CN101793153A - 盾构近距离穿越大口径管线的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，其包括步骤：了解要穿越的大口径管线的现有情况；根据所了解的大口径管线的现有情况，如果大口径管线出现问题在穿越大口径管线前，对大口径管线进行预保护，否则不需要对其进行预保护；对大口径管线进行施工监测，其包括对大口径管线的沉降监测，地表沉降监测，以及土体测斜；在做好以上的前期准备工作后，开始利用盾构穿越大口径管线，并在穿越的过程中进行同步注浆；在完成了盾构穿越大口径管线后，对脱出盾尾的隧道管片进行二次注浆。通过以上的技术方案，实现盾构近距离穿越大口径管线，不对大口径管线造成损害，并且在盾构穿越施工后，大口径管线的后期沉降符合标准。

Description

盾构近距离穿越大口径管线的施工方法

技术领域

本发明涉及地铁隧道施工中盾构近距离穿越构筑物的施工方法，尤其涉及盾构近距离穿越大口径管线的施工方法。

背景技术

盾构法隧道施工技术已经在能源、交通等领域的隧道建设中得到广泛应用，其成为地下空间开发的核心技术；其中，该盾构法施工以其节约地下空间资源，并且能提高地铁线路在狭窄道路的穿行能力，因而成为了隧道施工中的主要方法。然而随着城市密集度的不断提高，高层建筑物的不断增加，而且地下又布满了众多管线，因此采用盾构法进行地铁施工时，盾构难免近距离穿越各类管线。通常情况下，在盾构近距离穿越大型管线时，采取改排管线(或停运)以此来降低工程施工风险；然而，对于污水总管等直径大于3m的大型管线，不具备改排(或停运)条件，不能用通常情况下的盾构施工方法近距离穿越大口径管线。

并且，经过对现有技术的文献检索发现，随着世界各国城市地下空间的不断开发与利用，在新建地下结构时遇到了许多“近接施工”问题，近接施工引起的土体沉降可能危及周边建(构)筑物和近接地下既有结构和管线的安全，并可能造成严重的经济损失和社会影响。

利用盾构法施工遇到近接施工时，在设计和施工中要可靠地预测和有效地抑制近接施工引起的过大地层位移或沉降，以及在近接施工中防止坍塌，确保周边建(构)筑物和地下管线安全，并且确保工程建设的安全、顺利，减少城市动迁量和工程投资；而且在地下构筑物中最多的是各种各样的大型管线，其不具备改排(或停运)条件，因此有必要提出一种盾构近距离穿越大口径管线的施工方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，通过在施工前对大口径管线进行探测，掌握大口径管线的情况，根据该掌握的大口径管线的情况，对大口径管线进行保护；在盾构穿越大口径管线前，布置监测点，在盾构穿越大口径管线时对大口径管线周围土体的沉降情况进行监测，确保施工的顺利进行；并且在盾构穿越大口径管线后，对周围的沉降进行监测；对脱出盾尾的管片进行二次注浆，确保大型管线的后期沉降符合标准。

