大直徑泥水盾構(gòu)下穿地鐵擋墻路基沉降控制

馬文輝，楊成永，彭華，白雁，程霖，高利宏，劉志暘

（1. 北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京100044；2. 北京市地鐵運(yùn)營有限公司，北京100044）

在城市建設(shè)中，鐵路的地下化由于能夠避免鐵路對城市空間的分割而日漸受到重視[1].城市中的鐵路隧道建設(shè)往往采用大直徑的泥水盾構(gòu). 泥水盾構(gòu)常通過調(diào)控掘進(jìn)、泥漿以及注漿的參數(shù)來減小施工對周邊建筑物的影響[2].然而目前鮮有大直徑泥水盾構(gòu)穿越既有地鐵的工程經(jīng)驗(yàn)，大直徑泥水盾構(gòu)雙洞先后穿越既有地鐵擋墻式路基的案例更是極為少見. 開展此類工程的沉降控制研究對保證既有地鐵安全運(yùn)營有著較大的工程借鑒意義.

針對泥水盾構(gòu)穿越施工引起的地層及周邊建筑物沉降控制的方法，許多學(xué)者依托不同的工程做了一定的研究.袁大軍等[3]以南京長江隧道大直徑泥水盾構(gòu)施工為依托，通過現(xiàn)場監(jiān)測，研究了施工對地層的擾動機(jī)制和規(guī)律、影響范圍和程度.伍振志等[4]分析了上海長江隧道泥水盾構(gòu)穿越民房段前的試驗(yàn)段地表沉降數(shù)據(jù)，預(yù)測了施工對民房的影響程度，制定了地表沉降控制措施并得到了驗(yàn)證.Xie 等[5]以上海迎賓三路隧道大直徑泥水盾構(gòu)施工為依托，采用數(shù)值模擬方法，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測，提出了施工影響下地表沉降的預(yù)測方法.房倩等[6]以南京緯三路過江通道大直徑泥水盾構(gòu)施工為依托，通過現(xiàn)場監(jiān)測，研究了盾構(gòu)在砂、砂卵石地層中掘進(jìn)引起的地表沉降過程和分布規(guī)律.林存剛等[7-9]、張忠苗等[10，11]以杭州慶春路過江隧道泥水盾構(gòu)掘進(jìn)施工為依托，討論了盾構(gòu)施工參數(shù)對地表沉降影響，總結(jié)了施工引起地層沉降的機(jī)理及控制措施，提出了考慮盾構(gòu)頂推力、注漿壓力的預(yù)測地面隆沉的Mindlin 解法.吳世明等[12]以杭州慶春路過江隧道泥水盾構(gòu)穿越錢塘江南岸大堤施工為依托，論證了通過優(yōu)化泥水壓力、盾構(gòu)姿態(tài)、同步注漿等盾構(gòu)施工參數(shù)，可以確保堤防結(jié)構(gòu)和施工的安全.周松等[13]以上海仙霞西路隧道大直徑泥水盾構(gòu)穿越虹橋機(jī)場繞滑道施工為依托，通過試驗(yàn)研究了盾構(gòu)施工參數(shù)的調(diào)控規(guī)律，分析了施工影響下機(jī)場滑道的沉降規(guī)律.梁浩等[14]以上海地鐵11 號線泥水盾構(gòu)穿越吹填土地層施工為依托，討論了施工影響下地表沉降的規(guī)律以及注漿抬升地表措施的效果.Mooney 等[15]以紐約皇后隧道泥水盾構(gòu)施工為依托，采用數(shù)值模擬方法，結(jié)合地表沉降數(shù)據(jù)，討論了盾構(gòu)空隙和注漿參數(shù)對地表沉降的影響. 謝雄耀等[16]以南寧地鐵泥水盾構(gòu)下穿居民樓施工為依托，分析了盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的變化規(guī)律，在提出袖閥管注漿加固措施的同時(shí)給出了富水強(qiáng)滲透圓礫地層注漿漿液配比.李承輝等[17]以蘭州地鐵泥水盾構(gòu)穿越黃河施工為依托，總結(jié)了盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)設(shè)定、穿越黃河風(fēng)險(xiǎn)控制等方面的經(jīng)驗(yàn).

