軟土地區(qū)盾構(gòu)始發(fā)階段下穿航油管線施工控制技術(shù)

□文/張梁鵬

軟土地區(qū)盾構(gòu)始發(fā)階段下穿航油管線施工控制技術(shù)

□文/張梁鵬

結(jié)合天津軟土地區(qū)盾構(gòu)下穿航油管線的工程實例，研究分析了穿越期間沉降控制的施工技術(shù)，在常規(guī)的施工基礎(chǔ)上采用了等深度監(jiān)測點埋設(shè)、克泥效工法以及實用的注漿工藝等技術(shù)措施。

盾構(gòu)；航油管線；沉降；軟土

盾構(gòu)下穿管線施工一直存在比較大的風(fēng)險，如管線為易燃易爆性質(zhì)更會加大發(fā)生事故并引起較大社會關(guān)注的可能。為保證施工安全，確保零風(fēng)險，下穿航油管線施工勢必需要經(jīng)過嚴格的探討研究，確定合理方案并制定應(yīng)急預(yù)案，避免造成較大人員傷亡及財產(chǎn)損失的事故發(fā)生。

天津地處軟土層，加大了施工的難度。針對盾構(gòu)施工對地層擾動，造成管線及地表沉降，部分專家學(xué)者運用數(shù)值分析方法通過對地面沉降數(shù)據(jù)的擬合確定管線的沉降數(shù)值，通過地表沉降估測管線沉降，以有效控制管線變形［1～3］。在實際施工中，間接的利用數(shù)值分析擬合數(shù)據(jù)不失為一種有效的方法，但或多或少會引起偏差。埋設(shè)等深度監(jiān)測點在實際應(yīng)用中是一種更為有效的手段，可以直接反映管線沉降的數(shù)據(jù)，通過加大監(jiān)測頻率實時反饋數(shù)據(jù)指導(dǎo)確定掘進參數(shù)并在盾構(gòu)掘進過程中采取針對盾體周圍沉降輔助措施，可以進一步有效的控制沉降。

1　工程概況

天津某地鐵車站為地下兩層島式車站，標準段基坑深度為15.36 m，盾構(gòu)井段深度為17.06 m，距盾構(gòu)井15.4 m有一根南北走向的機場航油輸送管線，φ300 mm鋼材質(zhì)，機械開挖直埋，埋深2.8 m，管節(jié)長度為12 m，焊接接頭。本地鐵車站為盾構(gòu)始發(fā)車站，左右線需先后兩次下穿航油管線，隧道距航油管線5.6 m，盾構(gòu)穿越航油管線段所在的地層，見圖1。其中隧道所在地層主要為1粉質(zhì)粘土4粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土。航油管線所在地層為2素填土和1粉質(zhì)粘土的分界面。從工程地質(zhì)條件來看，隧道地層為粉質(zhì)粘土層，條件較好，但隧道下部4～5 m存在2砂質(zhì)粉土層，其含水量較大可視為承壓含水層，存在一定的風(fēng)險隱患。

圖1　工程地質(zhì)剖面

該航油管線被定為Ⅰ級風(fēng)險源?；娱_挖階段，已對航油管線一側(cè)基坑地連墻接縫進行旋噴止水加固并沿管線走向施做拉森鋼板樁對其進行隔斷，減少土方開挖對航油管線區(qū)域土層的擾動。根據(jù)設(shè)計、規(guī)范和航油管線產(chǎn)權(quán)單位的要求，航油管允許沉降量為-20 mm，由于車站開挖過程中已產(chǎn)生-6.3 mm的沉降量，故盾構(gòu)施工過程中允許沉降量為-13.7 mm，這給兩次下穿航油管線盾構(gòu)施工提出了更高的要求。

2　施工技術(shù)

2.1等深度監(jiān)測點布置

沿管線走向共布設(shè)沉降觀測點12個，見圖2。為使監(jiān)測數(shù)據(jù)直接反映管線的沉降情況，克服地表沉降監(jiān)測點的不確定性，于航油管線在兩盾構(gòu)隧道中線投影相交處的正上方埋設(shè)2個等深度觀測點，見圖3。孔內(nèi)放φ20 mm的鋼筋作為測桿，測桿周圍用φ140 mm套筒保護，套筒內(nèi)填細砂，套筒外原貌土回填，測桿底部與航油管線等深度，水平距離200 mm，在監(jiān)測點頂部砌筑500 mm×500 mm×700 mm素混凝土保護墩，保護墩高出地面20 cm防止監(jiān)測點被車壓壞并在保護墩內(nèi)加蓋5 mm鋼板保護蓋。

