盾構機下穿高壓燃氣管道技術

□文 /王秀波

地鐵工程中，盾構法施工的隧道結構勢必會與各類地下管線在空間上形成上跨或下穿的立體交叉。在施工過程中，當盾構機下穿地下管線尤其是遇到壓力管道時，施工風險會比較高，需要采取有針對性的技術措施。

1 工程概況

某地鐵區間右線總長1430.2m、左線總長1400.71m。車站至中間盾構井段采用盾構法施工，左線長1 034.828 m，右線長1 065.176 m，中間盾構井至U槽段采用明挖法施工。盾構區間設置3處平曲線，半徑分別為800、300、250 m，線間距13 m。線路設計2個縱坡，最大坡度32.266‰，最小坡度4‰，隧道頂最小埋深約5.5 m、最大埋深12.5 m。穿越主要地層由②53層細砂、②23層粉質粘土、②22層粉質粘土。盾構隧道管片襯砌環內徑為5 500 mm，外徑為6 200 mm，厚度為350 mm。

區間地勢略有起伏，地面標高在100.30～110.8 m，地貌單元屬為黃河沖積一級階地風積砂丘。區間主要為雜填土、砂土、粉砂和粉質粘土。地下水主要為潛水和承壓水，地下水埋深在6.5～12.8 m。隧道上方3.57 m有一道DN508 mm高壓燃氣管道。

2 主要施工風險分析

盾構機下穿高壓燃氣管道為本工程的重點風險源之一，如不采用合理的技術與管理措施，一旦高壓燃氣管道產生不均勻沉降而導致燃氣泄漏，將影響周邊眾多企業的生產、居民的基本生活，嚴重時還可能造成人員的傷亡，因此，在下穿高壓燃氣管道施工前必須進行專業技術論證，采取可靠的工程技術措施。

3 主要施工技術

3.1 掘進參數控制

1)土倉壓力。施工時必須控制好盾構機的土倉壓力，根據盾構機的埋深、地下水位、土質等進行計算，采取措施保證盾構機的土倉壓力保持相對平穩，防止土倉壓力大幅度波動并根據相關的監測數據適時調整土倉壓力值，減少土體的擾動。根據計算數據及相關的經驗，盾構計下穿高壓燃氣管道時，土倉壓力控制在0.1～0.15 MPa較為適宜。

2）控制掘進速度。盾構機推進速度直接影響地面的沉降變形，推進速度過快對盾構機周邊的土體的擾動較大，有可能帶來較大的地表沉降，嚴重時造成高壓燃氣管道折斷或開裂。因此盾構機下穿燃氣管道時要適當降低其推進速度并且盡量恒定、勻速的推進。根據經驗，下穿高壓燃氣管道時盾構機的推進速度控制在20～27 mm/min。

3）刀盤轉速、推力。為減小對盾構機對土體的擾動，盡量遵循“低轉速，小扭矩，小推力小”的原則，盾構機刀盤轉速控制在1.0～1.3 r/min，扭矩控制在1 800～2 300 kN/m，推力控制在12 000 kN以下。

4）出土量控制。盾構施工過程中要嚴格控制出土量，保證實際出土量與理論出土量的平衡并且要進行嚴密的觀察，避免出土超量。

根據相關的計算，每環出土量

式中：K為土體的松散系數，一般根據土質、盾構掘進參數、土體改良情況等確定，本工程土質為雜填土、砂土，根據相關的經驗K取值為1.15～1.2；D為盾構機直徑，本盾構機為6.47 m；L為管片的每環長度，本工程為1.5 m。

5）盾構機殼外注漿減阻。在盾構機下穿高壓燃氣管道的過程中，為減小盾構機殼與周圍土體的側向摩擦力，減小盾構機殼對周邊土體的擾動量，降低后期土體的固結沉降，在本工程中向盾構機殼外注入膨潤土漿液，使盾構機殼和土體之間保持潤滑。

3.2 注漿

1)同步注漿。盾構掘進過程中，要及時足量的進行同步注漿，以便及時將盾構管片周邊土體的空隙進行填充。同時為加快同步注漿漿液的凝固，下穿高壓燃氣管道時，要根據實際情況適當的增加水泥用量，提高漿液的粘稠度，以便更好地填充管片與土體之間的間隙，減少因漿液凝固時造成的不均勻沉降和漿液損失。同步注漿的充填率要達150%，注漿壓力控制在0.3～0.35 MPa。同步注漿采取雙控措施，以注漿壓力控制為主，注漿量控制為輔，確保漿液的飽滿度。同時提前對盾尾刷進行檢查，增加盾尾密封油脂，保證盾尾密封良好，保證不漏水、不漏漿，以此保證同步注漿效果。在施工時對螺旋輸送機進行檢查，保證螺旋輸送時不發生噴涌工作。根據經驗，對所采用的漿液進行試驗室配比，見表1。

表1 同步注漿漿液配比 kg

2）二次注漿或多次補漿。為減少不均勻沉降造成高壓燃氣管道的開裂或折斷，在穿越高壓燃氣管道時要及時進行二次注漿，必要時進行多次補漿，以減少或控制地面的后期沉降。本工程二次注漿采用后方注漿的方法，即在后3～5環的注漿孔進行壁后注漿，注漿壓力一般控制在0.3～0.4 MPa，注漿所選用的材料為雙漿液，即水泥漿+水玻璃按1∶1的體積比控制，水泥采用425普通硅酸鹽水泥。

根據地質情況對下穿的高壓燃氣管道周邊采取袖閥管進行補漿加固，加固時控制好注漿孔的角度及注漿的壓力。

3.3 隧道軸線控制

1）控制好盾構掘進的技術參數，土壓過低時，不但容易造成地層的沉降，而且影響盾構軸線的控制；注漿壓力過大對地層的擾動較大，也會使得盾構機向注漿位置反方向移動，不利于隧道軸線控制。

2）對盾構千斤頂進行合理編組以及分區油壓的控制。千斤頂選擇是否正確直接關系到盾構軸線的軌跡，因此要對盾構軸線位置，正確的列出了千斤頂編組，對分區油壓控制進行嚴格控制。

3）正確使用盾構機的鉸接裝置，當調整千斤頂及分區油壓控制難以達到目的時，可通過盾構鉸接裝置進行糾正：根據盾構機軸線的偏離程度計算每一步的轉折角度，開啟仿形刀進行超挖，嚴格控制超挖的長度，再根據計算結果調整盾構機的中折裝置，利用千斤頂編組及分區油壓控制進行輔助施工，最終使盾構機回歸設計軸線。

3.4 渣土改良

進行渣土改良措施、改善刀盤前方土體的流塑性、減少泥餅形成，保持進出土順暢。

通過試驗確定合適的膨潤土漿液和泡沫添加劑配合比,通過盾構機或者刀盤自帶的泡沫系統，向盾構機前方的土體注入泡沫劑，提前對土體進行改良，提高渣土的保水性和穩定性。

3.5 施工監測

為確保下穿時高壓管線的穩定，必須對高壓燃氣管道及周邊土體進行監測，同時能及時將監測數據反饋到操作人員及管理人員，使信息化數據共享并真正知道施工。

4 結語

本工程通過采取合理有效的技術措施，精細的管理，在盾構機下穿高壓燃氣管道過程中進行了嚴密的監測，及時準確的調整土倉壓力，盾構機的推力、扭矩，注漿壓力等各項指標并及時下發到盾構機操作手，確保燃氣管道未產生沉降、盾構隧道軸線偏移量在設計允許圍之內，安全始終處于受控狀態。管片的拼裝質量也得到了較好控制。