目前研究成果多數(shù)在探討總結(jié)泥水盾構(gòu)穿越施工影響下地表沉降的規(guī)律及其控制，缺少針對穿越施工影響下地鐵路基尤其是擋墻式路基沉降的規(guī)律及其控制方法的研究；同時(shí)對盾構(gòu)施工參數(shù)的討論也僅局限于泥水壓力、同步注漿等個別參數(shù)，缺少針對掘進(jìn)、泥漿、注漿等多參數(shù)的綜合研究.

京沈客專望京雙洞單線隧道采用大直徑泥水盾構(gòu)施工，在DK19+190～DK19+980 段下穿北京地鐵機(jī)場線擋墻式路基段.本文通過分析盾構(gòu)施工參數(shù)，以及地表預(yù)注漿和跟蹤注漿、隧洞內(nèi)加強(qiáng)注漿影響下路基沉降的規(guī)律，總結(jié)了泥水盾構(gòu)穿越施工中路基沉降控制的方法及其經(jīng)驗(yàn)，為類似工程提供參考.

1 工程背景

新建隧道施工采用了中鐵氣墊-泥水平衡式盾構(gòu)，刀盤直徑10.9 m，最大刀盤轉(zhuǎn)速1.8 r/min，最大掘進(jìn)速度50 mm/min，最大推力123 800 kN.

如圖1 所示，新建隧道外徑10.5 m，由9 塊襯砌管片組成，管片厚0.5 m，環(huán)寬2 m；雙洞中心線間距23.2 m.

1-1 剖面如圖2 所示，新建隧道頂部埋深17.4 m，距離既有CFG 樁底5.4 m，與既有路基平面交角55°.穿越位置處于第四系沖洪積地層，無承壓水，地層構(gòu)成及其主要參數(shù)如表1 所示.隧道洞身位于黏土、粉土、粉質(zhì)黏土和細(xì)砂的交錯地層.

圖1 穿越施工平面圖Fig.1 Layout of construction site

圖2 穿越施工縱剖面圖（單位：m）Fig.2 Longitudinal profile of construction site（unit：m）

表1 地層參數(shù)Tab.1 Properties of soil strata

既有地鐵為地面高填方懸臂式擋墻路基結(jié)構(gòu)，擋墻面板為1.98 m/塊的預(yù)制板，基底設(shè)凸榫，墻背設(shè)肋；墻底基礎(chǔ)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每10 m 設(shè)置一道結(jié)構(gòu)縫；基礎(chǔ)下方橫縱向均勻布置了Φ400@1900CFG 樁，樁長10 m.

位于路基下方的左線隧道第458～498 環(huán)和右線隧道第469～509 環(huán)為施工穿越段，其中各有10 環(huán)位于路基正下方.

擋墻式路基由位于地表的擋墻、地下的墻基及CFG 群樁共同構(gòu)成，在線路縱向上，其結(jié)構(gòu)縫較多、聯(lián)結(jié)性較弱；而在線路豎向上，其每組結(jié)構(gòu)單元的整體性又優(yōu)于傳統(tǒng)路基結(jié)構(gòu). 新建盾構(gòu)隧道距離CFG樁端較近，盾構(gòu)施工的影響勢必會由樁基迅速反映至路基乃至軌道結(jié)構(gòu).故而在穿越施工時(shí)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測路基沉降，密切關(guān)注結(jié)構(gòu)單元間的沉降差異，及時(shí)調(diào)控優(yōu)化盾構(gòu)施工參數(shù)，采取必要的地層改良和沉降補(bǔ)償措施.

2 現(xiàn)場施工及沉降控制措施效果分析

為了實(shí)時(shí)地掌握路基的沉降情況，在穿越施工影響范圍內(nèi)的既有左右線軌道板的中心線位置布置了Z1～Z15 和Y1～Y15 計(jì)30 組沉降自動化測點(diǎn)，同時(shí)在第1～13 塊軌道板基礎(chǔ)布置了沉降人工測點(diǎn)，如圖3 所示.

