摘要: 深圳地鐵 4 號線ⅱ期工程 k9 + 105—k9 + 135 段位於軟弱富水地層中，並且隧道在該段下穿一條ф508 mm × 7. 9 mm( 外徑 × 厚度) 次高壓燃氣管道 ( 壓力 1.
6 mpa) 。在燃氣管道保護的設計與施工中採用了多種處理措施，如採取地面帷幕分艙止水、洞外削土卸荷; 洞內全斷面注漿、大管棚導向跟進等，對次高壓燃氣管道的保護發揮了極其重要的作用。本文對該工程燃氣管道保護的設計和施工措施進行全面總結，對所採用的設計和施工方案進行研究分析，總結了軟弱富水地層隧道下穿次高壓燃氣管道的成功經驗。
關鍵詞: 地鐵隧道軟弱富水地層管道保護變形控制帷幕分艙止水
隨著城市地鐵建設規模的不斷擴大，地鐵區間隧道將不可避免穿越工程環境較差的地區，往往處於建築物、道路和地下管道等設施的密集區，周圍環境複雜，施工干擾和施工難度大。保護周圍環境和降低施工風險是地下工程設計與施工面臨的兩大難題［1］。
地鐵隧道開挖擾動了地層，改變了圍岩原有的應力平衡狀態，引起圍岩的應力重分布，而這種變化也將通過地層的傳播作用到鄰近既有管道從而導致其變形或破壞［2］。由於岩土工程本身的複雜性，對既有管道影響和變形研究尚處於發展階段，所以總結提煉管道保護設計與施工中的成功經驗，對**和優化管道的保護措施及城市地鐵建設具有重要意義。
1 工程概況
深圳地鐵 4 號線ⅱ期工程上梅林 ～ 民樂區間隧道起於中康路東側上梅林站北端，終於地面民樂站南端，全長 2 702． 907 m。在此區間內隧道穿越軟弱富水地層: 里程 k9 + 093 處，鑽孔內有大量清水湧出( 最大湧水量2 000 m3/ d) ; 里程 k9 + 112—k9 + 135 穿越一條寬約 20 ～ 30 m 的斷層破碎帶，岩體十分破碎，地下水豐富，圍岩自穩能力極差; 里程 k9 + 125—k9 + 255 為軟弱富水地層，該段原始地貌屬低山及山間窪地，線路西側山體多年前為大型採石場，經多年採石產生岩石碎塊堆積於山間窪地形成台地，山體中匯水面積較大，富含地下水，隨時可能發生湧水、湧泥、坍塌的危險。
隧道於里程 k9 + 105—k9 + 135 下穿一條ф508 mm ×7. 9 mm ( 外徑 × 厚度 ) 次高壓燃氣管道 ( 壓力 1. 6mpa) 。
該燃氣管埋設於人工填土 ( 石 ) 層中，埋置深度約 4. 0 m，距離隧道拱頂約 15. 0 m。
在如此軟弱富水地層中，如何控制圍岩沉降，保證地下管道安全是工程的重難點。
2 變形控制措施
隧道斜穿次高壓燃氣管道範圍內，採取地面帷幕分艙止水，洞外削土卸荷; 洞內全斷面注漿，大管棚導向跟進等措施控制變形。
2. 1 地面帷幕分艙止水
根據場地區域地下水實際分布情況及滲流方向，對斷層、破碎地帶尤其是燃氣管道影響範圍內採用地面旋噴分艙止水及艙內袖閥管注漿處理措施。由於次高壓燃氣管道斜跨隧道上方，在隧道和管線交叉部位不能施作旋噴樁帷幕，故在交叉部位改用袖閥管注漿封閉，採用旋噴樁和袖閥管相結合阻斷地下水、加固隧道頂部地層。一方面，通過旋噴樁在隧道邊界沿隧道縱向，阻斷開挖時地下水向隧道的湧入; 另一方面，在隧道與管道相交處使用袖閥管封閉，從而有效減少或消除掌子面開挖時地下水的流失，保證開挖的連續性。
帷幕分艙止水牆由 3 排ф500 mm 高壓旋噴樁( 樁間距 0. 35 m，排距 0. 375 m，錯開布置) 組成。
止水帷幕牆自地下水位以上至伸入中風化岩面以下 0. 5 m，當中風化岩層位於隧道底板 5 m 以下時，止水帷幕牆底伸至隧道底板以下 5 m 即可。待止水幕牆施作完成後，在管道與旋噴樁止水牆相交處進行袖閥管施工。
