盾構下穿埋深較大的管線監測與分析

文/徐亞軍

1 工程概況

盾構下穿埋深較大的燃氣管線位于常州地鐵1 號線一期工程延政大道站至長虹路站區間（SK12+686.432 至SK13+322.829，上行線貫通里程）范圍內，區間盾構埋深范圍為9.5～13.3m，線路中線間距約為14～17.6m。隧道施工采用小松土壓平衡盾構機，盾體外直徑為φ6.34m，主機長8.68m，整機長度為58.24m，最大推力3773T。 襯砌管片采用內徑為5.5m，厚度0.35m，寬度1.2m。盾構區間地層為：①填土、②3 淤泥質粉質粘土、②41 粉質粘土、③1 粘土、③2 粘土、④1 粉質粘土夾粘質粉土、⑤1 砂質粉土、⑤2砂質粉土、⑥1 粉質粘土、⑥2 粉質粘土、⑥3 粘土、⑥4粉質粘土；區間的地下水有淺部土層中的潛水、承壓水，承壓水分第一層承壓水和第二層承壓水。盾構施工由長虹路站始發，延政大道接收，下行線先行施工[1]。

區間隧道上、下行線平行下穿燃氣管線，盾構下穿里程：下行線為XK13+296.92m，上行線為XK13+296.68m，屬于正交下穿，線路下穿段落為直線。下穿管線為：牽引管法施工，燃氣Φ160mmPE 材質管線，與盾構區間隧道交匯處最大深埋深約8.5m，相應盾構隧道（頂部）埋深為9.5m，管線處于④1 黏質粉土夾粉質黏土中，相應位置盾構機處于④1 黏質粉土夾粉質黏土、⑤1 砂質粉土、⑥2 粉質粘土，隧道位于第一層承壓含水層中，對工程影響很大。

2 主要風險

盾構區間下穿燃氣管線涉及地層有④1 粉質粘土夾粘質粉土、⑤1 砂質粉土、⑥2 粉質粘土，該層土在動水壓力條件下極易發生流砂或管涌現象。在該類土層中進行盾構掘進時若掘進面失穩，將會引起突發性涌水和流砂，對工程建設本身及周邊環境造成重大事故。

盾構下穿燃氣管線主要風險：管線開裂、破損、泄露等，此燃氣管線距離盾構隧道頂部最小凈距1m，施工風險較大，盾構下穿此段落施工階段關閉管線兩端閥門，以降低施工風險[2]。

3 監測分析

3.1 監測布設

由于燃氣管線位于花園街正下方，管線埋深較大，且管線為PE 管材質，無法對管線直接進行沉降監測，因此在盾構施工時，主要通過管線上方間接監測點及地表監測點的監測數據，分析管線的沉降變形。主要影響區監測點位：燃氣管線監測點為MC20、MC21、MC22、MC23，其他監測點為盾構施工21 環監測斷面地表監測點，管線與隧道位置及主要監測點如圖1 所示[3]。

圖1 管線與隧道位置及主要監測點圖

3.2 監測分析

3.2.1 線路于2016年5月17日掘進面靠近管線時，首先進入的是XD21 隧道所在的監測斷面，且XD21 監測點距離MC21 監測點距離為1.8m，監測數據反映XD21、XD21-4、XD21-6 及MC21 監 測點出現變化速率及累計變化量超過設計控制值，沉降明顯；監測斷面地表監測點變化量最大的點為XD21，累計沉降量為-55.45mm，變化量為-51.55mm；管線監測點MC21，累計沉降量為-32.15mm，變化量為-29.85mm；其余主要監測點數據穩定可控[4]。

3.2.2 盾構在19 環至23 環平均土倉壓力及注漿量如表1 所示。

表1 土倉壓力及注漿量統計表

根據監測數據進行原因分析，盾構自長虹路站始發，剛出加固區進入區間施工，累計推進22 環（其中加固區長度10m），處于盾構參數調整試驗階段。由于加固區和非加固區地層結構不同，在加固區推進過程中土倉壓力較大，出加固區后進行掘進參數調整，在掘進19 環時土倉壓力凸顯偏低，盾構掘進土倉壓力與掘進面前方土體土壓力不匹配，進而導致開挖面失衡，出土量過大，且地層損失過大；另外，在下穿管線段落時降低了土倉壓力，導致沉降監測點下沉值較大。

盾構法施工中地層損失、盾構施工區域土體受擾動或重塑土再固結是引起地面沉降的主要因素。盾構注漿是在管片拼裝完成后，隨著盾構的推進，管片與洞體之間出現空隙，如不及時充填，地層應力會得以釋放而產生變形，其結果發生地面沉降，鄰近建（構）筑物沉降、變形或破壞等。注漿的主要作用就是抑制隧道周邊地層松弛，防止地層變形，及早使管片環安定，千斤頂推力平滑地向地層傳遞，作用于管片的土壓力平衡，減小作用于管片的應力和管片變形，盾構的方向控制，形成有效的防水層等作用。結合監測數據，并通過注漿量統計表分析，下穿管線段落存在注漿量不足的問題，造成了監測點沉降量較大[5]。

通過監測數據及盾構掘進參數綜合分析，造成沉降的原因為盾構施工土倉壓力、注漿量不足。燃氣管線位于21 環、22 環上方，MC21 監測點沉降量較大，且XD21、XD21-4、XD21-6 沉降量較大。

4 采取措施及效果

結合監測數據及盾構掘進參數綜合分析，采取加強二次注漿，并增大注漿壓力及注漿量等措施。通過加 強 二 次 注 漿，在2016年5月18日，MC21、XD21、XD21-4、XD21-6 監測點均有不同程度回升；之后，由于土體固結效應，略有沉降，并逐漸趨于平穩；地表進行探孔檢測以及注漿加固處理，MC21、XD21、XD21-4、XD21-6 主要監測點變化如圖2 所示。結合監測數據對盾構掘進參數進行調整，通過調整土倉壓力值、嚴格控制同步注漿壓力、掘進速度等措施，后續施工監測數據穩定。

圖2 監測點變化圖

5 結語

本文就盾構下穿埋深較大的管線在監測、盾構施工等方面進行闡述，結合施工過程中的監測數據對盾構施工進行指導，總結如下：

對于重大風險源，需對其制定專項施工方案、監測方案，必要時應對其進行專項設計。本次盾構下穿Φ160mm 燃氣管線，管線埋深約8.5m，相應盾構隧道埋深為9.5m，制定專項監測方案，并且在盾構下穿管線施工階段，關閉兩端閥門[6]。

盾構施工造成地表土層的隆沉主要源于土層損失和土體擾動，在下穿施工前應進一步核實風險源與隧道的相互關系；下穿管線時，尤其埋深較大的管線，應及時調整土倉壓力，減少管線隆沉，防止管線開裂。

在下穿管線施工中建議：在下穿管線施工前，通過監測數據修正掘進參數，保持土壓平衡；在下穿通過時，應至少保持前環正常掘進的土倉壓力，也可以根據管線材質，適當增加土倉壓力。由于管線是允許微小變形的（具體根據管線材質及管線性質確定），在施工中稍有隆起，注漿后，由于土體效應，之后回落；在下穿管線施工時，若減小土倉壓力等，致使管線下沉，雖然通過二次注漿，即使增大了注漿壓力，也同樣很難恢復到正常位置。