運營期地鐵盾構隧道管片收斂整治過程變形特征分析

王群敏 吳 勇 王燁晟 盧建軍

(1. 浙江華東工程安全技術有限公司，311122，杭州；2. 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司， 311122， 杭州//第一作者，高級工程師)

1 工程概況

地鐵運營隧道受前期施工、運營荷載和運營環境等綜合因素的影響，管片通常會出現裂損、變形、錯位和滲漏等多種病害[1-4]。因此，對地鐵隧道管片的維修整治顯得尤為重要。

某地鐵盾構隧道在運營期出現管片襯砌幾何形態異常以及變形較大等問題，相關部門針對上述問題對管片襯砌變形較大的區域進行了專項病害整治，獲得了該盾構隧道在管片收斂整治過程中的變形特性。

據統計，該地鐵盾構隧道在2014年12月25日—2015年5月10日運營期間，共完成地面注漿孔363個。其中，上行線注漿孔為191個，下行線注漿孔為104個，上行線隧道與下行線隧道中間位置的注漿孔為68個。盾構管片收斂整治微擾動注漿范圍為：上行線為330～395環，下行線為340～375環。由于該區間存在聯絡通道，所以注漿時應避開聯絡通道，優先對變形量較小的位置進行注漿，取得相應參數后，再對變形量較大區域進行施工。

該地鐵區間隧道覆土厚16.15 m，產生沉降的隧道區域及聯絡通道底部土質為④3淤泥質粉質黏土層。隧道下部為軟臥層，厚 8 m；軟臥層含水量較高，為45.7%；壓縮模量非常低，為2.48；標貫擊數僅為1.6。該土層土質蠕變性非常敏感，且自身強度非常低，周邊施工對土體擾動以及對隧道沉降與收斂影響非常明顯。

2 監測方案

監測范圍為地鐵區間盾構隧道下行線310～405環。其中，在340～375環注漿區域，每2環布置1個監測斷面，以及兩端各延伸30環每5環布置1個監測斷面，共39個監測斷面。每個斷面設立5塊監測點棱鏡，分別位于隧道管片中腰兩側和隧道頂部(測試管徑收斂)、道床兩側軌道邊(測試隧道水平位移和豎直位移)。監測點布置示意如圖1所示。監測工作從2014年12月底開始，到2015年5月10日注漿結束。

圖1 監測點布置示意圖

3 地鐵隧道管片收斂整治變形規律

對地鐵隧道管片收斂整治變形進行了自動化監測。在注漿前，對監測范圍內的監測點進行一次監測;在注漿過程中，對注漿范圍內監測點的監測頻率為一天一次;注漿完成后對監測范圍內的監測點再監測一次。

3.1 水平位移

典型斷面在管片收斂整治期間，管片水平位移時程曲線見圖2，水平位移分布曲線見圖3。注漿結束時各斷面的水平位移統計見表1。由圖2～3和表1分析得到水平位移的動態變化規律主要有：①各個斷面的水平位移變化特征均不同，當隧道收斂整治注漿靠近監測斷面時，水平位移有明顯的突變增加，當注漿位置稍遠離監測斷面時，水平位移的突變增加減弱；②注漿結束時，最大水平位移主要發生在第352環(即注漿區間中部位置)；③注漿區間中部水平位移由逐漸增大，逐步演變為中間正向水平位移逐漸減小，兩側負向水平位置逐漸增大。

3.2 道床沉降

在管片收斂整治期間，管片典型監測斷面的道床沉降時程曲線見圖4，道床沉降分布曲線見圖5。注漿結束時各斷面道床沉降統計見表2。由圖4～5和表2分析得到道床沉降的動態變化規律主要有：①注漿區間各個斷面的道床沉降受注漿影響均有不同程度的增大，而在距注漿區域10環外的斷面道床沉降幾乎無影響；②注漿結束時，最大道床沉降主要發生在358環(注漿區間中部位置)；③道床沉降變化特征為注漿區間道床中部沉降逐漸增大，且增大趨勢逐漸減緩。

圖2 典型監測斷面在注漿期間的水平位移時程曲線圖

圖3 典型監測斷面在注漿期間的水平位移分布曲線圖

監測斷面位移量/mm監測斷面位移量/mm監測斷面位移量/mmX320-1.00X35011.42X3693.12X325-1.70X35212.45X3711.86X330-2.62X35412.31X3731.22X335-0.75X35611.20X3750.36X3403.39X35811.95X3800.04X3424.24X36010.62X385-3.93X3446.27X363 8.56X390-3.35X3457.95X365 5.80X395-2.52X3488.40X367 6.24X400-1.78

