寧波軌道交通3號線出入段線類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察實(shí)踐與建議

林乃山,陳 斌,姚燕明， 張春進(jìn)

(1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司， 浙江 寧波 315101; 2.寧波工程學(xué)院， 浙江 寧波 315016)

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寧波軌道交通3號線出入段線類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察實(shí)踐與建議

林乃山1,陳 斌2,姚燕明1， 張春進(jìn)1

(1.寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司， 浙江 寧波 315101; 2.寧波工程學(xué)院， 浙江 寧波 315016)

為了解決軟土城市開展國內(nèi)首條類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察遇見的技術(shù)難題，從勘察執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及等級的確定、勘察的重難點(diǎn)、勘察方案、高流變性軟土工程地質(zhì)特征、場地水文地質(zhì)條件、工程措施建議等方面進(jìn)行分析。主要得出以下結(jié)論：1)按現(xiàn)行《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》3.0.8條文及說明、7.3.5條文分別確定軟土地區(qū)場地復(fù)雜程度等級、類矩形盾構(gòu)隧道工程勘探孔深度，結(jié)果往往會偏于保守、安全，勢必會造成勘察工作量浪費(fèi)問題；2)在第四紀(jì)松散海相沉積軟土地區(qū)建設(shè)類矩形盾構(gòu)隧道，按中等復(fù)雜場地控制勘探孔間距，以分別進(jìn)入隧道底以下不小于2H(一般性孔，H為隧道高)、3H(控制性孔)控制勘探孔孔深是經(jīng)濟(jì)合理且滿足工程需求的；3)本工程勘察方案對今后類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察及相關(guān)勘察規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)修編具有一定的參考價值。

寧波軌道交通；類矩形盾構(gòu)隧道；勘察；軟土；水文地質(zhì)條件

0 引言

2015年，我國寧波市軌道交通3號線出入段線類矩形盾構(gòu)工程正式開始，標(biāo)志著我國類矩形盾構(gòu)隧道邁向了一個新階段，然而，作為一種新引進(jìn)的工法，世界最大斷面類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察實(shí)踐尚無先例，尤其是在寧波這種靈敏度極高的軟土層中[1]。文獻(xiàn)[1]模擬計(jì)算類矩形盾構(gòu)逐步掘進(jìn)的全部過程，分析了隧道埋深為中埋條件下類矩形盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層變形；文獻(xiàn)[2]通過對不同隧道斷面方案的比選,提出了一種新型的隧道斷面——類矩形隧道斷面；文獻(xiàn)[3]針對類矩形盾構(gòu)同步注漿施工特點(diǎn)，對同步注漿材料的性能指標(biāo)進(jìn)行了分析與理論研究；文獻(xiàn)[4]采用三維有限元軟件ABAQUS建立類矩形隧道三維有限元模型，模擬計(jì)算同步注漿參數(shù)等因素對施工期類矩形盾構(gòu)隧道上浮的影響；文獻(xiàn)[5]說明GB 50307—2012《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》[6]較原規(guī)范內(nèi)容與要求更全面、更具體，針對性和操作性更強(qiáng)；文獻(xiàn)[7]從巖土工程勘察分級標(biāo)準(zhǔn)及可行性研究勘察、初步勘察及詳細(xì)勘察的具體規(guī)定來對比GB 50307—2012《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》與GB 50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》(2009年版)[8]兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系。已發(fā)表研究成果中大都對類矩形盾構(gòu)隧道工程設(shè)計(jì)、施工方面進(jìn)行研究，或者探討《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》出版的必要性及其與《巖土工程勘察規(guī)范》的區(qū)別和聯(lián)系，而對類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察研究內(nèi)容很少提及。本文通過寧波市軌道交通3號線出入段線類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察實(shí)踐與分析，以及分析與對比不同規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的具體要求和規(guī)定，解決工程勘察中遇見的技術(shù)問題，有助于加深對勘察標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定的理解和認(rèn)識，可為后續(xù)類似工程勘察與規(guī)范修編提供參考。

按《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》7.3.5條款、2013甬SS-02《寧波市軌道交通巖土工程勘察技術(shù)細(xì)則》7.3.2、8.3.2條款地下工程(區(qū)間)關(guān)于初勘、詳勘勘探孔深度確定的規(guī)定[9]，如詳勘控制性勘探孔應(yīng)進(jìn)入結(jié)構(gòu)底板以下或隧道底以下不小于3倍隧道直徑(寬度)等，顯然規(guī)范主要指的是圓形盾構(gòu)隧道，對于類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察勘探孔深度確定等規(guī)定缺乏可操作性或具有針對性弱問題，如按現(xiàn)行規(guī)范勘探孔孔深確定原則開展勘察工作，勢必將會造成工作量的浪費(fèi)問題。分析類矩形與圓形盾構(gòu)隧道工程特點(diǎn)差異及對勘察工作的要求，在詳細(xì)解析規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定切合實(shí)際的勘察方案，投入與各階段設(shè)計(jì)深度相適應(yīng)的勘察工作量，對提升類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察質(zhì)量和保證工程安全至關(guān)重要。