新建右線盾構(gòu)在2017 年8 月10 日17：00～8 月17 日5：15、左線盾構(gòu)在11 月28 日9：00～12 月3 日17：15 先后完成了穿越路基的施工.

路基沉降自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)自2017 年7 月10 日1：30 開始采集，8 月10 日至12 月3 日（穿越施工期間），監(jiān)測頻率為1 次/（2 h）；其他時(shí)間，監(jiān)測頻率為1次/d.既有軌道板基礎(chǔ)沉降的人工監(jiān)測頻率為1 次/d.

圖3 沉降自動化測點(diǎn)的布置Fig.3 Distribution of automatic measured points

以新建隧道與既有線路中心線交點(diǎn)處的Y6、Y11 測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)為代表，通過分析得到了路基的沉降曲線，如圖4 所示.

圖4 路基沉降時(shí)程曲線Fig.4 Time history curves of embankment settlement

由圖4 不難發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場施工的過程可大致劃分為“地表預(yù)注漿+跟蹤注漿”階段、“右線盾構(gòu)穿越施工+工后跟蹤注漿”階段和“左線盾構(gòu)穿越施工+工后跟蹤注漿”階段等3 個階段.控制路基沉降的措施包括了地表預(yù)注漿、盾構(gòu)施工參數(shù)調(diào)控、隧洞內(nèi)加強(qiáng)注漿以及跟蹤注漿等，下面對控制措施及其效果逐一地進(jìn)行分析.

2.1 地表預(yù)注漿及跟蹤注漿措施

為了避免盾構(gòu)穿越施工侵?jǐn)_路基下方CFG 群樁的樁端土，采用地表袖閥管注漿技術(shù)加固改良樁端、樁側(cè)土.穿越施工影響的130 m 路基段分成主、次影響區(qū)，如圖5 所示.如圖2、圖6 所示，在主影響區(qū)內(nèi)，路基兩側(cè)分別放射式地布置了A～C 計(jì)3 排和a～e 計(jì)5 排Φ42 袖閥管，袖閥管長度10～19 m，鉆孔排距、孔距均為0.75 m；在次影響區(qū)內(nèi)，路基兩側(cè)分別放射式地布置了2 排Φ42 袖閥管，其與主影響區(qū)內(nèi)A、C、b、d 等4 排袖閥管的長度和管位一致. 通過地表預(yù)注漿，在路基下方形成寬16 m、深12 m 的加固區(qū)域.注漿采用普通水泥漿液（水灰比0.8 ∶1）后退式分段注漿.

圖5 注漿加固范圍平面圖Fig.5 Grouting-reinforced area

圖6 鉆孔平面布置圖（單位：m）Fig.6 Layout of boreholes（unit：m）

主次影響區(qū)的預(yù)注漿加固完成后，清洗主影響區(qū)的注漿管，間隔保留其中的A、C、b、d 計(jì)4 排袖閥管作為跟蹤注漿管.

在預(yù)注漿前設(shè)置試驗(yàn)段，每排袖閥管中每隔4根試注漿1 根，注漿壓力由0.4 MPa 逐步提高至0.7 MPa，注漿速度控制在50～70 L/min，每孔多次注漿，注漿時(shí)間間隔24 h.如圖7 所示，試驗(yàn)段注漿期間，路基波動上浮至+0.3 mm；停止注漿后，因原狀土受到擾動，路基隨注漿壓力釋放、漿液固結(jié)而略微下沉至-0.12 mm.

圖7 地表注漿階段測點(diǎn)沉降圖Fig.7 Settlement of embankment at measured points during ground grouting

隨后在預(yù)注漿期間，注漿壓力、注漿速度分別穩(wěn)定在1.0～1.1 MPa、70～90 L/min.路基的豎向整體性較強(qiáng)，對注漿壓力、注漿速度等參數(shù)的變化較為敏感，其中Y11 測點(diǎn)在60 h 內(nèi)迅速由-0.04 mm 上浮至+0.96 mm，并保持波動穩(wěn)定.

