盾構穿越高壓天然氣管道施工及保護方案(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ........................................... 21 1 盾構穿越高壓天然氣管道施工及保護方案 工程概況 本標段尹中路站～通達路站區間里程 DK27+～ DK28+，區間右線長 ,長鏈 。左線長 ,短鏈 。采用盾構法施工，設聯絡通道（與泵房合建） 1 處。 隧道起于 尹中路 車站 東 端頭， 沿郭新西路 向 東 穿越 彩虹路、蘇嘉杭高架橋、郭新河，最終在通達路站西端頭接收進洞。盾構 區間隧道為 全斷面 圓形結構， 管片 內徑 ，外徑 ，環寬 。 盾構在里程左 DK28+531和里程右 DK28+536處 下穿 高壓天然氣管道 ， 天然氣管道采用拖拉法施工，于 2020年完工，結構形式為 Φ 508mm，δ =鋼管，壓力 25kg。地面標高左線隧道中心正上方管底標高 ，管道距左線隧道頂部 ；右線隧道中心正上方管底標高 ，管道距左線隧道頂部 。 盾構隧道和高壓天然氣管道的關系詳見下圖。 新郭 東 路 盾構隧道和高壓天然氣管道平面關系圖 2 盾構隧道和高壓天然氣管道剖面關系圖 ⑴ 工程地質概況 本區段里程 所在土層自地表以下依次為 ①人 工填土層、 ③ 1粘土層、③ 2粉質粘土層、④ 1粉質粘土層、④ 2粉土夾粉砂、⑤ 1粉質粘土層、⑤ 2粉砂夾粉土⑦ 1粉質粘土 層。盾構 主要穿越 以④ 1粉質粘土層、④ 2粉土夾粉砂層為主 。 土層分布情況見右圖： ⑵ 水文地質概況 ① 地表水 區間在里程右 DK28+523 處穿越郭新河，該河呈南北向，姜莊北面有一Q23X J13①人工填土③1 粘土③2 粉質粘土④1 粉質粘土④2 粉土夾粉砂⑤1 粉質粘土 ( 0. 77) ( 3. 27) ( 6. 47) 0( 1 0. 87) 0( 1 7. 07) 0( 2 3. 17) 3 條東西向支流與其連通。線路穿越郭新河寬度約為 26m，水深 ～ ,平均淤泥厚 。 ② 潛水 潛水主要賦存于淺部土層的孔隙中，其富水性受土性和厚度控制，根據詳細勘察資料，工程場區潛水位埋深 ～ ，標高 ～ 。觀測時間 2020 年 2 月 12 日～ 2020年 3 月 26日。 ③ 微承壓水 場區微承壓水主要賦存于④ 2粉土夾粉砂層中，微承壓水含水層補來源主要為大氣降水、地表水、上部潛水的垂直滲流，以民間取水及向周圍河網的側向徑流為其主要的排泄方式。承壓水層頂埋深 ，承壓水位埋深，承壓水位標高 。觀測時間 2020 年 3月 7日～ 2020年 3 月 13日。 ④ 承壓水 工程場區承壓水主要賦存于⑤ 2粉砂夾粉土層中，承壓水補給來源為上部松散層滲入補給、微層壓水與之聯通補給、越流補給及地下徑流排泄。承壓水層頂埋深 ，承壓水位埋深 ，承壓水位標高 。觀測時間 2020 年 3月 20 日～ 2020 年 3月 26 日。 ⑶ 地質條件評價 ① 本工程區間地質屬于軟土地基，圍巖分級為Ⅵ級，可挖性分級為Ⅰ級。 ② ④ 2粉土夾粉砂層透水性較強，且為承壓含水層，在一定的動水壓力作用下易產生流土、管涌等不良地質，可能導致盾構掘進面不穩定。 ③ ④ 1層和⑤ 1層粉質粘土工程性質一般，土體相對較弱，具有一定的觸變性，在動力作用下，土體結構較易破壞，使強度降低、變形增加，導致開挖面失穩。 