1 工程特點(diǎn)

寧波軌道交通3號線出入段線類矩形盾構(gòu)隧道區(qū)間長度約390 m，線路出高塘橋站端頭井始發(fā)，沿直線向南推進(jìn)，后以R=400 m曲線先后下穿立佳塑料包裝五金廠車間、正宇電機(jī)廠車間和外塘河，后接至盾構(gòu)工作井。隧道區(qū)間位置示意圖如圖1所示。

類矩形盾構(gòu)隧道寬約11.5 m，高約6.937 m，如圖2和圖3所示，與小直徑單洞單線隧道結(jié)構(gòu)特點(diǎn)差異如表1所示。隧道結(jié)構(gòu)底板埋深11.4～16.4 m，隧道兩側(cè)主要為廠房、農(nóng)田、河道等，區(qū)間下穿外塘河處最小覆土為2.7 m。

圖1 類矩形盾構(gòu)隧道區(qū)間位置示意圖Fig.1 Sketch of sectional locations of quasi-rectangular shield tunnel

圖2 類矩形盾構(gòu)隧道管片尺寸圖(單位：mm)Fig.2 Size of quasi-rectangular shield tunnel segment (mm)

圖3 類矩形盾構(gòu)隧道出洞照片F(xiàn)ig.3 Photo of successful arrival of rectangular shield

表1 類矩形與小直徑單圓單線隧道參數(shù)一覽表Table 1 Size and area of cross-section of quasi-rectangular shield tunnel and small-diameter circular shield tunnel

出洞工作井單獨(dú)設(shè)置，長和寬分別為16.9 m和16.5 m，為地下1層鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，基坑深度約15.4 m，采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

2 勘察執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及等級的確定

2.1 執(zhí)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

按《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》規(guī)定，類矩形隧道工程屬于地下區(qū)間隧道工程范疇，故寧波軌道交通3號線出入段線類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察在依據(jù)該規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程實(shí)際及結(jié)合類矩形盾構(gòu)隧道特點(diǎn)，以及前期的調(diào)研資料，在勘探孔間距及布設(shè)位置、孔深的確定等技術(shù)要求方面進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化調(diào)整。

2.2 勘察等級確定

按《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》3.0.7—3.0.10條款規(guī)定，本工程重要性、周邊環(huán)境風(fēng)險、場地復(fù)雜程度分別判定為一級、二級、二級，綜合確定寧波軌道交通3號線出入段線類矩形盾構(gòu)隧道工程為甲級勘察項(xiàng)目。

場地復(fù)雜程度確定說明如下：根據(jù)JGJ 83—2011《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程》6.2.1條款確定場地屬可進(jìn)行建設(shè)的一般場地，建筑抗震地段類別為一般地段[10]；場地雖存在特殊性巖土軟土，但其等效剪切波速大于90 m/s，在抗震設(shè)防烈度7度條件下，根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》條文說明5.7.11條款規(guī)定，可不考慮震陷影響，故無需對軟土進(jìn)行專門處理，結(jié)合場地地形地貌及水文地質(zhì)條件，經(jīng)綜合分析，判定寧波軌道交通3號線出入段線類矩形盾構(gòu)隧道工程場地復(fù)雜程度為二級，依據(jù)是充分的，和《寧波市軌道交通巖土工程勘察技術(shù)細(xì)則》3.0.3條款規(guī)定(寧波市軌道交通建設(shè)場地復(fù)雜程度可定為中等復(fù)雜，即二級場地)一致。

采用寧波市軌道交通3號線出入段線類矩形盾構(gòu)隧道工程抗震地段劃分及場地復(fù)雜程度判定因素論證會形式，進(jìn)一步論述了場地復(fù)雜程度判定結(jié)果。根據(jù)軌道交通工程特點(diǎn)，并結(jié)合寧波地區(qū)的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，經(jīng)充分討論，專家組認(rèn)為：本工程建筑抗震地段類別可按抗震一般地段考慮；場地可按中等復(fù)雜場地考慮；可參照中等復(fù)雜場地條件布置勘察工作量。

