近距并行盾構穿越機場的相互擾動實測分析

榮 建

(上海城建市政工程(集團)有限公司，上海市 200065)

0 引言

隨著經濟社會的發展，雙線并行盾構法隧道被越來越多地應用在基礎設施的建設中，其施工過程中的相互影響是工程建設中的重要問題。對此，人們采取理論計算、數值分析及現場實測的方法對直徑6 m左右的并行地鐵盾構施工的相互影響進行了較多的研究[1-3]，采用數值分析的方法對大直徑越江重疊隧道的相互影響進行了研究[4],取得了一系列成果。對大直徑泥水盾構近距離并行施工對土體沉降相互影響的實測研究較少。

本文結合虹橋綜合交通樞紐仙霞西路下穿機場隧道工程，采用非開挖水平測斜監測得到的深層土體沉降數據，對大直徑泥水盾構近距并行施工對土體沉降的影響進行了分析研究，得到了一系列變形沉降規律。

1 工程背景

1.1 工程概況

虹橋綜合交通樞紐仙霞西路下穿機場隧道南線和北線平行，長約1 040 m，隧道內徑為10.36 m，外徑為11.36 m；采用兩臺Φ11.58 m泥水平衡盾構施工，見圖1所示；南線盾構先于北線盾構兩個月推進，南、北線盾構的各項參數均完全一致。

盾構隧道需穿越虹橋機場的繞行滑行道，如圖2所示，繞滑道基層為46 cm厚水泥碎石，面層為38 cm厚鋼筋混凝土。

盾構穿越段地層情況如圖1所示，穿越相關土層的物理力學性質如表1所列，場地潛水埋深約0.50～1.75m；承壓水水頭變化幅度約為3.0～11.0m。

圖1 A監測斷面處橫剖面圖

圖2 穿越段平面圖

表1 穿越區土層物理力學指標一覽表

1.2 測斜監測斷面設置情況

虹橋機場方面對仙霞西路隧道盾構穿越其繞行滑行道提出了嚴格的保護要求：施工區域與周邊產生的沉降差異不大于10mm（工后不大于50mm），差異沉降不大于1‰。為滿足其要求，同時監控并行盾構法并行施工對其的相互影響，針對機場內不能進行常規地面沉降監測的情況，分別設置了平行（A監測斷面）和垂直（C監測斷面）繞滑道的兩條水平測斜監測斷面用以監測深層土體的沉降變形情況，監測斷面均采用非開挖水平定向鉆進行設置。相較于常規地面沉降，這種監測手段采集的數據更加靈敏、準確。測斜管的平面布置圖見圖2所示，縱斷面圖見圖3及圖4所示[5]。

圖3 A監測斷面測斜管埋深曲線圖

圖4 C監測斷面測斜管埋深曲線圖

在穿越過程中，利用非開挖水平測斜監測手段對深層土體的沉降進行了實時監測，獲取了關于大型泥水盾構先后并行推進施工對隧道上方土體相互影響的數據，探索了土體變形的規律。

2 土體沉降實測分析

2.1 A監測斷面實測分析

如前文所述，南線盾構先于北線盾構兩個月進行推進施工，在南線盾構推進施工時，對A監測斷面（垂直于盾構推進方向）進行了監測，從中可以看出南線隧道盾構推進施工對北線隧道上方土體的先期擾動情況。

2.1.1 南線盾構推進施工對北線隧道上方土體沉降的先期影響

圖5是A監測斷面沉降曲線變化圖。從圖5可以看出，當盾構切口距監測斷面1D（盾構直徑）時，監測斷面發生微小沉降，擬推進施工的北線隧道上方的土體沉降約為4 mm；當切口到達監測斷面時，由于切口泥水壓力略大于切口處土體的水土壓力，土體發生了小幅度的隆起，北線隧道上方土體的累計沉降量為0 mm左右；當盾構機殼通過監測斷面，北線隧道上方的土體繼續小幅隆起，累計隆起量為1 mm左右；當盾構機恰好脫出盾尾，由于建筑空隙的作用導致了盾構周邊土體的沉降，北線隧道上方的土體也受到了明顯的影響，其正上方，在盾構機殼通過監測斷面的基礎上沉降2～3mm，累計沉降值為1～2 mm；盾尾脫出后沉降繼續發展，從圖5可以看出，北線隧道上方的累計沉降發展到2～3 mm左右。

圖5 A監測斷面(南線盾構推進期間)沉降曲線變化圖

2.1.2 北線盾構推進時土體的二次擾動

南線盾構推進穿越繞滑道區域兩個月后，北線盾構推進至此區域，繼續對A監測斷面進行監測，得到了周邊土體二次擾動的數據，如圖6所示。

圖6 A監測斷面(北線盾構推進期間)沉降曲線變化圖

2.1.3 北線隧道附近的土體擾動

表2為南線盾構推進時南線隧道上方土體沉降（以下簡稱南線土體沉降）與北線推進施工時北線隧道上方土體沉降（以下簡稱北線土體沉降）的對比。其中，北線隧道推進前，南線隧道推進已對北線隧道上方土體進行了先期擾動，故北線盾構推進時北線隧道上方的土體是第二次擾動變形。

