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研究大直徑泥水平衡盾構(gòu)穿越市政管道的防護措施

文檔作者：馮志勇文檔來源：重慶賽迪工程咨詢有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月30日
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上一篇：建筑機電設(shè)備的安裝施工難點及措施

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Research研究探討273
研究大直徑泥水平衡盾構(gòu)穿越市政
管道的防護措施
馮志勇
(重慶賽迪工程咨詢有限公司 四川 重慶400010)
中圖分類號：G322 文獻標識碼：B 文章編號1007-6344(2017)02—0273—02
摘要：隨著我國綜合實力的不斷提升，科技水平的不斷發(fā)展，國家經(jīng)濟水平的穩(wěn)定上漲，但隨之而來的是城市道路越來越擁堵，
未為緩解此問題，許多城市開始向地下發(fā)展交通，城市發(fā)展公共交通地鐵，作為緩解交通擁擠的措施之一，在地鐵施工的過程中，
城市部分市政主干管是大直徑盾構(gòu)近距離穿越的，無論是使用階段還是施工階段，在穿越市政管道時會有極大的安全風(fēng)險。因此為
了確保安全地將盾構(gòu)穿越市政管道中，我們應(yīng)該將市政管道防護中的盾構(gòu)掘進參數(shù)控制，減少地層的損失。下文將結(jié)合工程案列對
盾構(gòu)穿越市政管道采取防護介紹，并對市政管道與隧道之間的位置進行介紹，主要是對大直徑泥水平衡盾構(gòu)穿越市政管道之間的影
響和防護措施進行研究。
關(guān)鍵詞：大直徑泥水平衡盾構(gòu)；穿越；市政管道；防護措施 ·
引言：如今城際鐵路已經(jīng)發(fā)展在地下線，城市的鐵路隧道穿越到城市最繁華
的地段，為了能夠確保在建設(shè)時對周邊環(huán)境影響以及施工安全，我們需要在建工
時采用盾構(gòu)法施工。地鐵不可避免的穿越市政管道，一般都是將盾構(gòu)施工工藝進
行控制，便于將地面加固加以保護。由于大直徑泥水平衡盾構(gòu)方法會穿越市政管
道，所以，在使用此方法時一定建立在保障城市建筑物的安全的基礎(chǔ)上。這就要
求盾構(gòu)施工必須有嚴謹且合理的施工方案，保證盾構(gòu)可以科學(xué)、合理的進行。
二--
、大直徑泥水平衡盾構(gòu)的介紹
大直徑隧道在開發(fā)時由于挖面較大，施工時會存在較大的安全風(fēng)險。我們要
根據(jù)大直徑隧道泥水量的數(shù)值進行現(xiàn)場應(yīng)用實驗，并隨之開發(fā)出更強的抑制分散
能力。盾構(gòu)在穿越市政管道底，在施工的時候可能面臨很多風(fēng)險。盾構(gòu)法主要依
賴的是機械設(shè)備，尤其是在洞內(nèi)掘進階段，要非常強的技術(shù)性能和可靠的措施，
需要結(jié)合現(xiàn)場實際情況采取不斷完善盾構(gòu)施工工藝。時代不斷發(fā)展的當下，在城
市的繁華地帶的地下工程不可避免的受到地上高樓、橋梁以及河流、建筑物的影
響。
二、大直徑泥水平衡盾構(gòu)與市政管道之間的影響分
析
l、施工階段的風(fēng)險
施工階段我們可能會由于施工的地質(zhì)條件不好而面臨安全風(fēng)險極大的情況。