3 勘察的重難點(diǎn)

3.1 勘察的重點(diǎn)

1)根據(jù)類矩形盾構(gòu)隧道工程特點(diǎn)及收集掌握的場地條件，重點(diǎn)理解和分析《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》各條款規(guī)定的適用性及具體要求，并解析其與其他規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別與聯(lián)系。

2)查明盾構(gòu)施工中可能涉及土層的分布規(guī)律及工程特性，尤其是高靈敏度的淤泥、淤泥質(zhì)黏土軟土層。

3)查明隧道盾構(gòu)施工影響區(qū)域承壓水、淺層氣、地下障礙物及地下管線分布。

4)查明對盾構(gòu)選型所需的粉(砂)性土層的顆粒含量，特別是d70等指標(biāo)。

5)盾構(gòu)隧道需穿越外塘河，勘察時應(yīng)著重查清河床深度、河水與場區(qū)潛水、淺部承壓水的水力聯(lián)系，判斷河水是否會對盾構(gòu)施工帶來不利影響。

3.2 勘察的難點(diǎn)

3.2.1 場地復(fù)雜程度的確定

在缺少其他技術(shù)文件支撐條件下，按《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》3.0.8條款判定，本工程場地復(fù)雜程度初判為一級(復(fù)雜場地)，詳勘勘探孔間距應(yīng)為10～30 m，而中等復(fù)雜場地勘探孔間距為30～50 m，勢必會增加不少勘察工作量。

3.2.2 勘探孔孔深的確定

按《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》7.3.5條款，詳勘控制性勘探孔應(yīng)進(jìn)入結(jié)構(gòu)底板以下或隧道底以下不小于3倍隧道直徑(寬度)，當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)底板埋深為15～20 m時，詳勘控制性勘探孔孔深一般需 50～55 m，而單圓盾構(gòu)隧道在同樣埋深情況下，詳勘控制性勘探孔只需35～40 m。

3.2.3 水對建筑材料的腐蝕性評價

沿海軟土地區(qū)，由于受原沉積環(huán)境的作用及影響，地下孔隙潛水中Cl-含量一般都大于100 mg/L或大于500 mg/L，按《巖土工程勘察規(guī)范》表12.2.4進(jìn)行判定，孔隙潛水在干濕交替條件下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱-中等腐蝕性，需采取防護(hù)措施。

3.2.4 室內(nèi)直剪固結(jié)快剪試驗(yàn)剪切速率

根據(jù)GB/T 50123—1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》18.2.3條款規(guī)定，直剪固結(jié)快剪試驗(yàn)的剪切速率應(yīng)為0.8 mm/min[11]，然而，在實(shí)踐中對于飽和軟土采用該速率在剪切試驗(yàn)中無法避免排水現(xiàn)象，易產(chǎn)生試驗(yàn)結(jié)果的內(nèi)摩擦角值比經(jīng)驗(yàn)值偏大問題，以及不打折修正條件下設(shè)計(jì)人員無法直接使用試驗(yàn)數(shù)據(jù)問題。

3.2.5 室內(nèi)基床系數(shù)試驗(yàn)方法

基床系數(shù)是地基土在外力作用下產(chǎn)生單位變形時所需的應(yīng)力，也稱彈性抗力系數(shù)或地基反力系數(shù)。作為基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)的重要力學(xué)參數(shù)基床系數(shù)目前還沒有完整的現(xiàn)行試驗(yàn)方法，《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》7.3.10、16.3.7條款及條文說明中提到的2種室內(nèi)試驗(yàn)方法，即三軸儀法和固結(jié)試驗(yàn)計(jì)算法，只是給出了思路或公式，以及指出其與原位試驗(yàn)結(jié)果的差距，并建議通過原位測試、室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)合規(guī)范提供的經(jīng)驗(yàn)值綜合確定參數(shù)。由于沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法，給設(shè)計(jì)人員在使用參數(shù)過程中造成了不少困擾。

4 勘察方案

4.1 勘察工作手段及方法

勘察采用工程地質(zhì)調(diào)查與測繪、勘探(含地球物理勘探)、取樣、水文地質(zhì)試驗(yàn)、原位測試(靜力觸探試驗(yàn)、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)孔、十字板剪切試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、圓錐動力觸探試驗(yàn)、波速試驗(yàn)孔、土壤電阻率試驗(yàn)孔、K30平板載荷試驗(yàn))和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的綜合勘探方法。布置控制性勘探孔數(shù)量不少于勘探孔總數(shù)的1/3。

