長江漫灘地區(qū)深基坑施工對盾構(gòu)隧道影響及應急保護研究

張書豐， 朱玉權(quán)， 沈曉偉

(1. 南京地鐵集團有限公司， 江蘇 南京 210008； 2. 中設設計集團股份有限公司， 江蘇 南京 210014)

長江漫灘地區(qū)深基坑施工對盾構(gòu)隧道影響及應急保護研究

張書豐1， 朱玉權(quán)2， 沈曉偉1

(1. 南京地鐵集團有限公司， 江蘇 南京 210008； 2. 中設設計集團股份有限公司， 江蘇 南京 210014)

為研究長江漫灘地區(qū)深基坑工程對鄰近盾構(gòu)隧道的影響因素，驗證在該特殊土層實施針對性綜合保護應急措施的可行性，以長江漫灘地區(qū)深基坑工程盾構(gòu)隧道應急保護實際案例為背景，依據(jù)前期施工階段監(jiān)測資料，分析出該地質(zhì)條件下深基坑施工對周邊盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形的主要影響因素為降水、側(cè)向卸載及附加荷載。采用修正慣用法對各影響因素進行定量分析，針對后續(xù)施工疊加影響采取相應施工控制及隧道加固等綜合保護應急措施。實施處置措施前后監(jiān)測數(shù)據(jù)對比及反分析得出，長江漫灘地區(qū)鄰近盾構(gòu)隧道深基坑在設計、施工期間應著重對基坑降水、卸載及附加荷載進行控制，當盾構(gòu)隧道出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全問題時，采用綜合保護應急措施可取得顯著治理效果。

長江漫灘； 深基坑； 盾構(gòu)隧道； 修正慣用法； 應急保護

0 引言

隨著當前城市開發(fā)進程，長江沿線地區(qū)因其優(yōu)良的生態(tài)環(huán)境、便利的交通條件成為諸多城市重點發(fā)展區(qū)域。如何在有限的用地條件下充分開發(fā)利用地下空間成為該區(qū)域建設工程首要目標，由此帶來的眾多深基坑工程對周邊重要構(gòu)筑物，尤其對被稱為城市生命線的地鐵隧道影響不容忽視。長江沿線所屬長江漫灘地層是典型的河流沖積二元結(jié)構(gòu)，沉積物主要由上部漫灘相細粒沉積物和下部粗粒河床沉積物組成。上部漫灘相土層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土和粉土層；下部漫灘相土層為粉細砂層和砂礫層。該類型地質(zhì)條件下的深基坑工程基本處于上部漫灘相土層的軟—流塑淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中，具有高壓縮性、高靈敏度、低強度、低滲透性、低到中等的次固結(jié)等特征。在該地質(zhì)條件下實施的大型深基坑工程對地鐵隧道影響較常規(guī)地區(qū)影響更為顯著。

深基坑施工對周邊環(huán)境影響主要通過地層變形體現(xiàn)，基坑開挖、降水及圍護施工引起地層變形是最為主要的作用機制。地鐵隧道多數(shù)為盾構(gòu)隧道，施工便利、安全、快速，同時具備有多縫、易滲漏、易損傷等缺點，如遭遇沿線周邊物業(yè)密集開發(fā)，極易發(fā)生滲漏和不均勻變形[1-6]，若變形嚴重將直接影響結(jié)構(gòu)及運營安全。目前國內(nèi)因周邊開發(fā)對鄰近盾構(gòu)隧道的影響研究方法大體可歸納為現(xiàn)場實測分析、有限元仿真模擬、理論計算和離心模型試驗法[7-10]，但現(xiàn)有研究更多針對工程前期影響，工程案例多為實施相對安全可靠的項目，對于長江漫灘地區(qū)等特殊工程地質(zhì)條件下突發(fā)性隧道結(jié)構(gòu)安全問題，尤其在深基坑工程前期施工對盾構(gòu)隧道已造成較大影響情況下，盾構(gòu)隧道應急保護措施的可行性和有效性亟待深入研究。

