盾构穿越高压天然气管道施工及保护方案(编辑修改稿)

盾构穿越高压天然气管道施工及保护方案(编辑修改稿)内容摘要：

........................................... 21 1 盾构穿越高压天然气管道施工及保护方案 工程概况 本标段尹中路站～通达路站区间里程 DK27+～ DK28+，区间右线长 ,长链。 左线长 ,短链。 采用盾构法施工，设联络通道（与泵房合建） 1 处。 隧道起于 尹中路 车站 东 端头， 沿郭新西路 向 东 穿越 彩虹路、苏嘉杭高架桥、郭新河，最终在通达路站西端头接收进洞。 盾构 区间隧道为 全断面 圆形结构， 管片 内径 ，外径 ，环宽。 盾构在里程左 DK28+531和里程右 DK28+536处 下穿 高压天然气管道 ， 天然气管道采用拖拉法施工，于 2020年完工，结构形式为 Φ 508mm，δ =钢管，压力 25kg。 地面标高左线隧道中心正上方管底标高 ，管道距左线隧道顶部 ；右线隧道中心正上方管底标高 ，管道距左线隧道顶部。 盾构隧道和高压天然气管道的关系详见下图。 新郭 东 路 盾构隧道和高压天然气管道平面关系图 2 盾构隧道和高压天然气管道剖面关系图 ⑴ 工程地质概况 本区段里程 所在土层自地表以下依次为 ①人 工填土层、 ③ 1粘土层、③ 2粉质粘土层、④ 1粉质粘土层、④ 2粉土夹粉砂、⑤ 1粉质粘土层、⑤ 2粉砂夹粉土⑦ 1粉质粘土 层。 盾构 主要穿越 以④ 1粉质粘土层、④ 2粉土夹粉砂层为主。 土层分布情况见右图： ⑵ 水文地质概况 ① 地表水 区间在里程右 DK28+523 处穿越郭新河，该河呈南北向，姜庄北面有一Q23X J13①人工填土③1 粘土③2 粉质粘土④1 粉质粘土④2 粉土夹粉砂⑤1 粉质粘土 ( 0. 77) ( 3. 27) ( 6. 47) 0( 1 0. 87) 0( 1 7. 07) 0( 2 3. 17) 3 条东西向支流与其连通。 线路穿越郭新河宽度约为 26m，水深 ～ ,平均淤泥厚。 ② 潜水 潜水主要赋存于浅部土层的孔隙中，其富水性受土性和厚度控制，根据详细勘察资料，工程场区潜水位埋深 ～ ，标高 ～。 观测时间 2020 年 2 月 12 日～ 2020年 3 月 26日。 ③ 微承压水 场区微承压水主要赋存于④ 2粉土夹粉砂层中，微承压水含水层补来源主要为大气降水、地表水、上部潜水的垂直渗流，以民间取水及向周围河网的侧向径流为其主要的排泄方式。 承压水层顶埋深 ，承压水位埋深，承压水位标高。 观测时间 2020 年 3月 7日～ 2020年 3 月 13日。 ④ 承压水 工程场区承压水主要赋存于⑤ 2粉砂夹粉土层中，承压水补给来源为上部松散层渗入补给、微层压水与之联通补给、越流补给及地下径流排泄。 承压水层顶埋深 ，承压水位埋深 ，承压水位标高。 观测时间 2020 年 3月 20 日～ 2020 年 3月 26 日。 ⑶ 地质条件评价 ① 本工程区间地质属于软土地基，围岩分级为Ⅵ级，可挖性分级为Ⅰ级。 ② ④ 2粉土夹粉砂层透水性较强，且为承压含水层，在一定的动水压力作用下易产生流土、管涌等不良地质，可能导致盾构掘进面不稳定。 ③ ④ 1层和⑤ 1层粉质粘土工程性质一般，土体相对较弱，具有一定的触变性，在动力作用下，土体结构较易破坏，使强度降低、变形增加，导致开挖面失稳。 