深大橋樁施工影響近鄰隧道管片接縫張開(kāi)量實(shí)測(cè)大數(shù)據(jù)研究

摘" 要：以杭州某高架橋項(xiàng)目為依托，分析群樁施工前后管片環(huán)間接縫張開(kāi)量和水平直徑差異等的時(shí)空分布規(guī)律，研究群樁施工對(duì)近鄰盾構(gòu)隧道管片環(huán)間接縫張開(kāi)量的影響。研究結(jié)果表明，2條并行單線隧道，管片在其中間的方位表現(xiàn)出張開(kāi)量較小，普遍小于外側(cè)；基樁施工產(chǎn)生擠土效應(yīng)限制管片接縫張開(kāi)，距離較近的隧道管片接縫張開(kāi)量小于遠(yuǎn)樁隧道；離樁基施工較遠(yuǎn)一側(cè)的隧道，管片環(huán)間接縫張開(kāi)量的離散程度較高；環(huán)間接縫張開(kāi)量與樁隧距離呈非線性正相關(guān)；管片環(huán)間接縫張開(kāi)量與水平直徑差異值存在一定的負(fù)相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：群樁施工；近鄰隧道；管片張開(kāi)量；水平直徑；統(tǒng)計(jì)分析

中圖分類號(hào)：TU473" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）17-0014-04

Abstract： Based on a viaduct project in Hangzhou， the spatial and temporal distribution of joint opening and horizontal diameter difference between segment rings before and after pile group construction was analyzed， and the influence of pile group construction on joint opening between segment rings of nearby shield tunnel was studied. The results show that the opening of segments in the middle of two parallel tunnels is smaller than that in the outside. The soil squeezing effect of foundation pile construction restricts the opening of segment joints， and the opening amount of segment joints in the tunnel with a closer distance is less than that in the tunnel with far pile. On the far side of tunnel from pile foundation construction， the dispersion degree of joint opening between segment rings is higher. There is a nonlinear positive correlation between ring seam opening and pile tunnel distance. There is a certain negative correlation between the indirect seam opening of segment ring and the difference of horizontal diameter.

Keywords： pile group construction; neighboring tunnel; segment opening; horizontal diameter; statistical analysis

隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市軌道交通越來(lái)越多，運(yùn)營(yíng)地鐵隧道結(jié)構(gòu)經(jīng)常受到近鄰工程施工影響，包括基坑開(kāi)挖[1-2]、盾構(gòu)穿越[3-4]、基樁施工[5]等。盾構(gòu)隧道管片之間的環(huán)縫與縱縫是隧道結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，在內(nèi)、外界擾動(dòng)下經(jīng)常發(fā)生局部縱向沉降過(guò)大、接縫滲漏水及張開(kāi)量過(guò)大等病害，從而致使隧道結(jié)構(gòu)性能發(fā)生顯著衰退，威脅地鐵運(yùn)營(yíng)安全?？茖W(xué)合理地評(píng)估盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)是開(kāi)展隧道保護(hù)工作的前提，因此有必要對(duì)此進(jìn)行深入研究。

許多學(xué)者對(duì)盾構(gòu)管片接縫張開(kāi)量進(jìn)行了研究。王汝寶等[6]通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法，研究了隧道管片縱向沉降與環(huán)縫張開(kāi)量的關(guān)系；楊春山等[7]基于數(shù)值分析模擬，提出了不同埋深隧道在地震作用下管片最大張開(kāi)量預(yù)測(cè)方法；李長(zhǎng)俊等[8]基于管片監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立了多元線性回歸模型，證明了接縫張開(kāi)度與水位、溫度存在較好的線性相關(guān)性。

本文結(jié)合杭州某高架橋工程，對(duì)群樁施工前后近鄰地鐵隧道管片環(huán)間接縫張開(kāi)量進(jìn)行了分析，提出在軟土地區(qū)大直徑橋樁施工對(duì)近鄰運(yùn)營(yíng)隧道管片結(jié)構(gòu)健康影響的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法和建議。