1 項目概況

1.1周邊環(huán)境

項目位于長江漫灘地區(qū)，面積9萬m2，總建筑面積70萬m3，地下設4層地下室，最大開挖深度達 22.75 m?；訛槊魍陧樧?，分4個區(qū)域進行施工，Ⅰ區(qū)基坑面積約1萬1 300 m2，Ⅱ區(qū)基坑面積約8 500 m2，Ⅲ區(qū)基坑面積約3萬1 000 m2，Ⅳ區(qū)基坑面積約 7 300 m2，其中Ⅰ區(qū)基坑與Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)基坑之間無連接，Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)基坑鄰近已運營地鐵盾構(gòu)隧道(隧道埋深18.5～20.6 m，隧道外徑6.2 m，內(nèi)徑5.5 m，壁厚0.35 m，環(huán)寬1.2 m)?；臃謪^(qū)及基坑與地鐵盾構(gòu)隧道相對關系見圖1。

圖1 項目基坑分區(qū)圖

1.2地質(zhì)概況

地塊所處地層隸屬長江漫灘地貌單元，根據(jù)地勘資料，場地地基土層自上而下主要為雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾粉砂、粉細砂、粗礫砂(含礫石)、強風化泥巖、中風化泥巖。地鐵盾構(gòu)隧道主要穿越②-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②-3粉質(zhì)黏土夾粉砂及③-1粉細砂，相鄰基坑底位于②-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。相關土層物理力學參數(shù)見表1。

表1 各土層平均物理力學參數(shù)

注：γ為重度；c為黏聚力；φ為內(nèi)摩擦角；K0為側(cè)壓力系數(shù)；K為側(cè)向抗力。

1.3基坑支護設計及施工方法概況

該基坑采用“兩墻合一”地下連續(xù)墻作為基坑圍護體，地下連續(xù)墻厚1.0～1.2 m，深度約65.0 m，且入中風化巖不少于1.0 m以切斷坑內(nèi)外水力聯(lián)系，內(nèi)部設5層鋼筋混凝土支撐。近地鐵側(cè)坑內(nèi)被動區(qū)坑外主動區(qū)均采用三軸深攪樁進行加固?；又ёo結(jié)構(gòu)與地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)邊線最小水平距離為15.0 m，Ⅰ區(qū)基坑與地鐵盾構(gòu)隧道相對關系剖面圖如圖2所示。

基坑采用明挖順作法施工，采用盆式開挖方式按Ⅰ區(qū)—Ⅱ區(qū)—Ⅲ區(qū)—Ⅳ區(qū)順序進行施工，開挖遵循分區(qū)、分塊方式開挖，后續(xù)基坑均待前期地下室結(jié)構(gòu)完成后施工?？觾?nèi)地下水采用疏干降水方式處理，坑外設置集水井及排水溝對地表水進行疏排，同時設置觀測井兼回灌井控制坑外水位。該基坑施工期間主要采用自動化監(jiān)測方式對盾構(gòu)隧道水平位移、水平收斂、豎向收斂及垂直位移進行監(jiān)測。

2 隧道結(jié)構(gòu)變形分析

圍護結(jié)構(gòu)施工完成后，該基坑第1階段進行Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)施工，先后進行群井降水試驗、土方開挖、混凝土支撐施工、底板澆筑施工、混凝土支撐拆除和地下室施工等。下文對鄰近Ⅰ區(qū)基坑的下行線隧道結(jié)構(gòu)變形進行統(tǒng)計與分析。

2.1結(jié)構(gòu)變形

在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)基坑施工過程中，盾構(gòu)隧道產(chǎn)生了較為顯著的變形與結(jié)構(gòu)性病害。為分析結(jié)構(gòu)變形對盾構(gòu)隧道防水及連接螺栓的受力影響，對隧道縱向變形、橫向變形、表觀病害進行了統(tǒng)計。

