藍盛鑫

（中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332005）

地鐵綜合井區(qū)間深度大，需要穿越很多復雜的地質條件和既有管線，很多管線存在一定的危險性，尤其是高壓燃氣管線，一旦發(fā)生碰撞破裂，會引起嚴重的后果。這就需要施工單位，在正式施工前，掌握施工中存在的風險因素，并制定有針對性的施工控制措施，才能在保證地鐵綜合井區(qū)間順利完工的基礎上，避免影響高壓燃氣管道的穩(wěn)定運行?；诖?，開展地鐵綜合井區(qū)間下穿高壓燃氣的施工控制的分析研究就顯得尤為必要。

1 工程概述

深圳地鐵14號線綜合管廊項目位于龍崗區(qū)水官高速段，施工范圍為10#綜合井（不含）—15#綜合井（不含），4個綜合井5個區(qū)間，全長4 994 m。線路起點紅棉路平安橋南側，里程為K9+015；終點為排榜工業(yè)園公交總站處，里程為K14+140。盾構區(qū)間均為圓形隧道，內徑7.7 m，外徑8.5 m，隧道埋深在20～45 m范圍內，區(qū)間最小平面曲線為R=450 m，最大縱坡為35‰，主要位于中微風化巖層。綜合井采用明挖法，區(qū)間隧道均采用盾構法施工。本項目初步概算9.77億元，監(jiān)理下發(fā)開工令時間為2020年4月1日，竣工時間為2024年1月25日，盾構區(qū)間貫通節(jié)點為2023年4月30日。10#綜合井（不含）—15#綜合井（不含）區(qū)間總圖如圖1所示。

圖1 10#綜合井（不含）—15#綜合井（不含）區(qū)間總圖

2 施工風險分析

地鐵綜合井區(qū)間下穿高壓燃氣工程具有很強的復雜性和技術性，而且存在很多安全風險，主要包括地質風險、環(huán)境風險和自身風險3個方面。

地質分析：深圳地鐵14號線綜合管廊項目下穿了強風化角巖（塊狀）、底部少量中微風化角巖，穩(wěn)定性比較差，具有一定的觸變性，在外力的影響下，原有的地質結構容易破壞，引起坍塌、裂隙等，破壞原有管道，發(fā)生燃氣泄漏，影響居民的日常生活，而且不利于保證盾構掘進面的穩(wěn)定性。

環(huán)境風險：本工程燃氣管位于深圳14號線管廊中心里程約K10+931處，橫崗交警大隊扣車場附近，距離正大時代華庭80 m，距離水管高速18 m，距離平鹽鐵路距離約為19 m。地鐵綜合井區(qū)間下穿高壓燃氣管道時，會對土體造成不同程度的擾動，引起土體變形，致使高壓燃氣管道發(fā)生較大的變形，甚至是開裂[1]。

自身風險：燃氣管直徑為DN500，材質為L360雙面埋弧直縫焊接鋼管，壁厚7.9 mm，設計壓力1.6 MPa，管道埋深1.85 m，為坪山門站—市區(qū)安托山門站連接市管網(wǎng)主干線。盾構機在達到高壓燃氣管道之前，如果土體的壓力過大，或者是出土量比較少，會對前方土體造成不同程度的擠壓，致使土壓力升高，破壞高壓燃氣管道四周的土體受力平衡，單側局部荷載過大，管道就會出現(xiàn)一定的變形。反之如果土體壓力設置過小，會形成局部超挖問題，引起盾構機前方土體塌陷，也會破壞高壓燃氣管道四周的土體平衡，危及高壓燃氣管道的安全性。

3 地鐵綜合井區(qū)間下穿高壓燃氣施工控制措施

3.1 合理設定下穿掘進參數(shù)

本工程高壓燃氣管道布設在V字坡溝谷底部，在盾構下穿掘進施工中，只有57環(huán)到74環(huán)內區(qū)間埋設從12 m降低到4 m，再從4 m上升到14.6 m，高壓燃氣管道和地鐵綜合井盾構區(qū)間相互之間有57°的夾角，致使盾構刀盤上方土體埋設差距比較大，最大達到4 m，大大提升了盾構掘進中土壓控制和掘進參數(shù)調整的難度。為避免破壞高壓燃氣管道，在正式下穿之前，需要在V字形坡兩側精確測放盾構機前進的路線，而且每環(huán)都需要測放出標志，以便在正式掘進中能夠實時掌握盾構機前進的位置和方向。57環(huán)到74環(huán)內區(qū)間的掘進參數(shù)設定情況如下。

