穿老城區(qū)既有管網(wǎng)地鐵隧道溜塌機理及防治技術(shù)

孔超

摘 要：老城區(qū)管網(wǎng)遍布，老化嚴重，盾構(gòu)穿越施工風險高。特別穿越已經(jīng)嚴重泄露的地下管線，極易發(fā)生溜塌、涌水等施工。本文依托貴陽地鐵某地鐵區(qū)間穿越老城區(qū)地下管網(wǎng)工程，對穿老城區(qū)既有管網(wǎng)地鐵隧道溜塌機理進行研究，明確隧道溜塌原因，并提出針對性的施工意見，以保證隧道安全穿越。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道; 老城區(qū); 既有管線; 防治技術(shù)

中圖分類號：U45? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）7-198-002

1.工程概況

隧道上方為貴陽市主干路，其為城市一般道路，但是早晚高峰期車流量較多，且夜間承載著隧道施工設(shè)備及渣土車等車輛的運行通道。

隧道左線拱頂上部分布有雨水管線、污水管線、天然氣管線、自來水管線以及強弱電管線等大量既有管線，隧道右線處于公路中間無管線在其拱部范圍內(nèi)，左線隧道既有管線分布情況如圖1所示。

2.隧道溜塌情況

2018年3月13日凌晨5點左右，陽省區(qū)間左線大里程上臺階掌子面里程ZDK34+958，在初支封閉后進行掌子面排險準備施工下一循環(huán)打設(shè)鉆孔時，掌子面右側(cè)拱腰出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，并帶有小股污水流出，現(xiàn)場立即對掌子面進行噴砼封閉，5點～8點期間施工2車噴砼進行封閉，至8點時掌子面右側(cè)拱腰有大量淤泥涌出并帶有大股污水流出，時斷時續(xù)出現(xiàn)小流泥現(xiàn)象，污水夾雜著淤泥由右側(cè)拱腰向拱頂發(fā)展，間歇性涌泥不斷發(fā)生，至11點掌子面基本穩(wěn)定，涌泥停止、污水變小，涌泥已達61方，具體溜塌情況見圖2。

3.施工坍塌機理分析

由施工過程中隧道塌方情況統(tǒng)計可以看出，隧道塌方均發(fā)生在左線拱部位置，右線隧道施工較為順利。且對比分析左右線開挖后的地質(zhì)情況以及施工情況可以看出：

3.1左右線隧道上臺階拱部位置均處于巖土交界處，上部為黏土及回填土，下部為強風化或中風化白云巖;

3.2右線拱頂上部僅存在既有公路，左線上部不僅存在既有公路，還存在多條既有管線，且管溝破損及滲漏嚴重（見管線檢測報告），導致管線周邊土體長時間浸泡軟化;

3.3左線拱部溜塌均有涌水、涌泥現(xiàn)象，且多發(fā)生在掌子面及初支背后，初期支護均無較大變形及侵限現(xiàn)象發(fā)生。

故初步認為左線隧道拱部頻繁發(fā)生溜塌是由于破損管線滲漏水長期浸泡周邊土體，使周邊土體軟化導致的。

為了驗證該結(jié)論，進行了不同工況的數(shù)值計算。

4.數(shù)值計算分析

模擬計算采用FLAC3D有限差分元通用程序。計算根據(jù)區(qū)間隧道斷面進行建模，隧道處于黏土中，其他部位處于中風化白云巖，隧道埋深為8m。約束情況為前后、左右方向受水平約束，垂直方向底面受豎向約束，頂面為自由面;計算中地層采用彈塑性實體單元模擬，三維數(shù)值計算模型見圖3。

計算圍巖釋放率，圍巖應(yīng)力釋放率為0%、20%、40%、60%情況下，拱頂處地表位移及初期支護豎向變形，統(tǒng)計不同圍巖應(yīng)力釋放率下拱頂處地表位移及初期支護豎向變形如表1所示。

由不同釋放率下地表沉降及初期支護變形可以看出，現(xiàn)有初期支護條件下，完全能夠承載隧道上覆土體荷載。即隧道溜塌失穩(wěn)不是因為支護強度較弱引起的。

統(tǒng)計不同掌子面圍巖應(yīng)力釋放率下掌子面擠壓變形如表2所示。

由不同掌子面釋放率下掌子面擠壓變形可以看出，由于地下水及軟弱黏土的雙重作用，使掌子面開挖后發(fā)生較大的擠壓變形，掌子面圍巖應(yīng)力釋放率為20%時，掌子面的擠壓變形就達242.3mm，這也與現(xiàn)場拱部溜塌案例相吻合。

5.施工參數(shù)及措施建議

由上述可知，隧道涌水、涌泥及溜塌現(xiàn)象主要是由于地下水及軟弱黏土的雙重作用，掌子面失穩(wěn)引起的，故經(jīng)施工單位現(xiàn)場調(diào)查及開會討論建議后續(xù)施工支護以增加預加固措施為主，且綜合采用各種超前措施，以確保施工安全，主要加固措施如下：

5.1施做管棚工作室，打設(shè)30m長，Φ108管棚，環(huán)向間距建議為25cm～30cm，縱向搭接長度不小于5m;

5.2打設(shè)φ42超前小導管，長度為2m～2.5m，搭接長度為1.2m;

5.3上半斷面進行帷幕注漿以加固掌子面前方圍巖，注漿深度8m，帷幕注漿墻不少于3m，在掌子面輪廓線外形成厚度不小于2m的加固圈;

5.4建議采用機械開挖，減少對掌子面的擾動，如若采用鉆爆法施工，建議開挖進尺為0.5m;

5.5隧道上臺階控制開挖高度，上半斷面開挖高度建議為2.5m～3m之間;

5.6通過打設(shè)水平鉆孔以及加深炮孔對前方地質(zhì)情況進行探測;

5.7施工過程中，對隧道上覆管線變形加強監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果實時反饋施工;

5.8控制各工序施工時間，減少臨空面站立時間，且在掌子面設(shè)置緊急救援設(shè)施，保證施工人員安全。

參考文獻：

[1]]張學進.淤泥質(zhì)土淺埋暗挖隧道下穿既有管線影響研究[J]鐵道工程學報，2020，37（07）：77-83

[2]王雨，徐錦斌，王凱旋，楊龍斐.隧道下穿引起地下管線下沉的主控因素分析[J]中國安全生產(chǎn)科學技術(shù)，2014，10（01）：39-45