黃 君

(中鐵十六局集團有限公司,北京 100000)

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超淺埋盾構隧道下穿混凝土管線沉降控制技術

黃 君

(中鐵十六局集團有限公司,北京 100000)

超淺埋盾構隧道通過軟弱地層時采用對下穿的混凝土供水管線周圍土層進行加固，并調整穿越管線時盾構施工參數(shù)，成功地解決了盾構穿越重要管線時變形過大的問題，有力地保證了管線安全和正常施工，取得了良好的社會效益和經濟效益。

隧道；混凝土管線；注漿加固；沉降控制

超淺埋盾構隧道穿越填土及砂土等軟土地層時，造成的沉降是比較大的。在這種情況下下穿混凝土結構的供水管線，造成管線變形爆裂的可能性非常高。本文通過采取對管線的底部及周邊進行加固等措施，控制了管線的變形并成功下穿，取得了良好的社會效益和經濟效益。

1 工程概況

新建鐵路珠海市區(qū)至珠海機場城際軌道交通工程1號井～灣仔北站為盾構區(qū)間，區(qū)間起止里程：左線為DK2+748.926～DK3+986.200,長1 237.274 m；隧道上方為南灣南路，是珠海市交通主干道，交通繁忙，地下管線眾多。一條橫跨南灣南路的供水管線為澳門主供水管線，修建于1980年代，混凝土

結構，外包混凝土方涵，尺寸為2.2 m×1.5 m，埋深1.5 m,方涵底部距離盾構隧道拱頂3 m。隧道周邊地層由人工填土、①-1淤泥、淤泥質黏土、①-2淤泥質黏土、粉質黏土、③-1中砂、全風化花崗巖及微風化花崗巖組成。

2 工程難點

(1)盾構機施工擾動造成的地層沉降非常大。1#井始發(fā)的盾構隧道埋深只有6 m，隧道周邊地層以填土及黏土為主，在穿越澳門主供水管前，相同條件地層刀盤通過監(jiān)測斷面時地表隆起最大值為15 mm，盾尾通過后14 d地表最大沉降190 mm。隧道橫斷面監(jiān)測見圖1，斷面沉降曲線見圖2。

圖1 隧道監(jiān)測點布置圖

(2)需要穿越的澳門主供水管線修建時間比較長，結構為混凝土結構，在地層擾動下極易開裂。盾構機施工對管線擾動非常大，因此，確保管線安全難度很大。

盾構埋深淺，掌子面土體為填土、淤泥和砂層，且地下水豐富，如不采取措施，如此大的地層變形供水水管(高壓管)肯定會爆裂。

3 采取的技術措施

3.1 注漿加固

為改良土體各項參數(shù)，對管線周邊50 m范圍內進行地層注漿加固，加固后進行取芯效果分析，如效果不滿意進行二次加固，加固范圍見圖3。

3.1.1 試驗段加固前的土體參數(shù)

圖3 供澳水管加固平面圖

根據設計勘察結果，注漿前的土體物理力學參數(shù)見表1。

表1　注漿前后土體物理力學指標

3.1.2 注漿加固效應分析

土體在漿液的填充、壓密作用下,土體內的自由水及空氣由水泥漿液取代，形成土體與水泥顆粒物組成的混合體，注漿后巖土介質的物理性能和化學性能會發(fā)生相應的改變,其中最能反應巖土工程穩(wěn)定狀況的參數(shù)，即內聚力c、內摩擦角φ及壓縮模量Es都會有不同程度地提高[1]。隨著注漿壓力的繼續(xù)提高，漿液會產生劈裂效應，形成“漿脈”，“漿脈”在土體變形過程中起支撐作用，類似土體的骨架。注漿后土體穩(wěn)定性有很大提高，盾構機通過時注漿后的土體形成一個相對穩(wěn)定的拱體，盾構機通過后，管片與土體的孔隙由盾構及二次注漿填充，因此，造成的地表沉降非常小。

