近距并行盾構(gòu)穿越機(jī)場的相互擾動實(shí)測分析

榮 建

(上海城建市政工程(集團(tuán))有限公司，上海市 200065)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，雙線并行盾構(gòu)法隧道被越來越多地應(yīng)用在基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中，其施工過程中的相互影響是工程建設(shè)中的重要問題。對此，人們采取理論計(jì)算、數(shù)值分析及現(xiàn)場實(shí)測的方法對直徑6 m左右的并行地鐵盾構(gòu)施工的相互影響進(jìn)行了較多的研究[1-3]，采用數(shù)值分析的方法對大直徑越江重疊隧道的相互影響進(jìn)行了研究[4],取得了一系列成果。對大直徑泥水盾構(gòu)近距離并行施工對土體沉降相互影響的實(shí)測研究較少。

本文結(jié)合虹橋綜合交通樞紐仙霞西路下穿機(jī)場隧道工程，采用非開挖水平測斜監(jiān)測得到的深層土體沉降數(shù)據(jù)，對大直徑泥水盾構(gòu)近距并行施工對土體沉降的影響進(jìn)行了分析研究，得到了一系列變形沉降規(guī)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(jī)場隧道南線和北線平行，長約1 040 m，隧道內(nèi)徑為10.36 m，外徑為11.36 m；采用兩臺Φ11.58 m泥水平衡盾構(gòu)施工，見圖1所示；南線盾構(gòu)先于北線盾構(gòu)兩個月推進(jìn)，南、北線盾構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)均完全一致。

盾構(gòu)隧道需穿越虹橋機(jī)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(gòu)穿越段地層情況如圖1所示，穿越相關(guān)土層的物理力學(xué)性質(zhì)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(jiān)測斷面處橫剖面圖

圖2 穿越段平面圖

表1 穿越區(qū)土層物理力學(xué)指標(biāo)一覽表

1.2 測斜監(jiān)測斷面設(shè)置情況

虹橋機(jī)場方面對仙霞西路隧道盾構(gòu)穿越其繞行滑行道提出了嚴(yán)格的保護(hù)要求：施工區(qū)域與周邊產(chǎn)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(jiān)控并行盾構(gòu)法并行施工對其的相互影響，針對機(jī)場內(nèi)不能進(jìn)行常規(guī)地面沉降監(jiān)測的情況，分別設(shè)置了平行（A監(jiān)測斷面）和垂直（C監(jiān)測斷面）繞滑道的兩條水平測斜監(jiān)測斷面用以監(jiān)測深層土體的沉降變形情況，監(jiān)測斷面均采用非開挖水平定向鉆進(jìn)行設(shè)置。相較于常規(guī)地面沉降，這種監(jiān)測手段采集的數(shù)據(jù)更加靈敏、準(zhǔn)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(jiān)測斷面測斜管埋深曲線圖

圖4 C監(jiān)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(jiān)測手段對深層土體的沉降進(jìn)行了實(shí)時監(jiān)測，獲取了關(guān)于大型泥水盾構(gòu)先后并行推進(jìn)施工對隧道上方土體相互影響的數(shù)據(jù)，探索了土體變形的規(guī)律。

2 土體沉降實(shí)測分析

2.1 A監(jiān)測斷面實(shí)測分析

如前文所述，南線盾構(gòu)先于北線盾構(gòu)兩個月進(jìn)行推進(jìn)施工，在南線盾構(gòu)推進(jìn)施工時，對A監(jiān)測斷面（垂直于盾構(gòu)推進(jìn)方向）進(jìn)行了監(jiān)測，從中可以看出南線隧道盾構(gòu)推進(jìn)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(gòu)推進(jìn)施工對北線隧道上方土體沉降的先期影響

圖5是A監(jiān)測斷面沉降曲線變化圖。從圖5可以看出，當(dāng)盾構(gòu)切口距監(jiān)測斷面1D（盾構(gòu)直徑）時，監(jiān)測斷面發(fā)生微小沉降，擬推進(jìn)施工的北線隧道上方的土體沉降約為4 mm；當(dāng)切口到達(dá)監(jiān)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(fā)生了小幅度的隆起，北線隧道上方土體的累計(jì)沉降量為0 mm左右；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)殼通過監(jiān)測斷面，北線隧道上方的土體繼續(xù)小幅隆起，累計(jì)隆起量為1 mm左右；當(dāng)盾構(gòu)機(jī)恰好脫出盾尾，由于建筑空隙的作用導(dǎo)致了盾構(gòu)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(gòu)機(jī)殼通過監(jiān)測斷面的基礎(chǔ)上沉降2～3mm，累計(jì)沉降值為1～2 mm；盾尾脫出后沉降繼續(xù)發(fā)展，從圖5可以看出，北線隧道上方的累計(jì)沉降發(fā)展到2～3 mm左右。

