盾構(gòu)開挖對后方管片壓力擾動監(jiān)測

蘇稚寅（上海隧道工程有限公司，上海 200238）

隨著我國地下工程的不斷發(fā)展，盾構(gòu)隧道以其施工受地面環(huán)境影響小、機(jī)械化程度高和開挖面控制精度高等獨特的優(yōu)越性，在開挖施工中得到了廣泛應(yīng)用[1]。在盾構(gòu)法開挖過程中，盾構(gòu)管片的受力分析和研究是重要的一環(huán)，朱合華等[2]考慮了盾尾注漿在施工過程中的凝固過程，指出注漿分布形式對管片的內(nèi)力影響較大；石少剛[3]分析了盾殼的擠壓對管片受力的影響，他們通過理論模型分析，對管片荷載分布模式進(jìn)行了探索和總結(jié)。就目前而言，盡管較多學(xué)者對于管片所承受的各種荷載作出了大量研究，但盾構(gòu)開挖對后方管片壓力擾動的監(jiān)測成果目前尚不完備。

本文基于江南大道改造提升工程，采用土壓力計監(jiān)測大盾構(gòu)開挖對后方管片的壓力擾動。

1 工程概況

江南大道改造提升工程（西興立交～中興立交）區(qū)間隧道為地下盾構(gòu)區(qū)間，圓隧道段線路出西北、西南工作井后向東進(jìn)入江南大道，線路位于江南大道下方，與杭州地鐵 6 號線并行。隧道外徑 11.36 m，內(nèi)徑 10.36 m，環(huán)寬 2 m，管片厚度 500 mm，線路最大縱坡 40‰，最小轉(zhuǎn)彎半徑 800 m。整個施工過程中與多處已建工程存在并行段，主要為江漢路站～江陵路站區(qū)間、江陵路站～星民站區(qū)、原 1 號線江陵路站、區(qū)間管線以及地層建筑。

在穿越江漢路站～江陵路站區(qū)間時，北線從 600 環(huán)起逐漸完全進(jìn)入砂層（⑧3 粉砂、(12)1 粉砂）和礫層（(12)4 圓礫土層），如圖 1 所示。兩種地層均屬于不利地層，其中粉砂在水動力條件和盾構(gòu)掘進(jìn)作用下，易產(chǎn)生管涌、流砂及振動液化現(xiàn)象，從而降低土層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；而在圓礫層中施工不僅會造成掘進(jìn)速度緩慢、刀具磨損嚴(yán)重還會造成開挖面坍塌，地層參數(shù)如表 1 所示。同時，這些開挖所產(chǎn)生的直接影響還將進(jìn)一步影響已完成拼裝的襯砌，因此有必要對已完成拼裝的部分襯砌進(jìn)行壓力監(jiān)測試驗。

表1 部分地層參數(shù)

圖1 與江漢路站～江陵路站區(qū)間并行段

2 監(jiān)測方案

2.1 主要試驗裝置

試驗采用微型土壓力盒測量土體受擾動后的壓力，其直徑 28 mm，厚度 7.5 mm，采用后出線形式。

測量系統(tǒng)采用 DH 3828 分布式信號測試分析系統(tǒng)測量管片外弧面土壓力，采集系統(tǒng)分為采集器模塊、控制器、采集電腦。每個采集器有 6 個采集通道，最高采樣速率 1 kHz。

2.2 安裝布置方案

通過將土壓力計安裝于固定的管片上用以監(jiān)測盾構(gòu)在開挖時此環(huán)所受的土壓力變化。試驗土壓力計布置于 655 環(huán)以及 706 環(huán)，土壓力盒布置位置如圖 2 所示，圖中下方帶有2016 等數(shù)字字樣標(biāo)注的短橫為土壓力計安裝位置，每一環(huán)管片布置 6～7個測點。土壓力計在管片生產(chǎn)時進(jìn)行安裝，在管片澆筑時留有預(yù)埋件，待管片養(yǎng)護(hù)完成后，拆下預(yù)埋件并安裝土壓力計，安裝完畢后采用混凝土對孔位進(jìn)行封堵。

圖2 土壓力盒布置位置圖

3 試驗數(shù)據(jù)分析

由于土壓力計的監(jiān)測目的在于觀測對土體造成的擾動，采用了相對土壓力可以更為直觀的觀測土壓力計的變化，因此土壓力計的數(shù)據(jù)圖的初始值均在零點附近。由于部分土壓力計在監(jiān)測監(jiān)測過程中出現(xiàn)了損壞和數(shù)據(jù)丟失，因此選擇具有代表性的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖 3 為 655 環(huán)部分?jǐn)?shù)據(jù)圖，共采集 10 h，監(jiān)測開始時，該環(huán)盾尾刷已過且注漿已結(jié)束。在監(jiān)測的全過程中，大部分開挖段均為砂層段，受周遭環(huán)境以及開挖的擾動影響，且土壓力計本身的靈敏性使得數(shù)據(jù)整體存在一定的波動趨勢。在監(jiān)測時間段內(nèi)，壓力的擾動普遍＜80 kPa，2010 號土壓力計（右上側(cè)）受擾動影響最大，相對壓力最大約為100 kPa。

圖3 655 環(huán)土壓力計數(shù)據(jù)圖

706 環(huán)共計監(jiān)測 9 h，選取其中 3 處土壓力計進(jìn)行分析，如圖 4 所示。監(jiān)測時間初期，由于該環(huán)仍在注漿，導(dǎo)致采集初期出現(xiàn)了壓力上升，最大值約為 150 kPa。觀察監(jiān)測時間內(nèi)的開挖地質(zhì)圖，706 環(huán)后圓礫層的比重逐漸上升，導(dǎo)致了706 環(huán)數(shù)據(jù)波動幅度也隨之上升，2003 號（右上側(cè)）受其影響最大，相對壓力最大高達(dá) 250 kPa。對比圖 5 和圖 6 的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)隨著圓礫層占比重的逐漸增加，其對后方壓力的影響也逐漸增大，且影響的最大區(qū)域均在右上側(cè)管片。

圖4 706環(huán)土壓力計數(shù)據(jù)圖

4 結(jié) 語

（1）監(jiān)測了盾構(gòu)開挖砂層時對后方 655 環(huán)壓力的影響，壓力最大增長幅度為 100 kPa；監(jiān)測了盾構(gòu)開挖砂礫混合層時對后方 706 環(huán)壓力的影響，壓力最大增長幅度為250 kPa。

（2）隨著圓礫層占比重的逐漸增加，開挖時對后方管片壓力的影響也逐漸增大。

（3）盾構(gòu)開挖對 655 環(huán)和 706 環(huán)壓力影響的最大區(qū)域均在右上側(cè)管片。