4.2 勘察工作布置

4.2.1 工程地質(zhì)調(diào)查與測繪

4.2.1.1 工作范圍及方法

因隧道軸線近似為直線段，工作范圍為隧道軸線向兩側(cè)擴(kuò)展不少于100 m。以收集、分析隧道沿線既有資料、現(xiàn)場調(diào)查為主，輔以必要的勘探、物探和測試手段。

4.2.1.2 主要工作內(nèi)容

收集、分析隧道沿線軟土層分布特征、成因類型及其特性；調(diào)查歷時天然地下水位及近3～5年最高地下水位；調(diào)查地表水的歷史最高洪水位、最低水位；調(diào)查及測繪外塘河的河流準(zhǔn)確位置、水位埋深以及其下的淤積層情況。

4.2.2 地球物理勘探

4.2.2.1 地下管線詳查

探測結(jié)構(gòu)邊線外側(cè)各30 m范圍內(nèi)的地下管線；重點(diǎn)查明位于隧道上方及斜交的直徑508 mm天然氣管線，包括管線位置、標(biāo)高等信息。

4.2.2.2 地下障礙物詳查

探測結(jié)構(gòu)邊線外側(cè)各20 m范圍內(nèi)的地下障礙物；重點(diǎn)查明隧道穿過區(qū)域廠房的樁基礎(chǔ)資料。

4.2.3 勘探孔類型

采用取土樣鉆孔、取土標(biāo)貫孔、靜力觸探孔3種類型勘探孔相互印證手段，鉆孔與靜力觸探孔的比例為1∶1，隧道及其上下2倍高度范圍內(nèi)鉆探回次進(jìn)尺不得超過2.0 m。

4.2.4 勘探孔平面布置及孔深確定分析

《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》(表2中簡稱國標(biāo))、《寧波市軌道交通巖土工程勘察技術(shù)細(xì)則》(表2中簡稱地標(biāo))關(guān)于地下盾構(gòu)隧道工程的勘探孔間距及布設(shè)位置、孔深確定等技術(shù)要求見表2。

表2 不同規(guī)范對地下盾構(gòu)隧道工程勘察技術(shù)要求一覽表Table 2 Technical requirements for engineering investigation of underground shield tunnel

注：1)場地為中等復(fù)雜場地，盾構(gòu)隧道位于第四紀(jì)地層中；2)勘探孔孔距為投影距離；3)布設(shè)位置只考慮單線單洞且左右線距離小于3D或雙線單洞情況，3～5 m 表示勘探孔距隧道邊線外側(cè)的距離；4)D、B分別為隧道直徑、寬度，孔深為勘探孔進(jìn)入隧道底或結(jié)構(gòu)底板以下的深度。

根據(jù)表2及結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求和說明進(jìn)行對比分析，不同規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對盾構(gòu)隧道工程勘察技術(shù)要求的差異性主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

1)初勘階段。地方標(biāo)準(zhǔn)明確了勘探孔交叉布設(shè)位置及水域勘探孔的布設(shè)；國標(biāo)勘探孔孔深技術(shù)要求嚴(yán)于地方標(biāo)準(zhǔn)，并細(xì)分為一般性孔和控制性孔。

2)詳勘階段。地方標(biāo)準(zhǔn)水域勘探孔間距明確規(guī)定不應(yīng)大于40 m；地方標(biāo)準(zhǔn)明確了水域勘探孔的布設(shè)。

根據(jù)場地地質(zhì)條件、工程實(shí)際及結(jié)合類矩形盾構(gòu)隧道特點(diǎn)，以及前期的調(diào)研資料，本工程勘察在勘探孔孔深確定等方面按表3開展工作。

表3 類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察技術(shù)要求一覽表Table 3 Requirements for engineering investigation of quasi-rectangular shield tunnel

注：1)隧道穿越地層為第四紀(jì)松散海相沉積軟土土層；2)H為類矩形盾構(gòu)隧道高度；3)2～4 m表示勘探孔距隧道邊線外側(cè)的距離；4)孔深為勘探孔進(jìn)入隧道底或結(jié)構(gòu)底板以下的深度。

4.2.5 水文地質(zhì)試驗(yàn)

根據(jù)類矩形盾構(gòu)隧道工作井工程及抗浮計(jì)算設(shè)計(jì)需要，對工程有影響的⑤6層礫砂承壓含水層進(jìn)行單孔的穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，試驗(yàn)為3個降深的穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，每個降深取2組水樣進(jìn)行水質(zhì)分析。

