地铁盾构施工对地下管线的影响

发表时间:2020/5/7   来源:《科学与技术》2019年第21期   作者:石磊 邹华杰 王锐
[导读] 在经济持续发展的背景下,交通拥堵问题十分严重,
        摘要:在经济持续发展的背景下,交通拥堵问题十分严重,土地资源没有得到有效利用。为了解决这个问题,全国许多城市都致力于建设铁路项目。由于地铁工程的施工需要结合其具体情况进行具体分析,但对于一些主要交通道路,地铁盾构施工一般都是结合其具体情况进行浅埋开挖。但是,城市地铁建设会对其周围的地下市政管线产生影响,更容易造成管线损坏。针对这一问题,分析了地铁建设工程的特点、影响、措施及科学合理性。本文笔者论述了地铁盾构施工中地下管线控制的标准及影响机理,分析了地铁盾构施工对地下管线的影响。
        关键词:地铁盾构;地铁施工;地下管线
        随着城市地铁的迅速发展,盾构法施工成为地铁隧道建设中的主要工法,然而,盾构施工会引起周边土体扰动,进而导致地表建(构)筑物及地下管线变形。因此,在地铁盾构施工中加强对地下管线的保护是非常必要的。
一、地铁盾构施工中地下管线控制的标准及影响机理分析
1、地铁盾构施工地下管线控制标准分析。
        为了保证施工质量,地铁盾构施工中的管道控制应按照相应的标准进行,以保证施工质量。管道内沉降控制标准:管道连接的两个局部倾角不大于B/1000(B为管段长度)。管节开度控制标准:当管节转角或管节开度小于允许值时,管节处于安全状态,否则会发生泄漏或损坏,影响使用。通过上述控制标准的建立和实施,可以保证地铁盾构施工中地下管线的安全性和完整性。
2、地铁盾构施工对地下管线影响的机理分析。
        在地铁盾构施工过程中,也会对地下管线产生相应的影响。地下管线的刚度超过了土壤的刚度。隧道施工将导致土层的位移,地下管线将限制锚固区管线的位移。混凝土施工引起的地层位移在地下管线作用下会产生许多变化,主要体现在管线纵向弯曲的影响上。在地下管线对施工的影响下,管线的竖向位移较大,导致管线的侧向弯曲。在施工过程中,当土体处于施工状态时,受管道与隧道轴线及管道与隧道开挖相对位置的影响,当影响最明显时,发生位移。例如,在地铁施工中,在施工阶段可能不会对地下管线造成直接破坏,但在施工中后期,会导致土体逐渐位移,位移所带来的荷载会逐渐破坏管线。
        3、地下管线在地铁施工过程中的影响,在其城市地铁建设过程中,对其城市地下管线的稳定性和安全性有着重大影响,尤其是在各个环节。很有可能城市管道与建设项目区周围土壤环境的平衡被打破,导致重力重分布,甚至出现更严重的下沉问题,这些问题都不利于建设项目的顺利进行,从而引起管道应力的变化,进而变形,最终留下巨大的安全隐患。
二、地铁盾构施工中保护地下管线的措施
1、初步准备。
        施工前,必须邀请沿线地下管线各三个单位拿出管线分布图,组织人员进行详细调查核实,查明所有地下管线的位置,向全体施工人员进行详细的技术交底,做到人人知晓、人人准备。
2、试验开挖。
        在正式施工前,要进行试验性开挖,掌握土的实际情况,测量土压力,找出地面沉降和土变形的规律。
3、合理安排施工顺序。
        如果地铁盾构分为下行线和上行线,则不必开挖双线的两端,只需开挖双线的一端;先开挖下行线,再开挖上行线。这样可以减少盾构施工引起的土体变形。
4、提高土壤的承载力。
        据估算,当土的弹性模量为10MPa时,管道的垂直位移可达8mm,水平位移可达17mm;当弹性模量为70MPa时,管道的垂直位移可达4mm,水平位移可达3mm。因此,对于施工所在的软土层,可以先进行注浆加固,提高土的弹性模量。---盾构施工时也可根据地面沉降监测情况进行同步注浆。灌浆压力控制在0.3MPa左右,每环约3.3m3-3.6m3。施工中若穿越砂土层,应进行二次灌浆。科学地测定两种液浆的混合比,以保证浆体具有较快的凝固速度。
5、控制盾构掘进速度。