为解决以上技术问题，本发明提供一种盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，其包括步骤：

步骤一、对要穿越的大口径管线的现有情况进行探勘了解；

步骤二、对大口径管线进行预保护：根据所了解的大口径管线的现有情况，在进行盾构穿越前对大口径管线进行预保护；

步骤三、设置监测点对大口径管线进行施工监测：其包括对大口径管线的沉降监测，地表沉降监测，以及土体测斜的监测；

步骤四、开始盾构穿越大口径管线，并在穿越的过程中进行同步注浆；

步骤五、在盾构穿越大口径管线时，对脱出盾尾的隧道管片进行二次注浆。

本发明的进一步改进在于：所述对大口径管线的沉降监测方法为在大口径管线轴线方向上布置监测点，监测点的埋设采用钻孔方法，其中钻孔的孔底在大口径管线的管道顶。

本发明的进一步改进在于：所述地表沉降监测通过在大口径管线的地表沿盾构轴线方向布置轴向测点，沿垂直盾构轴线方向的径线方向布置径向测点来监测。

本发明的进一步改进在于：所述的土体测斜为在盾构穿越段的大型管道周围管道径向范围内，布设测斜点，监测土体水平位移变化。

本发明的进一步改进在于：所述二次注浆所用的浆液为双浆液。

本发明的进一步改进在于：在步骤五中，对脱出盾尾的隧道管片进行二次注浆时，采用在管片周边少量多次压注双液浆，使双液浆均匀充填于隧道周围空隙。

本发明的进一步改进在于还包括步骤：在盾构穿越大口径管线前，根据土体静压力公式推算土压力，根据该推算出的土压力确定盾构切口刚进入大口径管线区域时的土压力设定值。

本发明的进一步改进在于：在盾构穿越大口管线时，应将出土量控制在理论值的98％～102％。

通过以上所述技术方案，本发明提供的盾构近距离穿越大口径管线的施工方法通过在施工前对大口径管线进行探测，掌握大口径管线的情况，根据该掌握的大口径管线的情况，对大口径管线进行保护；在盾构穿越大口径管线前，沿大口径管线轴线方向布置监测点，监测大口径管线的沉降情况；在穿越段于大口径管线的地表布置监测点，通过该些监测点，监测穿越段的地表沉降；在穿越段的管线周围布置斜测点，监测穿越段管线周围土体的横向位移，通过该些监测点监测施工进行过程中的管线沉降、地表沉降以及管线周围土体的横向位移从而可以确保施工的顺利进行；并且在盾构穿越大口径管线后，对周围的沉降进行监测；对脱出盾尾的管片进行二次注浆，确保大型管线的后期沉降符合标准。

附图说明

图1为52环的测点在利用双液浆二次注浆后的沉降曲线；

图2为62环的测点在利用双液浆二次注浆后的沉降曲线。

图3为91环(上行线穿越段)的测点在利用双液浆二次注浆后的沉降曲线。

具体实施方式

通过一具体实施例描述本发明提供的盾构近距离穿越大口径管线的施工方法。以上海某轨道交通单圆盾构区间段近距离穿越Φ3500合流污水管的试验为例作为实施例，其采用国产

土压平衡单圆盾构进行施工，盾构机壳体长度为8.34m，隧道的尺寸为外径

内径5.5m；该工程区间段上行线盾构机近距离穿越Φ3500合流污水管，穿越时盾构距离该合流污水管的最小净距仅有2.9m，隧道中心线标高约为-12.355m，上行线竖曲线为坡度8‰的下坡段，平面为直线段；在上行线盾构已成功穿越Φ3500合流污水管后，进行二次注浆，同时进行高架桩基拔除，高架桩基桩长37m，合流污水管距离桩基套管最近距离1.72m，桩基拔除后，充填C10低度砂浆，桩基拔除和充填砂浆过程对污水管形成了第二次扰动；完成桩基拔除并对桩孔充填完后，下行线盾构穿越合流污水管，穿越时盾构距离该合流污水管的最小净距仅有2.9m，下行线竖曲线为坡度8.128‰的下坡段，平面为R600的曲线段，该下行线穿越过程对合流污水管造成第三次扰动。

在该具体实施例中，盾构近距离穿越大口径合流污水管时会对合流污水管有三次大的扰动，因此必须做好穿越段的施工，保证盾构近距离穿越大口径的合流污水管时，不会对合流污水管造成影响，保证盾构穿越大口径管线施工的顺利进行，其具体施工步骤如下描述：

一、穿越大口径管线的前期准备

在盾构近距离穿越大口径管线前，收集有关大口径管线的相关资料，包括：1)有关该大口径管线的图纸资料，并现场核实该大口径管线的结构形式；2)分析大口径管线的埋深、所处土层的地质条件；3)确定大口径管线与隧道砌衬的相对位置，从而可以根据该大口径管线与隧道衬砌的相对位置确定不同区域的施工技术措施。

