盾构近距离下穿高压燃气管道的加固措施及施工参数控制

李元坤、刘奇

（中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都610066）

0 引言

随着我国城市轨道交通建设的不断发展，面临的施工问题也日益增多。盾构法是目前地铁修建中最安全、快捷、经济的方法，在我国城市轨道交通建设中得到了广泛应用[1]。然而，盾构穿越地层过程中不可避免需要下穿地下管线，施工参数控制不当等都极易造成地下管线的变形过大，而导致燃气泄漏、爆炸等事故的发生[2]。由此，有必要开展盾构近距离下穿高压燃气管线的加固措施及施工参数控制等相关研究。

本文依托成都轨道交通18 号线兴隆站至天府新站区间工程，基于FLAC 3D 对盾构近距离下穿高压燃气管线进行三维数值模拟，提出V 型隔离加固及施工参数控制，为类似工程施工提供了借鉴和参考。

1 工程概况

本项目依托成都轨道交通18 号线，线路总长约66.8km，其中兴隆站至天府新站，全长6.4km（双线延长），由兴天区间、天龙区间及出入段线区间三个区间组成，区间内需近距离下穿高压燃气管线。为了保护高压燃气管线，现场采用Φ42 钢花管倾斜45o钻孔注浆加固，对高压燃气管线形成一个V 型注浆保护体。

2 数值模拟

2.1 模型建立

采用FLAC 3D 建立三维数值模型，其尺寸为70m×70m×43.83m（长×宽×高），如图1所示。依据现场实际情况，土层自上而下分别为素填土、粉质黏土、圆砾石、卵石土、泥岩和砂岩，其中隧道主要位于泥岩中[3]。

图1 三维数值模型

2.2 计算参数

土体满足摩尔库伦本构模型，土体的计算参数见表1。盾构衬砌管片采用C50 混凝土材料，隧道、燃气管道和注浆体为线弹性材料，其中隧道和燃气管道采用shell 单元模拟，其余采用实体单元模拟。

表1 土体的计算参数

3 模拟结果及分析

3.1 无加固措施的结果分析

无加固措施下的隧道和高压燃气管线受力及变形情况如图2所示。

从图2 中可以看出，隧道掘进通过管线强影响区后，隧道管片最大主应力（拉应力）为0.315MPa，根据《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）中关于混凝土极限强度及容许应力的要求，地铁区间隧道管片通过管线强影响区后，结构的应力均需小于C50 混凝土的弯曲及偏心受压应力和弯曲拉应力的允许值。

图2 无加固时隧道受力图

在无加固措施的情况下，高压燃气管线最大竖向位移为-1.94cm（下沉），出现在距离隧道最近的位置。最大水平位移为0.254cm、-0.215cm，分别出现在高压燃气管线中部两侧，表明管线由于隧道开挖，中部下沉后带动两侧高压燃气管线朝中部水平位移[4]。

3.2 加固措施后的结果分析

在地面采用V 型倾斜钻孔注浆对管线进行隔离加固后，隧道管片受力状态如图3所示。

图3 加固后的隧道受力图

从图3 中可以看出，对管线进行V 型隔离注浆加固，隧道掘进通过管线强影响区，隧道管片最大主应力（拉应力）为0.314MPa，根据《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）中关于混凝土极限强度及容许应力的要求，地铁区间隧道管片通过管线强影响区后，结构的应力均需小于C50 混凝土的弯曲及偏心受压应力和弯曲拉应力的允许值。

加固措施后的高压燃气管线变形情况如图4所示。

图4 加固后的管线受力变形图

从图4 看出，经过V 型注浆隔离加固的情况下，高压燃气管线最大竖向位移为-1.12cm（下沉），出现在距离隧道最近的位置。最大水平位移为0.162cm、-0.139cm，分别出现在高压燃气管线中部两侧。

3.3 隔离注浆加固效果分析

从图5 中可以看出，保护状态下高压燃气管线受地层扰动影响明显，在隧道穿越管线正下方前，管线已出现轻微的下沉。无加固措施下，隧道贯通稳定后，管线最大竖向位移为2.45cm，在采取隔离注浆保护后，管线最大竖向位移为1.85cm，控制效果为24.5%。

图5 管线最大位移对比图

4 施工参数控制

盾构下穿管线的掘进参数值选择分别为：推进速度30～40mm/min，总推力2000～3500kN，以及土压0.8～1.4bar，刀盘转速1.0～1.5rpm，刀盘扭矩数值3000～5000（kN×m），同步注浆量每环在10～12m3，注浆压力控制在2～4bar，但是以控制注浆压力为主，及时根据施工监测情况调整注浆参数。姿态纠偏为5mm/环，地层损失率≤1.0%。穿越区域增加同步注浆2.5m3/m。

5 结语

本文依托成都轨道交通18 号线某区间盾构近距离下穿高压燃气管线，采用FLAC 3D 5.0 对盾构近距离下穿高压燃气管线进行了数值模拟，得到以下有益的结果：

相比无加固措施，在采取V 型隔离注浆加固后，管线最大竖向位移由2.45cm 降低到1.85cm，减小为24.5%。

盾构近距离下穿高压燃气管线时，V 型隔离注浆加固能够对管线起到很好的保护作用。

盾构近距离下穿高压燃气管线时，应保持掘进速度（30～40mm/min）、刀盘转速（1.0～1.5rpm）、土压力（0.8～1.4bar）等，做好地面沉降监测和隧道内管片姿态变化监测。