圖2 Ⅰ區(qū)基坑與盾構(gòu)隧道相對位置關系圖(單位： m)

1)隧道縱向變形。1階段施工期間，隧道沉降逐漸擴大，土方開挖前群井降水試驗期間、土方開挖(含混凝土支撐施作)及底板封閉期間、混凝土支撐拆除及地下結(jié)構(gòu)回筑期間沉降量分別占施工期沉降量的 12.7%、41.8%及45.5%。沉降速率方面，土方開挖前，群井試降水速率明顯大于基坑土建施工階段；土方開挖后，沉降速率總體上隨著土方開挖深度的增加而增加(見圖3和圖4)。

圖3 各施工階段隧道沉降圖Fig. 3 Settlements of shield tunnel during foundation pit construction

2)隧道橫向變形。項目施工前，項目段上下行3環(huán)管片水平直徑擴張超80 mm，10環(huán)管片水平直徑擴張在70～80 mm，水平直徑擴張最大達85.0 mm；Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)基坑底板封閉完成時，水平直徑擴張超80 mm達37環(huán)，在70～80 mm達167環(huán)，擴張最大達96.3 mm；待Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)基坑回筑完成時，水平直徑擴張超80 mm達95環(huán)，在70～80 mm達136環(huán)，水平直徑擴張最大達93.1 mm。施工過程中，隧道水平直徑擴張較快，各節(jié)點施工期間隧道水平直徑變化見圖5。經(jīng)統(tǒng)計，隧道水平直徑擴張主要發(fā)生在底板封閉之前，水平直徑擴張量約占施工期總擴張量的81.5%，基坑回筑期間隧道水平直徑擴張約占總擴張量的18.5%。

圖4 各施工階段隧道沉降速率圖Fig. 4 Settlement speed of shield tunnel during foundation pit construction

圖5 各施工階段隧道水平直徑變化圖Fig. 5 Variations of horizontal diameter of shield tunnel during foundation pit construction

3)表觀病害。1階段施工期間，上行線累計88環(huán)、下行線累計94環(huán)存在結(jié)構(gòu)性病害(見圖6)，病害比例達26.0%、26.7%。結(jié)構(gòu)性病害主要表現(xiàn)為腰部環(huán)縱縫滲漏、封頂塊連接管片裂縫、腰部管片混凝土壓損，部分區(qū)段封頂塊連接管片形成了連續(xù)裂縫，最大裂縫寬度達0.6 mm。典型病害圖片見圖7。此外，Ⅰ區(qū)基坑土方開挖期間，道床與管片剝離發(fā)展較迅速，剝離段連續(xù)長度約400 m，最寬處達到35 mm，下行線較上行線嚴重，道床底部脫空量約5 mm。

圖6 隧道結(jié)構(gòu)病害圖

圖7 下行570環(huán)管片壓損及下行544—545環(huán)管片裂縫圖Fig. 7 Pressured damage of downward 570 ring segments and cracks of downward 544-545 ring segments

2.2定性分析

將監(jiān)測數(shù)據(jù)與基坑工序進行對比，可發(fā)現(xiàn)隧道變形及病害發(fā)生較為顯著對應的施工階段如下。

1)土方開挖前的群井降水試驗表明，由于Ⅰ區(qū)基坑地下連續(xù)墻止水效果存在缺陷，期間盾構(gòu)隧道縱向變形占施工期變形的12.7%，且變化速率遠大于其他施工階段，表明水位下降對管片縱向變形具有較為顯著的影響。

2)在基坑土方開挖及降水期間(含降水試驗期間)，隧道發(fā)生54.5%的沉降、81.5%的水平直徑擴張，表明在長江漫灘地質(zhì)條件下，該階段施工對地鐵結(jié)構(gòu)變形影響最為顯著。

