、-0.139cm，分別出現在高壓燃氣管線中部兩側。

3.3 隔離注漿加固效果分析

從圖5 中可以看出，保護狀態下高壓燃氣管線受地層擾動影響明顯，在隧道穿越管線正下方前，管線已出現輕微的下沉。無加固措施下，隧道貫通穩定后，管線最大豎向位移為2.45cm，在采取隔離注漿保護后，管線最大豎向位移為1.85cm，控制效果為24.5%。

圖5 管線最大位移對比圖

4 施工參數控制

盾構下穿管線的掘進參數值選擇分別為：推進速度30～40mm/min，總推力2000～3500kN，以及土壓0.8～1.4bar，刀盤轉速1.0～1.5rpm，刀盤扭矩數值3000～5000（kN×m），同步注漿量每環在10～12m3，注漿壓力控制在2～4bar，但是以控制注漿壓力為主，及時根據施工監測情況調整注漿參數。姿態糾偏為5mm/環，地層損失率≤1.0%。穿越區域增加同步注漿2.5m3/m。

5 結語

本文依托成都軌道交通18 號線某區間盾構近距離下穿高壓燃氣管線，采用FLAC 3D 5.0 對盾構近距離下穿高壓燃氣管線進行了數值模擬，得到以下有益的結果：

相比無加固措施，在采取V 型隔離注漿加固后，管線最大豎向位移由2.45cm 降低到1.85cm，減小為24.5%。

盾構近距離下穿高壓燃氣管線時，V 型隔離注漿加固能夠對管線起到很好的保護作用。

盾構近距離下穿高壓燃氣管線時，應保持掘進速度（30～40mm/min）、刀盤轉速（1.0～1.5rpm）、土壓力（0.8～1.4bar）等，做好地面沉降監測和隧道內管片姿態變化監測。