1" 工程概況

杭州市某高架橋工程群樁施工位于地鐵1號(hào)線的控制保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)，橋樁與隧道最近水平距離約5 m。既有運(yùn)營(yíng)隧道內(nèi)徑5.5 m、外徑6.2 m，環(huán)寬1.2 m，C50鋼筋混凝土，采用直線環(huán)+轉(zhuǎn)彎環(huán)進(jìn)行錯(cuò)縫拼裝，環(huán)向管片間用12個(gè)M30螺栓連接，縱向襯砌環(huán)間用16個(gè)M30螺栓連接。

新建橋樁直徑1 500 mm，C35鋼筋混凝土，設(shè)計(jì)為端承型樁，進(jìn)入中風(fēng)化基巖2 m。按照樁-隧距的大小（因近樁隧道與遠(yuǎn)樁隧道基本平行，為方便分析，以基樁與近樁隧道水平凈距來(lái)劃分），分別采用全套管、半套管和常規(guī)旋挖工藝成孔。

橋樁施工區(qū)間所在土層自上而下依次為雜填土、素填土、粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、圓礫、夾含礫砂粉質(zhì)黏土及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，樁端進(jìn)入中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖2 m，地鐵盾構(gòu)隧道位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土層中。

2" 群樁施工前后運(yùn)營(yíng)隧道管片環(huán)間接縫張開(kāi)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及規(guī)律分析

2.1" 群樁施工完成后運(yùn)營(yíng)隧道管片環(huán)間接縫張開(kāi)量分布分析

新建橋樁與運(yùn)營(yíng)隧道典型位置關(guān)系如圖1所示，右線為近樁線，左線為遠(yuǎn)樁線。右線、左線拱腰9點(diǎn)鐘方位為兩線隧道外側(cè)，拱腰3點(diǎn)鐘方位為兩線隧道內(nèi)側(cè)。

群樁施工完成后，右線（近樁）共檢查1 264環(huán)，左線（遠(yuǎn)樁）共檢查1 178環(huán)，雙線管片環(huán)間腰部接縫張開(kāi)量累計(jì)值統(tǒng)計(jì)分布如圖2—圖5所示。

如圖2和圖3所示，右線隧道9點(diǎn)鐘方向環(huán)間接縫張開(kāi)量在11～12 mm之間的環(huán)數(shù)為548環(huán)，占總環(huán)數(shù)的43.35%，3點(diǎn)鐘方向環(huán)間接縫張開(kāi)量在11～12 mm之間的環(huán)數(shù)為732環(huán)，占總環(huán)數(shù)的57.91%；9點(diǎn)鐘方向張開(kāi)量在13～15 mm之間的環(huán)數(shù)為681環(huán)，占總環(huán)數(shù)得54.39%，3點(diǎn)鐘方向張開(kāi)量在13～15 mm之間的環(huán)數(shù)為500環(huán)，占總環(huán)數(shù)得39.56%。

可見(jiàn)右線隧道9點(diǎn)鐘方向環(huán)間接縫張開(kāi)量主要在13～15 mm，3點(diǎn)鐘方向環(huán)間接縫張開(kāi)量主要在11～12 mm，9點(diǎn)鐘方向張開(kāi)量普遍大于3點(diǎn)鐘方向；觀察圖4和圖5可知，左線隧道也存在9點(diǎn)鐘方向張開(kāi)量普遍大于3點(diǎn)鐘方向的規(guī)律。分析認(rèn)為，一方面由于雙線內(nèi)側(cè)比雙線外側(cè)從盾構(gòu)施工角度來(lái)看注漿更充分，另一方面從結(jié)構(gòu)性狀來(lái)看將雙線及土體作為一個(gè)協(xié)同整體，內(nèi)側(cè)的整體剛度和相互約束相對(duì)更大。