袖閥管間距 1. 0 m × 0. 5 m，梅花形布置，終孔直徑ф2 000 mm，與旋噴樁連線徹底形成封閉的帷幕。
地面帷幕分艙止水布置如圖 1 和圖 2 所示。
次高壓燃氣管道的埋深約為 4. 0 m，上覆土層為人工填土( 填石) 層，土壓力約為 63 kpa，通過剝離管道上覆土層可以減小管道所受土壓力，降低管道的安全風險。削土卸荷具體實施如下:
①在原地貌高程以燃氣管道為中心，對管道上的覆土進行開挖放坡，坡度為 1∶ 0. 75，邊坡支護引數: ф22 砂漿錨桿，l = 3 m，間距 1.
2 m × 1. 2 m，梅花形布置; 掛ф6@ 150 mm × 150mm 鋼筋網，噴射 c20 混凝土，混凝土噴射厚度為 10cm。②開挖至燃氣管頂上方 1 m 厚原狀土位置，保證該位置坡底寬度。
坡底採用 c15 素混凝土硬化，厚度為 10 cm。③在坡頂線兩端 1 m 處及坡底一端設定0. 25 m × 0.
25 m 磚砌截水溝，在坡底設定邊溝，每 15～ 20 m 設定集水井。削土斷面如圖 3 所示。
2. 3 設定管道懸吊支架
管道支架由管託支座及支墩構成。管託支座弧形鋼板與燃氣管之間應設定橡膠墊，以保護燃氣管的安全，管託支座底板與支墩之間應完全分離，當發現燃氣管下沉達到預警值時，可採用手動葫蘆或小型千斤頂將燃氣管上台至初始高程，同時在管託支座與支墩之間加鋼楔墊塊，通過釋放管道拉應力，確保燃氣管道安全。
在隧道施工過程中，如發現次高壓燃氣管沉降過大，必要時將管道挖開設定管道懸吊支架。沿管道走向每間隔 10 m 設定管道懸吊支架乙個［3］。管道懸吊支架如圖 4 所示。
2. 4 洞內全斷面注漿
為防止開挖面湧水或坍塌，注漿方式採用隧道全封閉深孔預注漿。即沿隧道全斷面開挖輪廓線軸向輻射狀布孔注漿，在開挖面中心適當布孔注漿，漿液滲透擴散到岩層( 砂層) 孔隙中並快速凝固，與周圍破碎岩塊結成具有一定強度的結石體。在隧道周邊及開挖面形成乙個固結堵水帷幕( 加固區) ，切斷地下水流通路，以此達到固結止水，保持圍岩的穩定［4］。
根據現有引孔裝置及操作水平，採用地質水平鑽機，注漿有效長度 25 m。注漿方式採用前進式全控一次壓入式注漿。如果水量很大，採取鑽一段注一段的漸進式注漿，直至鑽到設計有效樁長位置。
注漿有效擴散範圍為開挖輪廓線外 4 m( 人工填石層為 5 m) 。注漿壓力為地下水靜壓的 2 ～ 3 倍，考慮到岩層裂縫阻力，隧道富水斷層初始壓力 3 mpa，故注漿設計終壓 4～ 5 mpa，單孔漿液擴散半徑 3 m。
2. 5 洞內大管棚導向跟進
管棚由鋼管和鋼拱架組成，利用鋼拱架，沿著開挖輪廓線，以較小的外插角，在開挖面按一定間距打入一系列的鋼管組成管棚結構，並在鋼管內進行壓力注漿;同時結合鋼拱架支撐，在開挖面前方形成環狀殼體的預支護結構，為開挖及支護作業提供了安全保障。管棚的作用主要表現為［5-7］: ①拱效應，由於鋼管先行設定，掘進時在掌子面前方圍岩和鋼拱架的支撐下，形成拱結構，有效提高圍岩的承載力及自穩能力，減小圍岩的變形，防止圍岩坍塌和鬆弛; ②加強效應，通過鋼管的網狀孔向圍岩內注入水泥砂漿或水玻璃雙液漿，提高岩層的力學引數和自穩能力，保證掌子面穩定。
打設管棚時導向鑽進前應對鑽機定位情況、方位、傾角情況，孔口管對中情況，沖洗液流通以及導向儀顯示情況進行全面複檢。鑽進前須先開幫浦，待沖洗液流通正常後，方可鑽進; 鑽進時，幫浦壓應控制在 0. 4 ～ 0.