3)在基坑底板封閉、坑內(nèi)無大范圍降水、圍護結(jié)構(gòu)止水效果有效的前提下，地鐵結(jié)構(gòu)仍有較大變形，其中隧道沉降占比達45.5%、水平直徑擴張占比達 18.5%，除了軟土自身的滯后變形外，基坑內(nèi)支撐采用機械振動方式拆除，且鄰近地鐵側(cè)存在的堆載影響均不可忽略。

以上分析結(jié)果表明，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)基坑施工期間，相鄰盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形因素主要為降水、側(cè)向卸載及附加荷載。

2.3定量分析

為研究外部條件變化時盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化特性，本文采用目前已較為成熟的修正慣用法理論[11]，對降水、側(cè)向卸載及附加荷載對于不同埋深下盾構(gòu)隧道影響進行分析。

根據(jù)材料力學純彎構(gòu)件梁的平截面假定，按照彈性均質(zhì)材料考慮，梁上每個截面的變形曲率Φ與彎矩M之間關系可表達為M(θ)=EIΦ(θ)=-EId2v(θ)/dθ2，其中EI為管片抗彎剛度，v(θ)為管片曲線函數(shù)，θ為管片某點位的角度，即可將定量研究管片變形轉(zhuǎn)變?yōu)閷芷瑥澗氐难芯俊?/p>

2.3.1 模型建立

盾構(gòu)隧道主要穿越②-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及③-1粉細砂地層，結(jié)合本項目盾構(gòu)隧道及地層參數(shù)，計算隧道不同埋設工況下，附加堆載、降水、側(cè)向卸載對盾構(gòu)管片彎矩的影響。盾構(gòu)隧道荷載分布形式如圖8所示。

圖8 修正慣用法荷載圖示Fig. 8 Sketch of load acting on segment by modified traditional method

2.3.2 降水影響分析

在長江漫灘地區(qū)，為確保基坑開挖面穩(wěn)定并提供施工作業(yè)面，深基坑需實施坑內(nèi)降水，若圍護結(jié)構(gòu)密封性不足，將引起周邊水位下降，導致隧道管片受力情況變化，管片結(jié)構(gòu)應力應變將隨之發(fā)生改變。經(jīng)查閱項目段巖土工程勘察報告，隧道分布土層的飽和重度為18.08 kN/m3，有效重度為8.28 kN/m3。本文分析隧道覆土厚度為9、12、15、18 m情況下，地下水位由本項目自然標高(地下6 m)逐步下降至本項目隧道拱頂標高(地下18 m)管片最大彎矩的變化情況。降水深度與管片最大彎矩關系曲線如圖9所示?？梢钥闯觯?1)降水深度與管片結(jié)構(gòu)最大彎矩增加比例呈線性關系，隨著降水深度增加，管片最大彎矩逐漸增大，且隧道埋深越小降水影響越明顯； 2)在隧道埋深為9、12、15、18 m工況下，降水深度每增加1 m，對應管片最大彎矩分別增加8.09%、6.84%、5.93%、5.23%。

圖9 降水深度與管片最大彎矩關系曲線Fig. 9 Curves show relationship between dewatering depths and maximum bending moments of segment

2.3.3 側(cè)向土壓力折損影響分析

側(cè)向土壓力損失與基坑圍護結(jié)構(gòu)變形、基坑開挖面與盾構(gòu)隧道時空關系、土層物理力學性能等因素有關，但目前缺乏相關的經(jīng)驗公式。為了分析基坑開挖、內(nèi)混凝土支撐拆除等施工對管片最大彎矩的影響，本次分析按一定比例折損進行分析。結(jié)果見圖10，可知： 側(cè)向土壓力折損與管片結(jié)構(gòu)最大彎矩增加比例呈現(xiàn)線性關系，隨著側(cè)向土壓力折損，管片最大彎矩逐漸增大，且隧道覆土厚度越大影響越大。在隧道埋深為9、12、15、18 m工況下，側(cè)向土壓力每折損10%，管片最大彎矩分別增加18.42%、19.32%、20.15%、20.81%。

