【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ........................................... 21 1 盾構(gòu)穿越高壓天然氣管道施工及保護(hù)方案 工程概況 本標(biāo)段尹中路站～通達(dá)路站區(qū)間里程 DK27+～ DK28+，區(qū)間右線長(zhǎng) ,長(zhǎng)鏈 。左線長(zhǎng) ,短鏈 。采用盾構(gòu)法施工，設(shè)聯(lián)絡(luò)通道（與泵房合建） 1 處。 隧道起于 尹中路 車(chē)站 東 端頭， 沿郭新西路 向 東 穿越 彩虹路、蘇嘉杭高架橋、郭新河，最終在通達(dá)路站西端頭接收進(jìn)洞。盾構(gòu) 區(qū)間隧道為 全斷面 圓形結(jié)構(gòu)， 管片 內(nèi)徑 ，外徑 ，環(huán)寬 。 盾構(gòu)在里程左 DK28+531和里程右 DK28+536處 下穿 高壓天然氣管道 ， 天然氣管道采用拖拉法施工，于 2020年完工，結(jié)構(gòu)形式為 Φ 508mm，δ =鋼管，壓力 25kg。地面標(biāo)高左線隧道中心正上方管底標(biāo)高 ，管道距左線隧道頂部 ；右線隧道中心正上方管底標(biāo)高 ，管道距左線隧道頂部 。 盾構(gòu)隧道和高壓天然氣管道的關(guān)系詳見(jiàn)下圖。 新郭 東 路 盾構(gòu)隧道和高壓天然氣管道平面關(guān)系圖 2 盾構(gòu)隧道和高壓天然氣管道剖面關(guān)系圖 ⑴ 工程地質(zhì)概況 本區(qū)段里程 所在土層自地表以下依次為 ①人 工填土層、 ③ 1粘土層、③ 2粉質(zhì)粘土層、④ 1粉質(zhì)粘土層、④ 2粉土夾粉砂、⑤ 1粉質(zhì)粘土層、⑤ 2粉砂夾粉土⑦ 1粉質(zhì)粘土 層。盾構(gòu) 主要穿越 以④ 1粉質(zhì)粘土層、④ 2粉土夾粉砂層為主 。 土層分布情況見(jiàn)右圖： ⑵ 水文地質(zhì)概況 ① 地表水 區(qū)間在里程右 DK28+523 處穿越郭新河，該河呈南北向，姜莊北面有一Q23X J13①人工填土③1 粘土③2 粉質(zhì)粘土④1 粉質(zhì)粘土④2 粉土夾粉砂⑤1 粉質(zhì)粘土 ( 0. 77) ( 3. 27) ( 6. 47) 0( 1 0. 87) 0( 1 7. 07) 0( 2 3. 17) 3 條東西向支流與其連通。線路穿越郭新河寬度約為 26m，水深 ～ ,平均淤泥厚 。 ② 潛水 潛水主要賦存于淺部土層的孔隙中，其富水性受土性和厚度控制，根據(jù)詳細(xì)勘察資料，工程場(chǎng)區(qū)潛水位埋深 ～ ，標(biāo)高 ～ 。觀測(cè)時(shí)間 2020 年 2 月 12 日～ 2020年 3 月 26日。 ③ 微承壓水 場(chǎng)區(qū)微承壓水主要賦存于④ 2粉土夾粉砂層中，微承壓水含水層補(bǔ)來(lái)源主要為大氣降水、地表水、上部潛水的垂直滲流，以民間取水及向周?chē)泳W(wǎng)的側(cè)向徑流為其主要的排泄方式。承壓水層頂埋深 ，承壓水位埋深，承壓水位標(biāo)高 。觀測(cè)時(shí)間 2020 年 3月 7日～ 2020年 3 月 13日。 ④ 承壓水 工程場(chǎng)區(qū)承壓水主要賦存于⑤ 2粉砂夾粉土層中，承壓水補(bǔ)給來(lái)源為上部松散層滲入補(bǔ)給、微層壓水與之聯(lián)通補(bǔ)給、越流補(bǔ)給及地下徑流排泄。承壓水層頂埋深 ，承壓水位埋深 ，承壓水位標(biāo)高 。觀測(cè)時(shí)間 2020 年 3月 20 日～ 2020 年 3月 26 日。 ⑶ 地質(zhì)條件評(píng)價(jià) ① 本工程區(qū)間地質(zhì)屬于軟土地基，圍巖分級(jí)為Ⅵ級(jí)，可挖性分級(jí)為Ⅰ級(jí)。 ② ④ 2粉土夾粉砂層透水性較強(qiáng)，且為承壓含水層，在一定的動(dòng)水壓力作用下易產(chǎn)生流土、管涌等不良地質(zhì)，可能導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)面不穩(wěn)定。 ③ ④ 1層和⑤ 1層粉質(zhì)粘土工程性質(zhì)一般，土體相對(duì)較弱，具有一定的觸變性，在動(dòng)力作用下，土體結(jié)構(gòu)較易破壞，使強(qiáng)度降低、變形增加，導(dǎo)致開(kāi)挖面失穩(wěn)。 施工工期計(jì)劃 截至 8 月 10 日，尹通區(qū)間左線已推拼 280 環(huán)，左線 502 環(huán)穿越高壓天 4 然氣管道，按目前掘進(jìn)速度，預(yù)計(jì) 8月 30日左線首先穿越高壓天然氣管道；右線 506 環(huán)穿越高壓天然氣管道，尹通區(qū)間右線預(yù)計(jì) 9 月 5 日始發(fā)， 10 月25 日右線將穿越高壓天然氣管道。 施工風(fēng)險(xiǎn)分析 盾構(gòu)穿越④ 1層和⑤ 1層粉質(zhì)粘土層，土體相對(duì)軟弱，具有一定的觸變性，在動(dòng)力作用下，土體結(jié)構(gòu)較易破壞，④ 2層粉土夾粉砂層，透水性較強(qiáng)，且為微承壓含水層，在一定的動(dòng)水壓力作用下易產(chǎn)生流土、管涌等不良地質(zhì)，可能導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)面的不穩(wěn)定。 高壓天然氣管道緊鄰郭新河，河面寬 26m，河底距離隧道 頂垂直距離 8m，盾構(gòu)穿越高壓天然氣管道時(shí)基本位于④ 2層粉土夾粉砂層中，土體在動(dòng)力作用下擾動(dòng)后極易發(fā)生變形，引起高壓天然氣管道變形過(guò)大甚至開(kāi)裂。 高壓天然氣管道直徑為 ，與左線隧道最小垂直凈距 ，與右線隧道最小垂直凈距 。盾構(gòu)機(jī)在到達(dá)高壓天然氣管道前，如果土壓力設(shè)置過(guò)大、出土量少，會(huì)對(duì)前方土體進(jìn)行擠壓，土壓力升高，高壓天然氣管道原本四周平衡的受力狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，單側(cè)局部荷載過(guò)大，管道會(huì)產(chǎn)生變形。反之土壓力設(shè)置過(guò)小，就會(huì)產(chǎn)生局部超挖，盾構(gòu)機(jī)前面土體坍方，管道四周受力平 衡也會(huì)受到破壞，嚴(yán)重時(shí)可能危及高壓天然氣管道安全。如何保證隧道穿越時(shí)土體穩(wěn)定，管道不受破壞，是本工程施工控制的重點(diǎn)。 盾構(gòu) 機(jī)施工情況及控制要點(diǎn) 本 區(qū)間采用 2 臺(tái)鐵建重工 ZTE6410mm土壓平衡盾構(gòu)機(jī) 進(jìn)行掘進(jìn)施工。盾構(gòu) 推進(jìn)時(shí) ，碴 土通過(guò)刀盤(pán)開(kāi)口 進(jìn)入土倉(cāng) ，再經(jīng)過(guò)螺旋輸送機(jī)從土倉(cāng)底部排出，由皮帶輸送機(jī)運(yùn)送排入土箱， 然后由 土箱車(chē) 送至地面 。 其工作原理 見(jiàn)下圖 。 5 土壓平衡工作原理示意圖 盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，前端刀盤(pán)切削土層，切削下來(lái)的土體進(jìn)入密封土倉(cāng)，當(dāng)土倉(cāng)內(nèi)的土體足夠多時(shí)，可與開(kāi)挖面上的土、水壓力相 平 衡 ，使開(kāi)挖面地層保持 穩(wěn)定 。盾構(gòu)設(shè)有螺旋輸送機(jī)，由其將渣土排送到土箱，運(yùn)至地面。螺旋輸送機(jī)的排土口上裝有滑動(dòng)閘門(mén)或螺旋式漏斗，以控制出土量。在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中向開(kāi)挖面加壓灌注水、粘土、膨潤(rùn)土、高濃度泥水、泥漿和泡沫等，同時(shí)靠刀盤(pán)和攪拌翼混合攪拌切削下來(lái)的土體，使之具有止水性、流動(dòng)性。使得切削下來(lái)土體能夠順利排出，又能提供壓力，與開(kāi)挖面的水、土壓保持平衡。 由于土壓平衡盾構(gòu)機(jī)對(duì)推進(jìn)時(shí)的土壓力控制比較精準(zhǔn)，所以推進(jìn)時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響也非常小，完全適用于穿越軟土的隧道施工。 