在该具体实施例中的大型管线为Φ3500合流污水管，其为西德ZUBLIN顶管，钢筋混凝土预制管节，结构厚度30cm，每节长2.4m，管节之间为承插式连接；合流污水管所处地层为砂质粉土，盾构穿越管线时主要位于砂质粉土层和淤泥质粘土层；合流污水管与隧道十字相交，上行线涉及于砌衬93环～97环的上部，下行线涉及砌衬94～98环。

二、对大口径管线的预保护

在盾构穿越大口径管线前，使用探测机器人或者潜水员探摸等措施检查了解盾构穿越部位上部污水管现有的情况，包括管段接口间的不均匀沉降，接口间的张角，管段是否有损坏等；其中，探摸范围为上下行盾构两侧范围10m，由第三方单位出具管线探摸调查报告，明确管道现有情况及具体的指标，如目前沉降值、允许沉降值，是否存在漏水情况，渗漏量等，如探摸大口径管线有部分破损，根据损坏情况，进而制定相应预保护措施如周边地基预加固，内置套管等。在该具体实施例中，合流污水管道经过实地探摸表明该管线被穿越前情况良好，无任何渗漏、张角等问题，因此无需进行预保护。

三、盾构近距离穿越大口径管线前的试验分析

在盾构近距离穿越大口径管线前需要对穿越段的注浆工艺进行试验分析，确保盾构在穿越大口径后不会引起周围环境的变化，以保证盾构能顺利的近距离穿越大口径管线，试验段设置在Φ3500污水管前方，在该具体实施例中该区域恰好处于管片的54环～67环，不影响穿越Φ3500污水管施工。该试验分析主要包括：

1)在盾构近距离穿越大口径管线前进行同步注浆试验：通过调整同步注浆孔位、同步注浆量，分析土体脱出盾尾阶段和后期沉降阶段的沉降变化量，分析该区间浆液与土体的综合性能，确定穿越阶段同步注浆量的范围，以及高架拔桩后其充填C10砂浆液对其影响范围；在该试验段54～67环同步注浆量设定在4m³～4.3m³之间，为理论建筑孔隙的250％左右，同步注浆压力为0.3Mpa左右，采用盾构机1#、2#两个注浆孔进行同步注浆；通过同步注浆试验，并根据同步注浆试验后的土体沉降得知同步注浆不能有效控制土体后期沉降，因此需要在同步注浆后进行二次注浆以此来控制土体后期沉降。

2)进行二次注浆试验

为达到有效控制土体后期沉降的目的，因此进行二次注浆试验，摸索不同浆液类型、注浆点和注入量对土体沉降的影响规律，以便于增强对地表及建(构)筑物的后期沉降控制能力。

本次试验采用壁后注浆形式，利用单圆隧道左右两侧上部邻接块管片处的两个注浆孔进行壁后补压浆作业来检验二次注浆对土体后期沉降的控制效果；二次注浆试验配备了一套海纳式注浆泵以及一台拌浆桶，浆液由拌浆桶进行拌制。

在试验中由于考虑到单液浆的主要特点为流动性好、泌水性小，而双液浆初凝时间短，因此试验中分别采用了单液浆和双液浆，反映效果差别。通过试验对比发现采用单液浆进行二次注浆，后期沉降持续时间较长，如55环的测点在用单液浆补浆后10环仍有较明显的下沉趋势；而采用双液浆进行二次注浆，如62环测点在刚注完浆的几环内有一明显下沉过程后，沉降逐步趋于平缓，一般到9～10环后已大致稳定。因此在施工中主要采用双液浆进行二次注浆，达到快速控制沉降趋势，缩短后期沉降周期的目的。

参考图1、图2分别为52环和62环的双液浆二次注浆后的沉降曲线，从以上沉降曲线可以看出：1)通过采用二次注浆措施，起到了减小土体后期沉降的作用，测点的累计沉降量控制在-30mm以内；2)双液浆的后期沉降速率较小。另外，二次注浆采用不同浆液类型，其抬升土体的作用大致相同；如对于55环的测点，当压注2m³单液浆后，测点上升了7.63mm；对于62环的测点，当压注2m³双液浆后，测点上升了9.66mm。