圖10 側(cè)向土壓力折損與管片最大彎矩關系曲線Fig. 10 Curves show relationship between lateral earth pressures and maximum bending moments of segment

2.3.4 堆載影響分析

在鄰近地鐵隧道深基坑施工過程中，盾構(gòu)隧道上方較易出現(xiàn)重載車輛碾壓、施工材料及施工垃圾臨時或長期堆放等情況，附加堆載將直接引起管片附加應力的增加。本文根據(jù)Boussinesg公式，假定為大面積均質(zhì)堆載，分析盾構(gòu)隧道上方堆載2、4、6、8 m對隧道覆土厚度為9、12、15、18 m的影響，詳見圖11。堆載與管片結(jié)構(gòu)最大彎矩增加比例呈現(xiàn)線性關系，隨著堆載的增加，管片最大彎矩逐漸增大，且隧道覆土厚度越小影響越大。在隧道埋深為9、12、15、18 m工況下，堆土每增加1 m，對應管片最大彎矩分別增加4.42%、2.89%、2.05%、1.53%。但考慮到Boussinesg公式為彈性解，未考慮土層物理力學性能，堆土對管片最大彎矩的影響計算結(jié)果比實際結(jié)果偏低。

圖11 堆載高度與管片最大彎矩關系曲線Fig. 11 Curves show relationship between cover depths of shield tunnel and maximum bending moments of segment

3 隧道應急保護

基坑Ⅰ、Ⅱ分區(qū)施工完成時，通過對隧道縱向變形、隧道橫向變形及隧道結(jié)構(gòu)病害的監(jiān)測與分析，參照相關規(guī)范[12-13]及相關文獻[14-16]，隧道縱向附加變形曲率半徑最小達2萬1 505 m，尚在規(guī)范控制1萬5 000 m以外，說明縱向連接螺栓尚在彈性變形范圍，但隧道橫向變形95環(huán)超80 mm，最大達93.1 mm，且拱頂出現(xiàn)裂縫、腰部出現(xiàn)壓損等典型的橫向變形過大引起的病害，綜合判斷結(jié)構(gòu)存在較大的安全隱患。

3.1應急措施

鑒于Ⅰ、Ⅱ分區(qū)施工期間已經(jīng)造成盾構(gòu)隧道出現(xiàn)較大變形，且變形速率未趨于穩(wěn)定，經(jīng)對比分析，后續(xù)施工的Ⅲ區(qū)基坑開挖深度與Ⅰ區(qū)同為22.75 m，但平面面積是其2.74倍，對應隧道長度為1.76倍，若不及時采取有效的應急管控措施，盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)可能無法承擔Ⅲ區(qū)基坑施工的疊加影響。綜合盾構(gòu)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有狀態(tài)及產(chǎn)生變形的主要風險源，本文提出“外控內(nèi)治”的綜合應急處置措施，以應對基坑施工風險及治理盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)病害。

3.1.1 外控措施

3.1.1.1 坑外水位管控

Ⅲ區(qū)基坑土方開挖前，進行專項群井降水檢測，檢驗地下連續(xù)墻密封性。Ⅲ區(qū)基坑4層土方開挖時，經(jīng)監(jiān)測，地下水位約為-11.5 m，4層及以下土方開挖必須降水。結(jié)合前期施工經(jīng)驗，工程降水采用了分段、分塊控制性降水，以保證水位穩(wěn)定在開挖面以下1 m，降水井調(diào)整至遠離鄰近盾構(gòu)隧道側(cè)地下連續(xù)墻邊線20 m，同時設置回灌井，確保盾構(gòu)隧道周邊水位平衡。

3.1.1.2 側(cè)向土壓力折損管控

為了減小側(cè)向土壓力的損失，總體遵循“分區(qū)、分塊、對稱、平衡、限時”的原則，對土方開挖及混凝土支撐銜接進行了重新細化設計與安排。

1)優(yōu)化土方開挖順序。Ⅲ區(qū)土方開挖劃分為3個區(qū)段A、B、C，依據(jù)SA≈SB+SC及C區(qū)留土寬度不低于4倍開挖深度的原則，測算出C區(qū)寬度為20 m、B區(qū)寬度為40 m，并按A區(qū)—B區(qū)—C區(qū)及跳槽開挖的總體順序?qū)嵤?/p>

