超浅埋盾构隧道下穿混凝土管线沉降控制技术

黄 君

(中铁十六局集团有限公司,北京 100000)



超浅埋盾构隧道下穿混凝土管线沉降控制技术

黄 君

(中铁十六局集团有限公司,北京 100000)

超浅埋盾构隧道通过软弱地层时采用对下穿的混凝土供水管线周围土层进行加固，并调整穿越管线时盾构施工参数，成功地解决了盾构穿越重要管线时变形过大的问题，有力地保证了管线安全和正常施工，取得了良好的社会效益和经济效益。

隧道；混凝土管线；注浆加固；沉降控制

超浅埋盾构隧道穿越填土及砂土等软土地层时，造成的沉降是比较大的。在这种情况下下穿混凝土结构的供水管线，造成管线变形爆裂的可能性非常高。本文通过采取对管线的底部及周边进行加固等措施，控制了管线的变形并成功下穿，取得了良好的社会效益和经济效益。

1 工程概况

新建铁路珠海市区至珠海机场城际轨道交通工程1号井～湾仔北站为盾构区间，区间起止里程：左线为DK2+748.926～DK3+986.200,长1 237.274 m；隧道上方为南湾南路，是珠海市交通主干道，交通繁忙，地下管线众多。一条横跨南湾南路的供水管线为澳门主供水管线，修建于1980年代，混凝土

结构，外包混凝土方涵，尺寸为2.2 m×1.5 m，埋深1.5 m,方涵底部距离盾构隧道拱顶3 m。隧道周边地层由人工填土、①-1淤泥、淤泥质黏土、①-2淤泥质黏土、粉质黏土、③-1中砂、全风化花岗岩及微风化花岗岩组成。

2 工程难点

(1)盾构机施工扰动造成的地层沉降非常大。1#井始发的盾构隧道埋深只有6 m，隧道周边地层以填土及黏土为主，在穿越澳门主供水管前，相同条件地层刀盘通过监测断面时地表隆起最大值为15 mm，盾尾通过后14 d地表最大沉降190 mm。隧道横断面监测见图1，断面沉降曲线见图2。

图1 隧道监测点布置图

(2)需要穿越的澳门主供水管线修建时间比较长，结构为混凝土结构，在地层扰动下极易开裂。盾构机施工对管线扰动非常大，因此，确保管线安全难度很大。

盾构埋深浅，掌子面土体为填土、淤泥和砂层，且地下水丰富，如不采取措施，如此大的地层变形供水水管(高压管)肯定会爆裂。

3 采取的技术措施

3.1 注浆加固

为改良土体各项参数，对管线周边50 m范围内进行地层注浆加固，加固后进行取芯效果分析，如效果不满意进行二次加固，加固范围见图3。

3.1.1 试验段加固前的土体参数

图3 供澳水管加固平面图

根据设计勘察结果，注浆前的土体物理力学参数见表1。

表1　注浆前后土体物理力学指标

3.1.2 注浆加固效应分析

土体在浆液的填充、压密作用下,土体内的自由水及空气由水泥浆液取代，形成土体与水泥颗粒物组成的混合体，注浆后岩土介质的物理性能和化学性能会发生相应的改变,其中最能反应岩土工程稳定状况的参数，即内聚力c、内摩擦角φ及压缩模量Es都会有不同程度地提高[1]。随着注浆压力的继续提高，浆液会产生劈裂效应，形成“浆脉”，“浆脉”在土体变形过程中起支撑作用，类似土体的骨架。注浆后土体稳定性有很大提高，盾构机通过时注浆后的土体形成一个相对稳定的拱体，盾构机通过后，管片与土体的孔隙由盾构及二次注浆填充，因此，造成的地表沉降非常小。

3.1.3 注浆量确定

单孔注浆时可以根据注浆孔的压力及渗透范围确定扩散半径，注浆时出口压力随着扩散半径的增加衰减很快。如图4所示，出浆口注浆压力为P1,对应的填充后孔隙率为e1,经过半径为R扩散后注浆压力衰减为P2,对应的填充后孔隙率为e2。为找到合理的土体孔隙填充率，沿着注浆衰减方向分别对注浆后土体取芯，分析孔隙率、注浆压力与注浆填充后土体孔隙率的关系[2]：

(1)

式中：e0为注浆前土体孔隙率；e1为注浆压力为P1时土体孔隙率；e2为注浆压力为P2时土体孔隙率；P1为出浆口注浆压力；P2为衰减后注浆压力；K为拟合系数。

图4 注浆压力与土体孔隙率关系图

为确保注浆效果，同时兼顾注浆效率，一般取压力衰减到出浆口压力的1/3时土体扩散半径作为有效注浆范围；土体的孔隙填充率取出浆口与压力衰减后孔隙填充率的平均值，即：[e0-(e1+e2)/2]。土体注浆量Q：

(2)

式中：Q为注浆量；R为扩散半径；H为注浆加固体长度；B为浆液损耗系数，取1.1～1.4。根据计算，每孔注浆量为12 m3。

3.1.4 注浆压力控制

本工程注浆压力控制在0.8～1 MPa之间，注浆孔间距1.5 m，有效扩散半径R为0.75 m。

3.1.5 注浆加固后土体指标

加固完毕后，对加固后土体进行了取芯试验，试验后土体各项指标有了明显的改善，见表1。

3.2 调整盾构施工参数

在通过供水管前50 m设试验段，调整盾构机各项施工参数，获取资料，在试验段变形控制合格后再通过供水管。

土体加固完成后，盾构机推进参数做了如下调整：增加了刀盘扭矩、推进速度控制在4.8 m/d(3环)。

通过采取上述措施，盾构穿越试验段时地层变形控制在15 mm以内，经过分析，可以通过澳门供水管线。

4 实施效果

在通过澳门水管时实施了不间断的24 h加密监测，监测点均放置在管线顶端，监测布置横断面见图5。刀盘通过、盾尾通过10 d及通过后30 d的管线变形曲线见图6。

通过曲线分析，注浆加固后供水管在刀盘通过时隆起明显减小，最大9 mm；盾尾通过后30 d最大沉降12 mm，在施工过程中管线一直处于安全状态，取得了满意的实施效果。

图5 隧道上方供澳水管监测点布置图

图6 隧道上方供澳水管变形曲线图

5 结束语

根据施工现场实际情况，通过地层注浆加固并调整盾构掘进参数，顺利完成了盾构法下穿地下混凝土供水管线施工，保证了管线安全。

[1]张友葩，吴顺川，方祖烈.土体注浆后的性能分析[J].北京科技大学学报，2004，26，(3)：240-243

[2]吴顺川，金爱兵，高永涛.袖阀管注浆技术改性土体研究及效果评价[J].岩土力学，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

黄君(1981—)，男，工程师，主要从事土木工程施工技术管理工作。

10.13219/j.gjgyat.2016.05.014

U456.3

B

1672-3953(2016)05-0048-03