断层破碎带下穿燃气管隧道围岩变形控制及管道保护技术研究

论文摘要

深圳地铁四号线二期工程上（上梅林站）-民（民乐站）区间,隧道于里程K9+105-K9+135（断层破碎带）下穿一次高压燃气管（Φ508×7.9,压力1.6MPa）,燃气管埋设于人工填石（填土）层中,埋深约3.5m,距离隧道顶面约16.0m。此外附近还有一条广东大鹏天然气公司中600的燃气管道,DN1100、DN200两条供水管、一根Φ329.9×6.4供油管和地下电缆通过。在软弱富水地层进行隧道施工,如何有效控制围岩变形和地表沉降、减少地下水的流失是保证燃气管安全的重要途径,也是本工程顺利进行的前提。本文结合深圳地铁四号线二期工程的实例,通过理论分析、数值模拟（FLAC3D）、现场燃气管应力检测及沉降监测等手段,对断层破碎带下穿燃气管隧道围岩变形、地下水流失及燃气管的综合保护技术进行了较深入的研究,取得如下成果：（1）通过有限元软件（FLAC3D）进行围岩变形和位移沉降模拟计算得出：在软弱富水地层采用洞内管棚超前支护、小导管注浆能较好控制围岩变形和地表沉降,同时；结合地面分仓止水措施将地下水隔断于隧道开挖区域,能大大地减少了地下水的流失,有利于隧道掌子面的稳定及洞内施工的连续性。（2）由于该地段地处断层破碎带,地下水十分丰富,掌子面前方水头压力较大,若采取单纯的堵水措施,效果有限。超前钻孔引排水可以减少掌子面前方水头压力,同时通过钻孔的岩层探明掌子面前方15-20m范围地层情况,有利于施工的针对性。引排水管采用包有双层土工布滤网、周身开孔的钢管,反滤层能阻止泥砂随清水流入进水孔,有效控制了地层沉降。（3）针对次高压燃气管的保护,除了为控制围岩变形及地层沉降而采取的一系列措施外,从燃气管本身出发,对其焊缝及薄弱部位补强,削减管道上部荷载。在隧道施工的过程中,做好长期的监测工作,记录管道的沉降情况,同时；引入了管道无损应力检测技术,及时掌握管道应力变化情况。本技术可为今后类似隧道工程的管线检测提供较好的借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 软弱富水地层隧道施工现状
• 1.2.2 软弱富水地层隧道施工实例
• 1.2.3 地下管线保护研究现状
• 1.2.4 地下管线保护工程实例
• 1.3 依托项目及工程难点
• 1.3.1 工程概况
• 1.3.2 工程地质
• 1.3.3 工程难点
• 1.4 本研究的意义、方法及主要内容
• 1.4.1 本研究的意义
• 1.4.2 本研究的方法
• 1.4.3 本研究的主要内容
• 第2章 断层破碎带围岩变形控制数值模拟研究
• 2.1 隧道结构简介
• 2.1.1 隧道支护结构
• 2.1.2 隧道初支与二衬
• 2.1.3 隧道中隔墙
• 2.2 计算模型建立及参数选定
• 2.2.1 工况介绍
• 2.2.2 模型与参数
• 2.3 模拟参数的确定
• 2.4 计算结果分析
• 2.4.1 隧道及管线监测点布置
• 2.4.2 计算结果输出
• 2.5 小结
• 第3章 断层破碎带燃气管保护技术研究
• 3.1 隧道施工地下管线常用保护技术
• 3.1.1 隔离法
• 3.1.2 悬吊法
• 3.1.3 支撑法
• 3.1.4 土体加固
• 3.1.5 选择合理施工工艺
• 3.1.6 对管线进行迁移
• 3.1.7 卸载保护
• 3.2 本工程次高压燃气管线具体保护技术
• 3.2.1 焊缝补强
• 3.2.2 削土卸荷法
• 3.2.3 管线应力释放与分段悬吊保护
• 3.2.4 洞内全断面注浆
• 3.2.5 大管棚超前支护
• 3.2.6 燃气管线监测措施
• 3.2.7 高压燃气管道安全检测技术
• 3.3 管道事故应急响应
• 3.3.1 管线发生严重变形
• 3.3.2 焊缝开裂导致天然气泄漏
• 3.3.3 管线发生爆炸
• 3.4 小结
• 第4章 下穿燃气管隧道关键施工技术研究
• 4.1 断层破碎带下穿燃气管隧道施工设计
• 4.1.1 地面旋喷桩分仓止水
• 4.1.2 仓内袖阀管加固
• 4.2 旋喷桩施工
• 4.2.1 旋喷桩施工工艺
• 4.2.2 高压旋喷桩主要参数
• 4.2.3 施工检测项目
• 4.3 袖阀管施工
• 4.3.1 袖阀管注浆原理
• 4.3.2 袖阀管注浆施工工艺
• 4.3.3 主要参数指标
• 4.4 大管棚施工
• 4.4.1 大管棚工作原理
• 4.4.2 大管棚施工工艺
• 4.5 隧道掌子面超前引排水
• 4.5.1 超前引排水目的
• 4.5.2 引排水施工方案
• 4.5.3 超前引排水施工要点
• 4.6 地铁区间中隔墙施工
• 4.6.1 中隔墙设计
• 4.6.2 中隔墙施工
• 4.7 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目