57環(huán)下穿掘進參數(shù)：此環(huán)地質結構為土狀強風化角巖，在頂部存在少量全風化角巖，隧道頂部的覆土為素填土，隧道埋設深度在11.8～10.7 m之間。盾構機布設在山坡之上，在掘進中，越靠近高壓燃氣管道土體壓力越小。與此同時還要實時參考監(jiān)測數(shù)據(jù)，將土倉上部壓力設定在1.1～1.0 bar之間。為避免在掘進中發(fā)生泡沫和氣體泄漏問題，土倉保壓要以實壓為主，氣壓為輔。同時為降低刀盤速度過快，過大地擾動周圍土體，需要將刀盤轉速控制在1.5～1.7 r/min之間，并用泡沫劑和高分子聚合物對挖掘出的渣土進行改良，刀盤扭矩最大不能超過5 000 kN·m，總推力控制在2 500～4 000 t之間，并做大勻速掘進。

58環(huán)下穿掘進參數(shù)：58環(huán)和57環(huán)地質條件基本相同，埋設深度在10.7～9.6 m之間，為降低對周圍土體造成的擾動，在掘進施工中，土倉上部壓力要控制在1.0～0.9 bar之間，其余的掘進參數(shù)和57環(huán)基本相同。

59環(huán)到61環(huán)下穿掘進參數(shù)：59環(huán)到61環(huán)掘進地層全部為全強風化角巖，掘進參數(shù)基本相同，只是由于隧道埋設的不同，土倉壓力需要實時調整。如59環(huán)隧道埋設深度在9.6～7.7 m之間，土倉上部壓力設定在0.9～0.7 bar之間；60環(huán)埋設在7.7～7.6 m之間，當油缸行程達到2 180刀盤左側后就開始接觸溝槽，土倉上部壓力要設定為0.7 bar，停機之前需要降低到0.3 bar[2]。但由于60環(huán)靠近溝槽，在掘進中，現(xiàn)場施工人員需要及時和監(jiān)控室進行溝通，以便及時調整盾構機的掘進參數(shù)，以免土壓過大，影響溝槽的穩(wěn)定性；61環(huán)的埋深在7.6～4.1 m之間，盾構機刀盤左側已經(jīng)進入到溝槽中，需要將土倉壓力降低到0.3 bar，刀盤轉速控制在1.5 r/min左右，進入到中風化巖層區(qū)間后，將轉速降低到1.2 r/min左右。

62環(huán)和63環(huán)下穿掘進參數(shù)：在62環(huán)下部存在中風化角巖凸起問題，盾構刀盤布設在溝槽下方，埋深在4.1～4.0 m之間，土倉上部壓力為0.3 bar，土倉保壓以實壓為主；63環(huán)刀盤左側已經(jīng)離開溝槽，但右側還沒有達到溝槽下方，埋深最淺處為4.0 m，可持續(xù)保持62環(huán)的土倉壓力0.3 bar。

64環(huán)到67環(huán)下穿掘進參數(shù)：64環(huán)開始進入到土狀強風化角巖地層，盾構機油缸行程達到1 810 mm時，刀盤右側開始接觸溝槽，埋深在4.0～3.9 m之間。65環(huán)到66環(huán)埋深為3.9 m，67環(huán)埋深在3.9～6.0 m之間，土壓從0.3 bar開始逐步提升到0.5 bar。

68環(huán)到74環(huán)下穿掘進參數(shù)：從68環(huán)開始到72環(huán)刀盤開始進入到山坡下方，高程開始較大范圍波動，中風化角巖占比從20%上升到34%，埋深在6.0～13 m之間，土倉壓力從0.5 bar提升到1.2 bar，土倉保壓以氣壓輔助為主，刀盤轉速控制在1.5 r/min左右[3]。到73環(huán)后盾構機推進油缸提升到1 900 mm行程，刀盤左側開始接觸平鹽鐵路砌磚擋墻，中風化角巖占比約達39%，隧道埋深約14.2～14.6 m。本環(huán)盾構機刀盤已處于山坡上方，埋深逐步穩(wěn)定，土壓控制在1.3～1.4 bar，其他參數(shù)參考之前設定。

3.2 合理設定下穿過程參數(shù)

地鐵綜合井區(qū)間下穿高壓燃氣管道施工中，下穿過程參數(shù)是否科學合理，直接關系到施工的成敗，需要結合當?shù)氐貙訔l件，以及高壓燃氣管道的分布情況，選擇合適的下穿過程參數(shù)，以保證施工質量和安全性。需要控制的參數(shù)包括土倉壓力、扭矩、總推力、掘進速度和注漿量5個方面[4]。

土倉壓力：就案例工程而言，盾構機掘進的中上部地層屬于軟弱地層，在確定下穿過程參數(shù)時，如果僅按照采取理論土倉壓力，難以對出土量進行有效控制?？刹扇鈮狠o助模式，將土倉壓力控制在1.3 bar左右，以保證盾構掘進中能夠順利通過次高壓燃氣。