在穿越高壓天然氣管道施工 中，盾構(gòu)將對(duì)管道產(chǎn)生影響，盾構(gòu)推進(jìn)產(chǎn)生的推進(jìn)力、側(cè)摩阻力以及盾構(gòu)推進(jìn)后所引起的土體變形將影響管道受力狀態(tài)，破壞管道整個(gè)受力體系，危及管道安全。 有效 地 控制 掘進(jìn)參數(shù)是施工的關(guān)鍵控制點(diǎn) ， 做到以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)為依托、精心施工、精細(xì)管理。 開(kāi)挖面穩(wěn)定控制 沉降控制的關(guān)鍵之一是開(kāi)挖面的穩(wěn)定控制。開(kāi)挖面的控制是個(gè)系統(tǒng)控制過(guò)程，涉及水土壓力、出土量、添加劑的使用等掘進(jìn)參數(shù)的控制和優(yōu)化，而掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)又來(lái)源于施工過(guò)程中對(duì)沉降數(shù)據(jù)的分析、沉降規(guī)律的掌 6 握、土壓波動(dòng)的控制程度和穩(wěn)定程度的評(píng)估等。盾構(gòu)施工作為一種動(dòng) 態(tài)的施工控制過(guò)程，在過(guò)高壓天然氣管道之前的 50 米的施工技術(shù)管理的成果對(duì)過(guò)高壓天然氣管道施工具有很大的指導(dǎo)作用，必須加強(qiáng)前期的施工技術(shù)管理。 添加劑的使用管理 添加劑的合理使用是確保盾構(gòu)順利掘進(jìn)、維持開(kāi)挖面穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)均衡連續(xù)盾構(gòu)施工的關(guān)鍵。 盾構(gòu) 機(jī)操作手和值班工程師在 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，隨時(shí)觀察和分析扭矩、推力、土壓及波動(dòng)、 螺旋輸送機(jī)排出土的狀態(tài)（即塑流性），對(duì) 水 、泡沫的加入 方式、部位、加入量、參數(shù)設(shè)置等 進(jìn)行調(diào)節(jié) 和 控制， 并 始終讓刀盤(pán)及螺旋輸送機(jī) 工作 油壓保持正常的數(shù)值 。根據(jù)該段區(qū)域的實(shí)際情況，盾構(gòu)穿越的是粉質(zhì) 粘土、粉土夾粉砂區(qū)域，粉質(zhì)粘土、粉土和粉砂 自身具有較高的細(xì)顆粒含量，加入適當(dāng)?shù)呐菽?可以使土體的塑流性得到較大的改善，保證掘進(jìn)的正常進(jìn)行 ， 使得盾構(gòu)前方土壓保持穩(wěn)定，較好的控制地面的隆陷。 在泡沫的使用方面除了達(dá)到機(jī)械及物理改良之外，另外一個(gè)重要的作用是作為軟保壓的介質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)全斷面的壓力平衡，這也是在軟土地層及臨時(shí)停機(jī)期間重要的維持開(kāi)挖面穩(wěn)定的措施。 在泡沫參數(shù)設(shè)定方面，盾構(gòu)操作手應(yīng)密切注意實(shí)際出土狀況，土壓變化，刀盤(pán)及螺旋機(jī)的工作狀況來(lái)及時(shí)調(diào)整泡沫流量、溶液配比和發(fā)泡倍率等參數(shù)。泡沫加入不足時(shí)，排土困難，還 容易在刀盤(pán)中心形成泥餅；泡沫加入過(guò)多，對(duì)土壓維持不利。所以要根據(jù)過(guò)高壓天然氣管道之前的 50米段積累這方面的施工參數(shù)，確定一個(gè)最佳的泡沫添加參數(shù)值。 壁后 注漿 控制和管理 為了確保漿液能及時(shí)填充管片壁后形成的空隙，并保證充填度和壓力，需采取同步注漿為主，輔以二次注漿的措施，并合理確定注漿的點(diǎn)位、時(shí)機(jī)、壓力和量。同時(shí)根據(jù)掌握的反饋信息及時(shí)調(diào)整漿液的配比，使?jié){液的配比更科學(xué)、更合理。