张晓宾 （中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070）

0 前言

随着我国地铁的大规模建设，地铁工程不可避免地与输油管道存在交叉工程现象。由于管道输油管道属于有压管道，危险性较高。若因为地铁施工引起管道变形过大，输油管道发生泄漏，后果不堪设想。

本文结合双流机场输油管道与地铁10号线一期工程的交叉工程，通过理论计算确定了输油管道变形控制标准，结合现场交通情况，采用钢管微型桩加固保护输油管道，使盾构隧道成功地穿越了输油管道节点。

1 工程概况

成都市地铁10号线一期工程始于太平园站，止于双流机场空港二站。一期工程线路全长约10.9km。

空港一站～金花站区间在下穿牧马山干渠后进入机场范围，在里程YDK9+046～YDK9+192处与T1停机坪两根直径300mm输油管道平行邻近，在里程YDK9+192～YDK9+214处与T1停机坪两根直径400mm输油管道平行邻近（地铁隧道结构边缘距离输油管道水平距离5m～7.5m，垂直距离12.5m～13.5m），此段输油管道为钢管材质，设计输油压力1.6MPa，管道底埋深约2.5m～3m。在线路YDK9+192位置处下穿两根直径400mm输油管道，输油管道底埋深约2.5m，此段地铁隧道拱顶距离输油管道约12.9m。平面剖面位置关系详见图1所示。

图1 输油管道与地铁隧道平面关系图

2 输油管道沉降控制标准

现行的地铁设计规范、输油管道设计规范等对施工期输油管道所允许的总体及差异性沉降值没有具体的规定，仅在《输油管道工程设计规范》（GB50253-2003）中的4.2.3条中有说明“弹性弯曲的曲率半径，不宜小于钢管外直径的1000倍，并应满足管道强度的要求”。本设计方案按上述条文说明规定办理。具体分析计算按照地表沉降槽模型简化计算。

计算参数如下：

管道埋深底埋深3.5m管道距离隧道顶12.5m，则管道两端简化为铰支撑，管道计算长度=6+12.5×2=31m，管道直径400mm，壁厚8mm（暂估），材质20号无缝钢管（暂估），弹性模量200GPa，最低抗拉强度245MPa。输油管道输油压力为0.8MPa，管道主要受径向拉力，正常情况纵向不受力。

①《输油管道工程设计规范》（GB50253-2003）中的4.2.3条中有说明“弹性弯曲的曲率半径，不宜小于钢管外直径的1000倍，并应满足管道强度的要求”。按照此要求，31m跨度输油管道允许最大沉降30mm。利用结构原理计算如下：

跨中变形30mm时，跨中最大弯矩16kN·m，管道底纵向最大附加应力15.6 MPa，管道抗拉强度245 MPa，仅占管道抗拉强度6.4%。

②当地面出现塌陷，坍塌洞径为3m时，管道直径上的土体荷载全部加到管上，荷载为24kN/m，利用结构原理计算结果如下：

跨中最大变形0.6mm，跨中最大弯矩27kN·m，管道底纵向最大附加应力26.3MPa，管道的抗拉强度245 MPa，仅占管道抗拉强度10.7%。

③基于目前国内现有规范对输油管道的沉降没有具体要求，在参考上述计算结果的基础上，结合国内现有相似工程（重点参考北京、上海等地铁公司关于有压管道的施工沉降变形报警值的内部控制标准）的施工经验，按照工程类比法，确定本工点有压输油管道的施工沉降变形报警值为竖向或水平位移10mm，连续3天超过2mm/d。

3 加固方案设计

3.1 加固方案

根据输油管道所处地理位置情况，由于围墙内属于双流机场的飞行区，施工不能进入机场区域。输油管位置，位于机场东四道口，交通繁忙，交通疏解困难，不具备大型机械施工作业条件，结合现场实际情况设计提出利用Φ108壁厚6mm钢管“微型桩”。

设计提出采用“隔离桩+注浆防护方案”的平行邻近段的Φ108壁厚6mm钢管倾斜注浆，注浆方案为在隧道结构外竖向打设Φ108壁厚6mm钢管，钢管间距0.6m，钢管伸入隧道底部2m，利用钢管注浆加固松散卵石地层，后用C20细石混凝土回填钢管，形成微型桩。垂直通过段拟按输油管道两侧斜打Φ108壁厚6mm钢管，钢管间距0.5m，两侧交错布置，利用钢管注浆加固输油管道底部<3-6-1>松散卵石土、<3-6-2>稍密卵石土地层。

图2 平行段加固方案

3.2 数值模拟计算

本计算利用Midas GTS有限元软件，根据地勘资料进行数值建模计算，模拟盾构掘进过程中引起的地层沉降。本次计算选取最不利截面进行计算，选取里程YDK9+192处断面进行计算，计算出隧道埋深15.4m，隧道间距13m，隧道边距离输油管道水平距离6m。计算采用平面模型，模型长50m，高40m。采用施工阶段模拟，第一步开挖左洞，第二步支护左洞管片，第三步开挖右洞、第四步支护右洞管片，最后查看地层沉降云图。

图3 未加隔离桩的地层水平位移图

图4 添加隔离桩的地层沉降图

图5 添加隔离桩后的地层水平位移图

通过以上计算，可以看出盾构掘进后的主要沉降集中在隧道中心的顶部，采取隔离桩措施，双洞开挖完成后，隧道拱顶地面最大的沉降为8.0mm，平行邻近段输油管道处地层最大沉降1.4mm。通过分析看出，在采取加固措施的前提下，理论计算结果满足输油管线的沉降及水平位移要求，在采取隔离桩措施后，对输油管道的水平位移有较大的减小作用。因此，对于隧道平行段的输油管道影响较小，地面沉降可控。

采用钢管隔离桩的优点：根据“东四道口”现状交通条件，采用钢管桩施工，对地面交通影响较小，由于钢管孔口较小，采用潜孔钻机即可施工，对地下管线影响较小，对地层的扰动也较小。

4 结论与建议

①通过现场施工监测及理论计算，本工程制定的变形控制标准10mm，是可以满足输油管道运营安全要求的。

②采用微型钢管桩+注浆加固松散方案，可以有效降低输油管道的水平位移。

③采用微型钢管桩+注浆保护方案，既可以缓解交通疏解压力，又可以满足现场施工进度要求。