扭矩：在正式施工前，可將扭矩設定為5 000 kN·m，但在具體施工中，由于穿越了軟弱土層，黏性土會附著在刀盤上，引起結泥餅現(xiàn)象。掘進的距離越遠，泥餅的面積越大，會導致刀盤扭矩出現(xiàn)增大，最終會達到9000 kN·m，提升掘進的難度，增大成本。可在掘進到69環(huán)后，通過開倉的方式對泥餅進行處理，70環(huán)后刀盤扭矩恢復到正常數(shù)值。

總推力：施工前將推力設定在4 000 t以內進行控制，實際施工過程中由于泥餅的產(chǎn)生導致刀盤切削土體能力下降，在該情況下只能增加推力（最大推力達到5 000 t）來穩(wěn)定掘進速度，盾構刀盤通過燃氣后再進行開倉處理；開倉處理后推力回落到控制范圍以內。

掘進速度：施工過程前將掘進速度設定為20～30 mm/min，實際施工過程中基本處于該區(qū)段內，在65環(huán)時掘進速度下降到15 mm/min，通過增加推力掘進速度也沒有明顯改善，主要原因為刀盤泥餅的產(chǎn)生和地層的改變；通過開倉處理泥餅后掘進速度出現(xiàn)提升，滿足設定值[5]。

注漿量：注漿量在該段設定為10 m3（1.5倍擴散系數(shù)），實際施工過程中根據(jù)注漿壓力和設備反應（如盾尾漏漿或漿液前串等）進行微量調節(jié)，實際注漿量在8～13 m3間浮動，平均注漿量滿足設定要求。

3.3 其他控制措施

為保證地鐵綜合井區(qū)間能夠順利、安全和高效地下穿高壓燃氣管線，除了需要控制合理設定下穿掘進參數(shù)和下穿過程參數(shù)，還需要采取其他控制措施，以減低對高壓燃氣管道造成的不良影響。主要包括以下幾點。

第一，在整個下穿過程中，必須全過程實時監(jiān)測，及時獲得沉降觀測數(shù)據(jù)，不僅需要對原地面進行監(jiān)測，還需要重新增設懸吊基礎監(jiān)測、山體位移監(jiān)測和管道原位監(jiān)測等。并由高壓燃氣管道生產(chǎn)和安裝單位，以管道本體進行24 h的應力監(jiān)測，以便及時掌握地面和高壓燃氣管線的穩(wěn)定情況，一旦超過設計值，立即停止施工，查明原因，及時處理。

第二，地鐵綜合井區(qū)間下穿高壓燃氣具有很強的復雜性，難度大，需要考慮的因素比較多，為保證下穿的安全性，需要在地質水文勘察的基礎上，進行HSP隧道地質超前預報，以便及時掌握掘進前方60～80 m之內地質情況和既有管線分布情況，彌補原勘察存在的不足，為調整施工方案和工藝提供有效的數(shù)據(jù)。

第三，為避免在下穿施工中，盾構上方出現(xiàn)不均勻沉降問題，需要在常規(guī)出土量、同步和二次注漿控制措施的基礎上，采取中盾徑向注入沉降補償劑的方法進行補強控制[6]。

第四，為保證下穿施工方案能夠落實到實處，在正式施工前，需要組織參建人員，開展技術交底，將每個施工環(huán)節(jié)都告知施工人員，嚴格按照設計好的參數(shù)來施工。并有專業(yè)人員統(tǒng)一指揮，避免混亂施工，引起不必要的安全性問題。

第五，在整個下穿中，需要制定出24 h不間斷的領導值班制度，并及時和燃氣公司溝通聯(lián)系，實時掌握風險源的具體情況，發(fā)現(xiàn)安全隱患，及時啟動緊急預案，保證施工的安全性。

4 結束語

綜上所述，結合實際案例，分析了地鐵綜合井區(qū)間下穿高壓燃氣的施工控制措施，分析結果表明，在地鐵綜合井區(qū)間下穿高壓燃氣施工中，存在很多安全風險，任何一個細節(jié)控制不當，都會造成嚴重的后果。在深圳地鐵14號線綜合管廊項目中，采取了合理設定下穿掘進參數(shù)、合理設定下穿過程參數(shù)，并注重其他控制措施的應用，順利完成了施工任務，盾構機穿越期間地表最大變形量為-11 mm，燃氣管道懸吊基礎最大的變形量為12.2 mm，燃氣管道自身最大的變形量為6.2 mm，各種參數(shù)都達到了設計初的目的。在下穿期間，成型管片最大的垂直度偏差為-31 mm，最大的水平偏差為21 mm，管片錯臺和滲漏水情況都比較好，達到了規(guī)范和設計要求，取得了良好的施工效果，值得類似工程大量學習和借鑒。