下穿既有建筑期間盾構(gòu)施工參數(shù)分析

張潤峰, 梁榮柱 ,張獻(xiàn)民,薛新華

(1. 南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院 江蘇 南京 210016； 2. 浙江大學(xué) 建筑工程學(xué)院 浙江 杭州 310058；3. 浙江大學(xué) 濱海和城市巖土工程研究中心 浙江 杭州 310058； 4. 四川大學(xué) 水利水電學(xué)院 四川 成都 610065)

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下穿既有建筑期間盾構(gòu)施工參數(shù)分析

張潤峰1, 梁榮柱2,3,張獻(xiàn)民1,薛新華4

(1. 南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院 江蘇 南京 210016； 2. 浙江大學(xué) 建筑工程學(xué)院 浙江 杭州 310058；3. 浙江大學(xué) 濱海和城市巖土工程研究中心 浙江 杭州 310058； 4. 四川大學(xué) 水利水電學(xué)院 四川 成都 610065)

摘要:以杭州地鐵二號線為對象,研究在盾構(gòu)下穿既有建筑過程中盾構(gòu)施工參數(shù)及姿態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律. 基于盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在盾構(gòu)到達(dá)既有房屋前,盾構(gòu)土艙壓力大于靜止側(cè)向土壓力會致使房屋隆起變形；盾構(gòu)刀盤回轉(zhuǎn)方向與土艙壓力具有相關(guān)性，當(dāng)盾構(gòu)刀盤順時針回轉(zhuǎn)時,左側(cè)土壓力大于右側(cè)土壓力,反之亦然.為降低盾構(gòu)刀盤擠壓效應(yīng),避免房屋過大隆起變形,盾構(gòu)經(jīng)歷多次停機(jī)；反向回轉(zhuǎn)盾構(gòu)切口可調(diào)整盾體回轉(zhuǎn)角；設(shè)定下區(qū)千斤頂推力大于上區(qū)千斤頂,其差值產(chǎn)生的糾偏力矩可有效地調(diào)整盾構(gòu)俯仰角．

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)參數(shù)；盾構(gòu)姿態(tài)；既有建筑；隧道施工；軟土地層

盾構(gòu)隧道法是最為安全、高效且對環(huán)境影響較小的隧道施工工法. 盾構(gòu)隧道法目前已經(jīng)成為軟土地區(qū)地鐵隧道修建的首選工法.適當(dāng)?shù)亩軜?gòu)施工參數(shù)設(shè)置及穩(wěn)定的盾構(gòu)姿態(tài)控制是保證盾構(gòu)隧道施工成功的重要條件.在盾構(gòu)隧道施工過程中,土艙壓力、刀盤轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度等是重要的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù). 盾構(gòu)回轉(zhuǎn)角、俯仰角等是盾構(gòu)重要的姿態(tài)參數(shù). 眾多學(xué)者對盾構(gòu)施工參數(shù)及姿態(tài)控制進(jìn)行了深入的研究．

上述研究基本集中于盾構(gòu)在無建筑物條件下的施工參數(shù)及掘進(jìn)姿態(tài)分析,在既有房屋建筑群下方盾構(gòu)施工掘進(jìn)參數(shù)及掘進(jìn)姿態(tài)的研究成果鮮有報道.在城市地鐵隧道施工中,由于地下空間限制及線路設(shè)計,盾構(gòu)下穿既有建筑基礎(chǔ)常有發(fā)生. 研究在盾構(gòu)下穿既有房屋建筑物過程中盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及掘進(jìn)姿態(tài)變化,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義．

本研究結(jié)合杭州地鐵二號線某區(qū)間實(shí)測結(jié)果,給出在杭州軟土地層中盾構(gòu)下穿既有淺基礎(chǔ)建筑時施工參數(shù)及掘進(jìn)姿態(tài)變化,其中施工參數(shù)包括土艙壓力、刀盤轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度等,掘進(jìn)姿態(tài)包括回轉(zhuǎn)角及俯仰角，并進(jìn)一步分析其相關(guān)關(guān)系.研究成果可以為類似工程提供一定的參考借鑒作用．