4.2.6 土、水試樣的采取

軟土采用薄壁取土器壓入法取土樣，取出后及時蠟封，當(dāng)天必須送往實(shí)驗(yàn)室測試。

1)原狀樣。在隧道及隧道上下1倍高度范圍黏性土層內(nèi)取樣間距為0.5～1.0 m，其余為2.0～3.0 m；每一主要土層的原狀試樣數(shù)據(jù)不少于10件(組)。

2)水樣。采取潛水試樣3組(每組2瓶，1 000 mL/瓶進(jìn)行水質(zhì)簡分析，500 mL/瓶加大理石粉做侵蝕性分析)，對工程施工影響范圍內(nèi)的⑤6層礫砂承壓含水層取了2組水樣進(jìn)行試驗(yàn)分析。

4.2.7 土的室內(nèi)試驗(yàn)

根據(jù)場地巖土性質(zhì)、工程類型和設(shè)計(jì)、施工需要確定土的室內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目。

4.2.7.1 土樣

所有原狀土樣均作常規(guī)測試，目的是取得不同土層的定量的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，測定或計(jì)算土的含水量(W)、直剪固結(jié)快剪指標(biāo)(c、φ)等，擾動樣進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)。

除對所有原狀土樣均作常規(guī)測試外，還對盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)土層加測一部分特殊試驗(yàn)項(xiàng)目，如三軸不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度、三軸固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度等。

4.2.7.2 擾動樣

砂土、粉土、黏性土做顆粒分析試驗(yàn)，為設(shè)計(jì)提供黏粒含量、不均勻系數(shù)、曲率系數(shù)等參數(shù)。

5 工程地質(zhì)特征

根據(jù)報告，本工程場地地形平坦開闊，地貌類型屬沖湖積平原，自然地面標(biāo)高在1.60～2.50 m。施工涉及的主要土層工程地質(zhì)特征及水文參數(shù)如表4所示，工程地質(zhì)斷面如圖4所示。

表4 主要土層工程地質(zhì)特征及水文參數(shù)Table 4 Geological characteristics and hydrological parameters of main soils

圖4 類矩形盾構(gòu)隧道區(qū)間工程地質(zhì)斷面圖Fig.4 Geological profile of quasi-rectangular shield tunnel

6 水文地質(zhì)條件及地下水作用和影響

6.1 地表水及地下水

本工程場地有一條外塘河斜穿于盾構(gòu)隧道上方，河寬30～35 m，水深1～3 m，河底浮泥厚約0.5 m。50年一遇的防洪設(shè)計(jì)水位為2.80 m(1985國家高程基準(zhǔn))。含水層分為松散巖類孔隙潛水、孔隙承壓水及基巖裂隙水，與工程緊密聯(lián)系的為⑤6礫砂層(埋藏深度為34～38 m)，其水頭標(biāo)高均為0.11 m。

6.2 水和土腐蝕性的評價

根據(jù)場地水質(zhì)分析成果，按《巖土工程勘察規(guī)范》表12.2.1、12.2.4進(jìn)行判定，孔隙潛水對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性；考慮地基土基本位于地下水位以下或地下水位的變動范圍及毛細(xì)水影響帶，地基土對建筑材料的腐蝕性可參照孔隙潛水的腐蝕性評價。

值得提出的是：本工程場地潛水位埋藏深度為0.2～1.0 m，變幅在1.0 m左右，在多次的勘察成果專家評審會上，多數(shù)專家認(rèn)為對于地下工程，當(dāng)?shù)叵滤宦癫販\且變幅小，以及地基土長期浸泡于水中的場地，在評價孔隙潛水對建筑材料的腐蝕性時可不考慮干濕交替情況。

6.3 地下水對工程設(shè)計(jì)、施工的影響

隧道穿過覆土厚為2.7 m的外塘河，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮地下水浮力的作用，因覆土厚度小于1倍隧道高度，建議河道區(qū)域進(jìn)行專項(xiàng)抗浮設(shè)計(jì)，可在隧道上部采用抗拔樁板結(jié)構(gòu)解決隧道的上浮及變形問題。

因場地⑤6礫砂層、⑧3層礫砂含水層承壓水頭高、地層透水性大，對抗浮樁施工易引起孔內(nèi)水流失，導(dǎo)致孔內(nèi)水位急劇下降及孔壁坍塌等問題。

7 地基土層物理力學(xué)試驗(yàn)

