摘  要 地铁施工中经常会遇到地下管线近接的问题，尤其是燃气管道，极大地影响了地铁暗挖隧道的施工安全和施工工期。 深圳地铁 2 号线东延线土建 2222 标安-侨区间施工中，隧道下穿次高压燃气管道时采取了“水平旋喷桩+深孔帷幕注浆地层加固及管线悬吊”的综合保护方案，有效地控制了燃气管的沉降，确保了隧道施工中燃气管道的安全。 文章论述了保护方案的比较与实施以及效果分析。

关键词 浅埋暗挖隧道 次高压燃气管 水平旋喷桩 深孔帷幕注浆 管线悬吊 冻结法

 

      随着我国城市地下空间开发的不断发展，隧道施工中将遇到越来越多的地下管线近接施工问题，如地下电缆、自来水管、燃气管、地下污水管等。 尤其是高压燃气管的存在对隧道施工中的地层沉降控制要求非常高，这是因为若燃气管的沉降过大，可能造成管线的破裂，对周边环境安全造成极恶劣的影响^[1]。 深圳地铁2222 标安-侨区间在横穿侨香路处下穿一条DN500 次高压燃气管，此燃气管为深圳市福田区燃气主动脉，没有替代线路，无法迁改，一旦出现停、漏气都将造成重大的社会影响。 为了确保次高压燃气管的绝对安全，施工中采取了“水平旋喷桩、深孔帷幕注浆地层加固及悬吊保护”的综合保护方案。

 

      深圳地铁2222 标安-侨区间线路由安托山站起，沿侨香四道呈东西方向敷设，到达侨香路后再向东北方向延伸，进入侨香站，长约 672 m。 区间在横穿侨香路处下穿一条DN500 次高压燃气管，燃气管埋深约2 m，距离隧道拱顶约 10.2 m，管线正下方有一与其平行走向的雨水箱涵（6 600 mm ×3 100mm），两者间净距约为 3.4 m；燃气管沿侨香路呈东西方向敷设，与区间隧道走向呈 45°夹角。

区间隧道穿越燃气管段地质情况： 自上而下分布地层有<1-1>素填土、<5-1>粉质粘土、<5-2-5>砾砂、<8-3>砾质粘性土和<9-1>全风化花岗岩等。 区间隧道大部分处在砾质粘性土层中， 底部为全风化花岗岩， 在隧道拱顶与燃气管道之间为含水丰富的砾砂及粉质粘土，燃气管道位于素填土中（图 1）。

      由于次高压燃气管道无法迁改， 只能对其进行加固保护处理。本文主要以冻结法加固地层与“水平旋喷桩+深孔帷幕注浆的地层加固及悬吊保护 ”这两种保护方案进行了比较。

      冻结法加固地层的原理是利用人工制冷技术，在冻结孔中循环低温盐水，使地层中的水冻结成冰，将天然岩土变成人工冻土，在要开挖土体周围形成封闭的连续冻土帷幕，使其弹性模量增大，进而增加冻土帷幕的强度与稳定性，从而控制隧道开挖引起的地表沉降^[2]。

      水平旋喷桩是利用水平钻机水平或略向上仰成孔，沿隧道拱部外缘进行高压旋喷注浆作业，形成水平旋喷水泥柱体，使之相互搭接形成拱棚，在它的保护下进行开挖，起到止水和加固掌子面的作用，是浅埋软弱地层隧道预衬砌支护技术中一种超前支护技术。

      深孔帷幕注浆可在隧道开挖轮廓线外形成一定厚度的止水帷幕， 对掌子面地层介质间地下水有限范围内通过瞬结、浸透方式进行预置换，最大限度地抑制开挖过程失水固结引起的沉降^[3]。

      悬吊保护体系由地基连系梁+桩基础的基础体系和型钢组合梁+ 悬吊筋的悬吊体系两大体系组成，对燃气管道可起到悬吊保护和支托的作用，同时利用吊筋可对管道的沉降做适当恢复调整。

      考虑到本工程的实际情况，就安全性、经济性、可操作性三方面对两种方案进行了综合比较（表 1）。

      本工程原设计采用冻结法对隧道地层进行加固， 从而确保隧道施工过程中燃气管道的安全。 但其在解冻过程中有显著的融沉现象， 同时过低的温度也会降低喷混凝土的质量，且其操作要求非常高，在深圳地区实施的成功案例也较少。 鉴于此燃气管道的重要性及其沉降控制要求， 考虑到本工程的工期压力大、成本要求高等实际情况，通过多次召开专家讨论会，最终确定采取“水平旋喷桩+深孔帷幕注浆”的组合方式进行地层加固。 同时，为保证次高压燃气管的绝对安全，遵循谨慎施工的原则，亦采用悬吊保护的加强保护措施， 以管道沉降及周边地表沉降监测数据为依据，及时进行细部优化调整。

 

      施作围挡→管线悬吊保护→隧道超前地层加固→隧道施工过程中对管线变形进行跟踪监测并及时调整→（隧道施工完成，监测数据稳定后）管道应力检测→对燃气管道进行恢复性的保护处理→拆除悬吊结构，场地恢复。

      燃气管线悬吊保护结构由地基连系梁+桩基础的基础体系和型钢组合梁+悬吊筋的悬吊体系两体系组成，如图 2 所示。

      在隧道拱圈180°范围内布置水平旋喷桩 ，桩直径为500 mm，桩中心间距为 350 mm，相互咬合 150mm，使之在隧道拱圈形成封闭的水平旋喷帷幕加固圈；同时在初期支护拱脚处布置一根旋喷桩，使拱部钢架落在旋喷桩上， 以利于控制拱顶沉降和水平收敛。

