《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）第二部分隧道工程篇《地铁盾构近距离下穿直径3.8米PCCP给水管施工关键技术研究》

完成单位：中铁上海工程局集团有限公司、中国铁工投资建设集团有限公司、沈阳市市政工程设计研究院有限公司、中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司；

主要完成人：刘克亮、孙东晓、张士民、宋刚、杨君、蔡晓丽、孙焕斌、魏晋海

项目简介

（一）项目背景

　　大伙房输水管线为辽宁省中南部7座城市供水，属于辽宁省重点保护工程，根据管线设计和目前运行情况，管线一旦泄漏造成经济、人员和社会影响极大。

　　盾构隧道下穿输水管线，顶部距管线底部最小净距为2.93m，小于隧道一倍洞径，施工风险极大。根据产权单位提报的要求：既有管线承插口处允许转角为0.25°，沉降控制值Lg×sin0.125°=10.9mm（Lg为管节长度）。同时，考虑铺设管线时的施工误差和管线初始变形，按0.8系数折减，则每个管节两端差异沉降控制值为8.7mm（管线加固过程中控制在3.3mm,盾构隧道推进过程控制在5.4mm），地表沉降控制值为10mm，管线整体沉降控制值为10mm。

（二）技术概况

　　1.桩基+连续梁+管棚桥式支托保护大口径PCCP管线施工技术

　　根据地质条件、PCCP管线材质和接口形式、运行状态以及管线与隧道空间位置关系，设计适用的管线保护方案和施工工艺；通过分析盾构施工引起的地层变化规律，优化盾构施工各项参数，利用克泥效工艺技术，最大限度降低下穿施工引起的管线变形。

　　2.盾构近距离下穿大口径PCCP给水管“零沉降”监测施工技术

　　针对PCCP管线材质、结构形式和变形控制指标，根据施工现场环境和气候条件，研究监测点设置方式，选择适用的自动化监测系统，实现高频率实时监测的要求，及时掌握施工过程中管线变形情况并指导施工。

　　3.地铁盾构近距离下穿直径3.8米PCCP给水管控制施工技术

　　通过渣土改良措施及调整掌子面土压力等措施使刀盘处地层隆起1~2mm，克泥效改进工艺非对称注入盾构壳体外部空隙，同步注浆浆液增加减水剂，盾尾后5环管片二次补强注浆，后续深孔注浆等措施，来减少盾构施工对输水管线的影响。

（三）适用范围

　　地铁盾构近距离下穿直径3.8米PCCP给水管施工关键技术研究，有效地保障施工人员安全，成功避免了事故发生，该项成果可应用在对输水输油输气管道、输水隧洞、铁路隧道、地铁施工等重要建（构）筑物的交叉穿越施工过程中，具有广阔的应用前景。

（四）获奖情况

　　2019年度获得中铁上海工程局集团科技进步奖二等奖。

项目创新点

　　（一）桩基+连续梁+管棚桥式管线支托保护体系是以隔离法、支撑法为思路，结合卸载法并辅以管底土体加固措施，在输水管线与盾构隧道之间架设密排管棚，以桩梁体系为管棚支座，将管线和盾构隧道隔离的管线保护方法，利用管棚一梁桩体系的隔离承托作用，有效减小给水管线下方土体变形引起的管线变形，是一种综合隔离法、支撑法的新方法。

　　（二）采用顶管管内适时出土方式将管棚钢管和注浆小导管一并顶入管底，既减小了顶管施工过程的土体损失，又实现管线的底部注浆加固，进一步提高了支托体系承托隔离作用。管棚钢管顶进过程中对周边土体的扰动以及钢管之间可能形成空隙，管棚钢管外壁焊接1根9m长型号为032×3.25mm小导管(超过输水管线轴线3m)，每问隔1根管棚钢管设置一根小导管，沿小导管管壁开直径为10mm溢浆孔，孔距1000mm。小导管随管棚钢管顶进进入土体，为防止相邻小导管串浆，采用电工胶布将溢浆孔缠绕临时封闭，后期注浆利用注浆压力顶开溢浆孔。

　　（三）盾构试验段调整优化了同步注浆配比和用量，确定了近距离下穿管线的盾构施工参数，同时应用克泥效工艺更好了抑制了管线的变形。盾构隧道左右线下穿给水管线处于平面曲线450米、350米的右转圆曲线段，推进过程中，盾构主机壳体外侧的空隙左侧大于右侧，克泥效左右对称注入不能将空隙填充均匀、密实，采取非对称注入方式，左侧连续注入2环、右侧注入1环。

应用案例

　　地铁盾构近距离下穿直径3.8米PCCP给水管施工关键技术研究，有效地保障施工人员安全，成功避免了事故发生，该项成果可应用在对输水输油输气管道、输水隧洞、铁路隧道、铁路等重要建（构）筑物的交叉穿越施工过程中，具有广阔的应用前景。

　　中铁上海工程局集团市政环保工程有限公司将结合本公司所承担的沈阳地铁、成都地铁等建设项目，在同类型地铁隧道施工中结合工程特点，大力推广以上研究成果，使成果产生更大的社会、经济和环境效益。

　　研究成果“高频率实时监测-自动化监测”可以为高精要求的重要工程进行安全监测，并实现自动化、数字化、智能化提供可借鉴和帮助。现已在沈阳地铁二号线南延穿越大伙房水库输水管道中应用，在沈阳四号地铁穿越高铁项目中七个位置在应用，同时在中铁上海局承建的厦门地铁、长沙地铁、北京地铁、广州地铁、南京地铁等项目上应用。

　　研究成果“地铁出入线盾构法下穿输水管道支托结构”、“密排管棚的顶进工作坑结构”、“支撑管棚结构及多根锁卡机构同步顶进技术”均已在沈阳地铁二号线南延穿越大伙房水库输水管道中应用，南水北调工程东线工程（山东管理局）到沈阳考察、学习此项技术，可广泛应用于交叉穿越工程中对已有建筑物的防护工程，可推广为行业标准或国家标准。

社会效益与经济效益

　　社会效益：地铁隧道近距离下穿重大管线施工技术中，有效保障了施工人员安全，成功避免了事故发生，对隧道近距离下穿管线保护技术具有一定的推广应用价值；保证了大伙房水库输水管道的运行安全及下游7城市用水安全。输水管线实际最大差异位移及沉降变化值均小于控制指标，保证了输水管道的沉降变化在规范要求范围内，确保了大伙房水库输水工程向辽宁省抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦、大连七城市输水及受益人口超过1400万人的输水管道的运行安全。

　　经济效益：施工期间管线安全稳定运行，辽宁省七座城工业和居民生活用水得以保障，避免了停水造成的数亿元的经济损失；同时实现项目产值增加，合计新增利润424万，新增税收124.09万，节支总额548.09万元。