隧道盾構(gòu)穿堤過程的沉降監(jiān)測與分析

摘 要：以某取排水工程為例，詳細(xì)介紹了隧道盾構(gòu)穿堤過程中對大堤沉降的監(jiān)測方法，分析了大堤產(chǎn)生沉降的原因，并提出了一些控制大堤沉降量的措施。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；土體變形；沉降；監(jiān)測

前言

引水隧道在水利水電工程中起著引流水源的重要作用，其應(yīng)用十分廣泛。而在引水隧道施工中經(jīng)常會涉及到隧道穿堤的過程，這個過程的施工質(zhì)量直接關(guān)系著大堤能否安全正常運行。用盾構(gòu)法修建隧道的方法因其施工速度快、對環(huán)境影響小、清潔安全等優(yōu)點成為軟土隧道施工中一種非常重要的方法。在隧道盾構(gòu)穿堤的施工過程中，常因為對原狀土的擾動和對原堤防結(jié)構(gòu)的破壞而造成堤防本身的沉降。

1 工程概況

本工程位于長江南京段南岸，共設(shè)兩根內(nèi)徑為DN4200的盾構(gòu)隧道取水管，1#盾構(gòu)長度約為641.45m，2#盾構(gòu)長度632.26m，將穿越長江大堤。隧道主要在粉細(xì)砂、細(xì)砂土中穿越，土質(zhì)較復(fù)雜，該土層在開挖過程中易產(chǎn)生流砂、失穩(wěn)現(xiàn)象，將對長江堤防產(chǎn)生一定的影響。

隧道盾構(gòu)以循泵站地下結(jié)構(gòu)進水間前池作為工作井，向取水頭方向推進，采用網(wǎng)格式泥水切削盾構(gòu)機進行施工。隧道施工結(jié)束后，拆除盾構(gòu)機內(nèi)部設(shè)備，盾構(gòu)機殼體進行處理后留駐在主體結(jié)構(gòu)。襯砌管片縱向、橫向均采用螺栓連接。管片縱向和環(huán)向接縫防水均采用框形彈性密封墊為防水線。

2 土體變形分析

在整個盾構(gòu)過程中，地表變形呈先隆、再沉、后穩(wěn)的變化狀態(tài)。因地表沉陷顯著部分發(fā)生在施工短期內(nèi)，且基本上為不排水條件下發(fā)生。所以，施工期間的沉降控制是關(guān)鍵。

3 沉降監(jiān)測

3.1 監(jiān)測方法

為達到施工安全監(jiān)測和動態(tài)信息化施工的目的，依據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)程中對工程監(jiān)測的有關(guān)要求及廠區(qū)取排水隧道盾構(gòu)穿堤掘進施工特點、具體情況和相關(guān)工程的經(jīng)驗，在大堤上設(shè)置沉降觀測點和沉降觀測斷面，并在堤身內(nèi)部布置深層沉降觀測點，以及時了解在盾構(gòu)穿堤掘進施工過程中長江大堤的沉降變形情況。

3.1.1 表面沉降監(jiān)測

在長江大堤堤身共布設(shè)6個主要監(jiān)測斷面。其中在左右取排水隧道中軸線各布置一條主要監(jiān)測斷面，在左右取排水隧道軸線兩側(cè)各布置兩條監(jiān)測斷面，另在堤頂兩側(cè)各布置兩個沉降監(jiān)測點，以監(jiān)測在取排水隧道盾構(gòu)穿堤掘進施工對大堤的影響范圍。具體的測點數(shù)量和斷面布置見示意圖1。

測點埋設(shè)是通過在選定點位預(yù)埋鋼質(zhì)沉降標(biāo)的方法。對堤身表面混凝土等硬覆蓋層，須通過鉆孔穿透將沉降標(biāo)埋設(shè)在堤身的土層中，以真實反映堤身的沉降變形情況。以水準(zhǔn)測量法實施監(jiān)測。

3.1.2 深層沉降監(jiān)測

在堤頂共布設(shè)6個深層沉降監(jiān)測孔，24個深層沉降監(jiān)測點，監(jiān)測孔編號為CJ1～CJ6，其中CJ1、CJ5布置在1#取水隧道中軸線上，CJ3、CJ6布置在2#取水隧道中軸線上，每孔深8m，每孔布置4個沉降監(jiān)測標(biāo)，上下相鄰沉降監(jiān)測標(biāo)之間的間距為2m。

