软土中大直径盾构穿越市政管道防护措施研究

软土中大直径盾构穿越市政管道防护措施研究

胡长有

中庆建设有限责任公司 吉林省长春市 130000

摘要：随着我国综合实力的不断提升，城际铁路的设计也慢慢变成了地下线设计，如今的隧道形式可以穿越城市的繁华地段。盾构隧道与市政管线的交叉或临近情况时有发生，针对此类情况一些先进的专项措施也是频频出炉，本文对大直径泥水平衡盾构与市政管道之间的影响以及软土中大直径盾构穿越市政管道防护措施进行了分析。

关键词：大直径盾构；穿越、市政管道；防护措施

1 大直径泥水平衡盾构与市政管道之间的影响分析

1.1 施工阶段的风险

施工阶段我们可能会由于施工的地质条件不好而面临安全风险极大的情况。一般情况下，市政管道的抵抗变形能力不是很强，特别是城市老城区，管线复杂，部分管道施工质量不佳，时间久远，很可能在施工阶段遭遇变形或者移位，盾构通过地层以富水砂卵石为主时，其自稳性差。当盾构掘进时扰动周围土体，容易造成地层出现疏松、孔洞等现象，从而地表沉降、开裂，造成管线渗漏水及结构受损，如果控制不当，很可能造成管道破裂，由于破裂后漏水将造成地层塌陷，酿成灾害。因此如果在市政管道上方出现土体隆起的现象，或者是淤泥、污水发生堵塞，我们要应对这些安全隐患。盾构穿越污水管时，由于土体的作用污水管可能会向上移，部分污水管采用的承插式，会造成管道接缝处会有很大的错缝，这些错缝的出现会使大量的污水进入管道中，这会使管道发生严重堵塞，隧道周围的土体可能因为市政管道的原因而出现压缩或者沉降，管道之间存在一些缝隙，造成安全事故。

某地铁工程在盾构始发段准备掘进隧道时，发生洞门上方止水帘布外翻漏水情况。经现场实际调查，雨水管管径为1.0m，管道为平口管，管节长度2m，采用360°C15砼带基加固；污水管管径为0.8m，管道为平口管，管节长度2m，采用360°C15砼带基加固；此污水管为附近生活污水排放管道，不同时间段内其水流量大小不同。污水管在前期评估时未列入重大危险源，在施工调查时，未对雨污水管排水量高低峰情况摸排清楚，且在盾构施工超方后未能充分预估到该污水管的危害性，在盾构始发阶段对该处污水管重视不足，未能及时采取有效措施进行处理，是导致本次事件发生的间接原因。

1.2 运营阶段的风险

运营阶段城市管道与轨道交通两者之间的影响也非常大，需要我们要时刻防范。地下工程的建造是城市不断发展的显示，在运营阶段，由于列车运行会产生震动，对已经建好的地下工程有很大的影响，有时候列车运行还会对城市上边的建筑造成影响。在列车不断震动的时候市政管道会之间的连接处可能会出现松动的情况，这样的话市政管道中的水会通过管道之间的错缝不断向外涌去，时间一长就会在地下隧道的周围形成水囊，隧道在施工时采取了防水措施，但是隧道中形成的大水囊会降低隧道的防水能力。这样的水囊对管道中的管片也有很大的影响，会使得管道中的管片有腐蚀的可能，时间长了会有潜在的安全风险。如今我国各地的市政管道使用情况都不甚良好，我们要在市政管道正常使用的情况下，在一定时期对市政管道进行更换，确保市政管道的长久使用。

2 软土中大直径盾构穿越市政管道防护措施

2.1 地面防护措施比选研究

地面防护措施主要是通过改良地层、设置隔离措施或加强结构设计等方法，来降低安全风险；对地层的改良可采用注浆加固、旋喷加固、搅拌加固、桩基加固等方式来实施；对水平隔离措施可通过设置隔离桩来实现，对于竖向隔离措施可通过设置板凳桩来实现；加强结构设计可通过增大结构尺寸、提高结构强度或采模筑结构替代预制结构等方式来实现。

2.1.1地层改良

对工程特性比较差的地层，通过采取相应的工程手段，改变土体结构，以提高地层承载力、提高土体抗剪切能力，进而提高土体稳定性。根据雨污水管与隧道交叉节点处的地质条件、实际情况，结合各加固方式在该处地层中的实施效果，并综合考虑工程经济必选，可采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩加固。