2)限時開挖并補強內(nèi)支撐。加強投入與合理組織施工，確保最后3層土方(每層土方約13萬9 500 m3)及支撐1個月內(nèi)完成，折算每天6 000 m3(約為Ⅰ區(qū)基坑的1.5倍)，同時，C區(qū)每段土方開挖后24 h內(nèi)先架設鋼管支撐，單根鋼管預加軸力1 000 kN，待鋼管支撐下混凝土支撐達到設計強度70%后方可拆除鋼管支撐。Ⅲ區(qū)基坑土方開挖分區(qū)及臨時鋼管支撐圖如圖12所示。

圖12 Ⅲ區(qū)基坑土方開挖分區(qū)及臨時鋼管支撐圖Fig. 12 Excavation zoning and temporary steel pipe support of section III

3)控制振動。靜力拆除C區(qū)支撐與圍檁，按分區(qū)、分段、錯層拆除，每層結(jié)構(gòu)施工完成先拆除角撐，預留7、8、10部位支撐暫不拆除，C區(qū)支撐與圍檁采用機械切割的形式實施拆除，其余部位采用機械破除。

4)附加荷載管控。沿基坑遠離地鐵側(cè)設置4處出土口，將現(xiàn)場辦公與生活使用的輕質(zhì)板房布設于盾構(gòu)隧道上方，確保盾構(gòu)隧道上方無重型材料堆放和重載車輛運行。

3.1.2 內(nèi)治措施

1)側(cè)向土壓力補強。為了彌補基坑施工造成側(cè)向土壓力的折損，選擇對項目段上下行線隧道水平直徑收斂變形超過70 mm的隧道環(huán)及外延3環(huán)隧道兩側(cè)實施雙液微擾動注漿[17-19]，漿液為水泥漿與水玻璃雙漿液，體積為(2～3)∶1，水泥漿泵流量14～16 L/min，水玻璃泵流量5～10 L/min，注漿為底部標高以上5.2 m范圍，注漿壓力根據(jù)監(jiān)測情況確定，注漿順序采用同一排做1跳5—10環(huán)、相鄰注漿孔間隔不少于2 d、同一環(huán)隧道兩側(cè)間隔注漿，注漿拔管由下而上均勻拔出，每30 s拔5 cm(可根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整)，每孔注漿量約1 100 L。若注漿期間隧道收斂值擴張量≥5 mm，則立即停止注漿。改良管片隧道兩側(cè)土體性能，增加側(cè)向土壓力，注漿位置見圖13，最終注漿1 275孔。雙液微擾動注漿現(xiàn)場施工圖見圖14。

圖13 雙液微擾動注漿示意圖(單位： m)

圖14 雙液微擾動注漿現(xiàn)場施工圖Fig. 14 Construction drawing of double-grout micro-disturbance grouting

2)管片結(jié)構(gòu)補強。在施工期間，盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形尚未穩(wěn)定的狀態(tài)下，實施見水就堵的原則，采用壁厚注漿結(jié)合環(huán)縱縫環(huán)氧堵漏。針對拱頂裂縫情況，通過粘貼芳綸布臨時加固。針對管片壓損情況，采用高強修補砂漿水泥配合剛性環(huán)氧修補。盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形基本穩(wěn)定后，針對Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)基坑回筑完成時盾構(gòu)隧道橫向變形超80 mm的管片以及結(jié)構(gòu)表觀損傷嚴重的管片，共計101環(huán)實施了內(nèi)張鋼圈支護補強，鋼板壁厚20 mm、環(huán)寬900 mm。現(xiàn)場施工情況見圖15。