大堤深層沉降監(jiān)測由兩部分組成：一是堤內(nèi)監(jiān)測設(shè)備埋入部分，由沉降導(dǎo)管、底蓋、沉降磁環(huán)組成，二是地面接收儀器-鋼尺沉降儀，由測頭、測量電纜、接收系統(tǒng)和繞線盤等部分組成。

3.2 監(jiān)測結(jié)果

由于盾構(gòu)穿堤掘進施工，造成大堤沉降變形過大，其沉降量和沉降速率均大大超過大堤所允許的范圍，大堤最大沉降量發(fā)生在2#隧道盾構(gòu)掘進穿堤時堤頂2#隧道中軸線上方測點，為652mm，堤身最大沉降速率為488mm/d；堤身多處出現(xiàn)縱橫向開裂、凹陷，存在嚴(yán)重的安全隱患。經(jīng)現(xiàn)場詳細(xì)踏勘調(diào)查，對大堤損壞情況進行了匯總統(tǒng)計。

堤身土體出現(xiàn)六條縱、橫向裂縫，裂縫最大寬度達105mm，裂縫最大長度達11m，防浪墻多處出現(xiàn)開裂，堤身及坡腳出現(xiàn)不同程度的凹陷。

4 監(jiān)測成果分析

4.1 從現(xiàn)場監(jiān)測獲得的有關(guān)數(shù)據(jù)資料可以看到，由于取水隧道盾構(gòu)掘進穿堤施工，造成長江大堤沉降較大，其沉降量和沉降速率均大大超過長江大堤所允許的范圍；堤身多處出現(xiàn)開裂、凹陷，損壞嚴(yán)重。其主要原因有：

（1）采用網(wǎng)格式泥水切削盾構(gòu)機進行施工，切削泥水排至堤外，隧道主要在粉細(xì)砂、砂土中穿越，在施工過程中產(chǎn)生了不同程度的砂土流失等現(xiàn)象，從而造成堤基破壞，引起堤基和堤身沉降較大。

（2）盾構(gòu)穿堤施工時遇到堤基沿大堤縱向布置的防滲注漿加固體，無法正常掘進，導(dǎo)致盾構(gòu)機停滯時間較長，加劇了堤基砂土流失，導(dǎo)致堤基和堤身沉降迅速增大，從而出現(xiàn)局部塌陷等異常情況。

4.2 由沉降變形曲線可看出，發(fā)生較大沉降量和沉降速率變化時間主要在盾構(gòu)穿堤期間，在盾構(gòu)穿過大堤后，沉降量逐步趨于穩(wěn)定。與理論上地表變形呈先隆、再沉、后穩(wěn)的變化狀態(tài)相吻合。

4.3 從兩條隧道盾構(gòu)穿堤施工過程的監(jiān)測情況來看，1#隧道盾構(gòu)掘進穿堤過程的監(jiān)測資料比較完整；而在2#隧道盾構(gòu)掘進穿堤時，由于堤身沉降較大，同時出現(xiàn)多條縱橫向裂縫，施工期間在堤身反復(fù)加厚覆土，導(dǎo)致沉降監(jiān)測點時有損壞。在監(jiān)測過程中，沉降監(jiān)測點多次重建。

5 控制沉降的措施

5.1 提高施工的速度和連續(xù)性。

5.2 根據(jù)覆土厚度和地面沉降情況，及時調(diào)整土艙壓力。

5.3 控制盾構(gòu)推進時的糾偏量。

5.4 建筑空隙的及時注漿壓密可抑制地表沉降。

6 結(jié)束語

通過本工程的例子，可以看到隧道盾構(gòu)穿堤過程引起的沉降量是一項不可小視的因素，它直接影響著堤壩的安全性。另外，對于盾構(gòu)施工引起的地面沉降，除了用有限元建模進行模擬之外，尚無明確的理論公式來預(yù)先進行計算。因此，在施工過程中對堤壩的沉降進行準(zhǔn)確及時的監(jiān)測，可以對施工起到指導(dǎo)作用，從而避免危險的發(fā)生。

參考文獻

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作者簡介：劉文穎（1985-），男，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：碩士，研究方向：市政工程結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

路維（1988-），女，學(xué)歷：碩士研究生在讀，研究方向：結(jié)構(gòu)無損檢測。