一、工程概况

某项目盾构隧道水平长度10226米，隧道内径6.8米，外径7.6米。始发竖井为内径26米×14米矩形井，开挖深度28.2米。接收竖井为内径15.2米的圆形井，开挖深度29.6米。隧道平面设置三个曲线段，纵向设置六个曲线段，曲率半径均为3000米。

盾构隧道采用装配式钢筋混凝土管片单层衬砌结构。每环衬砌分为6块管片，管片厚度0.4米，环宽1.5米，管片块与块、环与环之间的接头采用螺栓连接。采用通用楔形环方式，错缝拼装，弯螺栓连接。盾构管片接缝处外侧采用双道三元乙丙弹性密封垫防水，内侧采用泡沫橡胶棒与聚硫密封胶。

盾构隧道内敷设3条1422mm管道，钢管采用18米×80M钢级加长管，壁厚32.1mm。

二、盾构隧道采用泡沫混凝土填充必要性和优势分析

1.管道轴向变形大幅度降低

采用泡沫混凝土填充后，管道最大轴向变形由1500mm减小为34mm，避免了管道由于过大变形引起疲劳破坏。

2.规避气源及资源的不确定性带来的运营风险

目前隧道内管道存在三条管道，考虑到由于过江通道管网参数存在不确定性，输气温度有变化的可能。

根据应力分析计算，空置方案管道允许运营温度区间为-15℃～24℃，充水方案管道允许运营温度区间为-15～21℃，填充方案管道允许运营温度区间为-30～30℃。采用填充方案，可增强管网输气温度适应区间，提高运营的可靠性。

3.减少运营维护的工作量

采用泡沫混凝土填充后，隧道内管道不需要进行日常巡检维护，只需满足抢修作业要求即可，大大减少运营维护的工作量。同时，隧道内设置泄漏监测系统、智能巡检机器人等智能检测设备，可保证管道运营期间的安全。

4.减少隧道内设置永久通风、通信、电力、排水设备带来的新的点火源风险

采用泡沫混凝土填充后，隧道内不需要布置永久通风、电力、通信、排水设备，隧道内发生火灾、爆炸等风险降低。

5.降低竖井深度，降低了竖井施工难度，缩短了施工绝对工期

采用空置方案，需要利用两岸竖井内管道作为补偿器，始发井与接收井深度分别为41.2m和40.8m。

采用泡沫混凝土填充，隧道内管道受到泡沫混凝土约束，始发井及接收井深度分别为28.6m和29.4m。

6.对管道抗漂浮、抗震有利影响

填充方案中管道在泡沫混凝土覆盖后，泡沫混凝土密度1100kg/m3,有利于管道抗漂浮。

填充泡沫混凝土后，管道与混凝土成为一体，地震力作用下管道相对位移极小，有利于抗震。

7.对标国外长隧道，大都采用填充方案

爱尔兰科里布天然气输送隧道工程，长度4.9km；

日本伊势湾盾构隧道工程，长度17.3km；

日本东京湾盾构隧道工程，长度18km。

8.管道运营期间，应力水平和位移小，运营风险更小

9.对钢结构的防腐更有利，起到隔离作用

根据已建盾构隧道管道运营期间检查发现，采用充水方式运营隧道，管道支座钢结构均存在腐蚀、螺栓脱落、支座管卡脱离等现象，需要定期进行维修，增加了运营成本。

采用泡沫混凝土填充后，管道钢支座等被混凝土包裹，基本与外面空气、水等隔离，钢结构腐蚀速率大大降低，减小了运营维护成本。

三、填充参数

隧道内泡沫混凝土填充主要技术要求为：

1）混凝土密度：密度等级应>A11，即干密度标准值为1100kg/m3；

2）混凝土强度：凝固后混凝土达到FC2，抗压强度达到2MPa以上；

3）填充率：填充完成后填充率达到95%，保证能覆盖整个管道；

4）流动性：施工灌注过程中坍落度应>170mm；

5）泡沫混凝土不应呈酸性。

四、力学性能2019年12月，在中海油涂覆公司泡沫混凝土与管道及环片的剪切试验中，实验结论：泡沫混凝土与3LPE及与环片之间剪切强度最小为0.1MPa，满足抗剪要求。