大直徑盾構(gòu)隧道施工的實(shí)測(cè)分析

胡 浩

（中鐵十四局集團(tuán)大盾構(gòu)工程有限公司，浙江 杭州 311265）

大直徑盾構(gòu)隧道施工內(nèi)容較為復(fù)雜，對(duì)周圍環(huán)境以及自身的影響較大。馬乾瑛考慮了盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中形成土拱效應(yīng)的條件，討論了粘聚力、內(nèi)摩擦角和隧道埋深對(duì)地表沉降的影響；張運(yùn)強(qiáng)通過(guò)引入不同種類土體的參數(shù)，掌子面地表位移釋放率以及地表縱向沉降最大斜率，提出不同土體中雙洞盾構(gòu)隧道施工引起地層三維沉降的計(jì)算公式；包蓁研究了超大直徑盾構(gòu)隧道在淺覆土施工工況與急曲線施工工況下的地表沉降規(guī)律，分析了掘進(jìn)參數(shù)對(duì)沉降的影響；戴洪偉采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和FLAC 3D數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)超大直徑曲線盾構(gòu)隧道施工中周邊土體變形進(jìn)行分析，得到隨著隧道掘進(jìn)，地表沉降呈現(xiàn)反“S”形變形趨勢(shì)，與3個(gè)變形階段對(duì)應(yīng)，即盾構(gòu)切口到達(dá)時(shí)緩慢隆沉，盾構(gòu)通過(guò)時(shí)沉降較快，盾尾脫出時(shí)沉降趨于穩(wěn)定；張旭輝通過(guò)數(shù)值模擬研究與工程實(shí)測(cè)在大直徑盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中施工參數(shù)的改變對(duì)周邊敏感性建筑物的影響規(guī)律，得到建筑物的沉降量隨注漿漿體彈性模量的增大而減小，適當(dāng)加大漿體的彈性模量有利于建筑物的保護(hù)；注漿壓力在一定范圍內(nèi)的變化會(huì)對(duì)周邊敏感性建筑物產(chǎn)生較大影響。

引起隧道橫向變形發(fā)展的因素很多，有隧道拼裝施工方面的原因等。通過(guò)對(duì)以往實(shí)際工程的總結(jié)分析，引起隧道產(chǎn)生較大橫向變形的因素主要有兩類：一類是由隧道上方壓載引起；另一類則是由隧道兩側(cè)施工擾動(dòng)土體引起。如果這兩種情況同時(shí)發(fā)生，其對(duì)隧道變形的影響將更加顯著。襯砌環(huán)在受到注漿壓力和土壓力的作用下，很快成為具有一定橢圓度的橢圓，其變形主要是管片接頭部位的轉(zhuǎn)動(dòng)及接頭處混凝土的壓縮變形，管片其余部位的變形較小，且管片接頭對(duì)彎矩的承載能力有嚴(yán)重的非線性。

1 工程概況

以艮山東路大直徑過(guò)江隧道工程為例，該工程地處杭州市，其中包含過(guò)江隧道、工作井、明挖段基坑?，F(xiàn)對(duì)該工程中盾構(gòu)隧道推進(jìn)過(guò)程中對(duì)周圍環(huán)境及結(jié)構(gòu)本身的影響進(jìn)行分析。圖1為隧道拱頂沉降監(jiān)測(cè)剖面圖，圖2為隧道水平位移監(jiān)測(cè)剖面圖，表1為土層分布表。

表1 土層分布表

圖1 隧道結(jié)構(gòu)拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

圖2 測(cè)距儀收斂測(cè)量示意圖

2 周邊地表沉降

盾構(gòu)進(jìn)出大堤30 m范圍內(nèi)加密為每10 m布設(shè)一監(jiān)測(cè)斷面，對(duì)稱于軸線左右間隔3 m、4 m、5 m、5 m、5 m、5 m分別布設(shè)測(cè)點(diǎn)。