1工程背景及工程地質(zhì)條件

1.1工程背景

杭州地鐵二號線某區(qū)間位于浙江省杭州市蕭山區(qū)內(nèi),本區(qū)間分為上、下行線2條隧道,區(qū)間總長2 746.12m,其中上行線長1 372.844m,下行線長1 373.274m. 本工程采用日本小松(Komastu)機(jī)械公司生產(chǎn)的土壓平衡盾構(gòu)機(jī),該盾構(gòu)機(jī)通過計算機(jī)控制系統(tǒng)保持盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及掘進(jìn)姿態(tài)的實(shí)時測量,為研究盾構(gòu)在建筑物下方盾構(gòu)施工特點(diǎn)及姿態(tài)變化提供了寶貴的數(shù)據(jù).盾構(gòu)機(jī)外徑為 6.34m, 機(jī)體長為8.68m. 隧道管片為預(yù)制鋼筋混凝土管片,強(qiáng)度等級為C50,抗?jié)B等級為S10. 管片外徑為6.2m,內(nèi)徑為5.5m. 管片采用6環(huán)(3塊標(biāo)準(zhǔn)塊、2個相鄰塊及1個小封頂塊管片)錯縫拼裝,管片縱向及環(huán)向均采用高強(qiáng)度彎螺栓連接. 2011年9月10日盾構(gòu)安裝完畢從站點(diǎn)N始發(fā)推進(jìn),2012年1月19日到達(dá)站點(diǎn)P,區(qū)間上行線全線貫通．

在地鐵2號線站點(diǎn)N到P區(qū)間上行線施工過程中,盾構(gòu)下穿大片既有房屋基礎(chǔ).在盾構(gòu)施工擾動下，房屋建筑將產(chǎn)生位移變化,過大的位移變形將會引起房屋開裂、不均勻沉降、掉塊等一系列危害.為減少盾構(gòu)施工對建筑物的擾動,精細(xì)的盾構(gòu)參數(shù)控制是關(guān)鍵. 如圖1所示為盾構(gòu)掘進(jìn)施工下穿房屋示意圖.房屋建筑以普通民房為主，房屋以柱下淺基礎(chǔ)結(jié)合地基梁為主,無樁基礎(chǔ).房屋上部結(jié)構(gòu)中,部分采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),而一部為磚混結(jié)構(gòu).為區(qū)分兩者,分別在圖1中進(jìn)行編號標(biāo)注區(qū)別.如“建88磚5”表示編號88的建筑物為5層高磚砌體結(jié)構(gòu),依此類推．

1.2工程地質(zhì)條件

如圖2所示為盾構(gòu)下穿房屋建筑地層縱向剖面.在盾構(gòu)下穿房屋建筑范圍內(nèi),地表到隧道的軸線深度為17.2 ～18.5m. 主要穿越的土層如下：⑤1粉質(zhì)黏土,⑤2層粉質(zhì)黏土,⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土.各土層的物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)如表1所示. 表中,γ為土體容重,c為黏聚力,w為含水量,φ為內(nèi)摩擦角,kv為水平滲透系數(shù),kh為豎向滲透系數(shù),Es為壓縮模量。盾構(gòu)穿越土層具有強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透性差等特點(diǎn).盾構(gòu)施工將會對周圍地層產(chǎn)生較大擾動,這將會引起上部建筑地基產(chǎn)生較大變形.

綜上所述，復(fù)習(xí)課是英語教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，思維導(dǎo)圖在英語復(fù)習(xí)課中合理的運(yùn)用，能夠讓整個教學(xué)過程更加規(guī)范有序，在加強(qiáng)學(xué)生英語復(fù)習(xí)能力的同時能夠提升學(xué)生掌握知識的水平，也能收到良好的教學(xué)效果，也提升了教師的教學(xué)質(zhì)量。為了能夠更好地去使用思維導(dǎo)圖，作為一名專業(yè)的教師，應(yīng)該要緊跟時代的步伐，努力地提升自己，掌握好有關(guān)思維導(dǎo)圖的技術(shù)水平，幫助學(xué)生能夠在英語學(xué)習(xí)方面得到最為全面的發(fā)展與進(jìn)步。