表1是近鄰基樁群施工后，左右線管片環(huán)間接縫張開(kāi)量統(tǒng)計(jì)，對(duì)比左右線各項(xiàng)目的均值、最值、變異系數(shù)，結(jié)合圖2—圖5，比較分析如下。

1）右線、左線拱腰9點(diǎn)鐘方位管片環(huán)間接縫張開(kāi)量整體大于3點(diǎn)鐘方位，分析認(rèn)為左右線9點(diǎn)鐘方位管片位于隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)（將左、右線隧道看成一個(gè)整體），受樁基施工影響大，而拱腰3點(diǎn)鐘方位位于隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部，受樁基施工影響較小。

2）管片環(huán)間接縫張開(kāi)量均值，左線（遠(yuǎn)線）gt;右線（近線），分析認(rèn)為是由于基樁施工距離隧道越近，則套管施工的擠土效應(yīng)限制隧道管片收斂變形的效用越明顯，管片環(huán)間接縫張開(kāi)量均值反而小于與基樁施工距離較遠(yuǎn)的隧道管片，受隧道服役狀態(tài)（管片結(jié)構(gòu)累計(jì)變形）、基樁施工工藝引起的土體位移場(chǎng)重分布等因素綜合控制。

3）管片環(huán)間接縫張開(kāi)量標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，左線（遠(yuǎn)線）gt;右線（近線），說(shuō)明距離基樁施工越遠(yuǎn)，隧道管片環(huán)間接縫張開(kāi)量受其影響的相對(duì)離散程度越高。

2.2" 群樁施工前后環(huán)間接縫張開(kāi)變化量分析

為研究近鄰大直徑深基樁施工行為對(duì)運(yùn)營(yíng)隧道管片環(huán)間接縫張開(kāi)變化量的影響，對(duì)基樁施工前后的管片環(huán)間張開(kāi)量進(jìn)行對(duì)比分析，采樣量按基樁施工前采樣量比對(duì)，即右線1262環(huán)、左線1176環(huán)。

表2是近鄰基樁群施工前后，左右線管片環(huán)間接縫張開(kāi)量的變化量統(tǒng)計(jì)，分析既有運(yùn)營(yíng)隧道受鄰近大直徑深基樁施工影響。

1）管片環(huán)間接縫張開(kāi)變化量主要分布在-1～2 mm，左線與右線接縫張開(kāi)變化量在此范圍內(nèi)占比分別為83.5%和83.9%。

2）從變化量正負(fù)值來(lái)看，左線接縫張開(kāi)變化量負(fù)值占比22.2%，正值占比46.7%，右線接縫張開(kāi)變化量負(fù)值占比7.5%，正值占比70.9%，總體上或者大概率運(yùn)營(yíng)隧道管片環(huán)間接縫張開(kāi)量增大，且右線（近線）管片環(huán)間接縫張開(kāi)量增大概率明顯大于左線（遠(yuǎn)線）；分析認(rèn)為群樁施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)導(dǎo)致土體水平向應(yīng)力略微加大，相應(yīng)的管片結(jié)構(gòu)受到影響，環(huán)間接縫張開(kāi)量增大，距離較近的右線隧道管片相對(duì)更加敏感。

3）從均值上來(lái)看，左線（遠(yuǎn)線）接縫張開(kāi)變化量均值為1.67 mm，右線（近線）接縫張開(kāi)變化量均值為0.96 mm，遠(yuǎn)線隧道的接縫張開(kāi)變化量均值約是近線1.74倍，與樁隧水平距離成正相關(guān)（樁隧距L有一定范圍），可采用式（1）對(duì)深大基樁施工行為對(duì)鄰近運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下隧道管片環(huán)間平均接縫張開(kāi)變化量進(jìn)行估算