如圖所示分別為圖3、圖4、圖5、圖6處周邊地表沉降的變化圖，隨著盾構(gòu)隧道的推進(jìn)，地表沉降值不斷變大，最后穩(wěn)定不變。隧道的正上方處定為0軸線，沉降值由中間往兩邊遞減，呈凹曲線狀；0軸線處的地表沉降值最大，左線的最大值為23.5 mm，右線的最大值為11.2 mm，兩者相差較大，在同一平面的不同線路上的地表沉降，左線的最大值約為右線的2倍。

圖3 Z1388周邊地表沉降

圖4 Z1393周邊地表沉降

圖5 Y1418周邊地表沉降

圖6 Y1393周邊地表沉降

左線的地表沉降在隧道外27 m處有5.6 mm，說(shuō)明左線盾構(gòu)隧道施工時(shí)對(duì)地表的影響范圍超過(guò)27 m，（即2倍隧道盾構(gòu)直徑），后續(xù)需再向外增加測(cè)點(diǎn)，以得到盾構(gòu)施工時(shí)對(duì)地表沉降的影響范圍，右線的地表沉降在隧道外27 m處的值在3 mm以內(nèi)，說(shuō)明右線盾構(gòu)隧道施工時(shí)對(duì)地表的影響范圍在27 m（即2倍隧道盾構(gòu)直徑）以內(nèi)。

3 拱頂沉降

圖7為盾構(gòu)隧道貫通后，右線各個(gè)環(huán)上管片的拱頂沉降值和擬合曲線，如圖可知：盾構(gòu)貫通后，拱頂沉降的最大值為-12.3 mm，最小值為-6.5 mm，在兩端的拱頂沉降最大，大致呈“拱形”，圖中的擬合曲線能較好地反映盾構(gòu)結(jié)束后各個(gè)管片的拱頂沉降值。

圖7 右線隧道不同位置的拱頂沉降

圖8為盾構(gòu)隧道貫通后，左線各個(gè)環(huán)上管片的拱頂沉降值和擬合曲線，如圖可知：盾構(gòu)貫通后，拱頂沉降的最大值為-9.1 mm，最小值為-5.4 mm，在兩端的拱頂沉降最大，大致呈“拱形”，圖中的擬合曲線能較好地反映盾構(gòu)結(jié)束后各個(gè)管片的拱頂沉降值。

圖8 左線隧道不同位置的拱頂沉降

結(jié)合左線和右線的貫通后的拱頂沉降可知：拱頂沉降沿隧道方向大致呈“拱形”，右線的拱頂沉降整體略大于左線的拱頂沉降。

4 水平位移

如圖9、圖10分別為左線、右線水平位移與管片位置的關(guān)系圖，如圖所示：左線變形較大時(shí)，右線的變形較??；右線的變形較大時(shí)，左線的變形較小；當(dāng)左線右線變形均相對(duì)較小時(shí)，其變形量幾乎相等。左線的水平變形基本在-3～2 mm之間波動(dòng)，右線的水平位移基本在-3～3 mm之間波動(dòng)，水平位移值基本在規(guī)范要求以內(nèi)。

圖9 左線管片位置與水平位移之間的關(guān)系

圖10 右線管片位置與水平位移之間的關(guān)系

5 結(jié)論

（1）此工程中隨著盾構(gòu)的推進(jìn)，地表沉降呈現(xiàn)出凹性狀，在隧道正上方處達(dá)到最大值，左線的最大值為23.5 mm，右線的最大值為11.2 mm，在同一平面的不同線路上的地表沉降，左線的最大值約為右線的2倍。

（2）左線盾構(gòu)隧道的影響范圍超過(guò)2倍盾構(gòu)直徑，需往外加強(qiáng)監(jiān)測(cè)；右線盾構(gòu)隧道的影響范圍在2倍盾構(gòu)直徑內(nèi)。

（3）拱頂沉降沿隧道方向大致呈“拱形”，右線的拱頂沉降整體略大于左線的拱頂沉降。水平位移基本在3 mm以內(nèi)波動(dòng)，基本滿足規(guī)范要求。