注漿漿液中雖添加有補(bǔ)償收縮膨脹劑，但隨注漿的停止和漿液的固結(jié)，路基產(chǎn)生了下沉趨勢.為了抑制路基下沉，先后進(jìn)行了4 次跟蹤注漿，每次注漿的壓力為1.2 MPa，平均速度為60 L/min.跟蹤注漿使路基沉降維持在+0.4 mm，為穿越施工預(yù)留了條件.

2.2 盾構(gòu)施工參數(shù)調(diào)控措施

泥水盾構(gòu)施工時(shí)通過微調(diào)氣墊倉壓力以控制泥水壓力，進(jìn)而平衡開挖面的水土壓力[18-20].提取在左右線盾構(gòu)穿越施工階段，路基的沉降監(jiān)測結(jié)果如圖8所示.

圖8 穿越施工階段測點(diǎn)沉降圖Fig.8 Settlement of embankment at measured points during traversing

在右線盾構(gòu)穿越施工階段：在盾構(gòu)到達(dá)穿越段前，Y11 測點(diǎn)受施工影響即產(chǎn)生了小幅的波動上浮，穩(wěn)定在+0.7 mm 左右. 隨著盾構(gòu)進(jìn)入穿越段，Y11 測點(diǎn)上浮達(dá)到了+1.21 mm；隨著盾構(gòu)刀盤侵入路基，Y11 測點(diǎn)隨即迅速下沉至-0.76 mm；直至盾構(gòu)機(jī)通過后，通過隧洞內(nèi)的加強(qiáng)注漿，Y11 測點(diǎn)上浮回升至+0.72 mm.在右線盾構(gòu)穿越施工過程中，Y6 測點(diǎn)的沉降規(guī)律與Y11 測點(diǎn)一致，但幅度較小.

在左線盾構(gòu)穿越施工階段：隨著盾構(gòu)進(jìn)入穿越段，Y6 測點(diǎn)產(chǎn)生了小幅的下沉至+0.21 mm；隨著盾構(gòu)刀盤侵入路基，Y6 測點(diǎn)迅速下沉至-1.28 mm；盾構(gòu)機(jī)通過后，通過隧洞內(nèi)的加強(qiáng)注漿，Y6 測點(diǎn)上浮回升至-0.31 mm.

如圖4 所示，在右線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束后的103 d 和左線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束后，先后7 次（4 次+3次）視路基沉降的縱向分布情況，進(jìn)行了跟蹤注漿，有效地抑制甚至糾正了路基沉降. 跟蹤注漿的壓力穩(wěn)定在1.1 MPa，速度為30～60 L/min，注漿范圍和速度根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整.

將路基沉降自動化測點(diǎn)在右、左線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束及工后沉降穩(wěn)定等3 個階段的監(jiān)測值擬合出路基沉降槽曲線，如圖9 所示.在右、左線盾構(gòu)先后穿越施工結(jié)束后，沉降槽曲線呈現(xiàn)出了由“V”型到“U”型的變化.同時(shí)由于在路基縱向上進(jìn)行了多次的跟蹤注漿，沉降槽曲線并不平滑；由于跟蹤注漿的抬升作用，在路基沉降穩(wěn)定后，沉降槽曲線最終呈現(xiàn)出了“W”型.

圖9 路基沉降槽曲線圖Fig.9 Resulting settlement troughs on embankment

為了便于對比左右線盾構(gòu)掘進(jìn)、泥漿、注漿等施工參數(shù)的變化趨勢，下面的討論中將左線隧道第458～498 環(huán)和右線隧道第469～509 環(huán)的不同施工參數(shù)繪制在了以環(huán)數(shù)為橫坐標(biāo)的圖中.

2.2.1 掘進(jìn)參數(shù)分析

泥水盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)主要包括了泥水壓力、掘進(jìn)速度、頂推力、刀盤扭矩以及刀盤轉(zhuǎn)速.穿越段的左右線盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2，繪制如圖10.