圖2　航油管線與車站相對位置及監(jiān)測點布置

圖3　等深度監(jiān)測點剖面

2.2盾構(gòu)始發(fā)階段施工技術(shù)控制

本工程施工難點即為管線距離端頭加固區(qū)僅有4 m，沒有足夠的調(diào)整距離，始發(fā)過程中必須在加固區(qū)內(nèi)即嚴格控制盾構(gòu)姿態(tài)在合理范圍內(nèi)且出加固區(qū)建立適宜土壓，姿態(tài)保持不變，一旦出現(xiàn)偏差產(chǎn)生糾偏過程，將對管線下方土體產(chǎn)生較大擾動，對沉降控制產(chǎn)生不利后果。

2.2.1始發(fā)洞門封堵

盾構(gòu)機掘進3～5環(huán)過程中，采用簾布壓板密封形式進行始發(fā)洞門封堵，洞門封堵所需注入漿液方量通過理論計算為20 m3，洞門封堵過程中，通過停止掘進盾尾同步注漿的方式進行封堵，采用少量、多次的原則注入單液漿，如仍有滲水及時采用洞門預(yù)留注漿管注入雙液漿的方法進行處理。

2.2.2掘進速度與土壓力

加固區(qū)（1～7環(huán)）以20 mm/min的掘進速度勻速通過，出加固區(qū)（8～20環(huán)）以30 mm/min的速度勻速通過。第-3環(huán)開始建立土壓，盾構(gòu)機進入加固區(qū)上土壓逐步建立在0.15～0.16 MPa。根據(jù)經(jīng)驗，盾構(gòu)機刀盤出加固區(qū)上土壓逐步建立在0.17～0.18 MPa。

2.2.3出土量

通過理論計算原狀土出土量為47.33 m3，根據(jù)實際盾構(gòu)施工經(jīng)驗和下穿管線區(qū)域的土質(zhì)情況，為控制超挖，減少對隧道上部土體擾動，出土量控制在理論值的95%～98%，即每環(huán)需運輸土方量約為46 m3，設(shè)專人檢查出土量，嚴禁超挖、超排。

2.2.4掘進軸線、盾尾間隙

保持盾構(gòu)機掘進軸線與設(shè)計軸線上下左右偏差在±30 mm以內(nèi)，每掘進30 cm盾構(gòu)機操作手組織測量一次盾尾管片間隙，確保每側(cè)保留≮2 cm的間隙，有利于預(yù)防管片破損，也便于管片的順利拼裝。

2.3盾構(gòu)下穿航油管線的分階段施工控制

根據(jù)設(shè)計要求，將管線前后各15 m定為盾構(gòu)掘進影響范圍，即-3～24環(huán)，穿越過程影響范圍長度為30 m。為此，將穿越過程分為4個階段，每個階段采取相應(yīng)技術(shù)控制措施，圖4。

圖4　穿越航油管線4階段

1）第1階段，盾構(gòu)始發(fā)。刀盤即將出加固區(qū)（-3環(huán)～4環(huán)），刀具切削土體并逐漸充滿土倉，逐漸建立土壓，第4環(huán)完成后進行洞門封堵，封堵完成后方可繼續(xù)推進。

2）第2階段，刀盤出加固區(qū)。刀盤抵達管線正下方（5～8環(huán)），此時上土壓力設(shè)定為0.14～0.15 MPa（試驗段土壓），掘進時監(jiān)測頻率為10 min/次，地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)及時反饋，以指導(dǎo)施工，達到調(diào)整參數(shù)的目的。

3）第3階段，刀盤到達航油管線。盾尾到達航油管線正下方（9～14環(huán)），掘進時監(jiān)測頻率為30 min/次，按照第2階段調(diào)整后土壓平穩(wěn)推進并根據(jù)反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)進行微調(diào)。同步漿液注入量為理論值的250%，壓力適中。

4）第4階段，盾尾通過管線正下方。盾尾離開影響范圍（15～24環(huán)），掘進時監(jiān)測頻率為20 min/次，根據(jù)反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)適當增加土壓，控制推進速度，同步漿液注入量為理論值的300%，壓力為較大值，同時加強二次注漿，少量多次深層注入雙液漿。

2.4沉降控制輔助措施

為提高施工精度，控制前期沉降，采用克泥效填補前盾、中盾與土體的空隙，克泥效是從日本引進的一種施工技術(shù)，其原理是粘土與強塑劑以一定的比例混合后，瞬間形成為高粘度、不會硬化的可塑性粘土（粘度可通過改變兩液配合比的方式調(diào)整）。在試驗中，混合時間4.5 s，混合后粘度可達300～500 dPa·s［4］。

當盾構(gòu)機中盾進入端頭加固區(qū)時，開始注入克泥效，克泥效和水玻璃漿液由中盾1點徑向注漿孔位置注入。漿液配比為A液（克泥效漿液）克泥效∶水=400 kg∶825 kg，B液（水玻璃和水的混合液）水玻璃∶水（體積比）=1∶1，在推進第5～20環(huán)時開始A、B液隨盾構(gòu)機掘進同時注入，每環(huán)注入量為1 m3，A液與B液注入流量比為13∶1并根據(jù)現(xiàn)場實際情況及時調(diào)整，使?jié){液凝結(jié)（不會硬化）時間調(diào)整到5 s，效果呈不會硬化的可塑性粘土狀，粘度為300 dPa·s。