根據(jù)類矩形盾構(gòu)隧道工程特點(diǎn)和場地地質(zhì)條件，除了常規(guī)室內(nèi)土工試驗(yàn)外，還進(jìn)行了部分特殊參數(shù)項(xiàng)目試驗(yàn)，如土的滲透系數(shù)、靜止測壓力系數(shù)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、靈敏度、三軸不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度、三軸固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、固結(jié)系數(shù)、基床系數(shù)、不均勻系數(shù)及d70、土層熱物理指標(biāo)、土層波速及電阻率等。

1)直剪固結(jié)快剪試驗(yàn)。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》條文說明11.4.2條、《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》條文說明16.3.4條的說明及勘察技術(shù)要求，作為工程設(shè)計(jì)的重要力學(xué)參數(shù)及計(jì)算指標(biāo)，要求直剪固結(jié)快剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)每一主要土層不少于10組。另外，根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合直剪固結(jié)快剪與三軸固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度的對比試驗(yàn)結(jié)果，飽和軟土采用2.4 mm/min剪切速率的直剪固結(jié)快剪試驗(yàn)數(shù)據(jù)更符合實(shí)際。

2)基床系數(shù)。本工程采用K0固結(jié)儀法試驗(yàn)獲取各土層基床系數(shù)。K0固結(jié)儀法試驗(yàn)是一種用現(xiàn)有K0固結(jié)試驗(yàn)儀，優(yōu)化加荷等級后完成K0固結(jié)試驗(yàn)的同時，利用現(xiàn)有的測試數(shù)據(jù)繪制P-S曲線，并參考K30試驗(yàn)方法整理計(jì)算基床系數(shù)的一種室內(nèi)試驗(yàn)方法。K0固結(jié)儀法是浙江省工程勘察院根據(jù)近幾年進(jìn)行的室內(nèi)與原位測試對比試驗(yàn)研究總結(jié)出來的一種方法。

3)黏性土顆粒分析試驗(yàn)。為了查明黏性土、淤泥質(zhì)土黏性度和黏著力情況，分析在黏性土層中土壓平衡盾構(gòu)施工土體改良劑(泡沫)的添加比例，改善土體的和易性，保證土艙內(nèi)土壓力的穩(wěn)定性和出土的順暢性，對黏性土、淤泥質(zhì)土進(jìn)行了顆粒分析試驗(yàn)。

盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)的地基土層物理力學(xué)試驗(yàn)參數(shù)指標(biāo)見表5。

表5 地基土層物理力學(xué)試驗(yàn)參數(shù)一覽表Table 5 Physico-mechanical parameters of soils

8 工程措施建議

8.1 隧道施工方案分析

經(jīng)過綜合分析，隧道可選擇密封型+土壓平衡式類矩形盾構(gòu)進(jìn)行施工。施工參數(shù)如推速、同步注漿(見表6)等，與地表變形密切相關(guān)，地表變形易導(dǎo)致隧道變形，故盾構(gòu)施工前必須根據(jù)地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)要素等情況，選取合理的參數(shù)指導(dǎo)施工，使盾構(gòu)在施工過程中達(dá)到最優(yōu)控制掘進(jìn)狀態(tài)[3]。

表6 類矩形盾構(gòu)同步注漿性能控制指標(biāo)Table 6 Performance indexes of synchronous grouting for quasi-rectangular shield

8.2 盾構(gòu)進(jìn)出洞地基加固

隧道頂、底板位于淤泥質(zhì)土中，可采用深層攪拌樁與旋噴樁相結(jié)合的地基加固辦法解決盾構(gòu)進(jìn)、出洞端的穩(wěn)定性問題。

8.3 穿越建筑物和河流時的施工技術(shù)分析

8.3.1 建筑物基礎(chǔ)的調(diào)查與保護(hù)措施

隧道穿越區(qū)域上方的立佳塑料包裝五金廠車間樁基礎(chǔ)為φ426 mm沉管灌注樁，施工前應(yīng)預(yù)先清除，并選用適合材料進(jìn)行回填。

8.3.2 盾構(gòu)穿越河流的施工技術(shù)分析

盾構(gòu)下穿外塘河處最小覆土為2.7 m，河寬30～35 m，河道深0.9～2.8 m。隧道施工易導(dǎo)致河岸失穩(wěn)，如施工控制不當(dāng)易導(dǎo)致地表水與地下水聯(lián)通，建議施工前對穿越段兩側(cè)河道進(jìn)行圍堰截流，并在隧道頂部設(shè)置鋼筋混凝土抗浮板，兩側(cè)設(shè)置抗拔樁，并嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進(jìn)相關(guān)參數(shù)。

8.4 設(shè)計(jì)、施工注意事項(xiàng)