表2 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)Tab.2 Shield tunneling parameters

分析表2 和圖10 不難發(fā)現(xiàn)：左線盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)相比右線，泥水壓力由0.209 MPa 提高至0.210 MPa，位于路基正下方的左線盾構(gòu)泥水壓力均值更是提高至0.215 MPa；掘進(jìn)速度在保持勻速前提下由23 mm/min 提高至26 mm/min；頂推力提高了1.3 倍至48 366 kN，同時(shí)刀盤扭矩也隨之提高了1.2 倍至5.07 MN·m；而刀盤轉(zhuǎn)速則由1.05 r/min 降低至1.03 r/min，且波動幅度減小.

圖10 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)曲線Fig.10 Curves of shield tunneling parameters

綜合分析盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)變化與路基沉降的關(guān)系可知：合理且較高的泥水壓力、頂推力，均勻且較快的掘進(jìn)速度，平穩(wěn)且較低的刀盤轉(zhuǎn)速，可在減小刀盤對地層的擾動、開挖面維持穩(wěn)定的前提下，確保盾構(gòu)快速通過穿越段. 泥水壓力宜控制在0.212～0.216 MPa，調(diào)整幅度不大于0.005 MPa；頂推力宜控制在47 000～51 000 kN；掘進(jìn)速度宜保持在26～28 mm/min，可有效地減小施工對路基沉降影響.

2.2.2 泥漿參數(shù)分析

泥水盾構(gòu)主要通過控制泥漿的比重與黏度保證泥漿的質(zhì)量.泥漿由膨潤土、CMC、純堿、水組成，配合比為60 ∶0.28 ∶3.3 ∶1 000.盾構(gòu)每掘進(jìn)2 環(huán)拌制1 次新鮮泥漿用于調(diào)整泥漿指標(biāo).

穿越段的左右線盾構(gòu)泥漿參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3，繪制如圖11.

表3 盾構(gòu)泥漿參數(shù)Tab.3 Shield slurry parameters

分析表3 和圖11 不難發(fā)現(xiàn)：左線盾構(gòu)泥漿參數(shù)相比右線，進(jìn)漿比重由1.18 g/cm3提高至1.20 g/cm3，進(jìn)漿黏度由19.39 s 提高至19.53 s.

圖11 盾構(gòu)泥漿參數(shù)曲線Fig.11 Curves of shield slurry parameters

綜合分析盾構(gòu)泥漿參數(shù)變化與路基沉降的關(guān)系可知：較高的漿液比重和黏度有利于維持開挖面的穩(wěn)定、減小路基的沉降；進(jìn)漿比重宜保持在1.19～1.24 g/cm3，進(jìn)漿黏度宜保持在20～22 s.

除此之外，泥漿的含砂率、析水量以及pH 值亦為重要參數(shù).在本工程中，為了保證泥膜的形成與穩(wěn)定，泥漿含砂率控制在3%；根據(jù)指標(biāo)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，適量適時(shí)地添加純堿、黏土、膨潤土和CMC，降低含砂率、提高泥漿黏度.同時(shí)泥漿的析水量＜5%，pH=8.1，膠體率≥96%，失水量≤25 mL/30 min.

2.2.3 同步注漿參數(shù)分析

盾尾分六路同時(shí)進(jìn)行同步注漿，及時(shí)足量地填充盾尾建筑空隙，達(dá)到減小地層沉降、穩(wěn)定管片結(jié)構(gòu)、控制掘進(jìn)方向、提高隧道防水能力的目的.同時(shí)通過管片注漿孔，每2 環(huán)注射1 道聚氨酯密封環(huán)，封堵、固定管片外側(cè)漿液，避免漿液前后流動.

同步注漿參數(shù)主要包括了注漿壓力和注漿量.穿越段的左右線盾構(gòu)同步注漿參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表4，繪制如圖12.

