浅谈盾构法隧道穿越给\污管线施工保护

摘要：国内目前已建或在建的盾构法地铁隧道大多集中于深埋、建筑密集的地区，下行穿越上水、污水管线也经常无法避免，施工方法及环境保护技术已渐趋成熟，而在区间隧道中近距离穿越大口径管线仍然是个一个需要技术把关、严格控制过程的棘手问题。本文结合了杭州地铁1号线红普路站（21号盾构）穿越管线工程，尤其是红普路站～七堡车辆基地出入段线区间隧道第三次穿越管线工程实例，针对盾构法区间隧道施工穿越大口径上、下水管线有关管线监测保护进行了初步探索和总结。

关键词：盾构沉降监测

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

该工程由上海市机械施工有限公司承建，工程从地铁一号线红普路站始发，掘进到建华路站（为左线），再从建华路掉头，开挖另一条隧道到红普路站（为右线），最后从红普路站始发，开挖隧道到七堡车辆段（明挖出入段线），三段线在里程K25+603.862~k25+574.551处（25环至91环间）下穿1根DN1000铸铁给水管和2根DN2200钢筋砼污水管。总长度约2489米，施工中的最大难题是：直径6.34米的盾构机，必须在地下深处先后三次近距离穿越城市给、污水总管，这在杭州地铁施工中尚属首次。第三次穿越时，即明挖出入段线隧道与污水管平面斜交约27度，隧道顶至给水管底约6.73m,隧道顶至污水管底约为2.55m，距离最近。如下表1所示。

表1：区间穿越管线概况及影响范围

1．1 、土层情况简述

区间线路所经过的土层主要为钱塘江冲积沉积形成。如下图1所示给水管线所处的土层为③2层砂质粉土层，污水管线所处的土层为③3层砂质粉土夹粉砂层，而明挖出入段线隧道穿越管线施工所处的土层为③6层粉砂夹砂质粉土层。

图1：给、污水管线及隧道施工所处土层示意图

1．2 、穿越管线概况

DN1000给水管线为承担下沙经济技术开发区供水泵站的主供水管线，日均流量为7万吨，一旦有失将对整个开发区造成降压供水。DN2200污水管是杭州市七格污水处理厂主干管线，担负着杭州市50%以上的污水处理任务，日流量约为30万吨/根，压力2公斤，因此关系十分重大。

2、管线保护及控制

2．1、应急预案的制定及熟练操作。

本文认为，涉及管线保护及控制应从施工前期抓起。切合实际制定完备的已经预案就是对出现突况及险情的应对控制。因此，事前应仔细勘察现场情况，结合隧道施工设计图及实际进度制订完备的应急预案十分重要。预案中要包含对人、物、程序的详细描述，给、污水管线在区间隧道两端的阀门及中间的排放阀要在符合实际的GIS图中明确标识，事前务必要克服困难想方设法实际操作阀门的启闭，同时要以检漏的形式明确完好性。为提高保险性在预案中可延伸关阀范围。要强化演练，根据沉降监测情况，何时启动预案，人员联系、逐级汇报、现场人员及机具到位、程序化操作要熟练操作、了然于心。

2．2、沉降监测

本文认为在软土底层和建筑密集地区建设地下工程，下行穿越如此近距离的污水水总管，这是风险工程，施工中困难难以避免。必须抓住风险控制手段，科学分析面对困难，在施工中做到化险为夷。如何做到顺利穿越，平稳过渡，在施工中落实监测是关键。在施工中不能凭经验主观臆测，而要加强施工监控，依赖信息化手段，把施工监控作为风险管理的最重要手段。

·沉降监测点的设定。

考虑到给水管与污水管的不同材质，距穿越隧道的不同距离，以隧道顶离污水总管距离最近的明挖出入段线为例，穿越前在给水管线上设置2个直接监测点，在污水管线上设置了8个直接监测点。见下图2。

图2：监测点布置图 注：Z号点为盾构区间地面深层监测点，S号为给水管直接监测点，W号为污水管直接监测点。

设置直接点的方法是在管线上方利用高压水冲的方式，埋设直径为700钢套管，注水冲出管内淤泥后在套管中插入直径40的钢制水管，外侧以轻重力固定套管，使得套管底部与管线顶部尽量密合，防止泥土进入，内侧以柔性材料固定钢制水管在套管中的相对位置，并确保其在套管中能在垂直方向上自由移动为妥。水管高出套管5cm，便于观测。同时在埋设钢套管时，要精确放样并以触探的方式，保证测点的居中布置，尽量挖去测点周遍的覆土，以减少套管、水管的长度和弯曲程度。设置完直接监测点后，必须在管线两侧设置预埋注浆管，一般为直接监测点的两侧各设置一路，若直接监测点设置较密集可适当减少注浆管路，以备不时之需。

沉降监测要采取地面监测点与管线直接监测点相结合的方式，地面深层监测点要均匀布置，并要比管线直接监测点要多，见上图2。

·沉降监测点的测量和管理。

沉降监测至少要两方不同单位的人员按相同的监测频率对测点进行测量。使用的仪器精度要一致，最好采用相同品牌、类型的仪器。此次测量仪器使用的是DSZ2水准仪+FS1平测微器，测量精度为±0.5mm。沉降观测的线路测量按二等水准测量要求，同一人观测、同一仪器测量、同一标尺、同一线路进行。

·沉降监测的频率和变化量报警的设置。

监测频率宜以随着盾构机水平距离管线越来越近而逐渐增加。此次穿越，在盾构机头距离管线50米时测量各监测点的初始高程值，初始高程值至少两次测定取平均值。然后每天测量4次；在盾构距离管线10米及穿越过程当中频率提高到每2小时一次；待穿越过后，保持追踪监测，每天2次，直至监测数据趋于平稳后，继续监测一星期再停止。

表2：管线直接监测点初始高程。

隧道顶与污水管底垂直净距仅2.55米，因此对沉降变化量的控制必须非常严格，把沉降累计变化量从常规的±30mm调整到±10mm。同时加强对监测成果技术分析，保证盾构顺利穿越给水及污水干线管道，根据监测所得到的数据及时对土仓压力、推进速度、总推力、出土量，刀盘转速、注浆量和注浆压力等施工能数进行调整，以取得最佳施工参数。

表3：监测点沉降变化量报警值。

2．3、管线内流量、压力的控制

管内流量如果瞬间波动，流速变化大及流向交替变化较易引起对管线周遍的扰动，因此在穿越期间，要尽可能通过上游泵站出水量的调节，保持相对稳定的流速、压力、单向的流向、减少中间环节水量变化的因素为穿越施工创造良好的条件也极为重要。

3、结语

三次穿越情况管线沉降数据正常。左线盾构穿越管线污水管沉降最大累计值为-11.13mm,给水管沉降最大累计值为-3.22mm;右线盾构穿越污水管线沉降最大累计值为-5.17mm,给水管线最大累计值-1.94mm;隧道顶距离管底最近的出入段盾构穿越污水管沉降最大累计值为-4.25mm，给水管沉降最大累计值为-2.13mm,均在正常范围之内。

盾构穿越管线的过程中，加强对管线的事前、事中、事后保护及控制措施还有很多方面需要摸索，根据科学的监测手段获得监测数据并加以分析用于指导盾构施工参数的调整和判断管线风险等级是关键所在。

参考文献：

1、地铁隧道盾构法施工综述 高亚丽 《科技信息》期刊 2012年12期

2、 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）