1)在盾構(gòu)推進(jìn)前，應(yīng)先對施工影響范圍內(nèi)的地下管線及障礙物進(jìn)行詳查及采取保護(hù)措施，拔除影響盾構(gòu)掘進(jìn)的樁基礎(chǔ)。

2)在盾構(gòu)穿越外塘河時，應(yīng)詳細(xì)查明隧道頂板以上淺覆厚度及地表水與地下水的水力聯(lián)系，防止盾構(gòu)推進(jìn)中發(fā)生冒頂透水事故[12-13]。

9 結(jié)論與討論

1)根據(jù)類矩形盾構(gòu)隧道施工過程的三維數(shù)值仿真模擬[1]、軟土地區(qū)盾構(gòu)法隧道施工三維數(shù)值模擬研究成果[14]，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對盾構(gòu)法隧道工程勘察的技術(shù)要求，經(jīng)綜合分析，本工程勘察方案確定的勘探孔孔深等工作量經(jīng)濟(jì)合理，滿足設(shè)計(jì)要求，可為后續(xù)類似工程勘察提供參考。

2)3號線出入段線區(qū)間類矩形盾構(gòu)推進(jìn)涉及土層主要為淤泥、淤泥質(zhì)土，盾構(gòu)穿越周邊環(huán)境條件相對簡單，建議進(jìn)一步推廣類矩形盾構(gòu)隧道技術(shù)的應(yīng)用，積累更多經(jīng)驗(yàn)。

3)2016年11月11日寧波軌道交通3號線類矩形盾構(gòu)試驗(yàn)段工程順利貫通，各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐表明：本工程勘察依據(jù)充分，優(yōu)化后的方案合理，質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，對今后類矩形盾構(gòu)隧道工程勘察及相關(guān)勘察規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)修編具有一定的參考價值。

4)因規(guī)范未對判定場地復(fù)雜程度相關(guān)條文內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說明，文中采用現(xiàn)行的幾種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合分析判定方法有待于進(jìn)一步研究及探討。對于地下工程，當(dāng)場地地下水位埋藏淺且變幅小，以及地基土長期浸泡于水中的場地，進(jìn)行孔隙潛水腐蝕性評價時是否可不考慮干濕交替影響問題需進(jìn)一步研究。針對類矩形盾構(gòu)隧道工程特點(diǎn)及在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中遇到的技術(shù)問題，建議相關(guān)勘察規(guī)范修編時對相關(guān)條款進(jìn)行修改完善。

[1] 湯繼新,王柳善,季昌,等.類矩形土壓平衡盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地層變形三維數(shù)值分析[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2016， 33(1):9-15.TANG Jixin,WANG Liushan,JI Chang,et al.Three-dimensional numerical analysis of ground deformation induced by quasi rectangular EPB shield tunneling[J].Journal of East China Jiaotong University,2016,33(1):9-15.

[2] 龍建兵,楊志豪,沈張勇.類矩形盾構(gòu)工法在寧波軌道交通工程中的應(yīng)用探討[J].地下工程與隧道,2016(3):1-6,54.LONG Jianbing,YANG Zhihao,SHEN Zhangyong.Application of quasi-rectangular shield construction method in Ningbo Rail Transit Line[J].Underground Engineering and Tunnels,2016(3):1-6,54.

[3] 劉建軍,黃德中,丁志誠,等.適應(yīng)類矩形盾構(gòu)同步注漿工藝的漿液材料研究[J].中國建材科技,2015(增刊2):11-14.LIU Jianjun,HUANG Dezhong,DING Zhicheng,et al.Study of slurry materials for simultaneous grouting of rectangular shield[J].China Building Materials Science & Technology,2015(S2):11-14.

[4] 劉暢,周順華,季昌,等.類矩形盾構(gòu)隧道施工期上浮影響因素分析[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2016,33(1):94-99.LIU Chang,ZHOU Shunhua,JI Chang,et al.Influence factor analysis for upward floating of quasi rectangle shield tunnel in construction period[J].Journal of East China Jiaotong University,2016,33(1):94-99.

[5] 劉磊,孫翔,高文強(qiáng).淺談對城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范條文的認(rèn)識[J].科技風(fēng),2013(4):259.LIU Lei,SUN Xiang,GAO Wenqiang.On the understanding of the provisions of the code for geotechnical investigation of urban rail transit[J].Technology Wind,2013(4):259.

[6] 金淮,高文新,馬雪梅,等.城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范:GB 50307—2012[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2012.JIN Huai,GAO Wenxin,MA Xuemei,et al.Code for geotechnical investigations of urban rail transit：GB 50307—2012[S].Beijing:China Planning Press,2012.

