淺埋暗挖隧道下穿次高壓燃氣管保護方案

1、淺埋暗挖隧道下穿次高壓燃氣管保護方案摘 要地鐵施工中經(jīng)常會遇到地下管線近接的問題，尤其是燃氣管道，極大地影響了地鐵暗挖隧道的施工 安全和施工工期。深圳地鐵2號線東延線土建2222標安-僑區(qū)間施工中，隧道下穿次高壓燃氣管道時采 取了水平旋噴樁+深孔帷幕注漿地層加固及管線懸吊”的綜合保護方案，有效地控制了燃氣管的沉降，確保 了隧道施工中燃氣管道的安全。文章論述了保護方案的比較與實施以及效果分析。關鍵詞淺埋暗挖隧道次高壓燃氣管水平旋噴樁深孔帷幕注漿管線懸吊凍結法1前言隨著我國城市地下空間開發(fā)的不斷發(fā)展，隧道施工中將遇到越來越多的地下管線近接施工問題，如地 下電纜、自來水管、燃氣管、地下污水管等。尤其

2、是高壓燃氣管的存在對隧道施工中的地層沉降控制要求 非常高，這是因為若燃氣管的沉降過大，可能造成管線的破裂，對周邊環(huán)境安全造成極惡劣的影響1深 圳地鐵2222標安-僑區(qū)間在橫穿僑香路處下穿一條DN500次高壓燃氣管，此燃氣管為深圳市福田區(qū)燃氣 主動脈，沒有替代線路，無法遷改，一旦出現(xiàn)停、漏氣都將造成重大的社會影響。為了確保次高壓燃氣管 的絕對安全，施工中采取了、水平旋噴樁、深孔帷幕注漿地層加固及懸吊保護”的綜合保護方案。2工程概況深圳地鐵2222標安-僑區(qū)間線路由安托山站起，沿僑香四道呈東西方向敷設，到達僑香路后再向東北 方向延伸，進入僑香站，長約672 m。區(qū)間在橫穿僑香路處下穿一條DN500

3、次高壓燃氣管，燃氣管埋深 約2 m，距離隧道拱頂約10.2 m，管線正下方有一與其平行走向的雨水箱涵(6 600 mm x3 100mm)， 兩者間凈距約為3.4 m；燃氣管沿僑香路呈東西方向敷設，與區(qū)間隧道走向呈45夾角。區(qū)間隧道穿越燃氣管段地質(zhì)情況：自上而下分布地層有1-1 素填土、5-1 粉質(zhì)粘土、5-2-5礫砂、 8-3 礫質(zhì)粘性土和 9-1 全風化花崗巖等。區(qū)間隧道大部分處在礫質(zhì)粘性土層中，底部為全風化花崗 巖，在隧道拱頂與燃氣管道之間為含水豐富的礫砂及粉質(zhì)粘土，燃氣管道位于素填土中(圖1)。圖I DWCI次簡兒息管初豚晅仲曾擔系:牛ml1 RjiI.ttLi.inHliifi 11

4、盧卜 pljHljlirs hvilh inLcrrnrHlidtr iwsiLTr In ihr iHHne!蛛地面館地面MmAhnilL1N如04上1皆氣CiD510次高斥聘氣管 告罕，一鏈VI以1 中七3保護方案的比選由于次高壓燃氣管道無法遷改，只能對其進行加固保護處理。本文主要以凍結法加固地層與水平旋 噴樁+深孔帷幕注漿的地層加固及懸吊保護”這兩種保護方案進行了比較。3.1保護原理3.1.1凍結法凍結法加固地層的原理是利用人工制冷技術，在凍結孔中循環(huán)低溫鹽水，使地層中的水凍結成冰，將 天然巖土變成人工凍土，在要開挖土體周圍形成封閉的連續(xù)凍土帷幕，使其彈性模量增大，進而增加凍土 帷幕的強

