李元坤、劉奇

（中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066）

0 引言

隨著我國城市軌道交通建設(shè)的不斷發(fā)展，面臨的施工問題也日益增多。盾構(gòu)法是目前地鐵修建中最安全、快捷、經(jīng)濟(jì)的方法，在我國城市軌道交通建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。然而，盾構(gòu)穿越地層過程中不可避免需要下穿地下管線，施工參數(shù)控制不當(dāng)?shù)榷紭O易造成地下管線的變形過大，而導(dǎo)致燃?xì)庑孤?、爆炸等事故的發(fā)生[2]。由此，有必要開展盾構(gòu)近距離下穿高壓燃?xì)夤芫€的加固措施及施工參數(shù)控制等相關(guān)研究。

本文依托成都軌道交通18 號線興隆站至天府新站區(qū)間工程，基于FLAC 3D 對盾構(gòu)近距離下穿高壓燃?xì)夤芫€進(jìn)行三維數(shù)值模擬，提出V 型隔離加固及施工參數(shù)控制，為類似工程施工提供了借鑒和參考。

1 工程概況

本項目依托成都軌道交通18 號線，線路總長約66.8km，其中興隆站至天府新站，全長6.4km（雙線延長），由興天區(qū)間、天龍區(qū)間及出入段線區(qū)間三個區(qū)間組成，區(qū)間內(nèi)需近距離下穿高壓燃?xì)夤芫€。為了保護(hù)高壓燃?xì)夤芫€，現(xiàn)場采用Φ42 鋼花管傾斜45o鉆孔注漿加固，對高壓燃?xì)夤芫€形成一個V 型注漿保護(hù)體。

2 數(shù)值模擬

2.1 模型建立

采用FLAC 3D 建立三維數(shù)值模型，其尺寸為70m×70m×43.83m（長×寬×高），如圖1所示。依據(jù)現(xiàn)場實際情況，土層自上而下分別為素填土、粉質(zhì)黏土、圓礫石、卵石土、泥巖和砂巖，其中隧道主要位于泥巖中[3]。

圖1 三維數(shù)值模型

2.2 計算參數(shù)

土體滿足摩爾庫倫本構(gòu)模型，土體的計算參數(shù)見表1。盾構(gòu)襯砌管片采用C50 混凝土材料，隧道、燃?xì)夤艿篮妥{體為線彈性材料，其中隧道和燃?xì)夤艿啦捎胹hell 單元模擬，其余采用實體單元模擬。

表1 土體的計算參數(shù)

3 模擬結(jié)果及分析

3.1 無加固措施的結(jié)果分析

無加固措施下的隧道和高壓燃?xì)夤芫€受力及變形情況如圖2所示。

從圖2 中可以看出，隧道掘進(jìn)通過管線強影響區(qū)后，隧道管片最大主應(yīng)力（拉應(yīng)力）為0.315MPa，根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（TB 10003—2016）中關(guān)于混凝土極限強度及容許應(yīng)力的要求，地鐵區(qū)間隧道管片通過管線強影響區(qū)后，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力均需小于C50 混凝土的彎曲及偏心受壓應(yīng)力和彎曲拉應(yīng)力的允許值。

圖2 無加固時隧道受力圖

在無加固措施的情況下，高壓燃?xì)夤芫€最大豎向位移為-1.94cm（下沉），出現(xiàn)在距離隧道最近的位置。最大水平位移為0.254cm、-0.215cm，分別出現(xiàn)在高壓燃?xì)夤芫€中部兩側(cè)，表明管線由于隧道開挖，中部下沉后帶動兩側(cè)高壓燃?xì)夤芫€朝中部水平位移[4]。

3.2 加固措施后的結(jié)果分析

在地面采用V 型傾斜鉆孔注漿對管線進(jìn)行隔離加固后，隧道管片受力狀態(tài)如圖3所示。

圖3 加固后的隧道受力圖

從圖3 中可以看出，對管線進(jìn)行V 型隔離注漿加固，隧道掘進(jìn)通過管線強影響區(qū)，隧道管片最大主應(yīng)力（拉應(yīng)力）為0.314MPa，根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（TB 10003—2016）中關(guān)于混凝土極限強度及容許應(yīng)力的要求，地鐵區(qū)間隧道管片通過管線強影響區(qū)后，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力均需小于C50 混凝土的彎曲及偏心受壓應(yīng)力和彎曲拉應(yīng)力的允許值。

加固措施后的高壓燃?xì)夤芫€變形情況如圖4所示。

圖4 加固后的管線受力變形圖

從圖4 看出，經(jīng)過V 型注漿隔離加固的情況下，高壓燃?xì)夤芫€最大豎向位移為-1.12cm（下沉），出現(xiàn)在距離隧道最近的位置。最大水平位移為0.162cm、-0.139cm，分別出現(xiàn)在高壓燃?xì)夤芫€中部兩側(cè)。

3.3 隔離注漿加固效果分析

從圖5 中可以看出，保護(hù)狀態(tài)下高壓燃?xì)夤芫€受地層擾動影響明顯，在隧道穿越管線正下方前，管線已出現(xiàn)輕微的下沉。無加固措施下，隧道貫通穩(wěn)定后，管線最大豎向位移為2.45cm，在采取隔離注漿保護(hù)后，管線最大豎向位移為1.85cm，控制效果為24.5%。

圖5 管線最大位移對比圖

4 施工參數(shù)控制

盾構(gòu)下穿管線的掘進(jìn)參數(shù)值選擇分別為：推進(jìn)速度30～40mm/min，總推力2000～3500kN，以及土壓0.8～1.4bar，刀盤轉(zhuǎn)速1.0～1.5rpm，刀盤扭矩數(shù)值3000～5000（kN×m），同步注漿量每環(huán)在10～12m3，注漿壓力控制在2～4bar，但是以控制注漿壓力為主，及時根據(jù)施工監(jiān)測情況調(diào)整注漿參數(shù)。姿態(tài)糾偏為5mm/環(huán)，地層損失率≤1.0%。穿越區(qū)域增加同步注漿2.5m3/m。

5 結(jié)語

本文依托成都軌道交通18 號線某區(qū)間盾構(gòu)近距離下穿高壓燃?xì)夤芫€，采用FLAC 3D 5.0 對盾構(gòu)近距離下穿高壓燃?xì)夤芫€進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到以下有益的結(jié)果：

相比無加固措施，在采取V 型隔離注漿加固后，管線最大豎向位移由2.45cm 降低到1.85cm，減小為24.5%。

盾構(gòu)近距離下穿高壓燃?xì)夤芫€時，V 型隔離注漿加固能夠?qū)芫€起到很好的保護(hù)作用。

盾構(gòu)近距離下穿高壓燃?xì)夤芫€時，應(yīng)保持掘進(jìn)速度（30～40mm/min）、刀盤轉(zhuǎn)速（1.0～1.5rpm）、土壓力（0.8～1.4bar）等，做好地面沉降監(jiān)測和隧道內(nèi)管片姿態(tài)變化監(jiān)測。