為保證漿液的質(zhì)量，要對(duì)制備漿液的原材料進(jìn)行嚴(yán)格控制， 7 要定期測(cè)定漿液的坍落度、粘性、離析率、凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度等。 在掘進(jìn)過(guò) 程中有可能有盾尾密封刷漏漿而造成實(shí)際注漿量不夠的情況 ,所以在掘進(jìn)過(guò)程中 ,如果發(fā)現(xiàn)有漏漿情況 ,應(yīng)及時(shí)停止掘進(jìn) ,手動(dòng)開(kāi)啟盾尾油脂注入系統(tǒng) ,盾尾停止漏漿后再掘進(jìn)。 為了確保注漿的效果能達(dá)到過(guò)高壓天然氣管道的要求，在過(guò)高壓天然氣管道之前的 50 米施工中，要總結(jié)積累注漿壓力和注漿量的參數(shù)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)來(lái)控制注漿量和注漿參數(shù)，以便確保過(guò)高壓天然氣管道的安全。 盾構(gòu)下穿高壓天然氣管道施工技術(shù)措施 現(xiàn)場(chǎng)踏勘及資料收集 穿越施工前約 20 天，通過(guò)勘探部門(mén)的現(xiàn)場(chǎng)勘探工作，掌握現(xiàn)場(chǎng)的工況條件。目前高壓天然 氣管道已投入運(yùn)營(yíng)，因此施工前需協(xié)同業(yè)主與 蘇州天然氣管網(wǎng)股份有限公司 聯(lián)系，加強(qiáng)溝通，將穿越風(fēng)險(xiǎn)降低到最小程度。 分階段控制區(qū)劃分 根據(jù)盾構(gòu)穿越 高壓天然氣管道 的工況特點(diǎn)，將盾構(gòu)穿越分為 3個(gè)階段，分別為盾構(gòu)穿越前試推進(jìn)階段（ A 區(qū)），盾構(gòu)穿越階段（特區(qū)）和盾構(gòu)穿越后階段（ B 區(qū)）。 盾構(gòu)穿越前試推進(jìn)階段 設(shè)定 50 米為推進(jìn)試驗(yàn)段，將盾構(gòu)切口到達(dá) 高壓天然氣管道 前 45 環(huán)～ 5環(huán)作為盾構(gòu)穿越試推進(jìn)段。 在這段范圍掘進(jìn)中 結(jié)合地面沉降監(jiān)測(cè)情況 主要收集盾構(gòu)推進(jìn)參數(shù) ，主要印證和優(yōu)化土壓力、推進(jìn)速度、加泥加泡 沫量、同步注漿壓力；二次注漿采用惰性漿液，試驗(yàn)段印證和優(yōu)化注漿壓力及注漿量等，在進(jìn)入穿越區(qū)以前確定最優(yōu)的施工參數(shù)。 盾構(gòu)穿越階段 把盾構(gòu)切口到達(dá) 管道 前 5環(huán)開(kāi)始設(shè)為穿越段開(kāi)始，直至盾尾脫出管道范 8 圍 5 環(huán)后共計(jì)約 20環(huán)定為穿越段。 該控制區(qū)段施工時(shí)，主要根據(jù)穿越試推進(jìn)段總結(jié)的推進(jìn)參數(shù)和施工數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)盾構(gòu)的推進(jìn)施工。在這個(gè)階段主要任務(wù)是控制盾構(gòu)的施工參數(shù)，包括控制推進(jìn)速度、正面土壓力、同步注漿流量、同步注漿壓力等主要施工參數(shù)。此外，每隔 3 環(huán)在管片的不同點(diǎn)位安裝 2 個(gè)球閥，保證可隨時(shí)二次補(bǔ)漿。確保穿越過(guò) 程中 高壓天然氣管道 的安全。 盾構(gòu)穿越后階段 盾尾脫出 高壓天然氣管道 范圍后 6 環(huán)～ 20 環(huán)定為盾構(gòu)穿越后階段，共15 環(huán)，掘進(jìn)長(zhǎng)度 18米。 由于盾構(gòu)穿越后，地面存在一定程度的后期沉降，會(huì)對(duì) 高壓天然氣管道造成影響。必須在穿越區(qū)域的隧道內(nèi)準(zhǔn)備充足的補(bǔ)壓漿材料以及設(shè)備，根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行后期補(bǔ)壓漿。