盾構(gòu)在礦山法隧道中推進(jìn)監(jiān)測分析

高 凱

(廣州市珧凱園林設(shè)計(jì)有限公司，廣東廣州 510612)

盾構(gòu)法［1-3］是軟土暗挖隧道的一種機(jī)械化施工方法，施工進(jìn)度快，噪聲低，地面沉降或隆起易于控制在允許范圍內(nèi)。礦山法適用于堅(jiān)硬巖體隧道的施工，若環(huán)境條件允許，輔以地面及洞內(nèi)輔助施工措施，改進(jìn)的礦山法(又稱為新奧法、淺埋暗挖法)可適用于城市地下水位低的軟土地層和復(fù)雜斷面的地下工程施工。礦山法［4，5］通過堅(jiān)硬巖層時(shí)爆破作業(yè)對環(huán)境影響大，土質(zhì)隧道的穩(wěn)定性及地表沉降難以控制，防水效果較盾構(gòu)和明挖隧道差，通過軟弱地層、砂層、斷層破碎帶等不良地質(zhì)地段時(shí)施工困難，技術(shù)措施費(fèi)用高，機(jī)械化程度低，施工進(jìn)度慢。我國許多省市，具有多山地和丘陵地貌特征。一條隧道難以保證所遇的地層單一，為了加快進(jìn)度，減少施工風(fēng)險(xiǎn)，有時(shí)不得不采用“礦山法+盾構(gòu)法”兩種工法相結(jié)合應(yīng)用［6-8］。國內(nèi)廣州、深圳地鐵有類似成功的案例。目前針對“礦山法+盾構(gòu)法”相結(jié)合開展的研究，多是對這種工法的施工應(yīng)用總結(jié)，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)研究還不多見，因此有必要在這一領(lǐng)域開展研究。

1 工程概況

某工程采用“礦山法+盾構(gòu)法”復(fù)合工法施工，先在區(qū)間隧道中部施作一個(gè)工作豎井，用礦山法施工初襯隧道。區(qū)間隧道整體設(shè)計(jì)為土壓平衡盾構(gòu)施工。預(yù)先采用礦山法暗挖，并修筑初次支護(hù)，然后盾構(gòu)通過礦山法隧道施作管片襯砌，在管片襯砌與礦山法隧道襯砌之間壓注水泥漿形成多層復(fù)合襯砌。左右線礦山法加盾構(gòu)施工段分別長147.5 m和287 m，埋深約10 m。

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測目的

1)確定環(huán)向接縫受到盾構(gòu)前方堆土深度影響情況、環(huán)縫隨推進(jìn)距離變化規(guī)律，為隧道長期穩(wěn)定提供參考。

2)通過鋼筋應(yīng)力計(jì)監(jiān)測管片環(huán)向受力情況，特別是注漿局部荷載的影響，以確保管片姿態(tài)并為隧道管片的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2.2 監(jiān)測方案

共8個(gè)監(jiān)測斷面。試驗(yàn)段有3個(gè)監(jiān)測斷面，分別為斷面1—1～3—3，常規(guī)監(jiān)測設(shè)有5個(gè)斷面，分別是斷面4—4～8—8。

3 監(jiān)測結(jié)果及分析

3.1 土壓力監(jiān)測

選取有代表性且數(shù)據(jù)完整的監(jiān)測斷面進(jìn)行分析。圖1～圖3分別為3個(gè)試驗(yàn)斷面土壓力隨時(shí)間的變化情況(因土壓力盒經(jīng)鑿除混凝土保護(hù)層等機(jī)械作業(yè)，成活率較低，每個(gè)斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)的總量有限)?？偟膩砜?，土壓力的變化可以分兩個(gè)階段，如圖1所示，第一階段管片脫出盾殼后，土壓力盒與混凝土導(dǎo)臺、兩側(cè)部分?jǐn)D進(jìn)土體相接觸，土壓力急劇增大，但由于隧道內(nèi)積水較多，使管片產(chǎn)生上浮，土壓力又逐漸下降;第二階段是對該試驗(yàn)環(huán)或其前后幾環(huán)進(jìn)行壁后壓漿，造成土壓力二次上升。

由圖2可以看出，處于不同部位的土壓力大小不等，且變化規(guī)律不同。處于底部的土壓力盒T2，由于隧道積水使管片上浮，土壓力急劇下降，直至為零，表明該處管片上浮量大，且后來的第一次壁后壓漿也沒能很好的控制管片的上浮，需進(jìn)行二次及時(shí)補(bǔ)漿;處于頂部的土壓力T3一直為零，表明該處有空隙，沒有充填密實(shí);處于右下的T4土壓力除剛開始有下降外，后來一直維持在6.5 kPa左右，變化不明顯。

由圖3可以看出，處于底部的T7在壁后壓漿后，土壓力迅速增大，表明壁后壓漿有效的控制了該環(huán)的管片上浮，但從該環(huán)T6的土壓力變化來看，該環(huán)頂部仍有部分空隙沒有很好的充填密實(shí)。