2.5同步注漿和二次注漿

同步注漿填充盾尾脫出時出現(xiàn)的空隙，直接影響地面沉降控制效果，是沉降控制的關(guān)鍵。本工程同步注漿采用單液注漿，按照“確保注漿壓力，兼顧注漿量”的雙重保障原則，注漿量為理論計算值的300%，注漿壓力為0.25～0.3 MPa，通過試驗確定漿液配比，增加粉煤灰用量，降低漿液析水率，減少初凝時間，提高漿液的填充質(zhì)量。注漿期間確保液漿充分填充在土體之間、管片與土體之間、盾體與土體之間的空隙，根據(jù)在掘進期間注漿壓力與盾尾出現(xiàn)漏漿等情況判斷注漿量是否飽滿。在同步注漿量充足的前提下，盾構(gòu)機的盾尾密封功能就顯得尤為重要，在緊密注漿的同時，更要做好盾尾油脂的壓注工作，保證作業(yè)面?zhèn)溆谐渥愕挠椭?/p>

盾尾通過后沉降尤為明顯，僅依靠同步注漿無法達到將沉降控制在很小范圍的效果，由于漿液的收縮等因素，必須通過二次注漿對土體空隙進一步填充。二次注漿保持在距盾尾5～6環(huán)處，采用多孔補注漿方式進行補漿，方位為10點和2點每環(huán)交替補漿，注漿壓力控制在0.3～0.35 MPa，每環(huán)補漿1 m3，注漿漿液為水泥-水玻璃雙液漿。由于雙液漿收縮性較強，二次注漿采取“少量多次”的原則，且實際施工中應(yīng)人工從注漿孔處鉆孔，將二次漿液填充到更深處，以真正達到填充土體、控制土體沉降的效果。

3　監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

圖5為與航油管線等深度直接監(jiān)測點的沉降變化曲線，直觀反映了盾構(gòu)穿越航油管線過程中土體隆起及沉降的過程。刀盤到達管線前，呈現(xiàn)隆起的特征；刀盤及盾體通過期間對土體產(chǎn)生擾動，土體發(fā)生沉降，在此過程中由于采用了克泥效的施工方法，沉降得到了控制；管片脫出盾尾后，沉降達到峰值，雖然大量注入同步注漿漿液，土體仍有繼續(xù)下沉的趨勢；由于之前幾個階段對沉降的有效控制，通過二次注漿可以使土體沉降緩解且有一定程度的隆起，沉降穩(wěn)定后沉降值較為理想。

圖5　直接監(jiān)測點穿越管線前后相對沉降累計值

4　結(jié)論及建議

1）布設(shè)等深度監(jiān)測點可以直觀的反映管線的沉降變化，工程實踐中可以在管線兩側(cè)都埋設(shè)等深度監(jiān)測點并增加斷面可以更有效地監(jiān)測管線的整體變形情況。針對風(fēng)險較大的盾構(gòu)穿越工程，應(yīng)通過監(jiān)測點的實時數(shù)據(jù)反饋調(diào)整掘進參數(shù)及進行注漿操作。

2）通過克泥效工法應(yīng)用，對同步注漿之前盾體的沉降起到有效控制，做到了全過程控制沉降，減小了對土體的擾動程度。

3）對同步注漿漿液質(zhì)量、二次注漿的控制是控制管線沉降的關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)機注漿泵情況合理選取漿液配比，將稠度控制在11 mm以下并反復(fù)進行二次注漿，最大程度填充土體空隙，對管線緩慢抬升以控制沉降程度。

［1］周雪蓮，王曉鋒，魏林春，等.超大直徑盾構(gòu)下穿高危管線施工數(shù)值模擬分析［J］.鐵道建筑，2014，（2）：47-49.

［2］高丙麗，任建喜.盾構(gòu)始發(fā)井施工對周圍管線的變形影響規(guī)律及其控制技術(shù)［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2014，（3）：193-199.

［3］李林.超大直徑盾構(gòu)穿越高危管線安全度判定方法及實測研究［C］.中國隧道與地下工程大會暨中國土木工程學(xué)會隧道及地下工程分會年會優(yōu)秀論文［A］.2014.

［4］馬云新.克泥效抑制沉降工法在盾構(gòu)近距離下穿地鐵既有線工程中的應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2015，（1）：94-98.

U455.43

C

1008-3197（2016）02-48-03

2015-12-10

張梁鵬/男，1982年出生，工程師，碩士，天津市地下鐵道集團有限公司，從事軌道交通施工技術(shù)管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.02.016