穿老城区既有管网地铁隧道溜塌机理及防治技术

孔超

摘 要：老城区管网遍布，老化严重，盾构穿越施工风险高。特别穿越已经严重泄露的地下管线，极易发生溜塌、涌水等施工。本文依托貴阳地铁某地铁区间穿越老城区地下管网工程，对穿老城区既有管网地铁隧道溜塌机理进行研究，明确隧道溜塌原因，并提出针对性的施工意见，以保证隧道安全穿越。

关键词：盾构隧道; 老城区; 既有管线; 防治技术

中图分类号：U45          文献标识码：A        文章编号：1006-3315（2021）7-198-002

1.工程概况

隧道上方为贵阳市主干路，其为城市一般道路，但是早晚高峰期车流量较多，且夜间承载着隧道施工设备及渣土车等车辆的运行通道。

隧道左线拱顶上部分布有雨水管线、污水管线、天然气管线、自来水管线以及强弱电管线等大量既有管线，隧道右线处于公路中间无管线在其拱部范围内，左线隧道既有管线分布情况如图1所示。

2.隧道溜塌情况

2018年3月13日凌晨5点左右，阳省区间左线大里程上台阶掌子面里程ZDK34+958，在初支封闭后进行掌子面排险准备施工下一循环打设钻孔时，掌子面右侧拱腰出现掉块现象，并带有小股污水流出，现场立即对掌子面进行喷砼封闭，5点～8点期间施工2车喷砼进行封闭，至8点时掌子面右侧拱腰有大量淤泥涌出并带有大股污水流出，时断时续出现小流泥现象，污水夹杂着淤泥由右侧拱腰向拱顶发展，间歇性涌泥不断发生，至11点掌子面基本稳定，涌泥停止、污水变小，涌泥已达61方，具体溜塌情况见图2。

3.施工坍塌机理分析

由施工过程中隧道塌方情况统计可以看出，隧道塌方均发生在左线拱部位置，右线隧道施工较为顺利。且对比分析左右线开挖后的地质情况以及施工情况可以看出：

3.1左右线隧道上台阶拱部位置均处于岩土交界处，上部为黏土及回填土，下部为强风化或中风化白云岩;

3.2右线拱顶上部仅存在既有公路，左线上部不仅存在既有公路，还存在多条既有管线，且管沟破损及渗漏严重（见管线检测报告），导致管线周边土体长时间浸泡软化;

3.3左线拱部溜塌均有涌水、涌泥现象，且多发生在掌子面及初支背后，初期支护均无较大变形及侵限现象发生。

故初步认为左线隧道拱部频繁发生溜塌是由于破损管线渗漏水长期浸泡周边土体，使周边土体软化导致的。

为了验证该结论，进行了不同工况的数值计算。

4.数值计算分析

模拟计算采用FLAC3D有限差分元通用程序。计算根据区间隧道断面进行建模，隧道处于黏土中，其他部位处于中风化白云岩，隧道埋深为8m。约束情况为前后、左右方向受水平约束，垂直方向底面受竖向约束，顶面为自由面;计算中地层采用弹塑性实体单元模拟，三维数值计算模型见图3。

计算围岩释放率，围岩应力释放率为0%、20%、40%、60%情况下，拱顶处地表位移及初期支护竖向变形，统计不同围岩应力释放率下拱顶处地表位移及初期支护竖向变形如表1所示。

由不同释放率下地表沉降及初期支护变形可以看出，现有初期支护条件下，完全能够承载隧道上覆土体荷载。即隧道溜塌失稳不是因为支护强度较弱引起的。

统计不同掌子面围岩应力释放率下掌子面挤压变形如表2所示。

由不同掌子面释放率下掌子面挤压变形可以看出，由于地下水及软弱黏土的双重作用，使掌子面开挖后发生较大的挤压变形，掌子面围岩应力释放率为20%时，掌子面的挤压变形就达242.3mm，这也与现场拱部溜塌案例相吻合。

5.施工参数及措施建议

由上述可知，隧道涌水、涌泥及溜塌现象主要是由于地下水及软弱黏土的双重作用，掌子面失稳引起的，故经施工单位现场调查及开会讨论建议后续施工支护以增加预加固措施为主，且综合采用各种超前措施，以确保施工安全，主要加固措施如下：

5.1施做管棚工作室，打设30m长，Φ108管棚，环向间距建议为25cm～30cm，纵向搭接长度不小于5m;

5.2打设φ42超前小导管，长度为2m～2.5m，搭接长度为1.2m;

5.3上半断面进行帷幕注浆以加固掌子面前方围岩，注浆深度8m，帷幕注浆墙不少于3m，在掌子面轮廓线外形成厚度不小于2m的加固圈;

5.4建议采用机械开挖，减少对掌子面的扰动，如若采用钻爆法施工，建议开挖进尺为0.5m;

5.5隧道上台阶控制开挖高度，上半断面开挖高度建议为2.5m～3m之间;

5.6通过打设水平钻孔以及加深炮孔对前方地质情况进行探测;

5.7施工过程中，对隧道上覆管线变形加强监测，根据监测结果实时反馈施工;

5.8控制各工序施工时间，减少临空面站立时间，且在掌子面设置紧急救援设施，保证施工人员安全。

参考文献：

[1]]张学进.淤泥质土浅埋暗挖隧道下穿既有管线影响研究[J]铁道工程学报，2020，37（07）：77-83

[2]王雨，徐锦斌，王凯旋，杨龙斐.隧道下穿引起地下管线下沉的主控因素分析[J]中国安全生产科学技术，2014，10（01）：39-45