施工工期计划 截至 8 月 10 日，尹通区间左线已推拼 280 环，左线 502 环穿越高压天 4 然气管道，按目前掘进速度，预计 8月 30日左线首先穿越高压天然气管道；右线 506 环穿越高压天然气管道，尹通区间右线预计 9 月 5 日始发， 10 月25 日右线将穿越高压天然气管道。 施工风险分析 盾构穿越④ 1层和⑤ 1层粉质粘土层，土体相对软弱，具有一定的触变性，在动力作用下，土体结构较易破坏，④ 2层粉土夹粉砂层，透水性较强，且为微承压含水层，在一定的动水压力作用下易产生流土、管涌等不良地质，可能导致盾构掘进面的不稳定。 高压天然气管道紧邻郭新河，河面宽 26m，河底距离隧道 顶垂直距离 8m，盾构穿越高压天然气管道时基本位于④ 2层粉土夹粉砂层中，土体在动力作用下扰动后极易发生变形，引起高压天然气管道变形过大甚至开裂。 高压天然气管道直径为 ，与左线隧道最小垂直净距 ，与右线隧道最小垂直净距。 盾构机在到达高压天然气管道前，如果土压力设置过大、出土量少，会对前方土体进行挤压，土压力升高，高压天然气管道原本四周平衡的受力状态就会发生变化，单侧局部荷载过大，管道会产生变形。 反之土压力设置过小，就会产生局部超挖，盾构机前面土体坍方，管道四周受力平 衡也会受到破坏，严重时可能危及高压天然气管道安全。 如何保证隧道穿越时土体稳定，管道不受破坏，是本工程施工控制的重点。 盾构 机施工情况及控制要点 本 区间采用 2 台铁建重工 ZTE6410mm土压平衡盾构机 进行掘进施工。 盾构 推进时 ，碴 土通过刀盘开口 进入土仓 ，再经过螺旋输送机从土仓底部排出，由皮带输送机运送排入土箱， 然后由 土箱车 送至地面。 其工作原理 见下图。 5 土压平衡工作原理示意图 盾构推进时，前端刀盘切削土层，切削下来的土体进入密封土仓，当土仓内的土体足够多时，可与开挖面上的土、水压力相 平 衡 ，使开挖面地层保持 稳定。 盾构设有螺旋输送机，由其将渣土排送到土箱，运至地面。 螺旋输送机的排土口上装有滑动闸门或螺旋式漏斗，以控制出土量。 在盾构掘进过程中向开挖面加压灌注水、粘土、膨润土、高浓度泥水、泥浆和泡沫等，同时靠刀盘和搅拌翼混合搅拌切削下来的土体，使之具有止水性、流动性。 使得切削下来土体能够顺利排出，又能提供压力，与开挖面的水、土压保持平衡。 由于土压平衡盾构机对推进时的土压力控制比较精准，所以推进时对周围环境的影响也非常小，完全适用于穿越软土的隧道施工。 在穿越高压天然气管道施工 中，盾构将对管道产生影响，盾构推进产生的推进力、侧摩阻力以及盾构推进后所引起的土体变形将影响管道受力状态，破坏管道整个受力体系，危及管道安全。 有效 地 控制 掘进参数是施工的关键控制点 ， 做到以严谨的施工技术为依托、精心施工、精细管理。 开挖面稳定控制 沉降控制的关键之一是开挖面的稳定控制。 开挖面的控制是个系统控制过程，涉及水土压力、出土量、添加剂的使用等掘进参数的控制和优化，而掘进参数优化的基础又来源于施工过程中对沉降数据的分析、沉降规律的掌 6 握、土压波动的控制程度和稳定程度的评估等。 盾构施工作为一种动 态的施工控制过程，在过高压天然气管道之前的 50 米的施工技术管理的成果对过高压天然气管道施工具有很大的指导作用，必须加强前期的施工技术管理。 添加剂的使用管理 添加剂的合理使用是确保盾构顺利掘进、维持开挖面稳定、实现均衡连续盾构施工的关键。 盾构 机操作手和值班工程师在 盾构机掘进时，随时观察和分析扭矩、推力、土压及波动、 螺旋输送机排出土的状态（即塑流性），对 水 、泡沫的加入 方式、部位、加入量、参数设置等 进行调节 和 控制， 并 始终让刀盘及螺旋输送机 工作 油压保持正常的数值。 