圖15 內(nèi)張鋼圈施工圖

3.2保護效果

3.2.1 外控效果

為了衡量與反分析基坑施工外控的效果，結(jié)合現(xiàn)場雙液微擾動注漿孔的布置，選擇Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)基坑彎弧兩端點向基坑中部延伸方向的30環(huán)盾構(gòu)隧道為研究對象(均未實施微擾動注漿，且基坑及外部環(huán)境基本相同)，對比了土方開挖及底板封閉節(jié)點以及基坑回筑、支撐拆除節(jié)點盾構(gòu)隧道水平直徑變化?；咏邓巴练介_挖施工外控效果如圖16所示?；踊刂爸尾鸪饪匦Ч鐖D17所示。

圖16 基坑降水及土方開挖施工外控效果Fig. 16 External control effects of dewatering and soil excavation of foundation pit

由圖16和圖17可知： Ⅲ區(qū)基坑經(jīng)優(yōu)化施工組織設計后，在相同階段施工條件下，Ⅲ區(qū)基坑施工造成的盾構(gòu)隧道水平直徑變化量明顯小于Ⅰ區(qū)基坑施工的影響，其中降水及土方開挖施工影響量減少了67.0%，基坑回筑及支撐拆除施工影響量減少了63.3%，說明對基坑施工的外控效果顯著。

圖17 基坑回筑及支撐拆除外控效果Fig. 17 External control effects of construction and support demolition of foundation pit

3.2.2 內(nèi)治效果

選取下行線X523—X665環(huán)盾構(gòu)隧道水平直徑雙液微擾動注漿實施前、實施后及Ⅲ區(qū)基坑回筑完成節(jié)點監(jiān)測成果，以衡量地鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)治效果，詳見圖18。經(jīng)統(tǒng)計，即使在Ⅲ區(qū)基坑同步施工過程中，微擾動注漿結(jié)束時，仍對該段隧道水平直徑最大糾偏22.7 mm，平均糾偏9.2 mm，待Ⅲ區(qū)基坑回筑完成時，對該段隧道水平直徑平均糾偏量達7.0 mm，說明微擾動注漿取得了良好的效果，不僅有效彌補了Ⅲ區(qū)基坑施工對盾構(gòu)隧道的影響，且對隧道橫向變形起到了有效的治理作用。

圖18 盾構(gòu)隧道內(nèi)治效果

4 結(jié)論與建議

長江漫灘地區(qū)因其工程地質(zhì)條件特殊性，場地范圍內(nèi)的深基坑開挖對鄰近地鐵隧道影響因素較常規(guī)地區(qū)多且復雜。通過對現(xiàn)場監(jiān)測成果資料的整理與分析，并利用荷載結(jié)構(gòu)法和修正慣用法對管片結(jié)構(gòu)變形的影響因素進行定量分析，說明長江漫灘區(qū)域深基坑施工對盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)變形影響主要因素為降水、側(cè)向卸載及附加堆載，且對不同覆土深度隧道均能產(chǎn)生一定的影響。經(jīng)過總結(jié)與反分析，長江漫灘地區(qū)深基坑對盾構(gòu)隧道保護可采取針對性“外控內(nèi)治”保護措施，通過實施效果對比，說明在深基坑施工對鄰近盾構(gòu)隧道產(chǎn)生不利影響時，該措施可作為應急保護有效的處置方案。建議在進行長江漫灘地區(qū)鄰近盾構(gòu)隧道的深基坑設計、施工及開展相應盾構(gòu)隧道保護工作時，應注意如下事項。

1)在長江漫灘地區(qū)深基坑開挖期間，隨著水位降深的增加，鄰近地鐵盾構(gòu)管片最大彎矩逐漸增大，且隧道覆土厚度越小影響越大。深基坑在設計階段應確保切斷坑內(nèi)外承壓水聯(lián)系，土方開挖前應對圍護結(jié)構(gòu)滲漏進行專項檢測，確保止水效果后方可開挖土方，并嚴格遵循“按需降水”，避免地下水位變化對盾構(gòu)隧道的影響。