通过二次注浆试验发现在进行二次注浆时，1)二次注浆时单次的注浆量不宜过大，一般控制在0.5m³～1.0m³之间；如果单次注浆量过大，则反而对土体扰动加大，因此二次注浆应多次、间隔、少量地进行；2)采用双液浆进行二次注浆，其影响范围一般在注浆孔位3m以内；由于污水管的体积及总量较大，为确保安全，在二次注浆时必须利用特殊衬砌上增设的注浆孔；3)在盾构脱出管片后5环左右，此时沉降量有急剧下降趋势，故在此时进行二次补浆，能有效控制沉降量急剧下降并能最终有效的使后期沉降量控制在规范要求内。

通过以上的分析结果，决定在穿越Φ3500污水管后期采取在隧道管片左右两侧上部邻接块管片处的两个注浆孔注入0.5m³～1.0m³双液浆进行二次压浆，以控制地面沉降。

在盾构近距离穿越大口径管线前的前期准备工作还包括：利用三维数值仿真模拟单圆隧道施工对大口径管线的影响，根据仿真模拟结果找到穿越施工过程中的薄弱区域，从而可以在穿越施工过程中重点控制；另外建立中央控制室，并安排技术人员24小时值班，监视盾构施工参数和监测数据的变化，对数据进行综合分析及时将结论传达给盾构工作面；配备两台电脑，一台用于监视盾构施工参数，一台用于收集监测数据和数据处理。

四、在做好了前期的准备工作，并对大口径管线做好预保护后，开始利用盾构穿越大口径管线，其中在盾构穿越大口径管线的过程中，要做好对穿越大口径管线时的施工监测，该施工监测主要包括以下几方面：

1)大口径管线沉降监测：监测大口径管线的沉降状况，其中，监测点的埋设采用钻孔方法；首先在大口径管线的管道轴线方向上定位监测点的位置，每隔5米布设一监测点，之后，根据该布置的监测点的位置，用普通工程钻机，在各个监测点的位置钻一孔径为Φ30～50mm的孔(其中，在理论上该孔的孔径越小，其测量越准确，在具体的施工中孔径为Φ30～50mm已能满足测量的需求)，钻孔时要钻至合流污水管道顶上，钻孔时要注意不应对管道有伤害；在完成钻孔后，将预置的沉降连接管放入孔中，在孔底即沉降连接管底浇筑混凝土；在沉降连接管外套保护管，然后进行管口保护处理。测量选用高精度水准仪进行监测，在该具体实施例中，选用瑞士生产的WILD-N3水准仪一台，测量精度±0.2mm进行监测，每隔1小时收集一次监测数值，并立即反馈到中央控制室。

2)地表沉降监测：在大口径管线的地表沿盾构轴线方向布置轴向测点，沿与盾构轴线方向垂直的径向方向布置径向测点，通过该些布置的轴向测点和径向测点监测盾构近距离穿越大口径管线区段的地表沉降。

3)土体测斜：在盾构穿越合流污水管的穿越段在管道周围径向范围布设测斜点，该具体实施例中布设两个测斜点，测土体横向水平位移变化，在该具体实施例中主要采用精度为0.02mm/500mm美国Sinco测斜仪一台；测斜管埋设方法是用小型钻机钻一直径为90mm的孔，钻孔成孔后将外径为70mmPVC管插入孔内，在插入的过程中用清水注入管内，达到深度后将管内的十字槽对准设计方向，将盖子盖好并密封；然后用黄泥球回填密实，稳定二至三天后如回填不密实需继续回填，回填密实并稳定后方可取初值。