3.1.3 注漿量確定

單孔注漿時可以根據注漿孔的壓力及滲透范圍確定擴散半徑，注漿時出口壓力隨著擴散半徑的增加衰減很快。如圖4所示，出漿口注漿壓力為P1,對應的填充后孔隙率為e1,經過半徑為R擴散后注漿壓力衰減為P2,對應的填充后孔隙率為e2。為找到合理的土體孔隙填充率，沿著注漿衰減方向分別對注漿后土體取芯，分析孔隙率、注漿壓力與注漿填充后土體孔隙率的關系[2]：

(1)

式中：e0為注漿前土體孔隙率；e1為注漿壓力為P1時土體孔隙率；e2為注漿壓力為P2時土體孔隙率；P1為出漿口注漿壓力；P2為衰減后注漿壓力；K為擬合系數(shù)。

圖4 注漿壓力與土體孔隙率關系圖

為確保注漿效果，同時兼顧注漿效率，一般取壓力衰減到出漿口壓力的1/3時土體擴散半徑作為有效注漿范圍；土體的孔隙填充率取出漿口與壓力衰減后孔隙填充率的平均值，即：[e0-(e1+e2)/2]。土體注漿量Q：

(2)

式中：Q為注漿量；R為擴散半徑；H為注漿加固體長度；B為漿液損耗系數(shù)，取1.1～1.4。根據計算，每孔注漿量為12 m3。

3.1.4 注漿壓力控制

本工程注漿壓力控制在0.8～1 MPa之間，注漿孔間距1.5 m，有效擴散半徑R為0.75 m。

3.1.5 注漿加固后土體指標

加固完畢后，對加固后土體進行了取芯試驗，試驗后土體各項指標有了明顯的改善，見表1。

3.2 調整盾構施工參數(shù)

在通過供水管前50 m設試驗段，調整盾構機各項施工參數(shù)，獲取資料，在試驗段變形控制合格后再通過供水管。

土體加固完成后，盾構機推進參數(shù)做了如下調整：增加了刀盤扭矩、推進速度控制在4.8 m/d(3環(huán))。

通過采取上述措施，盾構穿越試驗段時地層變形控制在15 mm以內，經過分析，可以通過澳門供水管線。

4 實施效果

在通過澳門水管時實施了不間斷的24 h加密監(jiān)測，監(jiān)測點均放置在管線頂端，監(jiān)測布置橫斷面見圖5。刀盤通過、盾尾通過10 d及通過后30 d的管線變形曲線見圖6。

通過曲線分析，注漿加固后供水管在刀盤通過時隆起明顯減小，最大9 mm；盾尾通過后30 d最大沉降12 mm，在施工過程中管線一直處于安全狀態(tài)，取得了滿意的實施效果。

圖5 隧道上方供澳水管監(jiān)測點布置圖

圖6 隧道上方供澳水管變形曲線圖

5 結束語

根據施工現(xiàn)場實際情況，通過地層注漿加固并調整盾構掘進參數(shù)，順利完成了盾構法下穿地下混凝土供水管線施工，保證了管線安全。

[1]張友葩，吳順川，方祖烈.土體注漿后的性能分析[J].北京科技大學學報，2004，26，(3)：240-243

[2]吳順川，金愛兵，高永濤.袖閥管注漿技術改性土體研究及效果評價[J].巖土力學，2007，28(7)：1353-1358

Settlement-Controlling Techniques for the Construction of a Shallow-Depth Shield-Built Tunnel Under-Crossing Concrete Pipelines

HUANG Jun

(The 16th Bureau Group Co. Ltd. of China Railway,Beijing 100000,China)

As the extraordinarily-shallow-depth tunnel has to go through a weak stratum,and has to under-cross the pipelines for water supply,all the strata around the concrete pipelines for water supply have to be consolidated,with the construction parameters of the shield adjusted when it under-crosses the pipelines.With the proper techniques adopted,the problem of there being too much deformation with the shield is successfully solved when it under-crosses important pipelines.Thus,both the security of the pipelines and the normal construction of the project are forcefully ensured, with satisfactory social and economic benefits achieved.

tunnel;concrete pipeline;slip-cast to consolidate;control of settlement

2016-06-15

黃君(1981—)，男，工程師，主要從事土木工程施工技術管理工作。

10.13219/j.gjgyat.2016.05.014

U456.3

B

1672-3953(2016)05-0048-03