一般情況下，市政管道的抵抗變形能力不是很強，特別是城市老城區(qū)，管線復(fù)雜，
部分管道施工質(zhì)量不佳，時間久遠，很可能在施工階段遭遇變形或者移位，盾構(gòu)
通過地層以富水砂卵石為主時，其自穩(wěn)性差。當盾構(gòu)掘進時擾動周圍土體，容易
造成地層出現(xiàn)疏松、孔洞等現(xiàn)象，從而地表沉降、開裂，造成管線滲漏水及結(jié)構(gòu)
受損，如果控制不當，很可能造成管道破裂，由于破裂后漏水將造成地層塌陷，釀
成災(zāi)害。因此如果在市政管道上方出現(xiàn)土體隆起的現(xiàn)象，或者是淤泥、污水發(fā)生
堵塞，我們要應(yīng)對這些安全隱患。盾構(gòu)穿越污水管時，由于土體的作用污水管可
能會向上移，部分污水管采用的承插式，會造成管道接縫處會有很大的錯縫，這
些錯縫的出現(xiàn)會使大量的污水進入管道中，這會使管道發(fā)生嚴重堵塞，隧道周圍
的土體可能因為市政管道的原因而出現(xiàn)壓縮或者沉降，管道之間存在一些縫隙，
造成安全事故。
某地鐵工程在盾構(gòu)始發(fā)段準備掘進隧道時，發(fā)生洞門上方止水簾布外翻漏水
情況。經(jīng)現(xiàn)場實際調(diào)查，雨水管管徑為I．Om，管道為平口管，管節(jié)長度2m，采用
360。C15砼帶基加固；污水管管徑為0．8m，管道為平口管，管節(jié)長度2m，采用
360。C15砼帶基加固：此污水管為附近生活污水排放管道，不同時間段內(nèi)其水流
量大小不同。造成此次事故發(fā)生原因就是由于盾構(gòu)始發(fā)端上方經(jīng)過改遷的直徑為
0．8m承插式污水管發(fā)生滲漏，同時盾構(gòu)掘進處于始發(fā)階段，洞門未能封閉注漿，
導(dǎo)致污水管中污水在簾布密封薄弱處漏出。污水管在前期評估時未列入重大危險
源，在施工調(diào)查時，未對雨污水管排水量高低峰情況摸排清楚，且在盾構(gòu)施工超
方后未能充分預(yù)估到該污水管的危害性，在盾構(gòu)始發(fā)階段對該處污水管重視不足，
未能及時采取有效措施進行處理，是導(dǎo)致本次事件發(fā)生的間接原因。
施工方采取了以下措施：在污水管上游進行引排施工，聯(lián)通污水管和流向楠
桿堰的雨水管，切斷洞門漏水來源。對盾構(gòu)下穿段污水管編制專項施工方案，進
行地面注漿加固處理。專業(yè)施工單位對始發(fā)段內(nèi)污水管上下游檢查井進行封堵，
確保管內(nèi)無水，降低安全風(fēng)險。污水井至盾構(gòu)井端頭約范圍內(nèi)，為防止出現(xiàn)空洞
留下安全隱患，進行打 L排查，對發(fā)現(xiàn)的空洞注入砂漿或混凝土進行回填密實，
不留隱患，加固完成后進行鉆芯取樣檢測加固質(zhì)量。
由此事件可以看出管線調(diào)查、提前做好有針對性的管線保護方案也是確保市
政管道安全十分重要的一環(huán)。這就要求我們在做好施工階段安全措施，探查管線
位置與盾體的相對管線，制定相應(yīng)的措施，將安全措施不斷加強，才能為城市建
筑以及地下工程帶來安全保障。
2、運營階段的風(fēng)險
運營階段城市管道與軌道交通兩者之間的影響也非常大，需要我們要時刻防
范。地下工程的建造是城市不斷發(fā)展的顯示 在運營階段，由于列車運行會產(chǎn)生
震動，對已經(jīng)建好的地下工程有很大的影響，有時候列車運行還會對城市上邊的
建筑造成影響。在列車不斷震動的時候市政管道會之間的連接處可能會出現(xiàn)松動