2)長江漫灘地區(qū)深基坑開挖期間極易引起鄰近隧道側(cè)向土壓力折損，導致盾構(gòu)管片最大彎矩增大，且隧道覆土厚度越大影響越大。在基坑支護結(jié)構(gòu)設計時，可通過工程籌劃，制定針對性土方開挖、土方開挖與內(nèi)支撐銜接、內(nèi)支撐拆除等方案，并確?？焖偈┕?，可有效降低因土壓力折損對地鐵隧道的不利影響。

3)施工附加荷載對地鐵盾構(gòu)隧道的影響不可忽視，隨著堆載的增加，管片最大彎矩逐漸增大，且隧道覆土厚度越小影響越大。施工時嚴禁在隧道上方堆放重型材料或通行重載車輛，嚴格控制施工荷載。

4)長江漫灘地區(qū)若深基坑對地鐵盾構(gòu)隧道影響導致其變形較大，可按照“內(nèi)治外控”原則，在隧道內(nèi)部實施雙液微擾動注漿施工和內(nèi)鋼環(huán)加固，可取得顯著的應急治理效果。

5)本文將基坑降水、土方開挖及地表堆載與管片附加荷載進行關聯(lián)，實現(xiàn)了相應定量分析。由于對施工工況進行了簡化，如隧道單側(cè)基坑土方開挖的工況下對隧道兩側(cè)側(cè)向土壓力進行對稱折算，隧道上覆地表局部堆載按大面積均質(zhì)堆載考慮，未考慮各影響因素相互影響及管片變形受損的強度折減，因而計算成果與工程實際存在一定偏差。后期可進一步采用有限元方法建立流固耦合場，并引入盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)損傷模型，對已受損盾構(gòu)隧道在外部多重因素同時作用下進行更為符合實際工況的定量分析。

6)長江漫灘地區(qū)深基坑開挖具有明顯的時間效應，其對盾構(gòu)隧道的長期影響不可忽略，本文僅針對施工期間內(nèi)盾構(gòu)隧道的突發(fā)影響及應急保護方案進行研究，后期可針對長江漫灘地區(qū)深基坑開挖對盾構(gòu)隧道長期影響相應綜合保護措施進行深入研究。

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StudyofInfluenceofDeepFoundationPitConstructiononAdjacentShieldTunnelinFloodplainAreaofYangtzeRiverandEmergencyProtectionMeasures

ZHANG Shufeng1, ZHU Yuquan2, SHEN Xiaowei1

(1.NanjingMetroCo.,Ltd.,Nanjing210008,Jiangsu,China; 2.ChinaDesignGroupCo.,Ltd.,Nanjing210014,Jiangsu,China)

The influence of deep foundation pit construction on adjacent shield tunnel in floodplain area of the Yangtze River is studied so as to verify the feasibility of the comprehensive emergency protection measures adopted. According to the monitoring data collected during previous construction phase, it is showed that the main influencing factors of deformation of shield tunnel structure are dewatering, lateral unloading and additional loading of deep foundation pit. The influencing factors are quantitatively analyzed by modified traditional method; and then relevant construction control technologies and reinforcing technologies are adopted. The comparison between monitoring data before and after carrying out countermeasures shows that the control of dewatering, unloading and additional loading are the keys to design and construction of deep foundation pit adjacent to shield tunnel and the comprehensive emergency protection measures adopted are rational and effective.

floodplain area of Yangtze River; deep foundation pit; shield tunnel; modified traditional method; emergency protection

2017-06-13;

2017-07-24

張書豐(1980—)，男，江蘇建湖人，2007年畢業(yè)于河海大學，巖土工程專業(yè)，博士，高級工程師，現(xiàn)主要從事工程管理工作。E-mail：myuniqueid@163.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.10.007

U 45

A

1672-741X(2017)10-1246-09