盾构机下穿高压燃气管道施工技术

王建峰

（中交四航局第一工程有限公司，广东 广州 510310）

对于地铁工程而言，隧道采用盾构法施工以后，其结构必将和各种地下管线形成上跨方式或者下穿方式的立体交叉[1-2]。因此，在具体施工中，盾构机在进行下穿地下管线施工特别是遭遇压力管道的时候，会面临较高的施工风险，需采取相应的技术措施。

1 工程概况

厦门市轨道交通2号线二期工程一工区线路全长4.6km，共3站2区间、1个车辆段出入段线区间，工程造价约7.77亿，合同工期共791d。具体如表1所示。

表1 土建二期一工区区间结构及施工方法汇总表 单位：m

该处地质主要由素填土、粉质黏土、中粗砂、砂混淤泥、淤泥、残积砂质黏性土、凝灰熔岩残积黏性土等构成。盾构下穿区域地层主要为残积砂质黏性土、凝灰熔岩残积黏性土、全风化凝灰熔岩、散体状强风化凝灰熔岩等，分布不连续。该区间不良地质主要有5处孤石及180m基岩突起，经详勘后综合论证，该孤石及基岩突起无需处理。

2 施工中面临的主要风险

通过盾构机进行下穿高压燃气管道施工是其中一个重点的风险源，如果采取的技术和管理措施不合适，一旦其中的高压燃气管道沉降不均匀，便会出现燃气泄漏现象，对周边的生产和生活造成影响，甚至可能出现伤亡事故[3]。所以，在进行下穿高压燃气管道的时候必须提前进行技术论证，以便采取最为可靠、安全的技术措施。

3 关键施工技术

3.1 掘进参数控制技术

（1）土仓压力参数控制。施工过程中必须控制好土仓压力，结合盾构机在埋深、地下水位、土质等方面情况进行计算，采取相应的措施确保其土仓压力保持平稳状态，以防其土仓压力出现大幅度波动，并结合监测数据对土仓压力值进行调整，减少对土体的扰动。盾构机下穿高压燃气管道施工过程中，土仓压力最好控制在0.1～ 0.15MPa。

（2）掘进速度参数控制。对于盾构机而言，其推进速度会对直地面部分的沉降变形造成直接的影响，如果速度过快，会对四周土体产生较大的扰动，易导致地表沉降，甚至使高压燃气管道发生折断或者开裂现象。所以，盾构机在进行下穿燃气管道施工的时候需控制其推进速度，尽量以恒定、匀速速度进行推进。据经验可知，其推进速度宜保持在20～27mm/min。

（3）刀盘转速参数和推力参数控制。为减小对土体产生的扰动，应尽量采取“一低两小”的原则，即转速要低、扭矩要小、推力也要小，使其刀盘转速保持在1.0～1.3r/min，扭矩保持在1800～2300kN/m，推力小于12000kN。

（4）出土量参数控制。盾构施工时应严格控制其出土量，确保实际和理论上的出土量保持平衡，并对其严密观察，以免超量。其中，每环出土量由式（1）计算。

式中：K为土体方面的松散系数，通常要结合土质情况、盾构掘进参数以及该土体部分的改良情况等进行确定，K的经验取值应在1.15～1.2；D为盾构机直径，该工程盾构机直径为6.48m；L为管片部分的每环长度，该工程中L值为1.5m。

（5）盾构机壳外注浆减阻参数控制。在盾构机进行下穿高压燃气管道施工中，为减小其机壳和四周土体产生的侧向摩擦力及扰动量，可在其机壳外面注入膨润土浆液，以保持其机壳和周围土体间的润滑。