圖4 典型監測斷面在注漿期間的道床沉降時程曲線圖

圖5 典型監測斷面在注漿期間的道床沉降分布曲線圖

3.3 水平收斂

在管片收斂整治期間，管片典型監測斷面的水平收斂時程曲線見圖6，水平收斂分布曲線見圖7。注漿結束時各斷面水平收斂統計見表3。由圖6～7和表3分析得到水平收劍后動態變化規律主要有：①注漿區間各個斷面受注漿影響，水平收斂基本向隧道內變形，而在距注漿區域20環外的斷面水平收斂幾乎無影響；②注漿結束時，最大水平收斂主要發生在356環(注漿區間中部位置)；③水平收斂變化特征為注漿區間中部位置斷面向內水平收斂增大，兩側位置斷面向內水平收斂減小。

圖6 典型監測斷面在注漿期間的水平收斂時程曲線圖

圖7 典型監測斷面在注漿期間的管片水平收斂分布曲線圖

監測斷面沉降量/mm監測斷面沉降量/mm監測斷面沉降量/mmX320-0.15X350-6.87X369-2.33X3250.45X352-8.01X371-2.11X330-0.26X354-8.28X373-1.37X335-1.11X356-7.43X375-1.72X340-3.83X358-8.56X380-1.67X342-4.24X360-7.16X385-0.38X344-4.87X363-6.06X3900.07X345-5.28X365-5.21X395-0.82X348-6.14X367-4.04X400-0.23

表3 注漿結束時各監測斷面水平收斂統計表

3.4 豎直收斂

在管片收斂整治期間，管片典型監測斷面的豎直收斂時程曲線見圖8，豎直收斂分布曲線見圖9。注漿結束時各監測斷面豎直收斂統計見表4。由圖8～9和表4分析得到管片豎直收斂的動態變化規律主要有：①注漿區間各個斷面受注漿影響，豎直收斂基本向隧道外變形，而在20環外的斷面豎直收斂幾乎無影響；②注漿結束時，最大豎直收斂主要發生在358環(注漿區間中部位置)；③豎直收斂變化特征為注漿區間中間向外收斂大，兩側向外收斂小。

圖8 典型監測斷面在注漿期間的豎直收斂時程曲線圖

圖9 典型監測斷面在注漿期間管片豎直收斂分布曲線圖

監測斷面收斂量/mm監測斷面收斂量/mm監測斷面收斂量/mmX320 1.37X35028.77X36912.94X325 2.99X35233.16X37110.60X330 6.92X35433.61X373 8.46X33510.80X35633.50X375 7.59X34018.23X35834.44X380 5.76X34221.34X36030.79X385 3.57X34423.71X36323.95X390 1.83X34525.24X36519.41X395 1.72X34826.30X36716.05X400-0.39

4 結論

該區間下行線隧道管片收斂整治施工過程中，由注漿引起的運營盾構隧道變形規律總結如下：

(1) 微擾動注漿整治對盾構隧道治理效果為：注漿區間中部朝著注漿位置反方向水平位移，兩端向注漿位置方向水平移動；注漿引起隧道沉降，且呈明顯的注漿區間中部沉降大，兩端沉降??；隧道形狀逐漸由壓扁狀向撐圓狀變化，水平收斂近似等同于豎直收斂，且受隧道所處的周圍土壓力影響，豎直收斂量略大于水平向收斂量。

(2) 盾構隧道管片收斂整治微擾動注漿施工的影響范圍：水平位移和道床沉降為10環，水平收斂和豎直收斂為20環。

(3) 受注漿施工疊加影響，最大水平位移、道床沉降、水平和豎直收斂均發生在注漿區間中部位置，分別位于352環(最大水平位移為12.45 mm)、358環(最大道床沉降-8.56 mm)、356環(最大水平收斂位移為-33.54 mm)和358環(最大豎直收斂位移為34.44 mm)。

(4) 受注漿施工影響，隧道管片的水平位移和道床沉降在施工前期增長較快，后期增長緩慢；水平收斂和豎直收斂在施工前期增長較慢，而后期增長較快。