根据该段区域的实际情况，盾构穿越的是粉质 粘土、粉土夹粉砂区域，粉质粘土、粉土和粉砂 自身具有较高的细颗粒含量，加入适当的泡沫 可以使土体的塑流性得到较大的改善，保证掘进的正常进行 ， 使得盾构前方土压保持稳定，较好的控制地面的隆陷。 在泡沫的使用方面除了达到机械及物理改良之外，另外一个重要的作用是作为软保压的介质，以实现全断面的压力平衡，这也是在软土地层及临时停机期间重要的维持开挖面稳定的措施。 在泡沫参数设定方面，盾构操作手应密切注意实际出土状况，土压变化，刀盘及螺旋机的工作状况来及时调整泡沫流量、溶液配比和发泡倍率等参数。 泡沫加入不足时，排土困难，还 容易在刀盘中心形成泥饼；泡沫加入过多，对土压维持不利。 所以要根据过高压天然气管道之前的 50米段积累这方面的施工参数，确定一个最佳的泡沫添加参数值。 壁后 注浆 控制和管理 为了确保浆液能及时填充管片壁后形成的空隙，并保证充填度和压力，需采取同步注浆为主，辅以二次注浆的措施，并合理确定注浆的点位、时机、压力和量。 同时根据掌握的反馈信息及时调整浆液的配比，使浆液的配比更科学、更合理。 为保证浆液的质量，要对制备浆液的原材料进行严格控制， 7 要定期测定浆液的坍落度、粘性、离析率、凝结时间、抗压强度等。 在掘进过 程中有可能有盾尾密封刷漏浆而造成实际注浆量不够的情况 ,所以在掘进过程中 ,如果发现有漏浆情况 ,应及时停止掘进 ,手动开启盾尾油脂注入系统 ,盾尾停止漏浆后再掘进。 为了确保注浆的效果能达到过高压天然气管道的要求，在过高压天然气管道之前的 50 米施工中，要总结积累注浆压力和注浆量的参数，并根据监测来控制注浆量和注浆参数，以便确保过高压天然气管道的安全。 盾构下穿高压天然气管道施工技术措施 现场踏勘及资料收集 穿越施工前约 20 天，通过勘探部门的现场勘探工作，掌握现场的工况条件。 目前高压天然 气管道已投入运营，因此施工前需协同业主与 苏州天然气管网股份有限公司 联系，加强沟通，将穿越风险降低到最小程度。 分阶段控制区划分 根据盾构穿越 高压天然气管道 的工况特点，将盾构穿越分为 3个阶段，分别为盾构穿越前试推进阶段（ A 区），盾构穿越阶段（特区）和盾构穿越后阶段（ B 区）。 盾构穿越前试推进阶段 设定 50 米为推进试验段，将盾构切口到达 高压天然气管道 前 45 环～ 5环作为盾构穿越试推进段。 在这段范围掘进中 结合地面沉降监测情况 主要收集盾构推进参数 ，主要印证和优化土压力、推进速度、加泥加泡 沫量、同步注浆压力；二次注浆采用惰性浆液，试验段印证和优化注浆压力及注浆量等，在进入穿越区以前确定最优的施工参数。 盾构穿越阶段 把盾构切口到达 管道 前 5环开始设为穿越段开始，直至盾尾脱出管道范 8 围 5 环后共计约 20环定为穿越段。 该控制区段施工时，主要根据穿越试推进段总结的推进参数和施工数据来指导盾构的推进施工。 在这个阶段主要任务是控制盾构的施工参数，包括控制推进速度、正面土压力、同步注浆流量、同步注浆压力等主要施工参数。 此外，每隔 3 环在管片的不同点位安装 2 个球阀，保证可随时二次补浆。 确保穿越过 程中 高压天然气管道 的安全。 盾构穿越后阶段 盾尾脱出 高压天然气管道 范围后 6 环～ 20 环定为盾构穿越后阶段，共15 环，掘进长度 18米。 由于盾构穿越后，地面存在一定程度的后期沉降，会对 高压天然气管道造成影响。 必须在穿越区域的隧道内准备充足的补压浆材料以及设备，根据沉降监测情况进行后期补压浆。