        盾构掘进速度越慢,对土壤的扰动越小,但掘进速度慢会延误工期。因此,在穿越或接近地下管线时,盾构前进速度应控制在1cm-1.5cm/min左右,每前进25cm(约25min),停盾构30min,使应力完全释放,再推盾构25cm,停盾构30min,按此循环进行,直到通过地下管道。
6、控制开挖量。开挖过多过快会引起地面沉降。根据盾构机开挖面及管片长度,计算每环开挖量(一般为每环37.86立方米),以减少地面沉降。组装节段。盾构掘进完成后,需等待几分钟,直到土和盾构机固结,然后尽可能少地收回千斤顶,从下往上组装节段。组装过程中,一旦前土压力下降,应将螺旋钻倒过来回填土壤。装配速度快,装配完成后应尽快恢复正向推进。
三、地铁盾构施工对于土壤参数的影响分析
        地下管线一般呈网络状分布,地下市政管线和土壤参数层对其影响很大。因此,需要重点研究和分析地下管线的诸多影响因素,特别是弹性模量等主要因素,以及工程粘聚力的评价标准。
1、管道搬迁措施分析
        1.1管道搬迁过程中,应尽量缩短管道长度,避免管道长度过短,因为一般情况下,不能突然暂停。此外,在运输完成后,应拆除原管道,以确保其效率。
        1.2根据地下主体工程相应的实施顺序和不同的周边环境,设计相应的管线搬迁任务,确保其高效完成,尽量避免一些不必要的问题。在具体的施工环节,要根据具体情况结合问题具体分析,同时落实合理、安全、经济、实用的要求,最终保证工程施工过程有序稳定,达到保护地下的目的管道。
        1.3、一般情况下,车站基坑周围的管道会根据不同情况而变化,垂直车站基坑的管道也会发生变化。如果出现这种情况,主要是先更换砖管和混凝土,然后结合实际情况选择不同的有针对性的抗压材料等一系列防护措施。

图1管道搬迁流程

2、防止管道变形措施分析
        首先,地下管道可分为柔性管道和刚性管道。一般来说,接头不能转动的管道称为刚性管道,而能转动的管道称为柔性管道。硬管的安全性可以通过管道接口的抗拔力或管接头的弯曲应力来判断。应注意管接头的纵向弯曲应力应小于允许值。当弯曲应力小于允许值时,管道可以安全使用,否则管道会泄漏或破裂。其次,刚性管的安全性分析指标是其自身产生的最大拉伸应变,仅是管道和隧道垂直和平行条件下的安全性评价方法
        其次,在推进规程中要保持土压力平衡运行,控制推力。土压力平衡可以说是保证盾构机施工稳定的关键,但土压力的设定值需要保持在主动和被动之间,可以指导盾构施工轴线和地层变形的控制,从而更好地保证后续工作。三是加强灌浆和二次灌浆。严格控制灌浆浆液的配比也是非常重要的,在输送过程中不允许加水。四是要加强土壤塑性流态化改造。在实际施工中,需要注入膨润土等多种造浆材料,调整砂卵石土的粘土含量,但材料浓度可根据开挖土的级配、系数和透水性来确定。
四、结语
        1、 根据监测资料分析,主要研究盾构施工影响下地下管线的沉降变化规律:在隧道主要影响区,管线监测点的沉降变化规律大致相同,沉降曲线规律接近累积分布函数,可分为三个阶段:盾构到达前、盾构通过时、盾构尾部及后续沉降。
        2、 隧道开挖对地表沉降的影响约为隧道直径的4倍。在盾构掘进过程中,隧道前方土体略有抬升,掘进后继续下沉。随着隧道开挖深度的增加,土体沉降速度逐渐减小。隧道断面上土体的沉降曲线规律是:隧道上方土体附近的沉降较大,离轴线越远,沉降越小,垂直距离越远,沉降越小。
        3、对于同一地下管线下的土体,刚度越大,管线沉降越小。因此,提高土的刚度可以有效地减小管道的沉降。对于影响管道沉降的参数,管材和管段形式对管道沉降的影响是有限的,而管道埋深对管道沉降的影响是显著的。随着埋深的增加,管洞间距逐渐减小,沉降量逐渐增大。
参考文献
[1]吴浩. 地铁盾构隧道施工对城市地下管线的影响研究[J].科技风. 2018(35)
[2]田茂海,张敬伟.地铁盾构隧道施工的质量控制分析[J]. 建筑技术开发. 2019(14)
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