地鐵盾構區間穿越輸油管道影響分析研究

張曉賓 （中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070）

0 前言

隨著我國地鐵的大規模建設，地鐵工程不可避免地與輸油管道存在交叉工程現象。由于管道輸油管道屬于有壓管道，危險性較高。若因為地鐵施工引起管道變形過大，輸油管道發生泄漏，后果不堪設想。

本文結合雙流機場輸油管道與地鐵10號線一期工程的交叉工程，通過理論計算確定了輸油管道變形控制標準，結合現場交通情況，采用鋼管微型樁加固保護輸油管道，使盾構隧道成功地穿越了輸油管道節點。

1 工程概況

成都市地鐵10號線一期工程始于太平園站，止于雙流機場空港二站。一期工程線路全長約10.9km。

空港一站～金花站區間在下穿牧馬山干渠后進入機場范圍，在里程YDK9+046～YDK9+192處與T1停機坪兩根直徑300mm輸油管道平行鄰近，在里程YDK9+192～YDK9+214處與T1停機坪兩根直徑400mm輸油管道平行鄰近（地鐵隧道結構邊緣距離輸油管道水平距離5m～7.5m，垂直距離12.5m～13.5m），此段輸油管道為鋼管材質，設計輸油壓力1.6MPa，管道底埋深約2.5m～3m。在線路YDK9+192位置處下穿兩根直徑400mm輸油管道，輸油管道底埋深約2.5m，此段地鐵隧道拱頂距離輸油管道約12.9m。平面剖面位置關系詳見圖1所示。

圖1 輸油管道與地鐵隧道平面關系圖

2 輸油管道沉降控制標準

現行的地鐵設計規范、輸油管道設計規范等對施工期輸油管道所允許的總體及差異性沉降值沒有具體的規定，僅在《輸油管道工程設計規范》（GB50253-2003）中的4.2.3條中有說明“彈性彎曲的曲率半徑，不宜小于鋼管外直徑的1000倍，并應滿足管道強度的要求”。本設計方案按上述條文說明規定辦理。具體分析計算按照地表沉降槽模型簡化計算。

計算參數如下：

管道埋深底埋深3.5m管道距離隧道頂12.5m，則管道兩端簡化為鉸支撐，管道計算長度=6+12.5×2=31m，管道直徑400mm，壁厚8mm（暫估），材質20號無縫鋼管（暫估），彈性模量200GPa，最低抗拉強度245MPa。輸油管道輸油壓力為0.8MPa，管道主要受徑向拉力，正常情況縱向不受力。

①《輸油管道工程設計規范》（GB50253-2003）中的4.2.3條中有說明“彈性彎曲的曲率半徑，不宜小于鋼管外直徑的1000倍，并應滿足管道強度的要求”。按照此要求，31m跨度輸油管道允許最大沉降30mm。利用結構原理計算如下：

跨中變形30mm時，跨中最大彎矩16kN·m，管道底縱向最大附加應力15.6 MPa，管道抗拉強度245 MPa，僅占管道抗拉強度6.4%。

②當地面出現塌陷，坍塌洞徑為3m時，管道直徑上的土體荷載全部加到管上，荷載為24kN/m，利用結構原理計算結果如下：

跨中最大變形0.6mm，跨中最大彎矩27kN·m，管道底縱向最大附加應力26.3MPa，管道的抗拉強度245 MPa，僅占管道抗拉強度10.7%。

③基于目前國內現有規范對輸油管道的沉降沒有具體要求，在參考上述計算結果的基礎上，結合國內現有相似工程（重點參考北京、上海等地鐵公司關于有壓管道的施工沉降變形報警值的內部控制標準）的施工經驗，按照工程類比法，確定本工點有壓輸油管道的施工沉降變形報警值為豎向或水平位移10mm，連續3天超過2mm/d。

3 加固方案設計

3.1 加固方案

根據輸油管道所處地理位置情況，由于圍墻內屬于雙流機場的飛行區，施工不能進入機場區域。輸油管位置，位于機場東四道口，交通繁忙，交通疏解困難，不具備大型機械施工作業條件，結合現場實際情況設計提出利用Φ108壁厚6mm鋼管“微型樁”。

設計提出采用“隔離樁+注漿防護方案”的平行鄰近段的Φ108壁厚6mm鋼管傾斜注漿，注漿方案為在隧道結構外豎向打設Φ108壁厚6mm鋼管，鋼管間距0.6m，鋼管伸入隧道底部2m，利用鋼管注漿加固松散卵石地層，后用C20細石混凝土回填鋼管，形成微型樁。垂直通過段擬按輸油管道兩側斜打Φ108壁厚6mm鋼管，鋼管間距0.5m，兩側交錯布置，利用鋼管注漿加固輸油管道底部<3-6-1>松散卵石土、<3-6-2>稍密卵石土地層。

圖2 平行段加固方案

3.2 數值模擬計算

本計算利用Midas GTS有限元軟件，根據地勘資料進行數值建模計算，模擬盾構掘進過程中引起的地層沉降。本次計算選取最不利截面進行計算，選取里程YDK9+192處斷面進行計算，計算出隧道埋深15.4m，隧道間距13m，隧道邊距離輸油管道水平距離6m。計算采用平面模型，模型長50m，高40m。采用施工階段模擬，第一步開挖左洞，第二步支護左洞管片，第三步開挖右洞、第四步支護右洞管片，最后查看地層沉降云圖。

圖3 未加隔離樁的地層水平位移圖

圖4 添加隔離樁的地層沉降圖

圖5 添加隔離樁后的地層水平位移圖

通過以上計算，可以看出盾構掘進后的主要沉降集中在隧道中心的頂部，采取隔離樁措施，雙洞開挖完成后，隧道拱頂地面最大的沉降為8.0mm，平行鄰近段輸油管道處地層最大沉降1.4mm。通過分析看出，在采取加固措施的前提下，理論計算結果滿足輸油管線的沉降及水平位移要求，在采取隔離樁措施后，對輸油管道的水平位移有較大的減小作用。因此，對于隧道平行段的輸油管道影響較小，地面沉降可控。

采用鋼管隔離樁的優點：根據“東四道口”現狀交通條件，采用鋼管樁施工，對地面交通影響較小，由于鋼管孔口較小，采用潛孔鉆機即可施工，對地下管線影響較小，對地層的擾動也較小。

4 結論與建議

①通過現場施工監測及理論計算，本工程制定的變形控制標準10mm，是可以滿足輸油管道運營安全要求的。

②采用微型鋼管樁+注漿加固松散方案，可以有效降低輸油管道的水平位移。

③采用微型鋼管樁+注漿保護方案，既可以緩解交通疏解壓力，又可以滿足現場施工進度要求。