5、度與穩(wěn)定性，從而控制隧道開挖引起的地表沉降。3.1.2水平旋噴樁水平旋噴樁是利用水平鉆機水平或略向上仰成孔，沿隧道拱部外緣進行高壓旋噴注漿作業(yè)，形成水平 旋噴水泥柱體，使之相互搭接形成拱棚，在它的保護下進行開挖，起到止水和加固掌子面的作用，是淺埋 軟弱地層隧道預襯砌支護技術中一種超前支護技術。3.1.3深孔帷幕注漿深孔帷幕注漿可在隧道開挖輪廓線外形成一定厚度的止水帷幕，對掌子面地層介質(zhì)間地下水有限范圍 內(nèi)通過瞬結、浸透方式進行預置換，最大限度地抑制開挖過程失水固結引起的沉降。3.1.4懸吊保護懸吊保護體系由地基連系梁+樁基礎的基礎體系和型鋼組合梁+懸吊筋的懸吊體系兩大體系組成，對 燃氣管道可起

6、到懸吊保護和支托的作用，同時利用吊筋可對管道的沉降做適當恢復調(diào)整。3.2保護方案的比較考慮到本工程的實際情況，就安全性、經(jīng)濟性、可操作性三方面對兩種方案進行了綜合比較（表1）。1端護方案的揀舍比&TsihJt iiif tJn.!hIwh芯所蹄用成本要求驚豚過判.以曲洗酹條柞下的翻童開整對電 &訛礙的噫響是很小的，但在w w過程中背 顯t的融誼現(xiàn)博，同時過怔的廈時岫桓歐1.的成屈也也十|定的負儷第只r ，紗 3 個，！，1Ml廖響非鮑人圈出打心昌*,或幸非靠羸a tv 求1* T世舛 U 書費誦IIAI 掌 f rtii ITJtl nutJ成垠南口段贏峰圮坷固右燧帶J*fj.町 國時進行，1

7、:期臘*茲小曲心h .a；米操作簡叩s-n.起到II水啡釁的作H,擲也F挖刊*失水周皓引加的機障J.SI 1-%木無弟聽莉L5萬元r眶地馳吊淋燃H陽墮封到獨吊我護，汗托的作用.同時fl用吊靳站有避的ti.阿馳0本無始響浙普費廳無施粒11在撕柞牌曜3.3保護方案的確定本工程原設計采用凍結法對隧道地層進行加固，從而確保隧道施工過程中燃氣管道的安全。但其在 解凍過程中有顯著的融沉現(xiàn)象，同時過低的溫度也會降低噴混凝土的質(zhì)量，且其操作要求非常高，在深圳 地區(qū)實施的成功案例也較少。鑒于此燃氣管道的重要性及其沉降控制要求，考慮到本工程的工期壓力大、 成本要求高等實際情況，通過多次召開專家討論會，最終確定采取

8、水平旋噴樁+深孔帷幕注漿”的組合方式 進行地層加固。同時，為保證次高壓燃氣管的絕對安全，遵循謹慎施工的原則，亦采用懸吊保護的加強保 護措施，以管道沉降及周邊地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，及時進行細部優(yōu)化調(diào)整。4保護方案的實施4.1總體施工流程施作圍擋一管線懸吊保護一隧道超前地層加固一隧道施工過程中對管線變形進行跟蹤監(jiān)測并及時調(diào)整 一（隧道施工完成，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后）管道應力檢測一對燃氣管道進行恢復性的保護處理一拆除懸吊結構， 場地恢復。4.2主要施工方法4.2.1管線懸吊燃氣管線懸吊保護結構由地基連系梁+樁基礎的基礎體系和型鋼組合梁+懸吊筋的懸吊體系兩體系組 成，如圖2所示。圖】懸吊保護結構Kig.2