施工工期計劃 截至 8 月 10 日，尹通區間左線已推拼 280 環，左線 502 環穿越高壓天 4 然氣管道，按目前掘進速度，預計 8月 30日左線首先穿越高壓天然氣管道；右線 506 環穿越高壓天然氣管道，尹通區間右線預計 9 月 5 日始發， 10 月25 日右線將穿越高壓天然氣管道。 施工風險分析 盾構穿越④ 1層和⑤ 1層粉質粘土層，土體相對軟弱，具有一定的觸變性，在動力作用下，土體結構較易破壞，④ 2層粉土夾粉砂層，透水性較強，且為微承壓含水層，在一定的動水壓力作用下易產生流土、管涌等不良地質，可能導致盾構掘進面的不穩定。 高壓天然氣管道緊鄰郭新河，河面寬 26m，河底距離隧道 頂垂直距離 8m，盾構穿越高壓天然氣管道時基本位于④ 2層粉土夾粉砂層中，土體在動力作用下擾動后極易發生變形，引起高壓天然氣管道變形過大甚至開裂。 高壓天然氣管道直徑為 ，與左線隧道最小垂直凈距 ，與右線隧道最小垂直凈距 。盾構機在到達高壓天然氣管道前，如果土壓力設置過大、出土量少，會對前方土體進行擠壓，土壓力升高，高壓天然氣管道原本四周平衡的受力狀態就會發生變化，單側局部荷載過大，管道會產生變形。反之土壓力設置過小，就會產生局部超挖，盾構機前面土體坍方，管道四周受力平 衡也會受到破壞，嚴重時可能危及高壓天然氣管道安全。如何保證隧道穿越時土體穩定，管道不受破壞，是本工程施工控制的重點。 盾構 機施工情況及控制要點 本 區間采用 2 臺鐵建重工 ZTE6410mm土壓平衡盾構機 進行掘進施工。盾構 推進時 ，碴 土通過刀盤開口 進入土倉 ，再經過螺旋輸送機從土倉底部排出，由皮帶輸送機運送排入土箱， 然后由 土箱車 送至地面 。 其工作原理 見下圖 。 5 土壓平衡工作原理示意圖 盾構推進時，前端刀盤切削土層，切削下來的土體進入密封土倉，當土倉內的土體足夠多時，可與開挖面上的土、水壓力相 平 衡 ，使開挖面地層保持 穩定 。盾構設有螺旋輸送機，由其將渣土排送到土箱，運至地面。螺旋輸送機的排土口上裝有滑動閘門或螺旋式漏斗，以控制出土量。在盾構掘進過程中向開挖面加壓灌注水、粘土、膨潤土、高濃度泥水、泥漿和泡沫等，同時靠刀盤和攪拌翼混合攪拌切削下來的土體，使之具有止水性、流動性。使得切削下來土體能夠順利排出，又能提供壓力，與開挖面的水、土壓保持平衡。 由于土壓平衡盾構機對推進時的土壓力控制比較精準，所以推進時對周圍環境的影響也非常小，完全適用于穿越軟土的隧道施工。 在穿越高壓天然氣管道施工 中，盾構將對管道產生影響，盾構推進產生的推進力、側摩阻力以及盾構推進后所引起的土體變形將影響管道受力狀態，破壞管道整個受力體系，危及管道安全。 有效 地 控制 掘進參數是施工的關鍵控制點 ， 做到以嚴謹的施工技術為依托、精心施工、精細管理。 開挖面穩定控制 沉降控制的關鍵之一是開挖面的穩定控制。開挖面的控制是個系統控制過程，涉及水土壓力、出土量、添加劑的使用等掘進參數的控制和優化，而掘進參數優化的基礎又來源于施工過程中對沉降數據的分析、沉降規律的掌 6 握、土壓波動的控制程度和穩定程度的評估等。盾構施工作為一種動 態的施工控制過程，在過高壓天然氣管道之前的 50 米的施工技術管理的成果對過高壓天然氣管道施工具有很大的指導作用，必須加強前期的施工技術管理。 添加劑的使用管理 添加劑的合理使用是確保盾構順利掘進、維持開挖面穩定、實現均衡連續盾構施工的關鍵。 盾構 機操作手和值班工程師在 盾構機掘進時，隨時觀察和分析扭矩、推力、土壓及波動、 螺旋輸送機排出土的狀態（即塑流性），對 水 、泡沫的加入 方式、部位、加入量、參數設置等 進行調節 和 控制， 并 始終讓刀盤及螺旋輸送機 工作 油壓保持正常的數值 。