圖1　盾構(gòu)下穿建筑房屋平面及房屋位移監(jiān)測布置圖Fig.1　Plan of shield tunnel driving beneath buildings and installed monitoring points of buildings

地 層w/%γ/(kN·m-3)三軸試驗(CU)c/kPaφ/(°)Es/MPakv/(×10-5cm?s-1)kh/(×10-5cm?s-1)①2素填土31.118.9———5.0002.500③1粉質(zhì)黏土32.118.56.022.04.520.00010.000④1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土46.917.115.09.82.10.6000.300④2淤泥質(zhì)黏土46.816.913.010.12.20.1500.10⑤1粉質(zhì)黏土30.818.79.022.24.50.6000.090⑤2粉質(zhì)黏土33.218.834.815.05.50.3500.060⑥2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土41.917.316.211.32.8000.50.090⑦1粉質(zhì)黏土29.919.035.917.36.00.4000.015⑦2粉質(zhì)黏土22.919.623.816.15.00.3500.070⑧1-2粉質(zhì)黏土30.618.924.012.33.7000.50.075⑨1粉質(zhì)黏土26.819.446.617.56.00.5000.080

圖2　盾構(gòu)下穿施工地質(zhì)剖面圖Fig.2　Geological profile of shield advancing

2盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)分析

2.1土艙壓力分析

圖3　盾構(gòu)土艙中土壓力盒安裝位置圖Fig.3　Positions of the earth pressure cells in the chamber

土艙壓力p為盾構(gòu)施工重要的掘進(jìn)參數(shù),對維持開挖面穩(wěn)定有重要的影響. 為實(shí)現(xiàn)實(shí)時記錄盾構(gòu)土艙壓力值,在盾構(gòu)機(jī)土壓力艙安裝4個土壓力傳感器. 圖3為土壓力盒傳感器布置位置示意圖．

盾構(gòu)下穿建筑物群施工過程中,土艙壓力控制尤其重要.Lee等[13-14]分別結(jié)合上海地鐵二號線及杭州地鐵二號線實(shí)測結(jié)果指出,盾構(gòu)土壓力艙設(shè)置大于靜止側(cè)向土壓力將導(dǎo)致前方土體隆起變形. 圖4給出土壓力盒傳感器與靜止側(cè)向土壓力隨掘進(jìn)環(huán)數(shù)(單位為Ring)的變化情況.圖中靜止側(cè)向土壓力pH通過下式計算：

(1)

式中:γi為第i層土重度；hi為第i層土厚度；n為到盾構(gòu)軸線處地總層數(shù)；K0為靜止側(cè)向土壓力系數(shù),根據(jù)地勘資料,K0取0.5. 值得注意的是,式(1)并沒有考慮到房屋產(chǎn)生的附加荷載值．

從圖4(a) 可見，在盾構(gòu)下穿建筑物結(jié)果后,刀盤中上土壓力盒實(shí)測值pU、下土壓力盒實(shí)測值pD及基本小于或局部環(huán)號等于實(shí)際靜止側(cè)向土壓力pH. 由圖可見,下土壓力盒實(shí)測值整體上大于上土壓力盒結(jié)果,這與張鳳祥等[4]假定盾構(gòu)開挖面土壓力呈梯形分布的簡化模型一致.上、下土壓力盒的變化趨勢也基本一致．

左右土壓力盒的變化規(guī)律與上下土壓力盒相比有明顯的不同. 從圖4(b) 中發(fā)現(xiàn),左土壓力實(shí)測值pL、右土壓力盒實(shí)測值pR呈現(xiàn)交替升降的特點(diǎn). 以圖中盾構(gòu)下穿建筑84與建筑83(484～494環(huán))為例,盾構(gòu)下穿這2幢建筑物時,當(dāng)切口從484環(huán)推進(jìn)至488環(huán)過程中,左側(cè)土壓力值大于靜止側(cè)向土壓力,而右側(cè)土壓力值約為0.06MPa,明顯小于左側(cè)土壓力；而隨著盾構(gòu)掘進(jìn),在495環(huán)至494環(huán),右側(cè)土壓力值迅速上升,最大實(shí)測值達(dá)到了0.26MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.16MPa的靜止側(cè)向土壓力,而左側(cè)土壓力迅速下跌,最小值達(dá)到了0.05MPa.如此反復(fù),左右土壓力交替上升下降. 這種交替上升下降的現(xiàn)象,在盾構(gòu)穿越既有建筑物時表現(xiàn)得尤為明顯．