8mpa，幫浦量以 20 ～ 50 l / min 為宜。保持中低壓力，勻速中速鑽進; 為防止水土流失，控制沉降，必要時需採用孔內保壓措施。要始終保持回水量小於或等於進水量。
導向技術人員必須時刻觀察探頭角度變化情況，角度偏差 ＞ 0. 3°時，應及時糾偏。
3 數值模擬分析
為驗證止水帷幕、大管棚等在隧道下穿燃氣管道時的支護效果，本文利用 flac3d 對地面旋噴樁袖閥管止水帷幕、洞內大管棚支護及小導管注漿加固情況下隧道斜穿燃氣管道進行了模擬，得到管道和地表下沉情況。
3. 1 模型建立與引數確定
隧道埋深 19 m，燃氣管道埋深 4 m，隧道與管道斜交，旋噴樁頂部位於地表以下 2 m。燃氣管道直徑 508mm，壁厚度 7. 9 mm，採用梁結構單元模擬燃氣管道。
圍岩、襯砌、旋噴樁、大管棚及小導管注漿層均採用實體單元模擬。考慮到加固範圍，計算模型尺寸確定為長 60 m，寬 70 m，高 45 m。計算模型如圖 5 所示。
根據本工程地勘資料和《鐵路隧道設計規範》選取材料引數，見表 1。
3. 2 計算結果
燃氣管道沉降監測點布置如圖 6 所示。
從圖 7 可以看出管道沉降變形均在 30 mm 內，地面旋噴樁袖閥管止水帷幕、洞內大管棚支護及小導管注漿加固等措施可有效控制管道沉降變形，保證施工順利進行。圖 8 為燃氣管道監測點 3 所在橫斷面地表沉降曲線，旋噴樁帷幕在止水的同時加固了地層。同時，帷幕牆的存在對燃氣管道起到懸吊和保護作用。
4 實際監測結果
圖 9 為燃氣管道在不同監測點隨時間沉降曲線。由圖 9 可見，監測點在 7 月下沉量較大，此時隧道施工至管道監測點附近。比較圖 7 與圖 9 可知，管道實際沉降較數值模擬沉降大，這是由於數值模擬按照理想狀態考慮止水帷幕效果，而實際工程中很難做到完全止水，所以地下水的流失會引起較大的固結沉降。
5 結論
本文對深圳地鐵 4 號線在軟弱富水地層下穿次高壓燃氣管道設計和施工中採取的管道保護措施進行全面總結，通過數值模擬對施工方案進行驗證，並且對比了實際監測資料與數值模擬結果，主要得到以下結論:①根據本段工程特殊的施工環境，採取地面帷幕分艙止水、洞外削土卸荷; 洞內全斷面注漿、大管棚導向跟進等措施控制燃氣管道變形是安全可行的。②帷幕牆的存在對燃氣管道起到懸吊和保護作用。
③控制地下水對減小管線沉降十分重要。
參考文獻
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