3.2 注浆技术

（1）同步注浆技术。盾构掘进施工时，应及时同步注浆，并保持注浆量充足，以便填充盾构管片四周土体部分的空隙。与此同时，为使浆液更快凝固，施工时需结合实际工况，适当提高水泥用量和浆液黏稠度，有效降低由于浆液凝固所导致的不均匀沉降以及损失[4]。其中，采用同步注浆技术，其充填率应达到150%，并将注浆压力维持在0.3～0.35MPa范围内。同步注浆技术采用双控措施，以对注浆压力进行控制为主，对注浆量进行控制为辅，保证浆液的饱满度。此外，应提前检查盾尾刷，确保其密封度，不可产生漏水和漏浆现象。在施工的时候应检查螺旋输送机，确保其在输送过程中不出现喷涌工作。据相关试验经验，对该工程所采用的浆液的配比如表2所示。

表2 同步注浆技术中浆液配比（kg/m3）

（2）二次注浆技术或多次补浆技术。为防止不均匀沉降导致高压燃气管道出现开裂现象或折断现象，在下穿施工时需及时对其二次注浆，甚至多次补浆。该工程使用的二次注浆技术主要是后方注浆的方式，即在后3～5环部位的注浆孔实施壁后注浆，其注浆压力通常保持在0.3～0.4MPa，选用水泥浆和水玻璃体积配比为1∶1的双浆液进行注浆。结合地质实际情况对其管道周围进行补浆，使其更坚固，在加固的时候应对其注浆孔角度参数和注浆压力参数进行严密控制。

3.3 隧道轴线控制技术

（1）精准控制盾构掘进的各项技术参数，如果土压过低，不仅易导致地层的沉降，还会对盾构轴线的相关控制造成影响[5]；如果注浆压力太大，也不利于对隧道轴线进行控制。

（2）合理编组盾构千斤顶，并对分区油压进行严格控制。千斤顶的选择会直接影响盾构轴线的轨迹，所以需对轴线位置，正确编组千斤顶。

（3）对于盾构机而言，需正确使用其铰接装置，当通过调整千斤顶和控制去其分区油压也无法达到目的的时候，可利用盾构铰接装置来纠正。

3.4 刀盘土压力设定技术

在设定刀盘正面平衡压力值时，按式（2）计算。

式中：K0为计算点处侧压力系数，如果是黏性土，K0取值在0.5～0.7；γ为上覆土层的天然容重，g/cm3；h为土层厚度，cm。

平衡压力的设定值：P设定值=1.1×P计算值

盾构机在实际进行掘进是过程中，结合地面降沉相关监测信息，适时修订对设定值。假如刀盘前方部分的地面出现下沉现象，需将平衡压力值上调；反之，假如刀盘前方部分的地面出现隆起现象，则需将平衡压力值下调，以控制前方地面隆起2mm内为宜。

3.5 渣土改良技术

实施渣土改良技术，对刀盘前方部分土体具有的流塑性进行改善，并降低泥饼形成，以此确保进出土的顺畅。针对膨润土浆液以及泡沫添加剂进行试验，以此确定最佳配合比，然后利用盾构机或其刀盘自身具备的泡沫系统，向其前方土体部分注入泡沫剂，起到提前改良土体的作用，进而提升渣土方面的保水性能及稳定性能。

3.6 施工监测技术

在施工过程中为了解燃气管道具体情况，可在土体注浆进行加固阶段和盾构机下穿燃气管道阶段，应实时监测燃气管道，以便检查施工是否对其造成安全影响[6]。利用对穿越区域进行实时监测，掌握其施工过程中周围地层部分和燃气管道有关沉降方面数据变化，对其周围环境产生的变形规律以及可能的发展趋势进行分析，及时采取相应的解决措施，对施工工艺进行改进，以减少环境变形的程度，保证盾构法施工的顺利进行。

4 结束语

综上所述，该工程在盾构机下穿高压燃气管道施工过程中，利用各种合理有效的施工技术措施，对其整个施工过程进行实时监测，对土仓压力进行及时调整，以此确保燃气管道不出现沉降现象、盾构隧道轴线的偏移量保持在设计许可范围内。