圖5 A監(jiān)測斷面(南線盾構(gòu)推進(jìn)期間)沉降曲線變化圖

2.1.2 北線盾構(gòu)推進(jìn)時土體的二次擾動

南線盾構(gòu)推進(jìn)穿越繞滑道區(qū)域兩個月后，北線盾構(gòu)推進(jìn)至此區(qū)域，繼續(xù)對A監(jiān)測斷面進(jìn)行監(jiān)測，得到了周邊土體二次擾動的數(shù)據(jù)，如圖6所示。

圖6 A監(jiān)測斷面(北線盾構(gòu)推進(jìn)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(gòu)推進(jìn)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(jìn)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(jìn)前，南線隧道推進(jìn)已對北線隧道上方土體進(jìn)行了先期擾動，故北線盾構(gòu)推進(jìn)時北線隧道上方的土體是第二次擾動變形。

A監(jiān)測斷面處南線和北線的地質(zhì)水文情況相同，南北線盾構(gòu)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(shù)也基本一致。

表2 二次擾動與常規(guī)推進(jìn)工況下土體沉降對比表

表2數(shù)據(jù)顯示，切口到達(dá)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(gòu)推進(jìn)，北線土體沉降不斷發(fā)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(jì)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(jiān)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(qiáng)度下降較大，因此，受到前期擾動后的北線土體沉降遠(yuǎn)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(gòu)推進(jìn)至盾尾脫出后沉降為7.2 mm。至北線盾構(gòu)切口推進(jìn)至距監(jiān)測斷面30 m時（此時可認(rèn)為北線盾構(gòu)尚未影響到此區(qū)域），沉降為11.4 mm。從圖5可以看出，至北線盾構(gòu)推進(jìn)切口距監(jiān)測斷面1D時，沉降發(fā)展到12.9 mm，此后一直到北線盾構(gòu)盾尾脫出此區(qū)域，沉降在11.9 mm～13.4 mm之間。北線盾構(gòu)推進(jìn)對南線土體沉降的影響最大在2 mm左右。

2.2 C監(jiān)測斷面實(shí)測分析

2.2.1 南線盾構(gòu)推進(jìn)施工對北線隧道上方土體沉降的先期影響

南線盾構(gòu)推進(jìn)期間對C監(jiān)測斷面進(jìn)行了監(jiān)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(gòu)推進(jìn)至85環(huán)時C監(jiān)測斷面的沉降曲線。

圖7 C監(jiān)測斷面(南線盾構(gòu)推進(jìn)期間)沉降曲線變化圖

圖7數(shù)據(jù)顯示，盾構(gòu)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(qū)域的北線隧道土體由于盾構(gòu)機(jī)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(qū)域，盾尾間隙沉降及后續(xù)沉降累計(jì)約為1.0 mm～2.0 mm左右。

2.2.2 北線盾構(gòu)推進(jìn)時土體的二次擾動

南線盾構(gòu)推進(jìn)對北線隧道上方土體進(jìn)行了初始擾動之后，北線盾構(gòu)進(jìn)行推進(jìn)施工時對C監(jiān)測斷面進(jìn)行了跟蹤監(jiān)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(gòu)推進(jìn)至49環(huán)時的監(jiān)測數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說明，其監(jiān)測數(shù)據(jù)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(gòu)推進(jìn)的擾動不明顯，沉降基本穩(wěn)定在2 mm～3 mm左右，可以看作是南線盾構(gòu)推進(jìn)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(qū)域沉降繼續(xù)增大，沉降為8 mm～16.7 mm。盾尾脫出區(qū)域，沉降繼續(xù)增大，約為18 mm左右，約為南線盾構(gòu)推進(jìn)時南線隧道上方土體沉降值的2.5倍，南線盾構(gòu)推進(jìn)對北線隧道上方土體的二次擾動明顯。盾尾脫出后的區(qū)域，由于二次補(bǔ)漿的左右，土體發(fā)生了隆起。

圖8 C監(jiān)測斷面(北線盾構(gòu)推進(jìn)期間)沉降曲線變化圖

C監(jiān)測斷面監(jiān)測到的數(shù)據(jù)與A監(jiān)測斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，南線隧道盾構(gòu)推進(jìn)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(jīng)過南線盾構(gòu)的初期擾動后，北線隧道再行推進(jìn)時，其沉降值在相同工況下遠(yuǎn)比南線盾構(gòu)推進(jìn)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(jié)論及建議

基于近距并行大直徑泥水盾構(gòu)穿越機(jī)場期間利用非開挖水平測斜監(jiān)測技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)及對其進(jìn)行的分析研究，可以得到以下結(jié)論：

（1）并行盾構(gòu)先后推進(jìn)施工，先期推進(jìn)的盾構(gòu)對后續(xù)推進(jìn)施工的隧道周邊的土體擾動不大。

（2）先期隧道盾構(gòu)推進(jìn)施工使后續(xù)推進(jìn)施工的隧道周邊土體發(fā)生了先期的初始擾動，使得后續(xù)隧道盾構(gòu)推進(jìn)施工時發(fā)生的土體沉降遠(yuǎn)大于未經(jīng)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(xù)推進(jìn)施工的隧道盾構(gòu)對已經(jīng)施工完畢的隧道上方土體的擾動相對較小。

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