圖4　實(shí)測土壓力值及計算靜止側(cè)向土壓力值Fig.4　Monitored earth pressures and computed horizontal earth pressures in-situ

圖5　測點(diǎn)位移發(fā)展曲線Fig.5　Developments of settlements of monitored points

值得注意得是,左、右土壓力在上升時候其土壓力明顯大于靜止側(cè)向土壓力,這將可能導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生隆起變形. 如圖5(a)所示為房屋豎向位移變形隨著盾構(gòu)掘進(jìn)時程曲線圖. 圖5(a) 中以盾構(gòu)到達(dá)房屋建88前為負(fù),切口通過后為正. 從圖可見，在盾構(gòu)切口到達(dá)前房屋測點(diǎn)呈現(xiàn)隆起變形. 圖5(b) 給出不同距離房屋及地表測點(diǎn)最大隆起位移Smax結(jié)果,其中房屋及地表測點(diǎn)分布如圖1所示. 由圖可見,房屋最大隆變形與盾構(gòu)相對距離L成反比,距離軸線位置越近,房屋隆起量越大,即房屋受影響也嚴(yán)重．

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中,發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)回轉(zhuǎn)方向與左右土壓力盒存在相關(guān)關(guān)系. 圖6僅給出每環(huán)回轉(zhuǎn)次數(shù)n與右側(cè)土壓力pR右實(shí)測值關(guān)系. 圖中以盾構(gòu)順時針回轉(zhuǎn)為正,反之為負(fù). 由圖可得到如下規(guī)律：當(dāng)盾構(gòu)刀盤回轉(zhuǎn)方向為順時針時,右土壓力盒值較??；而當(dāng)盾構(gòu)回轉(zhuǎn)方向為逆時針方向時候,右土壓力值增大.這可能是由于當(dāng)?shù)侗P順時針掘進(jìn)時,切削土體率先填滿左側(cè)土艙,導(dǎo)致左側(cè)土壓力盒實(shí)測結(jié)果增大而右側(cè)土壓力相對較小. 同理,當(dāng)?shù)侗P逆時針回轉(zhuǎn)掘進(jìn)時,右側(cè)土艙首先填滿,導(dǎo)致右側(cè)土壓力上升. 這種現(xiàn)象可能是由于地層土體塑性大,并且在房屋附加荷載作用下,切削土體被擠入效應(yīng)更加明顯,在刀具切削擠入土艙時順刀盤回轉(zhuǎn)方向運(yùn)動,致使土艙填充過程并非均勻上升,而是局部填滿后才轉(zhuǎn)移到未填滿的土艙區(qū)域．

圖6　土壓力值與盾構(gòu)回轉(zhuǎn)次數(shù)變化關(guān)系Fig.6　Relation between earth pressures and shield rotating counts

2.2轉(zhuǎn)速及推進(jìn)速度

圖7　刀盤切削轉(zhuǎn)速Fig.7　Rotate speed of cutter-head

圖7給出盾構(gòu)在穿越建筑物群前后刀盤轉(zhuǎn)速N變化曲線. 從圖7中可以發(fā)現(xiàn)在進(jìn)入建筑群前,盾構(gòu)基本以1.0r/min轉(zhuǎn)速掘進(jìn). 在進(jìn)入建筑物下方后,為了減少盾構(gòu)刀盤對前方土體的擠壓效應(yīng),盾構(gòu)刀盤切削轉(zhuǎn)速調(diào)整為0.8r/min,以便盾構(gòu)快速通過. 同時,較小的刀盤回轉(zhuǎn)速度可以減少盾構(gòu)刀盤掘進(jìn)過程引起的振動,并減少對鄰近土體的擾動,從而減少房屋的沉降．