2.1.2隔离措施

在隧道与建构筑物之间，通过设置隔离桩等，将隧道施工对周边建构筑物的影响隔离开，以达到保护建构筑物的目的。根据雨污水管与隧道的具体位置关系，施工雨污水管时，在管道下面施作竖向隔离措施———板凳桩。即在隧道两侧各设置一排钻孔桩，桩顶设置盖板，钻孔桩与其上的盖板形成一个整体性比较强的板凳结构，以隔断隧道施工对上面管道的影响。

在运营使用阶段，不可避免要更换雨污水管，更换雨污水管时，板凳桩可保护下面的隧道免受上面更换管道施工的影响，抑制管片的上浮，此时，两侧的钻孔桩起到抗拔桩的作用。但管道埋深较深，仍需施作围护结构和止水帷幕，因板凳桩的存在，应在板凳桩以外施作围护结构，在这种情况下，施工围护结构和进行基坑降水，将会影响隧道的结构稳定。

2.1.3加强结构设计

结合交叉节点处雨污水管与隧道的施工顺序———雨污水管先施工盾构隧道后施工，根据雨污水管及盾构隧道的具体结构设计，盾构隧道是采用高精度模板预制管片，然后在隧道内拼装成环，通过高强螺栓连接，其整体性和刚度都比较强；雨污水管采用普通预制，在基坑内承插连接，整体性较差；其刚度和整体性远不如盾构隧道。因此，可对雨污水管进行结构加强设计。

根据雨污水管重力流的设计原理，在保证过水面积不减小的情况下，可采用模筑箱涵替代预制承插圆管的方法，提高管道的强度和整体性，预制箱涵的不可更换的设计年限与盾构隧道相同，可避免更换雨污水管对隧道产生的影响。相对预制圆管，箱涵是一整体性比较好的刚性结构，可承受盾构下穿施工对其产生的变形和扰动。

2.2 洞内措施

盾构法是一种依赖机械设备比较强的修建隧道的工法，洞内措施则是根据盾构机的技术性能、配置的设备等采取可靠的措施，主要有工程措施和工艺措施；工艺措施是充分采用先进的盾构施工工艺(气垫式泥水平衡盾构)、调控泥水参数、控制盾构掘进参数、控制盾构姿态；工程措施有同步注浆、二次注浆、二次深孔加强注浆，二次深孔加强注浆即通过管片预留的注浆孔，向地层中打孔，压注浆液，达到控制地层后期沉降的目的。

2.3 埋地管线绝缘层防腐蚀法

绝缘层防腐蚀法主要是在埋地管道表面涂覆绝缘性介质，绝缘性介质能够保持良好的电绝缘性能和防水性能，这种方法最大限度的阻隔管道金属材料与土壤电解质的接触，这样就能够阻断电化学腐蚀的闭合回路，进而阻止腐蚀电流的形成，有效的防止电化学腐蚀的发生。目前，在市政埋地管道的防腐蚀保护中，较为常见的管道外壁面防腐层主要采用石油沥青防腐层、聚乙烯胶粘带、环氧煤沥青防腐层和挤压聚乙烯防腐层等。

2.4 埋地管线电极保护防腐蚀法

埋地管线电极保护防腐蚀法主要分为外加电流的阴极保护法、牺牲阳极保护法以及排流保护法。由于牺牲阳极保护法需要消耗掉阳极材料，经济性较差;而排流保护法需要额外安装二极管与整流器等设备，并且操作较为复杂，因此，对于市政埋地管道而言采用外加电流的阴极保护法较为适合。可以在外部额外添加直流电源，使埋地管线金属材质对土壤电解质形成负电位的保护，从而形成埋地管道本身的腐蚀保护效果。

3 结束语

大直径盾构近距离穿越市政主干管，无论是在施工阶段还是在运营使用阶段，都有很大的安全风险。随着我国科技的不断发展，对于地下空间建设的安全需要更多的关注，我们要将工程施工中发生安全事故的可能性降到最低，为我国地下工程建设提供更多发展动力，为祖国建设强国梦献添砖加瓦。

参考文献：
[1]冯志勇.研究大直径泥水平衡盾构穿越市政管道的防护措施[J].四川水泥,2017(02):273+143.

[2]唐伟.软土中大直径盾构穿越市政管道防护措施研究[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版),2013,26(S2):171-175+179.