      采用后退式袖阀管分段以及长、 短导管结合的注浆方式进行注浆，每循环长度为 12 m，注浆加固范围为隧道开挖轮廓线外3 m， 且每个注浆段完成后留2.5 m 不开挖作为下一循环的止浆墙。 主要意图是在隧道外围形成一道止水帷幕，阻止地下水进入隧道开挖范围内，使开挖在无水或少水的状态下进行，避免因地下水流失造成地面沉降。

      （1）监测项目主要有：次高压燃气管道沉降、地面沉降、悬吊结构的沉降。

      （2）监测点布置：悬吊纵向联系梁角点、横向联系梁与悬吊型钢梁交点上均设置沉降测点， 同时对次高压燃气管每3 m 设置一个监测点，详见图 3。

      （3）监测要求：施工过程中正常情况下每天监测次数不少于3 次， 出现超出规定的变形立即通过悬吊杆上的紧固件进行适当调整。同时在隧道开挖时， 对管线保护范围内应加强隧道拱顶沉降及周边收敛等项目的监测频率。

      （4）管道变形控制值：单点累计沉降不超过 20mm，不均匀沉降不超过 1‰。

      选用直接布设于燃气管上的1、3、5、14 号这 4个代表性的测点进行分析， 其累计沉降变化值详见图4。

      （1）累计沉降值：从图4 中可以看出，位于区间隧道正上方的测点(1、3、5)的累计沉降变化基本相同，其中 1 号测点的累计沉降值最大，约为 74 mm，远远超过了规定的20 mm；而 14 号测点（距离左线隧道开挖范围较远，基本不受其影响）的累计沉降最大值就相对小很多，约为 43 mm。说明左、右线隧道的施工都造成了燃气管道的下沉，其影响是叠加的。

      （2）不均匀沉降：通过对监测数据的分析，隧道开挖导致其产生的不均匀沉降主要集中体现在1号测点与13 号测点以及 5 号测点与 14 号测点之间的这段范围（即悬吊保护范围）内。 通过管线悬吊对管道起到了支托的作用， 利用吊筋对管道的沉降做适当恢复调整， 很好地控制了燃气管道轴向产生的应力， 避免了管道的轴向拉伸破坏。 同时通过水平旋喷桩及深孔帷幕注浆对影响范围内的地层进行了超前预加固， 有效地控制了隧道开挖引起的管道不均匀沉降，确保了燃气管道的安全。

      （3）沉降速率： 期间主要在 6 月 17 日～7 月 15日以及8 月 9 日～8 月 26 日这两个时间段沉降速率较大，而安-侨区间暗挖隧道的左、右线恰好分别在这两个时期贯通，说明隧道开挖贯通时间段对管道下沉的影响是最大的。施工过程中必须尽量使隧道贯通面远离燃气管道，减少其对燃气管道下沉的影响。

      （4）上浮现象：从图 4 中可以看出，在局部时间段， 燃气管道存在上浮的现象； 结合地铁 2222 标安-桥区间的施工过程记录， 管道上浮主要是由于地层注浆加固引起的。 施工过程中必须严格控制好注浆压力，减少因上浮而引起的管道挠曲变形。

      在隧道主体结构全部完成、 燃气管道沉降趋于稳定后， 聘请了具有相应检测资质的北京通力派普科技有限公司作为第三方检测机构对燃气管的安全性进行了检测，监测认定燃气管道处于安全范围内。

      根据应力集中区必然产生磁致伸缩性质的应变，改变其自发磁化方向减少应力能而产生磁极的原理，检测单位于2011 年 1 月份通过金属磁记忆方法（MMM）对该段管道进行了应力检测。

      从燃气管道下沉记录来看，管道下沉最大量为74 mm， 这个下沉量在油气管道下沉问题上一般来说不大。尤其是对比可以简化为固支梁的悬空管道弯曲分析，可以认为，该长度上管道的小量下沉位移对管道的影响主要是对管道的轴向拉伸破坏。下沉管道的计算最大下沉量为500 mm 和 1 000 mm 时，产生的轴向应力对管道安全的影响如表2 所示。

      从下沉燃气管道因移位引起的拉伸轴向应力与最小屈服应力的对比来看：当下沉管段下沉 1 m 的时候，拉伸应力也远小于最小屈服应力。 另一方面，从位移检测数据来看，目前管道下沉最大量小于 0.1m，远远小于假设的下沉量（1 m）。 在上述计算中，假定沉降段长度为200 m，从结果中看，由于应力远小于最小屈服应力， 这种长度的假设并不影响结果准确性。根据轴向应力计算对比结果，在假设管道最大下沉为1 m 的时候，下沉引起的轴向拉伸应力是最小轴向屈服应力的4.6%，远远小于最小轴向屈服应力，可以认为燃气管道处于安全范围内。

      同时， 采用应力集中检测仪对燃气管道下沉段的RQG1-RQG5 检测坑进行了金属磁记忆检测。 检测采用TSC-4M-16 应力集中检测仪。 数据处理表明，m 值分别为 3.9、4.6、3.5、2.2、1.3。 判断存在应力集中，但根据数据分析，属于安全范围。

 

      通过 “水平旋喷桩+深孔帷幕注浆的地层加固及管线悬吊”的综合保护方案在深圳地铁2222 标安-侨区间暗挖隧道下穿次高压燃气管道施工中的实施，有效地控制了DN500 次高压燃气管道及其邻近其他管线、侨香路的沉降，确保了施工安全；同时施工过程中加强监测，及时反馈数据指导施工。

      本方案要求对现状侨香路进行交通疏解，但对隧道施工的工期影响、成本要求都较小，且各项技术都比较成熟，对于今后类似工程的施工具有借鉴意义。