表4 盾構(gòu)同步注漿參數(shù)Tab.4 Shield synchronous grouting parameters

圖12 盾構(gòu)同步注漿參數(shù)曲線Fig.12 Curves of shield synchronous grouting parameters

分析表4 和圖12 不難發(fā)現(xiàn)：左線盾構(gòu)同步注漿參數(shù)相比右線，注漿壓力由0.28 MPa 提高至0.35 MPa，大于同等埋深的泥水倉壓力0.08～0.26 MPa；注漿量由27.4 m3提高至32.2 m3.

右線盾構(gòu)施工時(shí)，同步注漿漿液選用膨潤土-水泥砂漿，由水泥、礦渣粉、粉煤灰、膨潤土、細(xì)砂、微膨脹劑、絮凝劑以及水組成，質(zhì)量比200 ∶50 ∶273 ∶100∶350 ∶15 ∶12 ∶1 000，漿液初凝時(shí)間為6～10 h.左線盾構(gòu)施工時(shí)，同步注漿漿液中提高了水泥、粉煤灰的比重，添加了早強(qiáng)劑，使得漿液初凝時(shí)間縮短至4 h，提高了注漿初期的強(qiáng)度和效果.

盾構(gòu)機(jī)的理論注漿量為13.44 m3，右線、左線盾構(gòu)實(shí)際同步注漿量均值與理論注漿量的比值分別為2.0、2.4.

綜合分析盾構(gòu)同步注漿參數(shù)變化與路基沉降的關(guān)系可知：合理且較高的注漿壓力、注漿量有利于填充盾尾建筑空隙，抑制地層沉降；注漿壓力宜控制在0.35～0.4 MPa，大于同等埋深的泥水倉壓力0.15～0.2 MPa；注漿量宜控制在32～35 m3，為理論注漿量的2.3～2.5 倍.

2.3 隧洞內(nèi)加強(qiáng)注漿措施

如圖13 所示，穿越段的盾構(gòu)隧道管環(huán)增設(shè)了17個注漿孔.待管環(huán)從盾尾脫出后，通過增設(shè)的注漿孔向地層鉆設(shè)3 m 長的注漿管，添加了補(bǔ)償收縮膨脹劑的超細(xì)水泥-水玻璃漿液通過注漿管壓注，迅速地填充、支撐地層，抑制甚至減小路基沉降.

圖13 隧洞內(nèi)加強(qiáng)注漿（單位：m）Fig.13 Reinforcement grouting（unit：m）

左右線盾構(gòu)在施工時(shí)均采取了隧洞內(nèi)加強(qiáng)注漿措施，減小了路基沉降.分析圖8 中左線盾構(gòu)穿越后的路基沉降：待盾構(gòu)管環(huán)從盾尾脫出后，左線隧道即刻開始隧洞內(nèi)加強(qiáng)注漿，注漿壓力、速度分別保持在1.2 MPa、100 L/min，使得路基在15 h 內(nèi)迅速上浮了1.12 mm 達(dá)到-0.23 mm.

繪制右、左線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束時(shí)，既有路基13塊軌道板基礎(chǔ)的人工監(jiān)測沉降曲線，如圖14 所示.在右線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束后，第1～5 塊基礎(chǔ)受先期地表預(yù)注漿加固的影響，呈現(xiàn)上浮狀態(tài)；而第6～13塊基礎(chǔ)受穿越施工的影響，呈現(xiàn)近似“U 型槽式”沉降.在左線盾構(gòu)穿越施工結(jié)束后，第1～5 塊基礎(chǔ)受左線盾構(gòu)穿越施工的影響較大而產(chǎn)生下沉，而第6～13塊基礎(chǔ)受跟蹤注漿抬升影響略有上浮，最終13 塊軌道板基礎(chǔ)呈現(xiàn)近似“W 型槽式”沉降.不同于普通路基，板式基礎(chǔ)的單元結(jié)構(gòu)剛度較大，板間縱向產(chǎn)生了差異沉降，最大差異沉降為0.3 mm.