9、 Structure of hangirig pnXccthin4.2.2水平旋噴樁在隧道拱圈180范圍內(nèi)布置水平旋噴樁，樁直徑為500 mm，樁中心間距為350 mm，相互咬合 150mm，使之在隧道拱圈形成封閉的水平旋噴帷幕加固圈；同時在初期支護拱腳處布置一根旋噴樁，使拱 部鋼架落在旋噴樁上，以利于控制拱頂沉降和水平收斂。4.2.3深孔帷幕注漿采用后退式袖閥管分段以及長、短導管結合的注漿方式進行注漿，每循環(huán)長度為12 m，注漿加固范 圍為隧道開挖輪廓線外3 m，且每個注漿段完成后留2.5 m不開挖作為下一循環(huán)的止?jié){墻。主要意圖是 在隧道外圍形成一道止水帷幕，阻止地下水進入隧道開挖范圍內(nèi)，使

10、開挖在無水或少水的狀態(tài)下進行，避 免因地下水流失造成地面沉降。4.2.4施工監(jiān)測（1）監(jiān)測項目主要有：次高壓燃氣管道沉降、地面沉降、懸吊結構的沉降。（2）監(jiān)測點布置：懸吊縱向聯(lián)系梁角點、橫向聯(lián)系梁與懸吊型鋼梁交點上均設置沉降測點，同時對 次高壓燃氣管每3 m設置一個監(jiān)測點，詳見圖3。（3）監(jiān)測要求：施工過程中正常情況下每天監(jiān)測次數(shù)不少于3次，出現(xiàn)超出規(guī)定的變形立即通過懸 吊桿上的緊固件進行適當調(diào)整。同時在隧道開挖時，對管線保護范圍內(nèi)應加強隧道拱頂沉降及周邊收斂等 項目的監(jiān)測頻率。（4）管道變形控制值：單點累計沉降不超過20mm，不均勻沉降不超過1%。懸吊聯(lián)系梁結構FiQGMD&500次商壓燃氣

11、管誼RQG1-5. IL I#號測點直接 布設于燃欠管上；RQG612號濯點布設于點:吊 結構地基梁_t.圖M次高壓燃氣管監(jiān)測點布設I- ig,3 Iqynut nl ihp moiiilrcci pmicit h ir ga Hprl im*- mifh葉號lire5保護效果分析5.1監(jiān)測數(shù)據(jù)分析選用直接布設于燃氣管上的1、3、5、14號這4個代表性的測點進行分析，其累計沉降變化值詳見 圖4。圖4 DN500次高壓燃氣警道累計沉降時程曲線Ftp.4 Ciir4re of Acrumtinted spttleraptit nf DN500pip】iis with iiilrrnirthiHc

12、|tv浴vs. Iiritr（1）累計沉降值：從圖4中可以看出，位于區(qū)間隧道正上方的測點（1、3、5）的累計沉降變化基本相 同，其中1號測點的累計沉降值最大，約為74 mm，遠遠超過了規(guī)定的20 mm；而14號測點（距離左 線隧道開挖范圍較遠，基本不受其影響）的累計沉降最大值就相對小很多，約為43 mm。說明左、右線隧 道的施工都造成了燃氣管道的下沉，其影響是疊加的。（2）不均勻沉降：通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，隧道開挖導致其產(chǎn)生的不均勻沉降主要集中體現(xiàn)在1號 測點與13號測點以及5號測點與14號測點之間的這段范圍（即懸吊保護范圍）內(nèi)。通過管線懸吊對 管道起到了支托的作用，利用吊筋對管道的沉降做適當

13、恢復調(diào)整，很好地控制了燃氣管道軸向產(chǎn)生的應 力，避免了管道的軸向拉伸破壞。同時通過水平旋噴樁及深孔帷幕注漿對影響范圍內(nèi)的地層進行了超前 預加固，有效地控制了隧道開挖引起的管道不均勻沉降，確保了燃氣管道的安全。沉降速率：期間主要在6月17日7月15日以及8月9日8月26日這兩個時間段沉 降速率較大，而安-僑區(qū)間暗挖隧道的左、右線恰好分別在這兩個時期貫通，說明隧道開挖貫通時間段對管 道下沉的影響是最大的。施工過程中必須盡量使隧道貫通面遠離燃氣管道，減少其對燃氣管道下沉的影響。上浮現(xiàn)象：從圖4中可以看出，在局部時間段，燃氣管道存在上浮的現(xiàn)象；結合地鐵2222標 安-橋區(qū)間的施工過程記錄，管道上浮主要