[7] 曾令晴,李毅.淺談《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》與《巖土工程勘察規(guī)范》的區(qū)別與聯(lián)系[J].中國標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)報,2015(10):33-36.ZENG Lingqing,LI Yi.A brief discussion on the difference and relationship between the code for geotechnical investigation of urban rail transit and the code for geotechnical investigation [J].China Standards Review,2015(10):33-36.

[8] 武威,顧寶和,王鎧,等.巖土工程勘察規(guī)范：GB 50021—2001[S].2009年版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.WU Wei,GU Baohe,WANG Kai,et al.Code for investigation of geotechnical engineering：GB 50021—2001[S].2009 Edition.Beijing:China Architecture & Building Press,2009.

[9] 陳斌,蔣建良,石長禮,等.寧波市軌道交通巖土工程勘察技術(shù)細(xì)則：2013 甬 SS-02[S].杭州:浙江工商大學(xué)出版社,2013.CHEN Bin,JIANG Jianliang,SHI Changli,et al.Regulations for geotechnical engineering investigation of Ningbo urban rail transit：2013 Yong Ningbo SS-02[S].Hangzhou:Zhejiang Business University Press,2013.

[10] 李顯忠,鄧文龍,吳永紅,等.軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程：JGJ 83—2011[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.LI Xianzhong,DENG Wenlong,WU Yonghong,et al.Specification for geotechnical investigation in soft clay area：JGJ 83—2011[S].Beijing:China Architecture & Building Press,2011.

[11] 盛樹馨,吳連榮,徐斅祖,等.土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50123—1999[S].北京:中國計(jì)劃出版社,1999.SHENG Shuxin,WU Lianrong,XU Xuezu,et al.Standard for soil test method：GB/T 50123—1999[S].Beijing:China Planning Press,1999.

[12] 李明,張春進(jìn).寧波軌道交通越江隧道盾構(gòu)法施工控制技術(shù)研究[J].地下工程與隧道,2015(2):25-29，66.LI Ming,ZHANG Chunjin.Shield construction control technology for river crossing tunnel of Ningbo Rail Transit[J].Underground Engineering and Tunnel,2015(2):25-29，66.

[13] 唐重平.城際鐵路隧道穿越水體方案分析[J].鐵道勘察,2013(1):45-49.TANG Zhongping.Case study of the inter-city railway tunnel under surface water[J].Railway Investigation and Surveying,2013(1):45-49.

[14] 張社榮,田新星,王剛,等.軟土地區(qū)盾構(gòu)法隧道施工三維數(shù)值模擬[J].地下空間與工程學(xué)報,2012,8(4):807-814.ZHANG Sherong,TIAN Xinxing,WANG Gang,et al.3D numerical simulation of excavation of shield tunnel in softground[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2012,8(4):807-814.

Practice and Suggestion on Quasi-Rectangular Shield Tunnel Engineering of Entrance/Exit Section on Ningbo Rail Transit Line No.3

LIN Naishan1,CHEN Bin2,YAO Yanming1,ZHANG Chunjin1

(1.NingboRailTransitGroupCo.,Ltd.,Ningbo315101,Zhejiang,China; 2.NingboUniversityofTechnology,Ningbo315016,Zhejiang,China)

In order to solve the technical difficulties in the development of the first quasi-rectangular shield tunnel in urban soft soil in China,the determination of technical standards and grades,key and difficult points of investigation,investigation program,geological characteristics of high rheological and soft soil,hydrogeological conditions of construction site and suggestions on construction technology are analyzed.Some conclusions are drawn as follows:1) The complexity grade of construction site in soft soil and the depth of investigation drilled-hole of quasi-rectangular shield tunnel of relevant standards and criteria are conservative,which will definitely lead to work waste.2) The investigation drilled holes with depths of 2Hto 3H,whereHis tunnel height,under tunnel bottom are rational and economical when quasi-rectangular shield tunnel is located in Quaternary marine sedimentary soft soil area.The investigation program above-mentioned can provide reference for the future revision of engineering investigation of quasi-rectangular shield tunnel and relevant standards.

Ningbo rail transit; quasi-rectangular shield tunnel; survey; soft soil; hydrogeological conditions

2017-01-20;

2017-03-22

林乃山(1978—)，男，浙江平陽人，2003年畢業(yè)于石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院，勘查技術(shù)與工程專業(yè)，本科，高級工程師，現(xiàn)從事巖土工程勘察管理與研究工作。E-mail:44530352@qq.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.06.011

U 45

A

1672-741X(2017)06-0722-08