盾構(gòu)下穿既有建筑物具有較大的風(fēng)險性,一旦操作不當(dāng)引起房屋倒塌、破壞及人員傷亡等嚴(yán)重后果.因此平穩(wěn)有序的施工掘進(jìn)速度是保障盾構(gòu)順利下穿的重要參數(shù). 圖8給出盾構(gòu)下穿建筑物群掘進(jìn)速度v變化曲線. 盾構(gòu)下穿建筑物群施工過程并不順利,盾構(gòu)施工掘進(jìn)速度并不能保持較平穩(wěn)的掘進(jìn)速度,在個別環(huán)號出現(xiàn)停機(jī)情況,如圖8所示.特別是在盾構(gòu)下穿建78、79及80房屋下方時,盾構(gòu)掘進(jìn)速度波動較大出現(xiàn)2次較長時間停機(jī). 林存剛等[15]指出,盾構(gòu)在軟土地層中長時間停機(jī)將導(dǎo)致上部土體沉降持續(xù)發(fā)生.根據(jù)現(xiàn)場施工資料,在盾構(gòu)下穿房屋建筑時,盾構(gòu)掘進(jìn)擠壓,引起房屋測點(diǎn)產(chǎn)生較大的隆起變形. 為避免隆起過大造成房屋開裂、倒塌等危害,施工操作暫停,重新調(diào)整施工參數(shù),最后順利穿越建筑物群．

圖8　盾構(gòu)掘進(jìn)平均速度Fig.8　Average shield tunnelling speed

3盾構(gòu)姿態(tài)參數(shù)分析

3.1回轉(zhuǎn)角

圖9　盾構(gòu)姿態(tài)示意圖Fig.9　Sketch of shield posture

在盾構(gòu)施工過程中,有效控制盾構(gòu)姿態(tài)是減少地表沉降、確保施工安全及保證管片拼裝質(zhì)量的重要舉措. 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的主要參數(shù)包括俯仰角α、橫擺角κ、回轉(zhuǎn)角θ(滾動角)[12].圖9為盾構(gòu)姿態(tài)參數(shù)示意圖.俯仰角是盾構(gòu)機(jī)軸線與水平面的夾角；橫擺角指盾構(gòu)機(jī)軸線與線路方向在水平面上夾角；回轉(zhuǎn)角指盾構(gòu)機(jī)繞自軸線旋轉(zhuǎn)的角度.本工程沒有對橫擺參數(shù)進(jìn)行測量,因此僅對盾構(gòu)回轉(zhuǎn)角及俯仰角姿態(tài)變化進(jìn)行分析．

盾構(gòu)回轉(zhuǎn)角是評估盾構(gòu)在掘進(jìn)中盾體繞軸線回轉(zhuǎn)幅度的參數(shù). 在軟土地層中掘進(jìn),盡管地層提供足夠握裹盾體的反向扭矩,由于軟黏土具有黏滯特性,盾體依然會隨著刀盤回轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)一定的角度[16]. 不及時調(diào)整盾體回轉(zhuǎn)角將導(dǎo)致管片拼裝難度增大、管環(huán)質(zhì)量變差等缺陷. 因而,盾體回轉(zhuǎn)角應(yīng)及時調(diào)整保證盾構(gòu)安全掘進(jìn)．

圖10　盾構(gòu)掘進(jìn)回轉(zhuǎn)角及回轉(zhuǎn)次數(shù)關(guān)系Fig.10　Relation between rolling angles and rotating counts during shield advance