的情況，這樣的話市政管道中的水會通過管道之間的錯縫不斷向外涌去，時間一
長就會在地下隧道的周圍形成水囊，隧道在施工時采取了防水措施，但是隧道中
形成的大水囊會降低隧道的防水能力。這樣的水囊對管道中的管片也有很大的影
響，會使得管道中的管片有腐蝕的可能，時間長了會有潛在的安全風(fēng)險。如今我
國各地的市政管道使用情況都不甚良好，我們要在市政管道正常使用的情況下，
在一定時期對市政管道進行更換，確保市政管道的長久使用。
三、大直徑泥水平衡盾構(gòu)穿越市政管道的防護措施
研究
l、地面防護措施研究 ·
施工前應(yīng)對盾構(gòu)掘進路線上的所有管線全面排查，識別風(fēng)險，有必要編制管
線保護手冊，對不清楚的線路必須與產(chǎn)權(quán)單位聯(lián)系，確定有效的保護方案。對于
盾構(gòu)穿越雨污水管段區(qū)間隧道的埋深、地質(zhì)情況以及與管線的空間關(guān)系，制定盾
構(gòu)穿越管段施工的指導(dǎo)思想為： “安全、連續(xù)、快速均衡通過管線” ，并確立
“壓力合理、快速掘進、注漿充分、嚴密監(jiān)測、快速反饋、預(yù)案恰當”的施工原
則，編制對應(yīng)的專項方案或措施。在盾構(gòu)穿越雨污管道時可采用分流的方法引排
污水，盡量減小水壓對掘進過程的影響，同時優(yōu)化掘進參數(shù)、及時跟進同步及二
次注漿、渣土改良、出渣量控制、地面及洞內(nèi)加固、加強對污水管及地面的監(jiān)控
量測等措施進行指導(dǎo)施工。
另外盾構(gòu)始發(fā)、接收端都會提前降水以確保盾構(gòu)掘進安全，但降水過程會造
成沙土流失，極易造成地面塌陷，會對下部管道造成極大破壞，因此在盾構(gòu)掘進
前必須將存在風(fēng)險的管線探挖出來，與產(chǎn)權(quán)單位協(xié)商可實施的保護措施，可以采
用懸吊保護等隔離措施，若不能懸吊的管線可以通過攪拌加固、注漿加固等方法
進行進一步鞏固。地面加固改良(注漿加固、攪拌加固、旋噴加固、樁基加固
等)，主要是對工程中發(fā)現(xiàn)的性質(zhì)不好的地層改變土體結(jié)構(gòu)，不斷增強其承載
力，從而將其穩(wěn)定性增高。除了地層改良，我們還要對隧道和建筑物之間進行隔
離措施，通過設(shè)立隔離樁，將建筑物和施工地進行隔離，從而保護建筑物。
(下轉(zhuǎn)第143頁)
作者簡介：馮志勇，男，1981年10月，四川簡陽人，大專，工程師，主要從事工程監(jiān)理工作。
(3．3)
式中： ___一一樁端平面下計算深度范圍內(nèi)土層數(shù)；
巨 一一一第 層土的壓縮模量，采用地基土在自重壓力至自重壓力加附
加壓力作用時的壓縮模量
z l，Zk2～ 一一分別為第k層土的層頂、底深度；
三f，L，～一一分別為樁 J的人土深度；
I6，I， ， If一___一分別為樁端荷載、矩形分布摩阻力分擔(dān)的荷載和三
角形分布摩阻力分擔(dān)的荷載作用下地基中任一點的豎向應(yīng)力影響系數(shù)；
一一～ 樁基沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，可根據(jù)類似工程條件下沉降觀測資料
及經(jīng)驗確定。
由此，群樁中任意i樁的樁頂位移Si可用下式表示：
n
sl=Σ (3． )
，=1
式中， 為第 根樁的樁頂荷載。上式寫為矩陣的形式為
矗： 、?
： ?
