地铁施工中市政地下管线的风险监控

2016-08-10党忠苗红卫蔡雨婷

大科技 2016年8期

关键词：砂层盾构施工单位

党忠苗红卫蔡雨婷

（1.呼和浩特市城市轨道交通建设管理有限责任公司 2.北京城建勘测设计研究院有限责任公司 3.北京城建勘测设计研究院有限责任公司）

地铁施工中市政地下管线的风险监控

党忠1苗红卫2蔡雨婷3

（1.呼和浩特市城市轨道交通建设管理有限责任公司 2.北京城建勘测设计研究院有限责任公司 3.北京城建勘测设计研究院有限责任公司）

目前全国许多城市都在修建城市轨道交通，在地铁施工过程中都不免涉及市政地下管线。若施工造成管线差异沉降较大，管线会断裂、漏水，破坏交通繁忙的市政道路，造成重大的社会影响。风险监控中采用管线、地表沉降等监测手段，及时掌握地铁施工对管线的变形影响，了解管线的现状情况并及时反馈建设、施工、监理、设计单位，施工单位根据监测数据合理采取措施，最终达到控制风险的目的。

地铁；市政管线；风险监控；富水砂层；废弃管线

1 概述

随着国民经济的快速发展，城市轨道交通地下工程进入了蓬勃发展的阶段，地铁施工会引起市政地下管线的变形，造成严重的经济损失和社会影响，因此如何在施工过程中，采用风险监控手段掌握管线的变形，并根据监测数据采取合理有效地措施抑制施工引起的过大变形，确保地下管线的安全，已成为城市地铁及其它地下工程建设中必须解决的一项重要课题。

2 管线监测技术要求

根据新出的《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）的要求，监测点的布设原则：①地下管线监测点埋设形式和布设位置应根据地下管线的重要性、修建年代、类型、材质、管径、接口形式、埋设方式、使用状况，以及与工程的空间位置关系等综合确定；②地下管线位于主要影响区时，竖向位移监测点的间距宜为5～15m；位于次要影响区时，竖向位移监测点的间距宜为15～30m；③监测点宜布设在地下管线的节点、转角点、位移变化敏感或预测变形较大的部位。

3 风险监控

3.1 矿山法施工下穿大型雨水方沟的风险监控

3.1.1 风险情况介绍

北京地铁某区间采用矿山法施工，在里程K9+685处需下穿2个5500×2500的城市主干雨水方沟（雨污合流，有一定水量），区间结构与雨水方沟底的最小间距仅为4.8m，为一级风险工程，如果方沟出现较大开裂，渗漏将威胁到区间隧道内的人员安全，对雨水方沟上方的广安路路面造成极大的影响，因此下穿施工不允许出现任何问题。雨水方沟顶、底板是混凝土板，侧墙是砖墙，雨水方沟已老化，施工风险极大。雨水方沟沉降的控制指标为5mm。隧道穿越地层主要为卵石-圆砾层，地下水类型主要为潜水，水位埋深23.50～22.10m，隧道底板埋深约13～16m，施工不受地下水影响（如图1）。

3.1.2 风险监控情况

图1 雨水方沟布点平面图

从图2可以看出，随着左线依次下穿北方沟、南方沟，右线依次下穿北方沟、南方沟，左线、右线中线与方沟交叉位置的沉降测点经历了缓慢下沉、快速下沉、趋于稳定的变形过程，个别测点因注浆施工而出现了阶段上浮情况，其余位置测点受开挖影响较小，累计变形值基本在-1.2～+0.4mm之间。

图2 雨水方沟沉降测点时程曲线图

方沟结构累计沉降较大的测点均在隧道中线与方沟的交叉位置。GXC01-05（右线中线与北方沟交叉位置，累计沉降值为-3.1mm）、GXC01-12（左线中线与南方沟交叉位置，累计沉降值为-3.9mm）、GXC01-14（右线中线与南方沟交叉位置，累计沉降值为-3.2mm）。截止到5月5日，所有方沟沉降测点中只有GXC01-12累计沉降（-3.9mm）超过预警值（3.5mm）。

左线、右线的中线与南、北方沟的4个交叉位置共有4个方沟沉降测点，其中3个方沟沉降测点累计沉降值均超过3mm，而左线与北方沟交叉位置的GXC01-03测点累计沉降仅为-1.1mm。原因如下：左线率先下穿北方沟，到3月25日时，GXC01-03测点累计沉降值已达到-3.3mm，通过施工单位多次反复地抬升注浆施工，到4月2日时，累计沉降值为-1.2mm，到5月5日时，累计沉降值为-1.1mm，已基本稳定。此次注浆施工还使得左线的GXC01-08测点阶段上浮较明显，3月25日～4月3日阶段上浮+1.7mm[1]。