圖10給出在盾構(gòu)掘進(jìn)下穿既有建筑房屋過程中,盾體回轉(zhuǎn)角與盾構(gòu)回轉(zhuǎn)次數(shù)變化曲線. 由圖發(fā)現(xiàn),盾構(gòu)切口長時間朝一個方向回轉(zhuǎn)切削將引起盾體回轉(zhuǎn)角逐漸增大. 目前尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出最大盾體回轉(zhuǎn)角控制值.但是確定的是,盾構(gòu)回轉(zhuǎn)過大將產(chǎn)生盾構(gòu)姿態(tài)控制困難、管片拼裝質(zhì)量下降等一系列不良影響. 當(dāng)盾體回轉(zhuǎn)角達(dá)到較大水平時,應(yīng)及時糾正. 在實(shí)踐中,通過調(diào)整盾構(gòu)切口反方向掘進(jìn),可緩慢回調(diào)盾體回轉(zhuǎn)角度.如此反復(fù),方能使得盾構(gòu)回轉(zhuǎn)角在較小的幅度范圍內(nèi).當(dāng)盾構(gòu)下穿建83、建84、建78、建79及建80時,盾構(gòu)回轉(zhuǎn)控制較差,最大的回轉(zhuǎn)角達(dá)到0.7°. 這也可能是在盾構(gòu)下穿建筑物時候施工操作人員過于謹(jǐn)慎小心,不敢反向調(diào)整盾構(gòu)切削方向所導(dǎo)致. 唐曉武等[17]通過理論分析,指出刀盤扭矩對地表的位移隆陷影響較小. 因此,在下穿施工過程亦可多次采用正反交疊回轉(zhuǎn)刀盤,確保盾體回轉(zhuǎn)角控制在可以接受的范圍內(nèi)．

3.2俯仰角

Lee等[18]指出過大的俯仰角將增大盾尾的間隙,從而引起較大的地表沉降,并給出了盾尾間隙與俯仰角關(guān)系：

Vsh=πRLsα.

(2)

式中：Vsh為超挖體積,R為隧道半徑,Ls為盾構(gòu)長度．

盾構(gòu)機(jī)主要自重集中于盾構(gòu)機(jī)頭附近,處于“頭重腳輕”狀態(tài). 同時,在軟土地層中,下臥土層強(qiáng)度通常較低,導(dǎo)致盾構(gòu)掘進(jìn)過程中在偏心重力作用下盾構(gòu)不可避免以“下磕”趨勢掘進(jìn). 在實(shí)際施工中,通過盾構(gòu)千斤頂上、下區(qū)頂力差可以較好地調(diào)節(jié)盾構(gòu)俯仰角. 圖11給出盾構(gòu)千斤頂分區(qū)示意圖.在施工控制中,推力千斤頂分為上、下、左及右4區(qū)進(jìn)行施工控制. 通過分區(qū)控制可以實(shí)現(xiàn)小曲率掘進(jìn)、盾構(gòu)糾偏等操作. 操作人員通過給盾構(gòu)上、下區(qū)千斤頂施加不同壓力值,使得上、下區(qū)千斤頂存在推力差值ΔF,從而獲得抬升盾構(gòu)機(jī)頭的糾偏力矩,實(shí)現(xiàn)糾偏作業(yè)．

圖11　千斤頂油缸分布示圖Fig. 11　Distribution of shield jacks

圖12　俯仰角與上下區(qū)千斤頂差值關(guān)系Fig.12　Relation between pitching angles and differences of upper and down zone jacking forces

圖12給出俯仰角及上下區(qū)千斤頂差值關(guān)系圖.在進(jìn)入建筑物88及89前10環(huán),盾構(gòu)俯仰角基本在-1.5° 附近,而在即將下穿建88及89房屋時候,由于操作施工控制不當(dāng),導(dǎo)致上、下區(qū)千斤頂推力差值為負(fù)值,也就是上區(qū)千斤頂值大于下區(qū)千斤頂推力,盾構(gòu)俯仰角迅速下降,致使盾構(gòu)以下磕姿態(tài)掘進(jìn).隨后在建筑下方,經(jīng)過盾構(gòu)操作手調(diào)整,逐步增大下區(qū)千斤頂推力,千斤頂推力差值逐步增大.在千斤頂推力差值,盾構(gòu)俯仰角穩(wěn)步上升. 在建78、79及80下方,在建筑物自重產(chǎn)生附加應(yīng)力作用下,盾構(gòu)俯仰角更難調(diào)整.如圖12所示,在盾構(gòu)掘進(jìn)NP505、NP506環(huán)時,千斤頂推力差值略有減少,盡管差值仍然大于4 845kN,但是這兩環(huán)盾構(gòu)俯仰角迅速下降,最小值達(dá)到了-2.0°. 這可能是在建筑物下方，建筑本身重力作用所產(chǎn)生的附加荷載加劇了盾構(gòu)下磕的趨勢,導(dǎo)致盾構(gòu)姿態(tài)控制難度增大：稍微減小的千斤頂推力差將會引起盾構(gòu)下磕. 因而,在建筑物下方盾構(gòu)掘進(jìn),應(yīng)保持一定的千斤頂推力差值,不應(yīng)隨意減少以免盾構(gòu)姿態(tài)失控．