五、盾构近距离穿越大口径管线过程的控制措施

在盾构近距离穿越大口径管线的过程中，盾构的土压力设定、推进速度、出土量、盾构纠偏、同步注浆以及管片的拼装都会对施工有影响，在盾构施工的过程中应控制好各个阶段的施工，确保盾构顺利的穿越大口径管线。

1)土压力设定

土体静压力公式P＝K₀×γ×z，其中P为土压力，K₀为侧向压力系数，γ为覆土深度，z为构建物自重，根据该土体静压力公式可以计算出盾构推进时的土压力P；穿越施工前，对大口径管线自重z进行估算，并根据盾构穿越大口径管线区段的覆土深度γ以及侧向压力系数K₀可计算出穿越段的土压力；根据此计算出来的土压力确定盾构切口刚进入大口径管线区域时的土压力设定值(在实际施工过程中，根据大口径管线监测情况，再对此设定值进行适当调整)，在该具体实施例中，盾构切口到达合流污水管的压力设定在0.22Mpa左右。

2)推进速度控制

在设定好盾构切口刚进入大口径管线区域时的土压力设定值后，推进盾构进行施工，其中在盾构推进施工过程中，盾构应尽量保持低速、稳定推进，从而可以确保盾构均衡、匀速地穿越大口径管线，减少盾构推进对周边土体的扰动，以免对大口径管线不利影响，在该具体实施例中平均速度以1.5～2cm/m为宜。

3)出土量控制

在盾构穿越污水总管过程中，应将出土量控制在理论值的98％，切忌超挖出土，保证盾构切口上方土体能有微量的隆起；理论上出土量应控制在100％，对于上海淤泥质软土，适宜出土量控制范围为98％～102％，出土量大小对穿越大口径管线也有决定性影响；在该具体实施例中盾构的挖掘断面每环理论出土量为37.88m³/环；采用地铁Φ6340盾构在盾构穿越管线过程中，应将出土量控制在理论值的98％即37.13m3/环左右，保证盾构切口上方土体能有微量的隆起。

4)盾构纠偏量

盾构进行平面或高程纠偏的过程中，必然会增加建筑空隙，因此在盾构进入污水总管影响范围内之前，盾构姿态应当尽可能地保持良好，并且保持良好的姿态穿越污水总管，在该具体实施例中切口盾尾差保持在±10内，轴线偏差保持在±50内，并且保持良好的姿态穿越污水总管；并且盾构在穿越污水总管过程中，尽可能地匀速通过，减少盾构纠偏量和纠偏次数。

5)同步注浆

通过同步注浆及时充填建筑空隙，减少施工过程中的土体变形，且在同步注浆时，要严格控制同步注浆量和浆液质量；浆液选择具有和易性好、泌水性小，且具有一定强度的浆液进行及时、均匀、足量压注，确保其建筑空隙得以及时和足量的充填；注浆24小时后的浆液强度不低于0.3MPa，28天强度达到1MPa。盾构盾尾到达大口径管线区域可根据测点反馈数据以0.2m³为单位进行调节注浆量。穿越合流污水管期间，同步注浆可采用硬性浆液，浆液稠度在9-10cm范围内。在该具体实施例中，管片上部的两个相邻块的孔位分别采用200％注浆量、250％注浆量，下部管片的两个标准块的孔位分别采用200％注浆量、250％注浆量(配合相应的浆液)。

6)管片拼装过程

在盾构进行管片拼装的状态下，由于千斤顶的收缩，必然会引起盾构机的后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待2～3分钟之后，到周围土体与盾构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩，回缩的千斤顶应尽可能的少，以满足管片拼装即可；而且在管片拼装过程中，应当安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间，减少土体沉降；在拼装过程中如果发现前方土压力下降，可以采用螺旋机反转的手段，即将螺旋机机内的土体反填到盾构机前方，起到维持土压力的作用。管片拼装结束之后，应当尽可能快地恢复盾构推进，减少土体沉降。