根據該段區域的實際情況，盾構穿越的是粉質 粘土、粉土夾粉砂區域，粉質粘土、粉土和粉砂 自身具有較高的細顆粒含量，加入適當的泡沫 可以使土體的塑流性得到較大的改善，保證掘進的正常進行 ， 使得盾構前方土壓保持穩定，較好的控制地面的隆陷。 在泡沫的使用方面除了達到機械及物理改良之外，另外一個重要的作用是作為軟保壓的介質，以實現全斷面的壓力平衡，這也是在軟土地層及臨時停機期間重要的維持開挖面穩定的措施。 在泡沫參數設定方面，盾構操作手應密切注意實際出土狀況，土壓變化，刀盤及螺旋機的工作狀況來及時調整泡沫流量、溶液配比和發泡倍率等參數。泡沫加入不足時，排土困難，還 容易在刀盤中心形成泥餅；泡沫加入過多，對土壓維持不利。所以要根據過高壓天然氣管道之前的 50米段積累這方面的施工參數，確定一個最佳的泡沫添加參數值。 壁后 注漿 控制和管理 為了確保漿液能及時填充管片壁后形成的空隙，并保證充填度和壓力，需采取同步注漿為主，輔以二次注漿的措施，并合理確定注漿的點位、時機、壓力和量。同時根據掌握的反饋信息及時調整漿液的配比，使漿液的配比更科學、更合理。為保證漿液的質量，要對制備漿液的原材料進行嚴格控制， 7 要定期測定漿液的坍落度、粘性、離析率、凝結時間、抗壓強度等。 在掘進過 程中有可能有盾尾密封刷漏漿而造成實際注漿量不夠的情況 ,所以在掘進過程中 ,如果發現有漏漿情況 ,應及時停止掘進 ,手動開啟盾尾油脂注入系統 ,盾尾停止漏漿后再掘進。 為了確保注漿的效果能達到過高壓天然氣管道的要求，在過高壓天然氣管道之前的 50 米施工中，要總結積累注漿壓力和注漿量的參數，并根據監測來控制注漿量和注漿參數，以便確保過高壓天然氣管道的安全。 盾構下穿高壓天然氣管道施工技術措施 現場踏勘及資料收集 穿越施工前約 20 天，通過勘探部門的現場勘探工作，掌握現場的工況條件。目前高壓天然 氣管道已投入運營，因此施工前需協同業主與 蘇州天然氣管網股份有限公司 聯系，加強溝通，將穿越風險降低到最小程度。 分階段控制區劃分 根據盾構穿越 高壓天然氣管道 的工況特點，將盾構穿越分為 3個階段，分別為盾構穿越前試推進階段（ A 區），盾構穿越階段（特區）和盾構穿越后階段（ B 區）。 盾構穿越前試推進階段 設定 50 米為推進試驗段，將盾構切口到達 高壓天然氣管道 前 45 環～ 5環作為盾構穿越試推進段。 在這段范圍掘進中 結合地面沉降監測情況 主要收集盾構推進參數 ，主要印證和優化土壓力、推進速度、加泥加泡 沫量、同步注漿壓力；二次注漿采用惰性漿液，試驗段印證和優化注漿壓力及注漿量等，在進入穿越區以前確定最優的施工參數。 盾構穿越階段 把盾構切口到達 管道 前 5環開始設為穿越段開始，直至盾尾脫出管道范 8 圍 5 環后共計約 20環定為穿越段。 該控制區段施工時，主要根據穿越試推進段總結的推進參數和施工數據來指導盾構的推進施工。在這個階段主要任務是控制盾構的施工參數，包括控制推進速度、正面土壓力、同步注漿流量、同步注漿壓力等主要施工參數。此外，每隔 3 環在管片的不同點位安裝 2 個球閥，保證可隨時二次補漿。確保穿越過 程中 高壓天然氣管道 的安全。 盾構穿越后階段 盾尾脫出 高壓天然氣管道 范圍后 6 環～ 20 環定為盾構穿越后階段，共15 環，掘進長度 18米。 由于盾構穿越后，地面存在一定程度的后期沉降，會對 高壓天然氣管道造成影響。必須在穿越區域的隧道內準備充足的補壓漿材料以及設備，根據沉降監測情況進行后期補壓漿。