在穿越施工期間，Y6 和Y11 測點(diǎn)最大上浮分別為0.74 mm 和1.21 mm，最大沉降為-1.3 mm 和-1.37 mm. 而最終通過沉降自動化監(jiān)測指導(dǎo)下的預(yù)注漿改良加固地層、盾構(gòu)施工參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)控、隧洞內(nèi)加強(qiáng)注漿和地表跟蹤注漿補(bǔ)償抬升等措施的綜合運(yùn)用，Y6、Y11 測點(diǎn)在-0.7 mm 小幅波動并最終穩(wěn)定.既有地鐵運(yùn)營的安全得到了保證.

圖14 既有軌道板基礎(chǔ)沉降曲線Fig.14 Settlement curves of existing slabs

3 盾構(gòu)施工參數(shù)的關(guān)聯(lián)分析

前面逐一對比了左右線盾構(gòu)施工時(shí)掘進(jìn)、泥漿、注漿等3 類11 種參數(shù)的變化特征，但由于各參數(shù)的量綱及值域存在差異，難以直觀地辨識不同參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系. 為此，需要采用線形函數(shù)歸一化方法[21]，力求在同一尺度下揭示不同施工參數(shù)間的內(nèi)在聯(lián)系，以及關(guān)鍵施工參數(shù)對路基沉降的影響.

考慮到左右線盾構(gòu)施工對路基沉降的影響規(guī)律較為一致，下面以左線盾構(gòu)的施工作為分析對象.

3.1 掘進(jìn)參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系

頂推力是驅(qū)使盾構(gòu)掘進(jìn)的主要參數(shù)，伴隨著盾構(gòu)的掘進(jìn)，掘進(jìn)速度和刀盤扭矩等參數(shù)相應(yīng)變化.將掘進(jìn)速度與刀盤轉(zhuǎn)速的比值定義為“每轉(zhuǎn)切深”，作為衡量掘進(jìn)效率的指標(biāo)[22].分析中先將所用參數(shù)做了歸一化處理.

如圖15 可知，隨頂推力的增大，每轉(zhuǎn)切深呈現(xiàn)增大的趨勢；而隨著每環(huán)切深的提高，刀盤旋轉(zhuǎn)阻力增大，進(jìn)而刀盤扭矩增大.

圖15 刀盤扭矩、頂推力與每轉(zhuǎn)切深關(guān)系Fig.15 Relationship between cutter-head torque，thrust force and cutter depth per revolution

由于受掘進(jìn)速度和刀盤轉(zhuǎn)速等參數(shù)的影響，刀盤扭矩與頂推力的關(guān)聯(lián)關(guān)系在圖10 中表征不明確.為此，將刀盤扭矩與頂推力分別除以每轉(zhuǎn)切深，在消除了參數(shù)影響后，將得到的新數(shù)據(jù)分別做歸一化處理，繪制圖16.不難發(fā)現(xiàn)，新數(shù)據(jù)間不僅有著相同的變化趨勢，且“刀盤扭矩/每轉(zhuǎn)切深”稍滯后于“頂推力/每轉(zhuǎn)切深”發(fā)生變化，進(jìn)一步地表明了刀盤扭矩是在頂推力施加后產(chǎn)生的.

圖16 刀盤扭矩與頂推力相關(guān)關(guān)系Fig.16 Relationship between cutter-head torque and thrust force

3.2 泥漿參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系

泥水平衡盾構(gòu)通過泥漿循環(huán)在開挖面形成泥膜來維持土體穩(wěn)定，泥漿性能需要根據(jù)地層條件和掘進(jìn)要求而實(shí)時(shí)調(diào)配.將進(jìn)出漿比重、黏度等參數(shù)做歸一化處理后，繪制圖17.不難發(fā)現(xiàn)，出漿參數(shù)和進(jìn)漿參數(shù)的變化趨勢較為一致，且其變化較進(jìn)漿參數(shù)的變化略顯遲滯.

圖17 泥漿參數(shù)相關(guān)關(guān)系Fig.17 Relationship between unit weight of slurry and its viscosity

注漿參數(shù)中注漿壓力與注漿量的設(shè)定相對獨(dú)立，關(guān)聯(lián)性較弱.由于同步注漿、隧洞內(nèi)加強(qiáng)注漿和地表跟蹤注漿等措施的參數(shù)選取合理、施作時(shí)間銜接緊密，路基的工后沉降在多重措施綜合作用下，得到了有效的控制.