六、盾构穿越后的二次注浆技术措施

土体后期沉降占整个由盾构推进施工引起的土体沉降的很大部分，根据试验分析的结果，对脱出盾尾的隧道管片进行二次补充压注浆液，可在管片周边少量多次压注双液浆，使双液浆均匀充填于隧道周围空隙，可缩小大口径管线被穿越区域的差异沉降。

1)当盾构穿越合流污水管后，采用隧道砌衬上部的两邻接块的注浆孔进行二次注浆，浆液采用双液浆对脱出盾尾的隧道管片(在该具体实施例中为90-104环管片)每环左、右孔跳孔各压注1m³双液浆，注浆压力为0.3Mpa。

2)根据测点反映数据局部增加二次注浆次数，注浆孔位采用隧道砌衬上部的两邻接块的孔位和隧道衬砌下部的两标准块的孔位的注浆孔，以0.5m³/次～1m³/次为单位进行施工，利用二次注浆施工稳定合流污水管的后期沉降。

3)当高架桩基础拔除时，根据实际监测数据对靠桩基础一边的土体进行选择性充填注浆，以上行线右边的隧道衬砌下部的两标准块的注浆孔为主，单孔压注0.5m³，防止水土流失。

参考图3为91环(上行线穿越段)的测点在利用双液浆二次注浆后的地表沉降曲线，从图3中可以看出通过二次注浆，在穿越段91环的测点的地表沉降量控制在8mm以内，满足施工要求。

七、调查被穿越管线情况

在盾构穿越合流污水管后3个月，管线沉降小于0.1mm/天，5个月后再次对穿越合流污水管区段进行实地探摸，合流污水管情况良好。

该具体实施例采用本发明工艺后取得了如下效果：

1、盾构与合流污水管底部净距为2.9m的情况下穿越成功，实现了盾构近距离穿越大口径管线。

2、克服了大口径管线在经过多次土体扰动后沉降量大的技术难点，有效控制了大口径管线的后期沉降。通过后期监测，该合流污水管线最大沉降-8.6mm，差异沉降均不超过4mm，隧道最终沉降在0mm～+5mm范围内。

Claims (8)

1.盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、对要穿越的大口径管线的现有情况进行探勘了解；

步骤二、对大口径管线进行预保护：根据所了解的大口径管线的现有情况，在进行盾构穿越前对大口径管线进行预保护；

步骤三、设置监测点对大口径管线进行施工监测：其包括对大口径管线的沉降监测，地表沉降监测，以及土体测斜的监测；

步骤四、开始盾构穿越大口径管线，并在穿越的过程中进行同步注浆；

步骤五、在盾构穿越大口径管线过程中，对脱出盾尾的隧道管片进行二次注浆。

2.如权利要求1所述的盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，其特征在于：所述对大口径管线的沉降监测方法为在大口径管线轴线方向上布置监测点，监测点的埋设采用钻孔方法，其中钻孔的孔底在大口径管线的管道顶。

3.如权利要求1所述的盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，其特征在于：所述地表沉降监测通过在大口径管线的地表沿盾构轴线方向布置轴向测点，沿垂直盾构轴线方向的径线方向布置径向测点来监测。

4.如权利要求1所述的盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，其特征在于：所述的土体测斜为在盾构穿越段的大型管道周围管道径向范围内，布设测斜点，监测土体水平位移变化。

5.如权利要求1所述的盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，其特征在于：所述二次注浆所用的浆液为双浆液。

6.如权利要求1所述的盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，其特征在于：在步骤五中，对脱出盾尾的隧道管片进行二次注浆时，采用在管片周边少量多次压注双液浆，使双液浆均匀充填于隧道周围空隙。

7.如权利要求1～6任一所述的盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，其特征在于还包括步骤：在盾构穿越大口径管线前，根据土体静压力公式推算土压力，根据该推算出的土压力确定盾构切口刚进入大口径管线区域时的土压力设定值。

8.如权利要求7所述的盾构近距离穿越大口径管线的施工方法，其特征在于：在盾构穿越大口管线时，应将出土量控制在理论值的98％～102％。

Images