A監測斷面處南線和北線的地質水文情況相同，南北線盾構穿越該斷面時切口水壓都保持在210 kPa左右，同步注漿量相同，其他施工參數也基本一致。

表2 二次擾動與常規推進工況下土體沉降對比表

表2數據顯示，切口到達前北線土體沉降為7.0 mm，是南線土體沉降的1.9倍；此后，隨著盾構推進，北線土體沉降不斷發展，至盾尾脫出時，沉降為26.7 mm，是南線土體沉降的4.7倍；盾尾脫出后，由于同步注漿的緣故，累計沉降為23.4 mm，是同樣工況條件下南線沉降的3.3倍。

從圖1可以看出，監測斷面處南北線隧道均位于④、⑤1層土中，為飽和軟粘性土，具有較高的靈敏性和觸變性，受到擾動后強度下降較大，因此，受到前期擾動后的北線土體沉降遠大于南線沉降。

2.1.4 南線隧道附近的土體擾動

南線隧道正上方土體在南線盾構推進至盾尾脫出后沉降為7.2 mm。至北線盾構切口推進至距監測斷面30 m時（此時可認為北線盾構尚未影響到此區域），沉降為11.4 mm。從圖5可以看出，至北線盾構推進切口距監測斷面1D時，沉降發展到12.9 mm，此后一直到北線盾構盾尾脫出此區域，沉降在11.9 mm～13.4 mm之間。北線盾構推進對南線土體沉降的影響最大在2 mm左右。

2.2 C監測斷面實測分析

2.2.1 南線盾構推進施工對北線隧道上方土體沉降的先期影響

南線盾構推進期間對C監測斷面進行了監測，獲取了北線隧道軸線附近的土體沉降情況。

圖7是南線盾構推進至85環時C監測斷面的沉降曲線。

圖7 C監測斷面(南線盾構推進期間)沉降曲線變化圖

圖7數據顯示，盾構切口前方的北線隧道軸線土體受到小幅擾動，沉降為0.5 mm左右；盾殼通過區域的北線隧道土體由于盾構機支撐剛體與地層摩擦阻力造成周圍地層的擾動影響，土體沉降略大于切口前方的沉降，為0.5 mm～1.0 mm；盾尾脫出后的區域，盾尾間隙沉降及后續沉降累計約為1.0 mm～2.0 mm左右。

2.2.2 北線盾構推進時土體的二次擾動

南線盾構推進對北線隧道上方土體進行了初始擾動之后，北線盾構進行推進施工時對C監測斷面進行了跟蹤監測，獲取了北線隧道上方土體沿隧道縱向軸線的沉降情況。

以盾構推進至49環時的監測數據為例進行說明，其監測數據見圖8所示。從圖8可以看出，切口前方1D范圍以外土體受北線盾構推進的擾動不明顯，沉降基本穩定在2 mm～3 mm左右，可以看作是南線盾構推進的初始擾動。1D至切口前方的土體，其沉降值隨著其與切口距離的減小而增大，切口處的沉降為8 mm左右。盾殼通過區域沉降繼續增大，沉降為8 mm～16.7 mm。盾尾脫出區域，沉降繼續增大，約為18 mm左右，約為南線盾構推進時南線隧道上方土體沉降值的2.5倍，南線盾構推進對北線隧道上方土體的二次擾動明顯。盾尾脫出后的區域，由于二次補漿的左右，土體發生了隆起。

圖8 C監測斷面(北線盾構推進期間)沉降曲線變化圖

C監測斷面監測到的數據與A監測斷面監測數據顯示，南線隧道盾構推進施工引起北線隧道正上方土體沉降約為2 mm～3 mm，沉降相對不大。但是經過南線盾構的初期擾動后，北線隧道再行推進時，其沉降值在相同工況下遠比南線盾構推進時南線隧道正上方土體的沉降大，初期擾動造成的影響很大，需引起足夠的重視。

3 結論及建議

基于近距并行大直徑泥水盾構穿越機場期間利用非開挖水平測斜監測技術獲取的數據及對其進行的分析研究，可以得到以下結論：

（1）并行盾構先后推進施工，先期推進的盾構對后續推進施工的隧道周邊的土體擾動不大。

（2）先期隧道盾構推進施工使后續推進施工的隧道周邊土體發生了先期的初始擾動，使得后續隧道盾構推進施工時發生的土體沉降遠大于未經初始擾動工況下的隧道周邊土體沉降，需引起足夠重視。

（3）后續推進施工的隧道盾構對已經施工完畢的隧道上方土體的擾動相對較小。

[1]陶連金，孫斌，李曉霖.超近距離雙孔并行盾構施工的相互影響分析[J].巖石力學與工程學報,2009,(28)：1856-1862.

[2]陳越峰，張慶賀，張穎，鄭堅.近距離三線并行盾構隧道施工實測分析[J].地下空間與工程學報,2008,(4)：335-340.

[3]方勇，何川.平行盾構隧道施工對既有隧道影響的數值分析[J].巖土力學，2007，28(7)：1402-1406.

[4]林志,朱合華,夏才初.雙線盾構隧道施工過程相互影響的數值研究[J].地下空間與工程學報,2009，(5)：85-89,132.

[5]周松,榮建,陳立生,王洪新.大直徑泥水盾構下穿機場的施工控制[J].巖石力學與工程學報,2012,(4):806-813.

[6]周松,榮建,陳立生,王洪新.單管雙線大直徑地鐵盾構隧道施工與監測[J].地下空間與工程學報,2013,(9):365-372.