地鐵盾構隧道施工對城市地下管線的影響研究

吳浩

摘 要：現階段地鐵建設主要采用盾構隧道施工，但這種施工方式會造成現場周圍土體變形，擠壓附近地下管線，造成地下管線破損。本文將研究盾構施工對于城市地下管線的影響，并提出在盾構施工中保護地下管線的措施。

關鍵詞：盾構隧道施工；地下管線；影響；研究；措施

為緩解交通擁擠，節約寶貴的城市土地資源，北京、上海、廣州、武漢、深圳等二十多個大中城市都展開了大規模的地鐵建設。但各大城市經過多年的建設發展，在地下敷設著大量、密集的供電、供水、污水、供暖、通信、天燃氣管線，它們間距窄小，交錯縱橫，有些還超期服役，在盾構施工中稍有不慎，就會釀成事故。——2010年9月長沙地鐵施工破壞天然氣管道，噴出3米高的氣柱長達一個多小時；2011年7月南京地鐵施工破壞燃氣管道，導致燃氣泄漏，沿線居民停止供氣；2011年9月北京地鐵15噸施工破壞地下水管，導致候車大廳被水淹；2018年7月深圳地鐵施工在3天內破壞7條電纜，挖爆供水主管道，致使沿線用戶停水停電。[1]——這就要求我們認真研究如何降低盾構施工對地下管線造成的不利影響。

一、盾構施工對地下管線的影響

為減少地鐵建設對城市地面交通與居民生活的影響，現在一般采用盾構法進行全機械化施工：不開挖地面，而是將巨大的盾構機向地中推進，通過支撐性管片支撐住隧道，并開挖正前方土體，再運出土體，依靠千斤頂在后方加壓推動盾構機前進，同時拼裝新的支撐性管片，形成地鐵隧道結構。這種施工方法速度快，勞動強度低，施工人員少，不受氣候、降雨的影響，適用于軟土作業。

但盾構施工，會破壞土體原平衡態，改變土體四周的應力狀態，造成土體塑性變形與彈性變形，甚至引起地表沉降，繼而造成地下管線受到更大的附加應力，發生位移、破損。——再具體分析，可以發現：

當地下管線與地鐵隧道正交時，盾構施工會造成管線豎向位移與水平位移，但管線的水平位移會不斷減少，而豎向位移卻不斷增大[2]；

當地下管線與地鐵隧道平行時，盾構施工同樣會造成管線豎向位移與水平位移，但管線的豎向位移與水平位移都會先增加再減少；

當地下管線與地鐵隧道斜交時，盾構施工對管線造成的水平位移變化不大，但隨著管線與隧道夾角變大，管線沉降槽寬度也會不斷變大。

此外，軟土土體含水量越大，盾構施工對管線造成的附加應力越大；而土體彈性模量越大，位移越小；地下管線直徑越大，長度越長，受盾構施工影響越大；埋深超過4～6米的地下管線受盾構施工的影響較小；當地下管線與地鐵隧道垂直距離達20～30米時，受盾構施工的影響會增大[3]；地下管線材料的剛度越大，受盾構施工的影響越小，兩者成反比。

二、地鐵盾構施工中保護地下管線的措施

（一）前期準備

在施工前，必須邀請施工沿線地下管線的各家產權單位都拿出管線分布圖，并組織人員詳細調查核實，摸清所有地下管線的位置；然后，向全體施工人員進行詳細的技術交底，讓每一個人員都心中有數，有備無患。

（二）掘進試驗

正式施工前，必須先進行試驗性掘進，以掌握土體的實際情況，測定土壓力，摸清地面沉降與土體變形的規律。

（三）合理布置施工順序

如果地鐵隧道分為下行線和上行線，則不必開挖雙線兩端，而開挖雙線一端；先挖下行線，再挖上行線。這樣可以減少盾構施工造成的土層變形。

（四）提高土體承載力

據測算，土體彈性模量為10兆帕時，管線豎向位移可達8毫米，水平位移可達17毫米；而當本彈性模量為70兆帕時，管線的豎向位移會降到4毫米，水平位移可降到3毫米。[4]所以，對施工所到之處較松軟的土層，可先進行注漿加固，提高土體彈性模量。——亦可在盾構施工過程中，根據地面沉降監測進行同步注漿。注漿壓力控制在0.3兆帕左右，每環大約注漿3.3立方米～3.6立方米。在施工中若穿越砂性粉土層，還要進行二次注漿。還要科學測算雙液漿配合比，保證漿液有較快的凝固速度。

（五）控制盾構推進速度

盾構推進越慢，對土體的擾動越小，但太慢的推進速度又會延誤工期。所以，在穿越、接近地下管線時，盾構推進速度應控制在每分鐘1厘米～每分鐘1.5厘米左右，每推進25厘米（大約25分鐘），要停頓30分鐘，讓應力充分釋放出來，再推進25厘米，再停頓30分鐘，依此循環作業，直至穿過地下管線。

（六）控制出土量

出土量太大、出土速度太快，會造成地面沉降。這就需要根據盾構機開挖面與管片長度，計算每環的出土量（一般每環出土量為37.86立方米），這樣可以降低地面沉降。

（七）拼裝管片

盾構推進結束后要等待幾分鐘，直到土體與盾構機固結，再盡可能少的回縮千斤頂，然后從下到上拼裝管片。拼裝時前方土壓力一旦下降，應反轉螺施機回填土體。拼裝速度要快，拼裝結束后應盡快恢復向前推進。

三、結語

隨著地鐵建設的發展，盾構施工與地下管線必將發生更多、更頻繁的“親密接觸”。我們應加強相關研究，提高盾構施工質量，保護地下管線安全。

參考文獻：

[1]朱葉艇，張桓，張子新，黃昕，劉寬.盾構隧道推進對鄰近地下管線影響的物理模型試驗研究[J].巖土力學，2016，37（S2）：151-160.

[2]沈曉偉，王濤.盾構隧道施工對地下管線影響的有限元分析[J].隧道建設，2010，30（06）：649-651.

[3]孫宇坤，吳為義，張土喬.軟土地區盾構隧道穿越地下管線引起的管線沉降分析[J].中國鐵道科學，2009，30（01）：80-85.

[4]吳為義，孫宇坤，張土喬.盾構隧道施工對鄰近地下管線影響分析[J].中國鐵道科學，2008（03）：58-62.