Δm=αL ， （1）

式中：Δm為管片環(huán)間接縫張開(kāi)變化量均值估計(jì)，mm；L為基樁邊緣到隧道邊緣的水平距離，5～20 m；α為統(tǒng)計(jì)比例系數(shù)，取0.2～0.08，L小時(shí)取大值，L大時(shí)取小值。

2.3" 管片環(huán)間接縫張開(kāi)量和水平直徑差異值聯(lián)合分析

將運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下左右線隧道各環(huán)管片環(huán)間接縫張開(kāi)量和水平直徑差異值對(duì)比分析，選取左線580～730環(huán)（共151環(huán)）、右線650～800環(huán)（共151環(huán)）進(jìn)行比對(duì)，區(qū)間上左右線管片環(huán)間接縫張開(kāi)量范圍約為10～15 mm，均值約為12.33 mm；區(qū)間上左右線管片水平直徑差異值范圍約為25～40.8 mm，均值約為32.64 mm。為方便觀察分析，分別將實(shí)測(cè)值除以其樣本均值，得到圖6和圖7。

左右線區(qū)間上管片環(huán)間接縫張開(kāi)量與水平直徑差異值存在一定的負(fù)相關(guān)性，即水平直徑差異值較大的環(huán)，其環(huán)間接縫張開(kāi)量較小。分析認(rèn)為水平直徑差異值和環(huán)間接縫張開(kāi)量為結(jié)構(gòu)受力的兩種主要表征，在土壓力和運(yùn)營(yíng)荷載的復(fù)合作用下，部分管片水平直徑差異值較大，管片變形已達(dá)到一定量級(jí)，對(duì)應(yīng)的環(huán)間接縫兩側(cè)局部應(yīng)力較小，管片變形小，較為密貼。

相反，水平直徑差異值較小的管片，管片橢圓度狀態(tài)接近但未達(dá)到某個(gè)閥值，對(duì)應(yīng)的環(huán)間接縫兩側(cè)局部應(yīng)力集中，受力變化明顯，管片未密貼，接縫張開(kāi)量較大。

3" 結(jié)論

1）雙線隧道內(nèi)側(cè)環(huán)間接縫張開(kāi)量普遍小于外側(cè)環(huán)間接縫張開(kāi)量，分析認(rèn)為雙線內(nèi)側(cè)的剛度、約束相對(duì)高的原因所致。

2）基樁施工產(chǎn)生擠土效應(yīng)限制管片接縫張開(kāi)，距離較近的隧道管片接縫張開(kāi)量小于遠(yuǎn)樁隧道，受隧道服役狀態(tài)（管片結(jié)構(gòu)累計(jì)變形）、基樁施工工藝引起的土體位移場(chǎng)重分布等因素綜合控制。

3）基樁施工越遠(yuǎn)，隧道管片環(huán)間接縫張開(kāi)量受其影響的相對(duì)離散程度越高。

4）群樁施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)導(dǎo)致土體水平向應(yīng)力略微加大，相應(yīng)的管片結(jié)構(gòu)受到影響，總體上運(yùn)營(yíng)隧道管片環(huán)間接縫張開(kāi)量增大，距離較近的右線隧道管片相對(duì)更加敏感。

5）左線（遠(yuǎn)線）接縫張開(kāi)變化量為1.67 mm，右線（近線）接縫張開(kāi)變化量為0.96 mm，環(huán)間接縫張開(kāi)量與樁隧距離成非線性正相關(guān)。

6）左右線區(qū)間上管片環(huán)間接縫張開(kāi)量與水平直徑差異值存在一定的負(fù)相關(guān)性，水平直徑差異值較大的管片，在土壓力和運(yùn)營(yíng)荷載的復(fù)合作用下，管片變形已達(dá)到一定量級(jí)，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，此時(shí)縱縫兩側(cè)管片張開(kāi)量??；反之，水平直徑差異值較小的管片，接縫張開(kāi)量較大。

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