． · ·
(3．5)
[ ]B9為 陣。
(3)基礎(chǔ)總的剛度矩陣
通過將群樁的剛度矩陣與筏板的剛度矩陣相合并，就可以建立樁筏基礎(chǔ)總的
暇矩陣[ 0有
Equipment technology裝備技術(shù)143
(3．6)
根據(jù)筏板和群樁的變形協(xié)調(diào)條件和節(jié)點。 衡條件，有：
([ 】+[ ])‘{ )=[ ]．{ )={ )
(3．7)
式中{F)為筏板的整體等效節(jié)點荷載向量，{ )}為筏板的節(jié)點位移向量。
通過求解方程(3．7)可得出筏板節(jié)點的位移。由此就可以得到樁的沉降以及筏板內(nèi)
力
4總結(jié)
本論文主要簡單的介紹了當前國內(nèi)用于沉降計算的主要方法。重點介紹了
Geddes應(yīng)力法及基于Geddes解答的樁筏共同作用分析模型。
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(上接第273頁)
2、洞內(nèi)措施
洞內(nèi)措施是根據(jù)盾構(gòu)機的技術(shù)性能采取的可靠措施，分為工程措施和工藝措
施。盾構(gòu)選型的合理性和關(guān)鍵參數(shù)的準確確定是盾構(gòu)法工程施工成敗的關(guān)鍵，適
應(yīng)施工地段的地質(zhì)情況，結(jié)合實際的地質(zhì)參數(shù)，計算出掘進區(qū)間最大的推進阻
力、最大刀盤回轉(zhuǎn)阻力矩等，選取合適的儲備系數(shù)，確定盾構(gòu)最大推力和刀盤裝
備扭矩選擇適宜盾構(gòu)機，避免因機型與地質(zhì)不適合造成安全穩(wěn)患。
盾構(gòu)選型后洞內(nèi)掘進參數(shù)控制是對管線防護最為重要的一環(huán)。而參數(shù)控制是
通過掘進過程中對參數(shù)進行不斷優(yōu)化調(diào)整，以確保盾構(gòu)機工藝措施和工程措施完
美結(jié)合，以此來達到施工安全的目的。主要的參數(shù)調(diào)整優(yōu)化措施(本文就土壓式
盾構(gòu)而言)如下： (1)采用以滾刀、齒刀、周邊刮刀為主的刀盤切削土層，以低
轉(zhuǎn)速推進。(2)適當提高土倉壓力以肪止涌砂，并在掘進中不斷調(diào)整優(yōu)化。(3)
土倉壓力通過采取調(diào)整排士量及調(diào)整掘進速度兩種方法建立，并應(yīng)維持切削土量
與排士量的平衡，以使土倉內(nèi)的壓力穩(wěn)定平衡。(4)盾構(gòu)機的掘進速度主要通過
調(diào)整盾構(gòu)推力、轉(zhuǎn)速(扭矩)來控制。(5)出土量則主要通過調(diào)整螺旋輸送機的
轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。在實際掘進施工中，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、排出的碴土狀態(tài)，以及盾構(gòu)
機的各項工作狀態(tài)參數(shù)等動態(tài)地調(diào)整優(yōu)化。(6)掘進時采取碴土改良措施增加碴
土的流動性和止水性，密切觀察螺旋輸送機的栓塞和出土情況以調(diào)整泡沫的摻
量。(7)在盾構(gòu)掘進速度一定的情況下，主要通過調(diào)整螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速，調(diào)整
出土量的大小。以達到維持土倉壓力的平衡。做好出土量管理工作，對每環(huán)出土
量進行測定，出土量控制在一定范圍內(nèi)，保持盾構(gòu)機良好的姿態(tài)。
對地層進行打孔以及壓注漿液工藝措施是盾構(gòu)工藝中十分先進的工藝之一，
盾構(gòu)工藝措施是盾構(gòu)工藝中十分先進的工藝之一，其對于泥水參數(shù)調(diào)控有很大的
幫助。工程中的同步注漿、二次注漿是非常重要的。同步注漿采用水泥砂漿，即
水泥砂漿作為屙步注漿材料，具有凝結(jié)時聞較短、強度高、耐久性好和抗腐蝕性
好等特點，能有效填充管片外側(cè)間隙，有利于防止和減少地層變形，減少管線段
地層的擾動，穿越過程須確保最大程度利用同步注漿填充滿管片背后的間隙。若
土體參數(shù)異常可能會對管線造成破壞，須進行單液或雙液二次注漿以加強防護措
旃，確保施工安全。
四、結(jié)束語
隨著我國科技水平的不斷提升，經(jīng)濟能力的穩(wěn)定上漲，我國如今城市地下空
間以及城際鐵路的不斷發(fā)展，城際鐵路的設(shè)計也慢慢變成了地下線設(shè)計，如今的
隧道形式可以穿越城市的繁華地段。在施工之前，我們需要綜合超前地質(zhì)預(yù)報措
施，對可能誘發(fā)重大地質(zhì)災(zāi)害的體系進行提前預(yù)警。并及時采取有效的措施。隨
著我國科技的不斷發(fā)展，對于地下空間建設(shè)的安全需要更多的關(guān)注，我們要將工
程施工中發(fā)生安全事故的可能性降到最低，為我國地下工程建設(shè)提供更多發(fā)展動
力，為祖國建設(shè)強國夢獻添磚加瓦。 、
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