14、是由于地層注漿加固引起的。施工過程中必須嚴格控制好注漿 壓力，減少因上浮而引起的管道撓曲變形。5.2應力檢測結果分析在隧道主體結構全部完成、燃氣管道沉降趨于穩(wěn)定后，聘請了具有相應檢測資質(zhì)的北京通力派普科 技有限公司作為第三方檢測機構對燃氣管的安全性進行了檢測，監(jiān)測認定燃氣管道處于安全范圍內(nèi)。根據(jù)應力集中區(qū)必然產(chǎn)生磁致伸縮性質(zhì)的應變，改變其自發(fā)磁化方向減少應力能而產(chǎn)生磁極的原理， 檢測單位于2011年1月份通過金屬磁記憶方法(MMM)對該段管道進行了應力檢測。從燃氣管道下沉記錄來看，管道下沉最大量為74 mm，這個下沉量在油氣管道下沉問題上一般來說 不大。尤其是對比可以簡化為固支梁的懸空管道彎曲

15、分析，可以認為，該長度上管道的小量下沉位移對管 道的影響主要是對管道的軸向拉伸破壞。下沉管道的計算最大下沉量為500 mm和1 000 mm時，產(chǎn)生 的軸向應力對管道安全的影響如表2所示。表2在不同下沉量情況下燃氣管道各種軸向成力對比l ahte 2 Compartsnn of axial stresses of gas pipelinesunder different condittoiis管道下沉/mill管道原有軸 向應力/Ml%管道移動刊伸 軸向成力/MPa最小屈服應力/M Pa10042.6020.1382297.86420042.6020.5527297.86430042.6021

16、.2436297.86440042.6022.210S297.86450042.6023.4543297.86460U42.6024.9742297.86470042.6026.7705297.86442.602297. S649QQ42.60211.192297.8641 ()0042.60213.8173297.864從下沉燃氣管道因移位引起的拉伸軸向應力與最小屈服應力的對比來看：當下沉管段下沉1 m的時 候，拉伸應力也遠小于最小屈服應力。另一方面，從位移檢測數(shù)據(jù)來看，目前管道下沉最大量小于0.1m， 遠遠小于假設的下沉量(1 m)。在上述計算中，假定沉降段長度為200 m，從結果中看，由

17、于應力遠小 于最小屈服應力，這種長度的假設并不影響結果準確性。根據(jù)軸向應力計算對比結果，在假設管道最大下 沉為1 m的時候，下沉引起的軸向拉伸應力是最小軸向屈服應力的4.6%，遠遠小于最小軸向屈服應力， 可以認為燃氣管道處于安全范圍內(nèi)。同時，采用應力集中檢測儀對燃氣管道下沉段的RQG1-RQG5檢測坑進行了金屬磁記憶檢測。檢測 采用TSC-4M-16應力集中檢測儀。數(shù)據(jù)處理表明，m值分別為3.9、4.6、3.5、2.2、1.3。判斷存在應 力集中，但根據(jù)數(shù)據(jù)分析，屬于安全范圍。6結束語通過 水平旋噴樁+深孔帷幕注漿的地層加固及管線懸吊”的綜合保護方案在深圳地鐵2222標安-僑 區(qū)間暗挖隧道下穿

18、次高壓燃氣管道施工中的實施，有效地控制了 DN500次高壓燃氣管道及其鄰近其他管 線、僑香路的沉降，確保了施工安全；同時施工過程中加強監(jiān)測，及時反饋數(shù)據(jù)指導施工。本方案要求對現(xiàn)狀僑香路進行交通疏解，但對隧道施工的工期影響、成本要求都較小，且各項技術都 比較成熟，對于今后類似工程的施工具有借鑒意義。參考文獻References王建新，陳壽根，王靖華.深圳地鐵4號線二期工程某段燃氣管保護技術J.隧道建設，2010, 30 (3): 331-335Wang Jianxin, Chen Shougen, Wang Jinghua. Gas Pipeline Protection Technology

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