4結(jié)論

(1)在盾構(gòu)到達(dá)既有房屋建筑前,盾構(gòu)切口壓力大于靜止側(cè)向土壓力,將導(dǎo)致房屋建筑隆起變形.左、右側(cè)土艙壓力與盾構(gòu)回轉(zhuǎn)方向密切相關(guān),當(dāng)盾構(gòu)順時針回轉(zhuǎn)時,左側(cè)土壓力大于右側(cè)土壓力；當(dāng)盾構(gòu)逆時針回轉(zhuǎn)時,右側(cè)土壓力大于左側(cè)土壓力．

(2)在盾構(gòu)下穿建房屋過程中,盾構(gòu)回轉(zhuǎn)速度減小至0.8r/min,推進(jìn)均速度波動較大， 在房屋下方經(jīng)歷多次停機(jī)．

(3)在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中,盾構(gòu)長時間朝向一個方向回轉(zhuǎn)切削時候,由于軟黏土的黏滯特性,導(dǎo)致盾體朝同一個方向回轉(zhuǎn)一定角度.通過方向調(diào)整盾構(gòu)刀盤反向回轉(zhuǎn),可以調(diào)節(jié)盾構(gòu)回轉(zhuǎn)角度．

(4)由于盾構(gòu)機(jī)重心位于盾構(gòu)機(jī)頭附近,在軟土地層中,盾構(gòu)具有明顯的“下磕”掘進(jìn)趨勢.通過控制上、下千斤頂推力,使之產(chǎn)生一定差值,從而產(chǎn)生糾偏力矩,確保盾構(gòu)沿設(shè)計軸線掘進(jìn)．

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DOI:10.3785/j.issn.1008-973X.2016.03.020

收稿日期：2015-02-10.

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(51378463)；國家自然科學(xué)基金高速鐵路基礎(chǔ)研究聯(lián)合基金重點(diǎn)資助項目(U1234204).

作者簡介：張潤峰(1979-)，男,講師,博士生.從事道路與鐵道工程相關(guān)研究.ORCID：0000-0001-9876-0988. E-mail: cugzju@126.com

中圖分類號：TU 47

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-973X(2016)03-08-0551

Analysisonshieldconstructionparametersduringdown-crossingexistingbuildings

ZHANGRun-feng1,LIANGRong-zhu2,3,ZHANGXian-min1,XUEXin-hua4

(1. College of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China; 2. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 3. Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 4. College of Water Resources and Hydropower, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

Abstract:The law of shield construction parameters and attitude control are presented and interpreted by investigating the Hangzhou metro Line-2 tunnel project. The monitored construction data and field measurements show that the heave of buildings occurs when the earth pressures of chamber are larger than the horizontal earth pressures in-situ and the cutter-head is in front of the buildings. There are certain relationships between the rotating direction and the earth pressures of chamber. When the cutter-head rotates clockwise, the monitored left earth pressures are significantly larger than the right earth pressures, and vice versa. Shield went doun for several times beneath shield driving in order to reduce the compressing effect caused by cutter-head and avoide the larger heave of the buildings. The opposite rotating direction of cutter-head helps to adjust the rolling of shield body. Set that the thrusts of down zone jacks is larger than that of upper zone jacks, the correction moments caused by the difference will effectively adjust the pitching angels during tunnlling in soft soils．

Key words:construction parameters; shield attitude; existing buildings; tunnel construction; soft ground