3.3 施工關(guān)鍵參數(shù)對路基沉降影響

由上述分析結(jié)果，除泥水壓力外，將頂推力和泥漿比重、泥漿黏度也作為施工關(guān)鍵參數(shù)加以討論.現(xiàn)對Y6 測點(diǎn)沉降和施工關(guān)鍵參數(shù)分別做歸一化處理并對數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，繪制圖18，以更加直觀清晰地識別參數(shù)變化趨勢和時(shí)間順序，評價(jià)參數(shù)變化對路基沉降的影響.

圖18 施工參數(shù)與路基沉降關(guān)系Fig.18 Relationship between construction parameters and settlement of embankment

從圖18 中不難看出，在盾構(gòu)經(jīng)過Y6 測點(diǎn)位置前后的第10～20 環(huán)，Y6 測點(diǎn)沉降速率較大，頂推力的變化較小，但此時(shí)泥水壓力、泥漿比重和黏度的逐步提高，使Y6 測點(diǎn)的沉降得到了明顯的抑制.印證了泥水盾構(gòu)是通過調(diào)控泥水壓力和泥漿物理性能維持開挖面的穩(wěn)定[18].

泥水壓力的提高加快了泥漿顆粒滲透、填充地層的速度；泥漿的比重較高說明了其中含有較多的顆粒，滲透、填充地層的能力較強(qiáng)；而泥漿的黏度較高則能夠充分保證顆粒間的黏結(jié)性. 由此看來泥水壓力和泥漿物理性能的提高，縮短了泥漿成膜的時(shí)間，維持了開挖面的穩(wěn)定.

4 結(jié) 論

結(jié)合京沈客專望京隧道泥水盾構(gòu)雙洞下穿北京地鐵擋墻式路基段的工程實(shí)例，采用現(xiàn)場監(jiān)測手段，分析了泥水盾構(gòu)施工參數(shù)變化、地表及隧洞內(nèi)注漿對既有路基沉降的影響規(guī)律以及控制方法，得到如下結(jié)論：

1）雙洞隧道先后穿越施工對路基沉降的影響規(guī)律較為一致.結(jié)合沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)，綜合運(yùn)用地表預(yù)注漿、地表跟蹤注漿、隧洞內(nèi)加強(qiáng)注漿等注漿措施，可有效地控制路基沉降.

2）盾構(gòu)施工參數(shù)需根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整，在減小地層擾動、維持開挖面穩(wěn)定的前提下快速通過穿越段. 盾構(gòu)掘進(jìn)應(yīng)保持較高的頂推力和泥水壓力、較小的刀盤轉(zhuǎn)速，泥水壓力調(diào)整幅度不大于0.005 MPa；進(jìn)漿漿液應(yīng)維持較高比重和黏度；同步注漿壓力應(yīng)大于同等埋深的泥水倉壓力0.15～0.2 MPa，注漿量應(yīng)為理論注漿量的2.5 倍左右，漿液配比需合理確定以適度縮短漿液初凝時(shí)間.

3）地表預(yù)注漿通過加固CFG 樁樁端和樁側(cè)土，改良并適度抬升了地層，為穿越施工預(yù)留了條件.隧洞內(nèi)加強(qiáng)注漿可充分遏制路基的工后沉降，宜選取快凝漿液，注漿壓力及注漿速度建議為1.2 MPa、100 L/min，以提高注漿效率.地表跟蹤注漿可根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)靈活且及時(shí)有效地抑制乃至補(bǔ)償路基沉降，注漿壓力建議為1.2 MPa.

4）分析盾構(gòu)施工參數(shù)與路基沉降的歸一化數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)各參數(shù)之間、泥漿各參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)密切；通過提高泥水壓力和泥漿物理性能可確保開挖面的穩(wěn)定，抑制路基的沉降.