从图3可以看出，监测断面沉降最大位置在左线下穿和右线下穿的中心处，沉降大致在-4.0～-3.0mm左右（GXC01-03处有抬升注浆施工，因此到5月5日时，累计沉降值已为-1.1mm）。往两侧累计沉降逐渐减小，距方沟5m的测点在-0.5mm左右，当测点距方沟约20m距离时，沉降已几乎可以忽略（考虑到存在一定测量误差）。

图3 雨水方沟沉降测点断面图

位于隧道左线和右线间的测点GXC01-04（北方沟，累计沉降值为-0.9mm）和GXC01-13（南方沟，累计沉降值为-1.2mm），受隧道暗挖影响较小，左线、右线依次开挖后的沉降叠加效应不明显。

雨水方沟结构的最终累计沉降最大值为-3.9mm（控制值5mm），管线安全可控。

3.2 盾构法施工下穿老久城市主管线的风险监控

3.2.1 风险情况介绍

郑州市轨道交通2号线某区间采用盾构法施工。区间隧道覆土厚度为9.6～17.8m，地下水位埋深约5m。盾构左线在交通繁忙的花园北路辅路下方穿越大型老旧城市主干管线DN1200的上水管，该管线为混凝土承插管（管节长度为2m、4m、6m三种形式，接头形式为承插接头，密封材料为麻绳+砂浆），抗差异沉降变形能力较差，盾构下穿极易出现断裂、漏水，且盾构在富水砂层中掘进时，地下水含量丰富，地层反应速度较快[2]，地层自稳能力较差，因此施工难度极大。此外，该管线为东区白庙水厂唯一的黄河供水水源，影响面积较大，停水会造成郑州东区1/3面积地段停水（含省政府），政治影响较大。

3.2.2 风险监控情况

施工单位在盾构机盾尾处设置三道尾刷，保证盾尾密封性。盾构机配备2个注浆泵，4条注浆管，确保注浆工作正常[3]。

为保证盾构左线能顺利大型老旧城市主干管线DN1200的上水管，建设单位决定在盾构机进入富水砂层后设置试验段，试验段的监测频率为2次/1d，给施工单位提供足够的监测数据来调整盾构掘进参数。

（1）渣土改良

通过反复试验，每环保证膨润土达到11方时渣土改良效果较好。

（2）土仓压力

前期推进过程中，上土压力一般取1.3～1.4bar，施工单位根据监测数据做出调整，将上土压力调整为1.6～1.7bar，甚至达到1.8bar。

（3）同步注浆

前期施工过程中，同步注浆采用水泥单浆液，管片安装过程及其他原因停止注浆后容易出现堵管现象。施工单位调整后采用惰性浆液，用材简单、价格便宜、不容易堵管、和易性好、充填密实效果好[5]。

后期施工中，施工单位适当增加了同步注浆压力（3bar左右），同步注浆量控制在6方左右。

为保证盾尾密封效果和同步注浆浆液填充效果，施工单位采用聚氨酯，每10环做一道止水环。

（4）二次补浆

为减小同步注浆浆液在地层中的流失和减小盾构通过后的后期沉降，进一步对地层进行填充，施工单位每5环进行一轮二次补浆，采用水泥单液浆，根据实际情况，注浆量控制在2方左右。

施工单位于2014年4月21日开始进行下穿进入施工影响范围区域（2倍隧道埋深范围内），到2014年4月29日盾构机盾尾脱出施工影响范围区域。通过对施工进度、监测数据综合分析可知，在刀盘达到前，测点累计沉降约1mm左右，盾体通过时沉降2～3mm，盾尾脱出时沉降在6～7mm左右。总体来说，地表沉降能控制在12mm以内，管线沉降能控制在10mm内（设计单位提供的控制值为10mm）（如图4）。

图4 广新区间下穿DN1200给水管管线沉降及地表沉降典型测点时程曲线图

3.3 明挖法施工中市政管线的风险监控

郑州市轨道交通2号线某车站基坑采用明挖法施工，某日巡查发现基坑边存在一个空洞，洞内可见废弃的管线（未封端），从管内往外的流水已将地层涮空。各方立刻在现场召开会议，分析认为近期正值雨季，连日大雨，雨水在基坑西侧的一废弃管井内汇集，并顺着废管（未封端）集中流出，涮空地层造成较大空洞。施工单位立即用混凝土将废弃管井堵死，并利用砂袋和注浆处理空洞。

在明挖法施工过程中往往重点对悬吊的管线和正在使用的暗埋管线进行重点监测及巡视，而忽略了基坑边的废弃管线。这个事件及时发现并处理，才未酿成较大的损失。因此，施工单位在雨季施工时要特别注意排查基坑周围的废弃管线和管井，避免管井集水后顺废管（未封端）集中流出，涮空地层造成较大空洞，引起地面严重下沉。