地铁隧道施工扰动对地表沉降和管线变形的影响的理论和方法研究

地铁隧道施工扰动对地表沉降和管线变形的影响的理论和方法研究摘要：地铁施工中经常会遇到地下管线近接的问题，尤其是燃气管道，极大地影响了地铁暗挖隧道的施工安全和施工工期。 深圳地铁7号线7301-1标龙珠区间施工中，盾构区间下穿超高压燃气管道时采取“地层注浆加固+调整盾构参数快速通过”的综合保护方案，有效地控制了燃气管的沉降，确保了隧道施工中燃气管道的安全。关键词：超高压燃气管 盾构区间 WSS工法 上软下硬1、前言城市地铁隧道施工过程会给周围的建筑物、地下构筑物以及地下管网带来不同程度的影响，地下工程施工会使周围的地层和地面产生变形，严重者会造成建筑物产生不均匀沉降、开裂，甚至倒塌。对于管线来说，管线的接头部位会因为扭角过大或变形过大发生破坏，导致煤气泄漏、水管破裂等问题。尤其是高压燃气管的存在对隧道施工中的地层沉降控制要求非常高，这是因为若燃气管的沉降过大，可能造成管线的破裂，对周边环境安全造成极恶劣的影响1。深圳地铁7301-1标龙-珠盾构区间横穿两根管径分别为600、300的高压燃气管，因该两根燃气管道均为9。2MPa超高压燃气管道，风险极大，施工过程的组织、安全风险的控制极为重要。2、工程概况珠光站龙井站区间起于珠光站，沿龙珠大道下，到达龙井站。珠光站龙井站区间采用盾构法进行施工，管径分别为600、300LNG两根高压然气管自南坪快速龙珠大道跨线桥由北向南横跨龙珠大道后，其中600超高压燃气管沿龙珠大道辅道、人行道与区间隧道并行约610m后，拐入龙珠三路南行；其中300超高压燃气管沿龙珠大道向东并行约260m，后与龙井站并行，拐入龙珠四路。盾构区间出珠光站行进于龙珠大道下，分别下穿平南铁路桥和南坪快速路龙井龙珠跨线桥后到达设置于龙珠四路和龙珠大道交叉路口的龙井站。图1 超高压燃气与隧道平面关系图3、燃气管线变形控制标准地铁隧道上覆土体受到施工扰动而产生附加应力和附加变形，加之管线刚度远大于土体刚度，必然对管线周围土体的变位移动产生抵抗作用，从而使得地下管线可能产生泄漏、甚至结构上的破坏，导致管线功能失效。为了正确利用监测数据及时调控施工对策，需制定施工监控量测的管理允许值、施工管理等级及对策。盾构下穿掘进施工过程中，严格按照地表隆陷控制标准（单点隆陷范围：10mm30mm；单次隆陷3mm）进行控制，确保盾构施工安全。项目监测按“分区、分级、分阶段”的原则制定监控量测控制标准，按黄色、橙色和红色三级预警进行反馈和控制。变形控制等级及采取的措施监测对象分级级别控制值变化速率（mm/d）累计变化值(mm)地面沉降绿色1+3-5黄色2+5-10红色3+10-30三级预警值参考表项目名称黄色预警橙色预警红色预警管线监控量测控制值变化速率1。7mm/d超85%控制值则启动黄色预警监控量测控制值变化速率2mm/d超85%控制值则启动橙色预警连续3天变化速率2mm/d且变化量超过10mm变化量超过8。5mm变化量超过10mm当实测数据出现任何一种预警状态时，监测组立即向施工主管、监理和其它相关单位报告，获得确认后立即提交预警报告。为了进行管理等级的划分并实施相应对策，该工程按黄色预警、橙色预警和红色预警3级管理考虑对策。特别是对于红色预警等级，当实测位移的绝对值和速率双控指标均达到极限值时，还出现实测位移、速率急剧增长、甚至管线破坏等情况，应加强现状检查、观察，增加量测频度和测点，除了立即向有关单位报警外，还应立即采取补强措施。施工单位应采取特殊加固技术措施，并经设计、监理、指挥部及建设单位分析和审查认定后，改变施工程序或设计参数，必要时应立即停止开挖，进行施工处理。地下管线的控制标准可以分为沉降监测，根据沉降监测PECK公式，绘制沉降槽曲线。在地铁施工过程中,开挖引起周围地层的差异沉降是导致管线功能丧失的主要原因,其表现形式为纵向弯矩引起的横向断裂.3、管线保护技术措施隧道施工过程中管线的保护措施主要从2方面考虑:一方面,由于区间上部存在极软砂层，下部高强度基岩且存在孤石的区段，采用WSS工法对软弱地层进行预加固处理，达到保护管线的目的；另一方面，根据地质条件确定土压平衡盾构推进施工的参数，做好同步注浆、二次注浆，严格控制出土量，加强地面沉降、位移观测，保证盾构机安全平稳的穿越燃气管线。3.1 砂层处理方案针对上部存在极软砂层，下部高强度基岩的区域采用注浆加固处理的方式对侵入隧道的砂层进行预加固处理。3.1.2预加固处理为了确保盾构施工掘进安全，必须对侵入隧道砂层进行预加固处理。砂层加固采用坑道钻机进行深孔注浆（无收缩双液注浆改良土体工法，即WSS工法）加固。四周密排布孔位，间距1.0m*1.0m，加固浆液采用水泥-水玻璃浆液和磷酸化学浆液，先用A、B液（水玻璃+磷酸）后退式注浆进行土体排水，提高土体的抗渗性，当整个加固体采用A、B液后退式注浆施工完成后，再用A、C液（水玻璃+水泥浆）后退式注浆进行土体固结，改变原土体物理性质并提高土体的抗压强度，最终使软弱的土层(主要为砂质、砾质粘性土和砂层)成为抗渗性高、抗压强度高和稳定性高的土体，地层加固后盾构推进。加固体范围为隧道掘进方向，注浆孔位布置为四周密排布孔位，间距1m1.2m，中心部分孔位布置原则上间距1.5m，梅花形布置。具体注浆范围和注浆孔位布置如图所示。珠光龙井图2 珠龙右线砂层加固5+209.55+235.0段珠光龙井图3 珠龙右线砂层加固5+260.55+271.0段3.1.3主要注浆参数（1）注浆孔直径：73mm；（2）浆液扩散半径：2m；（3）浆液凝结时间：2