選取2月15日的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行環(huán)向土壓力分析?？梢钥闯?，3—3斷面頂部的土壓力較小，幾乎一直均為零，表明該處沒有充填密實(shí)。通過在盾構(gòu)前方堆土施工，可以部分增加刀盤面板的支護(hù)力，進(jìn)而壓緊環(huán)縫間的橡膠止水條，但僅靠前方堆土不足以填密管片與礦山法隧道之間的空隙。如果不及時(shí)進(jìn)行管片壁后壓漿，加之礦山法初襯隧道滲漏水嚴(yán)重，隧道管片上浮是難免的，且從監(jiān)測情況來看，需要多次壁后壓漿，才能保證管片和礦山法初襯隧道之間的空隙有效充填，特別是隧道頂部60°范圍內(nèi)。局部較大的土壓力可能是由于刀盤旋轉(zhuǎn)擠土進(jìn)入空隙，恰好與該處的土壓力盒外表面有效接觸所引起的。

3.2 鋼筋軸力監(jiān)測

圖4～圖6分別為3個(gè)試驗(yàn)斷面鋼筋計(jì)軸力隨時(shí)間的變化情況。畫在同一圖上的一對鋼筋計(jì)代表埋在同一塊上的同一位置，一個(gè)在內(nèi)側(cè)環(huán)向主筋上，另一個(gè)在外側(cè)環(huán)向主筋上。

可以看出，處于不同部位的鋼筋計(jì)受力情況不同，如圖4所示，處于底部的鋼筋G1-1和G1-2，由于受到底部土體的反力作用，該處管片受到正彎矩作用(管片內(nèi)側(cè)受拉為正)，使內(nèi)側(cè)主筋受拉，外側(cè)主筋受壓，與實(shí)測鋼筋軸力計(jì)受力情況相符，G1-1受拉、G1-2受壓，特別是在壁后壓漿后，二者的軸力均不斷增大，表明壁后壓漿使該環(huán)管片底部的土壓力增大，有效控制了管片上浮。G1-1和G1-2鋼筋軸力同時(shí)達(dá)到最大值，分別為11 kN和－5 kN(受拉為正，受壓為負(fù))，主筋直徑為16 mm，故此時(shí)主筋對應(yīng)的應(yīng)力分別為55 MPa和－25 MPa，均小于HRB335鋼筋的設(shè)計(jì)強(qiáng)度300 MPa，處于受力安全范圍內(nèi)。由圖4c)可以看出，與G1-1和G1-2受力情況不同，處于頂部的鋼筋軸力計(jì)G2-1和G2-2，由于沒有受到外部其他荷載的作用(隧道頂部沒有充填密實(shí))，僅在管片自重作用下變形和受力，受力一直變化不大，在管片壁后壓漿后，二者出現(xiàn)拉、壓交換，即此處的管片所受彎矩壓漿前后方向相反，但量值上亦沒有發(fā)生大的變化，表明壁后壓漿沒有使該環(huán)頂部空隙有效填充，有待二次壁后壓漿。

由圖5可以看出，試驗(yàn)2—2斷面G4-1和G4-2與試驗(yàn)1—1斷面G2-1和G2-2的受力情況類似，一直在較小的范圍內(nèi)波動(dòng)，且管片壁后壓漿后，鋼筋受力狀況與壓漿前相反，表明該處沒有有效充填，僅在管片自重作用下受力與變形，需多次補(bǔ)壓漿;G3-1和G3-2在壁后壓漿前，受力未發(fā)生較大變化，反而在壓漿后鋼筋軸力有減小趨勢，表明該處壁后壓漿沒有控制住管片上浮，需對漿液密實(shí)度和壓漿量共同控制，才能有效控制管片上浮。由圖6看出，試驗(yàn)3—3斷面上的G5-1和G5-2與試驗(yàn)1—1斷面G1-1和G1-2的受力情況類似，壁后壓漿使鋼筋軸力升高，表明壓漿對管片上浮起到了控制作用，但沒有G1-1和G1-2變化量大。

處于隧道底部的鋼筋軸力計(jì)，受到底部土體的反力作用，使內(nèi)側(cè)鋼筋軸力計(jì)受拉，外側(cè)鋼筋軸力計(jì)受壓，特別是在壁后壓漿后，二者的軸力均不斷增大，表明管片壁后壓漿對管片上浮起到了很好的控制作用。處于頂部的鋼筋軸力計(jì)，由于隧道頂部沒有充填密實(shí)，僅在管片自重作用下變形和受力，受力一直變化不大，壁后壓漿沒有使該處空隙有效填充，有待二次壁后壓漿。

4 結(jié)語

1)土壓力在隧道中下部較大，且在管片壁后壓漿前后發(fā)生較大變化，但隧道頂部土壓力幾乎一直為零，說明管片和初襯隧道之間的空隙沒有及時(shí)有效的充填密實(shí)，特別是隧道頂部60°范圍內(nèi)。2)隧道底部積水較多處，盾構(gòu)隧道脫出盾尾有較大上浮量，需多次對管片進(jìn)行壁后補(bǔ)壓漿，直到整環(huán)土壓力分布較均勻?yàn)橹埂?)處于隧道底部的鋼筋軸力在管片壁后壓漿后有較大變化，表明壁后壓漿對隧道管片上浮起到很好的控制作用。所有鋼筋軸力計(jì)的最大值均小于鋼筋的設(shè)計(jì)值，管片結(jié)構(gòu)安全。4)處于頂部的鋼筋軸力計(jì)受力較小，要保證整環(huán)管片處于正常穩(wěn)定的受力狀態(tài)，應(yīng)通過壁后壓漿密實(shí)地填充管片與初次支護(hù)間的建筑間隙。

［1］劉建航，侯學(xué)淵.盾構(gòu)法隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，1991.

［2］周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［3］何 川，曾東洋.盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工對環(huán)境的影響［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2007.

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